电动汽车动力总成系统控制器局域网(CAN)总线通信协议
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目前ＣＡＮ物理层【８Ｊ设计已经比较规范化，可参 考相应的国际标准，这些标准一般会对物理层规范 做出明确的定义，包含总线供电电压、可连设备数 目、允许的连接器类型、线缆长度以及波特率等， 比如Ｊ１９３９的部分物理层规范：考虑到总线上的电 气负担，总线上连接的电子控制单元（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ。ＥＣＵ）数目最多为３０个；传输介质采用 特征阻抗为１２０ Ｑ的屏蔽双绞线，终端电阻使用 １２０ Ｑ；网络的拓扑结构应该是一个尽量紧凑的线 形结构以避免电缆反射等。 １．２应用层
因素后，完成标识符（Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ，ｍ）分配、定义消息 周期以及确定信号与消息的映射关系等。
Ｊ１９３９协议与ＣＡＮ协议的２９位ＩＤ的对应关系 如图１所示。
ＩＤ
ＣＡＮ
老 ２ ２ ２ ２ ２
８ ７ ６ ５４
２２１ｌ ｌ １１ １ ｌ ｌ１ ｌ ９８ ７６ ５４３ ２
ｌ ０９８７ ６ ５４３ ２ １０
ｃｏｍｍｕｎｉｃ ｂｏｔｈ ＣＡＮｏｅ ａｎｄ ｈａｒｄｗａｒｅ－ｉｎ·ｔｈｅ－ｌｏｏｐ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｌｙ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ
ａｔｉｏｎ
ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｆｕｌｆｉｌｌｓ ｔｈｅ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｆｏｒ ｃｏｎｔｒ０１． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｈｙｂｒｉｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ Ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ ｖｅｈｉｃｌｅ Ｐｏｗｅｒ ｔｒａｉｎ ｓｙｓｔｅｍ
ｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｈｙｂｒｉｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ，ｐｕｒｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ ａｎｄ ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ ｖｅｈｉｃｌｅ．Ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｄｉｓａｇｒｅｅｍｅｎｔ ｏｎ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ｔｈｅ
ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅｓ ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ，ａ ｇｅｎｅｒａｌ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｊ１９３９，ｗｈｉｃｈ Ｃａｎ ｂｅ ａｐｐｌｉｅｄ ｏｎ ｔｈｅ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ａｒｅａ ｎｅｔｗｏｒｋ（ＣＡＮ）－ｂｕｓ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｉｓ ｇｉｖｅｎ．Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓ·
ｔｉｃｓ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅｓ，ｔｈｅ ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ ｎｅｔｗｏｒｋ ｔｏｐｏｌｏｇｉｅｓ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｉｎ ｓｙｓｔｅｍ ａｒｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｓｅｐａｒａｔｅｌｙ ｆｏｒ ｔｈｒｅｅ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｅｌｅｃ－
”
本文按照制定通信协议的基本原则，在设计三 类电动汽车动力总成系统网络拓扑结构后，基于 Ｊ１９３９制定了适用于电动汽车的通用应用层协议， 并通过试验测试了该协议的可行性。
１ 制定通信协议的基本原则
ＣＡＮ协议睁７】的制定一般包括物理层、数据链
路层和应用层三个方面。ＣＡＮ协议ＩＳ０１１８９８．１对
数据链路层做了完整的定义，并且不可更改，因此 ＣＡＮ通信协议的制定主要包括物理层和应用层协 议两个方面。 １．１物理层
Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｔｏｃｏｌ
