基于SAE J1939協議的車輛網絡集成方法

摘要 電控單元(ECU)是車輛內部系統控制模塊的代名詞。本文介紹如何集成自定義ECU和具有SAEJI939CAN接口的ECU產品，實現基于SAE JI939協議的車輛網絡，完成自定義ECU的信息采集和各ECU 間的信息交換。該網絡使用雙核單片機和μC／OS-II操作系統，通過液晶顯示器和按鍵實現信息交互，解決了車輛儀表盤信息量較少和故障診斷實時性不足等問題。該方法可推廣應用到其他工業環境類似的CAN通信領域，如列車控制、工廠控制等。
關鍵詞 SAE JI939協議 車輛網絡 集成方法 電控單元 CAN

引 言
隨著車輛電子化和自動化程度的提高，車輛上的ECU日益增多。為了提高信號的利用率，要求在不同的ECU間，大量的數據狀態信息能夠實現共享，大量的控制信號能夠實時交換。這樣，傳統線束已遠遠不能滿足這種需求。
CAN總線及基于CAN的車輛網絡通信協議提供了解決上述問題的途徑。SAE J1939協議是美國汽車工程師協會(SAE)在CAN2．0B協議基礎上制定的重型貨車和客車網絡通信協議，是目前汽車電子網絡中應用最廣泛的應用層協議之一。該協議使用多路復用技術為車輛各傳感器、執行器和控制器提供建立在CAN總線基礎上的標準化高速網絡連接，在不同的ECU間實現高速數據共享，以有效減少線束數量并提高車輛電子控制系統的靈活性、可靠性、可維修性。
目前，車輛的ECU產品大都帶有SAE J1939 CAN接口。針對具有SAE J1939 CAN接口的ECU產品(如發動機、變速器及其緩速器和ABS等ECU)，自定義若干ECU，集成實現基于SAE J1939協議的車輛網絡，完成自定義ECU的信息采集和各ECU間的信息交換。

1 車輛網絡拓撲結構
具有SAE J1939 CAN接口的ECU產品接上儀表板連成網絡后，已基本滿足車輛駕駛的要求。為了使自定義ECU對外通信盡量不影響ECU產品間的通信，整個網絡分為兩個網段，必要時可合并成一個網段。網段A包含信息交互ECU，發動機ECU，變速器及其緩速器ECU，ABS ECU；網段B包括信息交互ECU，發動機外圍、I橋及II橋ECU，分動器ECU，III橋及IV橋ECU。信息交互ECU用兩個CAN端口分別與兩個網段連接，具有報文轉發功能。車輛網絡拓撲結構如圖1所示。

2 車輛網絡通信設計
按照SAE J1939協議，車輛網絡通信設計包括以下幾方面內容：
◆物理層與SAEJI939-11兼容；
◆數據鏈路層與SAE J1939-21兼容；
◆網絡層與SAE J1939-31兼容；
◆應用層與SAE J1939-71兼容；
◆應用層診斷與SAE J1939-73兼容；
◆網絡管理層與SAE J1939-81兼容。
2．1 物理層
物理層實現網絡上所有ECU的電氣連接。物理介質采用特征阻抗為120 Ω的屏蔽雙絞線，CAN_H為黃色、CAN_L為綠色。網段盡可能使用線性拓撲結構，其波特率為250 kbps。網段干線兩端均以120 Ω電阻做終端匹配。ECU使用短支線與網段干線連接，在網段中采用不相等布置以防止產生駐波。