速銳得重型柴油車SAE J1939總線數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分析及應(yīng)用

重型柴油車標(biāo)準(zhǔn)CAN協(xié)議遵循J1939,同樣適用于一些工程機(jī)械和大部分的客車，SAE J1939物理層基于ISO11898-2,速率為250kbit/s。CAN（Controller Area Network）總線信息傳輸著車輛各總成控制器的重要控制信號，如何直接從CAN總線上獲取、保存與分析報(bào)文非常重要。

我們針對各類不同的汽車做數(shù)據(jù)采集，這些數(shù)據(jù)不僅有利于駕駛員更好獲取駕駛信息，提高車輛操控性，而且便于交通事故的調(diào)查分析，為汽車智能化提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。SAE J1939協(xié)議是目前客車、卡車等大型汽車中最廣泛的應(yīng)用層協(xié)議，其針對車輛內(nèi)部ECU（Electronic Control Unit）的報(bào)文格式、ISO拉丁字母符集、參數(shù)范圍、傳輸重復(fù)率、地址配置、發(fā)動機(jī)參數(shù)命名、通信方式及報(bào)文發(fā)送優(yōu)先級等做了明確的規(guī)定。

SAE J1939的消息格式使用參數(shù)群編號作為一組參數(shù)的標(biāo)號。這些參數(shù)中的每一個都可以用ASCII碼表達(dá)，或者由兩個或者兩個以上的字母組成的功能狀態(tài)。字母數(shù)字字符將首先作為最高位的有效字節(jié)進(jìn)行傳送，除非另外有特殊指定，字母數(shù)字字符都遵照ISO字母組，其他兩個或者兩個以上數(shù)字字節(jié)組成的參數(shù)，首先作為最低位有效字節(jié)進(jìn)行傳送。

對每個參數(shù)都應(yīng)該確定它的數(shù)據(jù)類型，數(shù)據(jù)的類型可以是狀態(tài)值或者是測量值。狀態(tài)值表示一個或多個狀態(tài)參數(shù)的目前狀態(tài)，比如車門為打開狀態(tài)、或者為關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)下車速是60碼，這些都是狀態(tài)數(shù)據(jù)，這些都是傳輸節(jié)點(diǎn)在執(zhí)行操作后所產(chǎn)生的結(jié)果。這個操作是根據(jù)本地或者網(wǎng)絡(luò)測量值或者狀態(tài)信息進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果。要注意的是，這樣的操作不需要有特定的確認(rèn)信息。例如狀態(tài)數(shù)據(jù)表示有一個電磁線圈已經(jīng)被激活了，我們并不需要對他進(jìn)行測試來確認(rèn)這個電磁線圈已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了它的功能，直接通過報(bào)文信息比對便可以輸出這個結(jié)果。狀態(tài)類的數(shù)據(jù)有發(fā)動機(jī)剎車被啟動，速度運(yùn)行、巡航控制運(yùn)行、巡航狀態(tài)、故障代碼、轉(zhuǎn)矩、油門以及這些狀態(tài)數(shù)據(jù)不對稱性的調(diào)整等等。

測量之類的數(shù)據(jù)表示了傳輸節(jié)點(diǎn)對某個參數(shù)測量后得到的當(dāng)前值，這樣可以確定已定義的參數(shù)的狀態(tài)。數(shù)據(jù)測量值類型的數(shù)據(jù)有進(jìn)氣壓力、點(diǎn)火開關(guān)、巡航設(shè)置開關(guān)打開、最大巡航速度、剩余油量、速度、負(fù)載百分比等等。

通信參數(shù)的定義：

看下面三個表格，包含了確定的傳輸信號有效數(shù)值范圍、表示離散參數(shù)的傳輸數(shù)值（測量值）及表示控制模式命令狀態(tài)的數(shù)值范圍。在錯誤指示范圍內(nèi)的數(shù)值表示，由于傳感器、子系統(tǒng)或功能模塊中出現(xiàn)某種類型的錯誤，因而沒有可利用的參數(shù)（比如該車沒有這個傳感器）。

在不可用的范圍內(nèi)的素質(zhì)表示，模塊傳遞的消息包含的參數(shù)在該模塊中不可用或者不支持，在不可被請求范圍內(nèi)的數(shù)值提供了設(shè)備傳輸命令消息和識別那些不要接收設(shè)備發(fā)出響應(yīng)的參數(shù)的手段。

如果一個元件故障阻礙了某個參數(shù)有效數(shù)據(jù)的傳輸，那表示離散參數(shù)的傳輸數(shù)值及控制命令傳輸數(shù)值的下表中描述的錯誤顯示數(shù)值應(yīng)該用于代替該參數(shù)的數(shù)值。然而，如若測量或計(jì)算出來的數(shù)據(jù)所產(chǎn)生的數(shù)值是否有效的，但它超過了已定義的范圍，那么我們采集到的錯誤顯示的數(shù)值就不應(yīng)該使用，而應(yīng)該用合適的最小或者最大數(shù)值進(jìn)行傳輸，采集的時(shí)候容易掉坑。