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ
wenku.baidu.com
０前言
随着世界能源危机和环境污染日益严重，我国 政府将电动汽车列入国家８６３计划，各单位重点开 发燃料电池汽车、混合动力汽车、纯电动汽车三种
·国家高技术研究发展计划（８６３计划，２００５ＡＡ０１９２０）资助项目． ２００７０５１６收到初稿，２００７１２１９收到修改稿
ｐｏｗｅｒ ｔｒａｉｎ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｈｙｂｎｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ，ｐｕｒｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ ａｎｄ ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ ｖｅｈｉｃｌｅ，ｅｔｃ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｉｓ ａｌｓｏ ｃｏｍｐａｔｉ— ｂｌｅ ｗｉｔｈ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｖｅｈｉｃｌｅ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｉｎ．Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｔｏｐｏｌｏｇｉｅｓ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆｔｈｒｅｅ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｅｌｅｃｌｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅｓ ｓｕｆｆｉ－
。ＬＩ Ｆａｎ９１ ＺＨＡＮＧ Ｊｕｎｚｈｉ２ ＷＡＮＧ Ｌｉｆａｎｇｌ ＬＩＡＯ Ｃｈｅｎｇｌｉｎｌ （１．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １ ０００８０；
２．Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ Ｅｎｅｒｇｙ，Ｔｓｉｎｇｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １ ０００８４）
电动汽车的整车技术，电动汽车动力总成系统的总 线及通信协议研究是其中的关键技术之一，它能有 效保证动力总成系统的可靠实时控制。
控制器局域１网（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ａｒｅａ ｎｅｔｗｏｒｋ，ＣＡＮ）总 线［Ｉ－２］是目前在汽车上应用最广泛的通信协议。为了 实施总线协议的标准化工作，针对内燃机汽车，美
第４４卷第５期 ２００８年５月
机械工程学报
ＣＨＩＮＥＳＥ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
Ｖ０１．４４ Ｍａｙ
Ｎｏ．５ ２００８
电动汽车动力总成系统控制器局域网（ＣＡＮ）’ ，‘ 总线通信协议木
李．芳１。张俊智２王丽芳１廖承林１
（１．中国科学院Ｅｇ－ｒ研究所北京１０００８０： ２．清华大学汽车安全与节能国家重点实验室北京 １０００８４）
异，在传统内燃机车上成功应用的总线协议并不能 照搬到电动汽车上。国内电动汽车的研究还处于起 步阶段，虽然８６３承担单位和汽车厂商已经开发出 了一些混合动力车，并得到了部分应用１５】，但是动 力总成ＣＡＮ总线应用层协议的制定并不统一。制 定出针对电动汽车动力总成系统的通用网络协议规 范，对于提高我国汽车行业的自主知识产权，形成 统一的协议标准，促进电动汽车的产业化发展具有 非常重大和实用的意义。‘
摘要：给出制定控制器局域（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒａｒｅａｎｅｔｗｏｒｋ，ＣＡＮ）总线通信协议应遵循的基本原则。结合电动汽车的控制结构特点， 设计混合动力、纯电动、燃料电池等三种类型电动汽车动力总成系统推荐的网络拓扑结构。针对目前电动汽车应用层协议的 不统一现状，在ＳＡＥ Ｊ１９３９的基础上，制定同时适用于三种类型电动汽车动力总成系统的ＣＡＮ总线通用协议，并与传统内 燃机汽车的通信协议兼容。该通用协议综合考虑了三类电动汽车的拓扑结构以及控制所需参数，并充分利用ＣＡＮ通信的优 势，对电动汽车各节点源地址分配、输出参数以及参数组定义等都做出明确的规定。在总线波特率为５００ ｋｂ／ｓ时，协议的有
效性分别在ＣＡＮｏｅ软件和自主开发的网络在环平台中得到验证，通信性能满足控制的实时性要求。
关键词：混合动力燃料电池动力总成系统通信协议应用层 中图分类号：ＴＧ １５６
Ｃｏｎｔｒｏｌｌｏｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｆｏｒ Ｐｏｗｅｒｔｒａｉｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ
