基于LabVIEW和J1939協(xié)議的CAN總線通訊平臺開發(fā)

軟件設計

基于J1939 協(xié)議的CAN 總線報文收發(fā)多任務處理流程，如圖3 所示，采用生產(chǎn)者/消費者循環(huán)數(shù)據(jù)結構。生產(chǎn)者循環(huán)使用“元素入隊列”函數(shù)向報文簇隊列中添加數(shù)據(jù)，消費者循環(huán)使用“元素出隊列”函數(shù)從報文簇隊列中移出數(shù)據(jù)。循環(huán)間采用隊列的方式進行通信，避免多任務處理競爭狀態(tài)，當生產(chǎn)數(shù)據(jù)比消費處理數(shù)據(jù)的速度快時，隊列的緩沖作用保證報文數(shù)據(jù)不丟失。

圖3 基于LabVIEW 和J1939 協(xié)議的CAN 總線通訊報文收發(fā)多任務處理

建立接收報文ID 解析過濾的識別方法。確定報文標識符ID 的枚舉型狀態(tài)變量識別報文，根據(jù)狀態(tài)變量條件結構過濾報文。

PDU1、PDU2 格式單幀報文全部入隊列，數(shù)據(jù)場大于8 字節(jié)的對話式、廣播式多幀報文按J1939協(xié)議多幀數(shù)據(jù)合成重組后入隊列，其它無數(shù)據(jù)場的報文幀舍去，處理完的接收報文簇分解后出隊列計算、存貯和顯示。

廣播幀報文接收合成，首先進行TP.CM-BAM 命令幀解析，提取EECU 發(fā)送報文的PGN 和幀數(shù)，其次對接收的TP.DT-BAM 數(shù)據(jù)幀組報文刪除幀序號，通過替換數(shù)組子集對接收報文合成重組，還原PGN 標識的數(shù)據(jù)長度大于8 字節(jié)的廣播幀報文。

建立發(fā)送報文ID 解析封裝的識別方法。報文解析首先確定幀類型狀態(tài)變量，其次根據(jù)狀態(tài)變量的條件判斷，進行報文格式的封裝定義。

數(shù)據(jù)場小于或等于8 字節(jié)的PDU1、PDU2 單幀發(fā)送報文直接入隊列，數(shù)據(jù)場大于8 字節(jié)的對話式、廣播式多幀報文按J1939 協(xié)議多幀數(shù)據(jù)處理打包封裝簇合成后入隊列，處理完的J1939 發(fā)送報文簇分解后出隊列并寫入CAN 口。

廣播幀報文發(fā)送封裝，ID 解析將發(fā)送報文的PGN 封裝在廣播報文命令幀標識符ID-TP.CM 中，報文數(shù)組解析進行字節(jié)數(shù)和幀數(shù)計算，創(chuàng)建幀序號加報文子集的8 字節(jié)多幀數(shù)組，與數(shù)據(jù)幀標識符ID-TP.DT 打包封裝簇合成TP.DT-BAM，TP.CM-BAM 與TP.DT-BAM 組成廣播幀格式報文。

應用效果

在整車電環(huán)境的半實物仿真報文接收測試試驗中，應用圖4 所示的基于LabVIEW 和J1939 協(xié)議的CAN 總線通訊平臺，與Vector CANoe 模塊在同一時間段比對測試，接收的某型號發(fā)動機穩(wěn)態(tài)工況EECU 報文如圖5 所示，一秒內接收EECU 發(fā)出的526 幀報文，比對測試接收的報文無丟失現(xiàn)象。

發(fā)動機燃油消耗量報文，實時反映了發(fā)動機燃油經(jīng)濟性，在商用車J1939 協(xié)議CAN 總線網(wǎng)絡中，分別被車輛VECU 接收，作為換擋控制策略控制自動變速箱汽車;組合儀表ECU 接收并實時顯示，提示駕駛員形成良好的駕駛習慣，操縱汽車達到最佳燃油經(jīng)濟性的路況行駛。為使發(fā)動機獲得最佳的動力性、經(jīng)濟性和兼顧排放達標，需要對發(fā)動機電控單元EECU 進行標定匹配，獲得最佳噴油脈寬的標定參數(shù)。標定之后做比對試驗，驗證EECU 的標定效果。

發(fā)動機穩(wěn)態(tài)工況試驗，能夠反映車輛的等速工況;而發(fā)動機變工況瞬態(tài)試驗，能夠模擬實際道路循環(huán)中發(fā)動機狀態(tài)。通過將實時報文油耗和實際測量瞬態(tài)油耗的對比，研究兩者之間的對應吻合關系，判斷發(fā)動機EECU 的控制效果。

圖4 基于LabVIEW 和J1939 協(xié)議的CAN 總線通訊平臺應用

注：一秒內接收報文 39736 – 39210 = 526

圖5 發(fā)動機穩(wěn)態(tài)工況EECU 報文

圖6 發(fā)動機變工況臺架試驗油耗比對測量

某型號發(fā)動機十工況臺架試驗瞬態(tài)油耗比對測量曲線見圖6 所示，從J1939 協(xié)議CAN 總線接收并解析的EECU 油耗報文數(shù)據(jù)，與臺架油耗儀實測數(shù)據(jù)在發(fā)動機低負荷時存在差異，即發(fā)動機低負荷時實際噴油量較小，設定噴油量與實際噴油量的差異值較大。這個差異是因為發(fā)動機低負荷共軌軌壓波動較大，導致噴油量波動變化而客規(guī)存在。兩條曲線總體吻合一致，通過CAN 總線接收的發(fā)動機噴油目標值，與實際測量值接近，且變化趨勢和時序同步，反映了發(fā)動機EECU 標定匹配獲得了最佳噴油脈寬的目標值。

總結

基于LabVIEW 和J1939 協(xié)議的NI PXI 模塊化系統(tǒng)架構的CAN 總線通訊平臺的開發(fā)，建立了NICAN 模塊在商用車CAN 總線通訊的應用基礎，項目具有推廣和商品應用前景。在發(fā)動機臺架試驗、整車電環(huán)境半實物仿真分析中，實現(xiàn)對CAN 總線報文信息的過濾識別、合成接收、封裝發(fā)送、存貯、解析計算及實時顯示。

應用LabVIEW 軟件平臺強大的數(shù)學分析運算及隊列處理能力，以及適應整車苛刻測試環(huán)境的NI PXI 儀器及CAN 接口模塊，滿足試驗工況對CAN 總線報文信息解析的功能需求，同時實現(xiàn)對報文數(shù)據(jù)與NI PXI 儀器其它測量參數(shù)同步采樣，試驗數(shù)據(jù)比對分析處理具有實時性和真實性。