傳輸信號有效數(shù)值范圍

表示離散參數(shù)的傳輸數(shù)值（測量值）

表示控制命令的傳輸數(shù)值（狀態(tài)）

我們在采集數(shù)據(jù)的過程中會涉及到比例、界限、偏移量、和傳送等，這樣給在CAN總線上給定的參數(shù)類型（如溫度、壓力、速度）中盡量保持?jǐn)?shù)據(jù)的一致性。例如大眾汽車的方向盤轉(zhuǎn)向角度通過CAN報(bào)文采集的是-32768至32768的范圍，它的分辨率是0.1秒位，數(shù)據(jù)長度是16位，偏移量就是-3276.8，為此可以判定這個的角度和方向。另如制動踏板，這個數(shù)據(jù)在DBC報(bào)文顯示踩下為01，放開為00，也十分容易判別。

類似這樣的數(shù)據(jù)采集，可以從DBC獲得豐富的數(shù)據(jù)包含了計(jì)數(shù)、里程、剩余油量、電流、進(jìn)氣流量、耗油量、調(diào)速增益、齒輪傳動比、重力負(fù)荷、進(jìn)氣壓力、溫度等等，在BCM系統(tǒng)還可以采集安全帶、手剎、車門狀態(tài)、鑰匙狀態(tài)、方向盤轉(zhuǎn)向角度、動力開關(guān)等，控制上基本都可以實(shí)現(xiàn)動力開閉、閃燈鳴笛、門鎖開閉、升窗、關(guān)天窗、控雨刮、尾箱等。

發(fā)動機(jī)的有些參數(shù)是根據(jù)曲柄角的變化進(jìn)行計(jì)算或者更新的，它們不是在某個特定的時(shí)間后進(jìn)行的。這個情況下，參考特定的更新就會失效，因?yàn)檫@個時(shí)候是按照轉(zhuǎn)速變化而變化。為了避免網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)過重，我們采用總線監(jiān)聽的方式，讀懂了發(fā)動機(jī)的通信與控制參數(shù)，發(fā)動機(jī)也是盡量縮短采樣時(shí)間、運(yùn)算和傳輸數(shù)據(jù)的反應(yīng)時(shí)間。大體有2種，一是基于時(shí)間的采樣、運(yùn)算和傳輸；二是基于時(shí)間和基于曲柄角混合使用的采樣、運(yùn)算和傳輸。這時(shí)，為了在可接受的范圍內(nèi)保持?jǐn)?shù)據(jù)更新速度，曲柄角的角度值會根據(jù)當(dāng)前的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，在前后更新的時(shí)間間隔中改變。

例如下面幾組發(fā)動機(jī)電子控制單元的主報(bào)文幀內(nèi)容：

Torque/ Speed Conrtol-轉(zhuǎn)矩速度控制

發(fā)動節(jié)點(diǎn)：HCU

接受節(jié)點(diǎn)：ECU

發(fā)送周期：取決控制目的

數(shù)據(jù)長度：8

數(shù)據(jù)頁：0

PDU格式：0

特定PDU：DA

默認(rèn)優(yōu)先值（P）：3

參數(shù)群編號（PGN）：0

Turbocharger-渦輪增壓器

發(fā)送周期：1秒

數(shù)據(jù)長度：8

數(shù)據(jù)頁：0

PDU格式：254

特定PDU：221

默認(rèn)優(yōu)先值（P）：6

參數(shù)群編號（PGN）：0XFEDD

在國六遠(yuǎn)程OBD在線排放終端控制器的系統(tǒng)中，速銳得就是采用這一特性，從J1939的數(shù)據(jù)協(xié)議中采集獲得發(fā)動機(jī)工況包含了車速、大氣壓力、發(fā)動機(jī)扭矩、摩擦扭矩、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、燃料流量、SCR上游氮氧化物傳感器輸出值、反應(yīng)劑余量、進(jìn)氣量、SCR出入口溫度、DPF壓差、發(fā)動機(jī)冷卻液溫度、郵箱液平面百分比、定位狀態(tài)、經(jīng)緯度、累計(jì)里程、發(fā)動機(jī)扭矩模式、油門踏板、油耗、尿素箱溫度、實(shí)際尿素噴射量、DPF排氣溫度等數(shù)據(jù)，通過移動4G/5G網(wǎng)絡(luò)，采用GB-17691網(wǎng)絡(luò)通訊傳輸協(xié)議，將終端數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)平臺，實(shí)現(xiàn)重型車J1939在環(huán)保排放領(lǐng)域的CAN總線數(shù)據(jù)應(yīng)用。