（２）优先级（Ｐｒｉｏｒｉｔｙ，Ｐ）。优先级共有８级，最高 级０和最低级７，报文优先级可以设置，所有从控 制源发出的报文缺省优先级为３，所有信息的、专 用的、请求和应答报文的缺省优先级为６，根据报 文的实时性要求可适当修改优先级；电动汽车的新 增加报文中，产品序列信息将使用最低优先级７。
（３）参数组定义及编码。对各ＥＣＵ节点的参数 组定义时，尽量将相同功能的参数，相同或相近刷 新率的参数以及属于同一个子系统内的参数放在同 一个参数组中，这样可以减少报文的数量，降低总 线负载：新的参数组既要充分利用８个字节的数据 宽度，尽量将相关的参数放在同一组内，又要考虑 扩展性，预留一部分字节或位，以便将来进行修改。
参数组编码（Ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｇｒｏｕｐ ｎｕｍｂｅｒ，ＰＧＮ）的 确定按照参数组的重要程度来分配，ＰＧＮ号由协议 数据单元格式（Ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｄａｔａ ｕｎｉｔ ｆｏｒｍａｔ，ＰＦ）和协议 数据单元特定域（Ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｄａｔａ ｕｎｉｔ ｓｐｅｃｉｆｉｃ，ＰＳ）两个 因素来共同决定，按照传输方式（广播或者一对一传 输）的不同可以分配不同的ＰＧＮ号。
ｌ０
保强
Ｊ１９３９
Ｐ 留榴
ＰＦ
ＰＳ
ＳＡ
位贝
图１ Ｊ１９３９协议与ＣＡＮ协议的２９位Ⅲ的对应关系
制定应用层协议的基本的规则如下。 （１）节点源地址（Ｓｏｕｒｃｅ ａｄｄｒｅｓｓ，ＳＡ）。网络中的 一个设备对应有唯一的一个ＳＡ，在选择节点地址时 按照节点的重要性来排序，重要性越强的节点地址 越小。如果Ｊ１９３９已有定义，则尽量使用Ｊ１９３９已 定义的地址；具有多个功能的ＥＣＵ，可以使用多个 地址，也可以重复定义新的地址，新地址定义使用 ２０８～２３ｌ这段属于公路用车的预留地址。
国电气工程师协会（ＳＨＥ）基于ＣＡＮ总线制定了适用 于载货车和大客车的Ｊ１９３９协议［３】，并得到了广泛 的应用，其他处于推广阶段的协议有ＩＳＯ １１９９２、ＩＳＯ
万方数据
２００８年５月
李 芳等：电动汽车动力总成系统控制器局域网（ＣＡＮ）总线通信协议
１０３
１１５１９和Ｊ２２８４等。 由于内燃机汽车和电动汽车控制结构【４】的差
特别说明的是推荐网络拓扑结构并不是标准配 置，而是涵盖了最常用的功能模块，根据不同的应 用场合，节点数目可以相应增加或减少，比如有的 控制结构中可能需要两个电动机控制器，而有的可 能则不包括比如ＡＢＳ控制器、超级电容等。
控制器等节点为原ＳＡＥ Ｊ１９３９已做定义并分配了地 址的节点，而整车控制器、燃料电池发动机等为新 定义节点，新地址分配使用２０８＂－，２３１这段属于公路 用车的预留地址，电动机控制器撑１～私、蓄电池管 理系统撑１～槲使用Ｊ１９３９为电动机控制节点和蓄电 池控制节点所预留的地址，并将电动机控制器槲的 地址作为启动机／发电机一体化（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｓｔａｒｔｅｒ ａｎｄ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ，ＩＳＧ）节点的源地址。 ．
应用层完成标识符分配、多报文数据包的传输、 报文的发送和接收等功能，由于和实际的应用有很 大的关联性，ＣＡＮ协议没有对应用层做出明确的规 定，而国际标准（如Ｊ１９３９、ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ等）大多也只 适用于特定的应用场合。本文电动汽车动力总成系 统的应用层协议遵循Ｊ１９３９规范，充分考虑三类电 动汽车的控制结构特点，设计电动汽车推荐网络拓 扑结构，给每个节点都分配固定的标识地址；同时 在综合考虑各节点数据传输的实时性要求、数据的 相对重要程度、控制算法对节点处理速度的要求等
２ 电动汽车动力总成系统网络拓扑 结构
电动汽车结构复杂，和内燃机车比较增加了电 力驱动模块、电池模块等辅助设备，根据控制功能 的实现以及实时通信需求划分出各个功能模块，图 ２给出了混合动力汽车动力总成控制系统推荐的
‘
ＣＡＮ总线网络拓扑结构。
万方数据
机械工程学报
第４４卷第５期
ｌ‰网ｋｂ／ｓ或ＩＩ 丽（ＳＡ网：Ｉ ２摩３９嘲）ＩＩ 南瞬肉嘲陶Ｉ
ｃｉｅｎｔｌｙ，ａｎｄ ｔａｋｉｎｇ ｆｕｌｌ ａｄｖａｎｔａｇｅ ｏｆ ＣＡＮ ｂｕｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｎｏｄｅｓ’ｓｏｕｒｃｅ ａｄｄｒｅｓｓ，ｏｕｔｐｕｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｎｄ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｇｒｏｕｐｓ
ａｒｅ ａｌｌ ｄｅｆｉｎｅｄ ｃｌｅａｒｌｙ ｉｎ ｔｈｅ ｇｅｎｅｒａｌ ｐｒｏｔｏｃ０１．Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｂａｕｄ ｒａｔｅ ｏｆ ５００ ｋｂ／ｓ，ｔｈｅ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｉｓ ｖａｌｉｄａｔｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｉｎ
．图２混合动力汽车动力总成系统推荐的网络拓扑结构
燃料电池汽车推荐的ＣＡＮ网络拓扑结构包含 整车控制器、燃料电池发动机控制器、ＤＣ／ＤＣ控制 器、制动防拖死系统（Ａｎｔｉ．１０ｃｋ ｂｒａｋｅ ｓｙｓｔｅｍ，ＡＢＳ） 控制器、电动机控制器、蓄电池管理系统、超级电 容和驾驶员显示器；纯电动汽车则为整车控制器、 ＡＢＳ控制器、蓄电池管理系统、电动机控制器和驾 驶员显示器。
因素后，完成标识符（Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ，ｍ）分配、定义消息 周期以及确定信号与消息的映射关系等。
Ｊ１９３９协议与ＣＡＮ协议的２９位ＩＤ的对应关系 如图１所示。
ＩＤ
ＣＡＮ
老 ２ ２ ２ ２ ２
８ ７ ６ ５４
２２１ｌ ｌ １１ １ ｌ ｌ１ ｌ ９８ ７６ ５４３ ２
ｌ ０９８７ ６ ５４３ ２ １０
ｃｏｍｍｕｎｉｃ ｂｏｔｈ ＣＡＮｏｅ ａｎｄ ｈａｒｄｗａｒｅ－ｉｎ·ｔｈｅ－ｌｏｏｐ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｌｙ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ
ａｔｉｏｎ
ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｆｕｌｆｉｌｌｓ ｔｈｅ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｆｏｒ ｃｏｎｔｒ０１． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｈｙｂｒｉｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ Ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ ｖｅｈｉｃｌｅ Ｐｏｗｅｒ ｔｒａｉｎ ｓｙｓｔｅｍ
ｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｈｙｂｒｉｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ，ｐｕｒｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ ａｎｄ ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ ｖｅｈｉｃｌｅ．Ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｄｉｓａｇｒｅｅｍｅｎｔ ｏｎ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ｔｈｅ
ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅｓ ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ，ａ ｇｅｎｅｒａｌ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｊ１９３９，ｗｈｉｃｈ Ｃａｎ ｂｅ ａｐｐｌｉｅｄ ｏｎ ｔｈｅ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ａｒｅａ ｎｅｔｗｏｒｋ（ＣＡＮ）－ｂｕｓ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｉｓ ｇｉｖｅｎ．Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓ·
ｔｉｃｓ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅｓ，ｔｈｅ ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ ｎｅｔｗｏｒｋ ｔｏｐｏｌｏｇｉｅｓ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｉｎ ｓｙｓｔｅｍ ａｒｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｓｅｐａｒａｔｅｌｙ ｆｏｒ ｔｈｒｅｅ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｅｌｅｃ－
”
本文按照制定通信协议的基本原则，在设计三 类电动汽车动力总成系统网络拓扑结构后，基于 Ｊ１９３９制定了适用于电动汽车的通用应用层协议， 并通过试验测试了该协议的可行性。
１ 制定通信协议的基本原则
ＣＡＮ协议睁７】的制定一般包括物理层、数据链
路层和应用层三个方面。ＣＡＮ协议ＩＳ０１１８９８．１对
数据链路层做了完整的定义，并且不可更改，因此 ＣＡＮ通信协议的制定主要包括物理层和应用层协 议两个方面。 １．１物理层
Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｔｏｃｏｌ
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ
wenku.baidu.com
０前言
随着世界能源危机和环境污染日益严重，我国 政府将电动汽车列入国家８６３计划，各单位重点开 发燃料电池汽车、混合动力汽车、纯电动汽车三种
·国家高技术研究发展计划（８６３计划，２００５ＡＡ０１９２０）资助项目． ２００７０５１６收到初稿，２００７１２１９收到修改稿
ｐｏｗｅｒ ｔｒａｉｎ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｈｙｂｎｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ，ｐｕｒｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ ａｎｄ ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ ｖｅｈｉｃｌｅ，ｅｔｃ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｉｓ ａｌｓｏ ｃｏｍｐａｔｉ— ｂｌｅ ｗｉｔｈ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｖｅｈｉｃｌｅ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｉｎ．Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｔｏｐｏｌｏｇｉｅｓ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆｔｈｒｅｅ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｅｌｅｃｌｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅｓ ｓｕｆｆｉ－
。ＬＩ Ｆａｎ９１ ＺＨＡＮＧ Ｊｕｎｚｈｉ２ ＷＡＮＧ Ｌｉｆａｎｇｌ ＬＩＡＯ Ｃｈｅｎｇｌｉｎｌ （１．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １ ０００８０；
２．Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ Ｅｎｅｒｇｙ，Ｔｓｉｎｇｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １ ０００８４）
电动汽车的整车技术，电动汽车动力总成系统的总 线及通信协议研究是其中的关键技术之一，它能有 效保证动力总成系统的可靠实时控制。
控制器局域１网（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ａｒｅａ ｎｅｔｗｏｒｋ，ＣＡＮ）总 线［Ｉ－２］是目前在汽车上应用最广泛的通信协议。为了 实施总线协议的标准化工作，针对内燃机汽车，美
第４４卷第５期 ２００８年５月
机械工程学报
ＣＨＩＮＥＳＥ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
Ｖ０１．４４ Ｍａｙ
Ｎｏ．５ ２００８
电动汽车动力总成系统控制器局域网（ＣＡＮ）’ ，‘ 总线通信协议木
李．芳１。张俊智２王丽芳１廖承林１
（１．中国科学院Ｅｇ－ｒ研究所北京１０００８０： ２．清华大学汽车安全与节能国家重点实验室北京 １０００８４）
异，在传统内燃机车上成功应用的总线协议并不能 照搬到电动汽车上。国内电动汽车的研究还处于起 步阶段，虽然８６３承担单位和汽车厂商已经开发出 了一些混合动力车，并得到了部分应用１５】，但是动 力总成ＣＡＮ总线应用层协议的制定并不统一。制 定出针对电动汽车动力总成系统的通用网络协议规 范，对于提高我国汽车行业的自主知识产权，形成 统一的协议标准，促进电动汽车的产业化发展具有 非常重大和实用的意义。‘
摘要：给出制定控制器局域（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒａｒｅａｎｅｔｗｏｒｋ，ＣＡＮ）总线通信协议应遵循的基本原则。结合电动汽车的控制结构特点， 设计混合动力、纯电动、燃料电池等三种类型电动汽车动力总成系统推荐的网络拓扑结构。针对目前电动汽车应用层协议的 不统一现状，在ＳＡＥ Ｊ１９３９的基础上，制定同时适用于三种类型电动汽车动力总成系统的ＣＡＮ总线通用协议，并与传统内 燃机汽车的通信协议兼容。该通用协议综合考虑了三类电动汽车的拓扑结构以及控制所需参数，并充分利用ＣＡＮ通信的优 势，对电动汽车各节点源地址分配、输出参数以及参数组定义等都做出明确的规定。在总线波特率为５００ ｋｂ／ｓ时，协议的有
效性分别在ＣＡＮｏｅ软件和自主开发的网络在环平台中得到验证，通信性能满足控制的实时性要求。
关键词：混合动力燃料电池动力总成系统通信协议应用层 中图分类号：ＴＧ １５６
Ｃｏｎｔｒｏｌｌｏｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｆｏｒ Ｐｏｗｅｒｔｒａｉｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ
（２）优先级（Ｐｒｉｏｒｉｔｙ，Ｐ）。优先级共有８级，最高 级０和最低级７，报文优先级可以设置，所有从控 制源发出的报文缺省优先级为３，所有信息的、专 用的、请求和应答报文的缺省优先级为６，根据报 文的实时性要求可适当修改优先级；电动汽车的新 增加报文中，产品序列信息将使用最低优先级７。
（３）参数组定义及编码。对各ＥＣＵ节点的参数 组定义时，尽量将相同功能的参数，相同或相近刷 新率的参数以及属于同一个子系统内的参数放在同 一个参数组中，这样可以减少报文的数量，降低总 线负载：新的参数组既要充分利用８个字节的数据 宽度，尽量将相关的参数放在同一组内，又要考虑 扩展性，预留一部分字节或位，以便将来进行修改。
参数组编码（Ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｇｒｏｕｐ ｎｕｍｂｅｒ，ＰＧＮ）的 确定按照参数组的重要程度来分配，ＰＧＮ号由协议 数据单元格式（Ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｄａｔａ ｕｎｉｔ ｆｏｒｍａｔ，ＰＦ）和协议 数据单元特定域（Ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｄａｔａ ｕｎｉｔ ｓｐｅｃｉｆｉｃ，ＰＳ）两个 因素来共同决定，按照传输方式（广播或者一对一传 输）的不同可以分配不同的ＰＧＮ号。
ｌ０
保强
Ｊ１９３９
Ｐ 留榴
ＰＦ
ＰＳ
ＳＡ
位贝
图１ Ｊ１９３９协议与ＣＡＮ协议的２９位Ⅲ的对应关系
制定应用层协议的基本的规则如下。 （１）节点源地址（Ｓｏｕｒｃｅ ａｄｄｒｅｓｓ，ＳＡ）。网络中的 一个设备对应有唯一的一个ＳＡ，在选择节点地址时 按照节点的重要性来排序，重要性越强的节点地址 越小。如果Ｊ１９３９已有定义，则尽量使用Ｊ１９３９已 定义的地址；具有多个功能的ＥＣＵ，可以使用多个 地址，也可以重复定义新的地址，新地址定义使用 ２０８～２３ｌ这段属于公路用车的预留地址。
国电气工程师协会（ＳＨＥ）基于ＣＡＮ总线制定了适用 于载货车和大客车的Ｊ１９３９协议［３】，并得到了广泛 的应用，其他处于推广阶段的协议有ＩＳＯ １１９９２、ＩＳＯ
万方数据
２００８年５月
李 芳等：电动汽车动力总成系统控制器局域网（ＣＡＮ）总线通信协议
１０３
１１５１９和Ｊ２２８４等。 由于内燃机汽车和电动汽车控制结构【４】的差
特别说明的是推荐网络拓扑结构并不是标准配 置，而是涵盖了最常用的功能模块，根据不同的应 用场合，节点数目可以相应增加或减少，比如有的 控制结构中可能需要两个电动机控制器，而有的可 能则不包括比如ＡＢＳ控制器、超级电容等。
控制器等节点为原ＳＡＥ Ｊ１９３９已做定义并分配了地 址的节点，而整车控制器、燃料电池发动机等为新 定义节点，新地址分配使用２０８＂－，２３１这段属于公路 用车的预留地址，电动机控制器撑１～私、蓄电池管 理系统撑１～槲使用Ｊ１９３９为电动机控制节点和蓄电 池控制节点所预留的地址，并将电动机控制器槲的 地址作为启动机／发电机一体化（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｓｔａｒｔｅｒ ａｎｄ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ，ＩＳＧ）节点的源地址。 ．
应用层完成标识符分配、多报文数据包的传输、 报文的发送和接收等功能，由于和实际的应用有很 大的关联性，ＣＡＮ协议没有对应用层做出明确的规 定，而国际标准（如Ｊ１９３９、ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ等）大多也只 适用于特定的应用场合。本文电动汽车动力总成系 统的应用层协议遵循Ｊ１９３９规范，充分考虑三类电 动汽车的控制结构特点，设计电动汽车推荐网络拓 扑结构，给每个节点都分配固定的标识地址；同时 在综合考虑各节点数据传输的实时性要求、数据的 相对重要程度、控制算法对节点处理速度的要求等
２ 电动汽车动力总成系统网络拓扑 结构
电动汽车结构复杂，和内燃机车比较增加了电 力驱动模块、电池模块等辅助设备，根据控制功能 的实现以及实时通信需求划分出各个功能模块，图 ２给出了混合动力汽车动力总成控制系统推荐的
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ＣＡＮ总线网络拓扑结构。
万方数据
机械工程学报
第４４卷第５期
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ｃｉｅｎｔｌｙ，ａｎｄ ｔａｋｉｎｇ ｆｕｌｌ ａｄｖａｎｔａｇｅ ｏｆ ＣＡＮ ｂｕｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｎｏｄｅｓ’ｓｏｕｒｃｅ ａｄｄｒｅｓｓ，ｏｕｔｐｕｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｎｄ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｇｒｏｕｐｓ
ａｒｅ ａｌｌ ｄｅｆｉｎｅｄ ｃｌｅａｒｌｙ ｉｎ ｔｈｅ ｇｅｎｅｒａｌ ｐｒｏｔｏｃ０１．Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｂａｕｄ ｒａｔｅ ｏｆ ５００ ｋｂ／ｓ，ｔｈｅ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｉｓ ｖａｌｉｄａｔｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｉｎ
．图２混合动力汽车动力总成系统推荐的网络拓扑结构
燃料电池汽车推荐的ＣＡＮ网络拓扑结构包含 整车控制器、燃料电池发动机控制器、ＤＣ／ＤＣ控制 器、制动防拖死系统（Ａｎｔｉ．１０ｃｋ ｂｒａｋｅ ｓｙｓｔｅｍ，ＡＢＳ） 控制器、电动机控制器、蓄电池管理系统、超级电 容和驾驶员显示器；纯电动汽车则为整车控制器、 ＡＢＳ控制器、蓄电池管理系统、电动机控制器和驾 驶员显示器。