0 引言

    由于新能源汽車車載網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，傳統(tǒng)汽車領(lǐng)域的測(cè)量與標(biāo)定工具并不適合新能源汽車的研發(fā)需求。新的通訊方式和標(biāo)定協(xié)議也在不斷發(fā)展并得到應(yīng)用，如歐洲汽車公司成立的標(biāo)準(zhǔn)化組織ASAP于1992年推出了基于CAN(Controller Area Network)總線的CCP協(xié)議以及其后的升級(jí)版本XCP協(xié)議。在車載控制器的匹配過(guò)程中，需要根據(jù)整車的各種性能要求（如動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排放及輔助功能等）來(lái)調(diào)整、優(yōu)化和確定整車上各ECU（電子控制單元）的運(yùn)行及控制參數(shù)的控制算法^[1]。新能源汽車整車控制器包含并涉及多門學(xué)科的多個(gè)系統(tǒng)，如機(jī)械傳動(dòng)領(lǐng)域、電機(jī)驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域和電化學(xué)等，它的本質(zhì)就是一種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。由于傳統(tǒng)的標(biāo)定系統(tǒng)沒(méi)有基于較好的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議規(guī)范，也無(wú)法適應(yīng)新能源車內(nèi)部復(fù)雜異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的苛刻需求，而國(guó)外產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)格昂貴且技術(shù)開(kāi)放度差，從而實(shí)現(xiàn)一套面向異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的新能源車整車控制器測(cè)量與標(biāo)定系統(tǒng)具有極高的應(yīng)用價(jià)值。

1 XCP協(xié)議介紹

    XCP協(xié)議是基于不同通訊平臺(tái)的測(cè)量標(biāo)定協(xié)議的總稱，可以基于CAN總線、LIN總線、USB總線等不同總線，最常見(jiàn)的是“XCP on CAN”。CAN總線是德國(guó)BOSCH公司為現(xiàn)代汽車應(yīng)用領(lǐng)域推出的一種多主局域網(wǎng)。它實(shí)現(xiàn)了汽車電子的網(wǎng)絡(luò)化，大幅度減少了汽車內(nèi)的線束，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享^[2]。圖1為“XCP on CAN”的消息幀結(jié)構(gòu)，幀頭為空，幀尾為填充位，消息最大長(zhǎng)度為8 B，ID標(biāo)識(shí)域用來(lái)辨識(shí)數(shù)據(jù)包類型和數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)容，F(xiàn)ILL為對(duì)齊選項(xiàng)，DAQ為DTO(Data Transfer Object)數(shù)據(jù)包在數(shù)據(jù)請(qǐng)求列表中的索引，時(shí)間表示域?yàn)榭蛇x項(xiàng)，DATA存放相應(yīng)數(shù)據(jù)^[3]。XCP協(xié)議通訊模式采用主從通訊方式，主機(jī)發(fā)送命令，從機(jī)應(yīng)答。XCP數(shù)據(jù)包分為兩種類型：指令傳輸包CTO(Command Transfer Object)和同步數(shù)據(jù)包DTO^[4-6]，主機(jī)發(fā)送不同的CTO建立與從機(jī)的邏輯連接，請(qǐng)求從機(jī)回應(yīng)DTO，另外CTO可以請(qǐng)求啟動(dòng)DAQ(數(shù)據(jù)采集)模式定時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)。

2 標(biāo)定系統(tǒng)總體架構(gòu)

    如圖2所示，整個(gè)標(biāo)定系統(tǒng)框架遵循ASAP標(biāo)準(zhǔn)和XCP通訊協(xié)議。上位機(jī)通過(guò)Kvaser設(shè)備將USB信號(hào)轉(zhuǎn)為CAN信號(hào)與整車控制器進(jìn)行通訊。A2L文件獨(dú)立于上位機(jī)和整車控制器，完成整車控制器所有相關(guān)參數(shù)的詳細(xì)定義和描述，上位機(jī)通過(guò)讀取A2L文件來(lái)完成對(duì)整車控制器的測(cè)量和標(biāo)定工作。整車控制器通過(guò)不同的總線接口與外部子系統(tǒng)相連，不同的總線接口與子系統(tǒng)構(gòu)成了復(fù)雜的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。

    該標(biāo)定系統(tǒng)以PC機(jī)作為上位機(jī)，主要集成測(cè)量、標(biāo)定和診斷模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊、XCP協(xié)議解析模塊及A2L文件解析器。測(cè)量、標(biāo)定和診斷窗口采用C#技術(shù)搭建，可實(shí)現(xiàn)ECU數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)、在線修改和故障診斷功能。數(shù)據(jù)庫(kù)模塊可根據(jù)用戶需求完成對(duì)相關(guān)參數(shù)值的存儲(chǔ)、修改、刪除及查找功能。A2L文件解析器集成于上位機(jī)中，完成A2L文件的讀取和解析，將相關(guān)參數(shù)的定義轉(zhuǎn)換為相應(yīng)存儲(chǔ)格式存儲(chǔ)，依此，上位機(jī)可精確找出具體參數(shù)的詳細(xì)地址、大小和數(shù)據(jù)格式等信息。XCP協(xié)議解析模塊完成XCP協(xié)議的封裝和解析。

    底層標(biāo)定軟件由XCP Driver、CAN Driver、應(yīng)用層程序組成。XCP Driver實(shí)現(xiàn)整個(gè)XCP協(xié)議的協(xié)議層，包括XCP命令的解析、處理、回復(fù)及數(shù)據(jù)的采集等；CAN Driver作為XCP傳輸層，與PC機(jī)標(biāo)定軟件進(jìn)行通訊；應(yīng)用層程序主要實(shí)現(xiàn)對(duì)特定任務(wù)的調(diào)度。其中，XCP Driver層可根據(jù)數(shù)據(jù)包的形式判斷是指令數(shù)據(jù)包CTO還是同步數(shù)據(jù)包DTO，從而決定調(diào)用的是命令處理機(jī)還是DAQ處理機(jī)。

3 標(biāo)定系統(tǒng)上位機(jī)的實(shí)現(xiàn)

3.1 A2L文件解析器的設(shè)計(jì)

    A2L文件以模塊為單元進(jìn)行層次劃分，每個(gè)模塊以/begin開(kāi)頭，以/end來(lái)結(jié)尾，MEASUREMENT模塊描述了監(jiān)測(cè)參數(shù)的詳細(xì)信息，CHARACTERTSTIC模塊定義了標(biāo)定參數(shù)的詳細(xì)信息，它們的數(shù)據(jù)格式參考關(guān)鍵字RECORD_LAYOUT，轉(zhuǎn)換方法參考關(guān)鍵字COMPU_METHOD^[4]。將A2L文件按照文件信息來(lái)處理，逐行讀取并進(jìn)行字符串操作，取出其中描述的關(guān)鍵信息，按照轉(zhuǎn)換方式轉(zhuǎn)換即可轉(zhuǎn)換為相應(yīng)物理值。因?yàn)榻馕鲞^(guò)程比較復(fù)雜，采用先進(jìn)后出的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)建立相應(yīng)關(guān)鍵字和嵌套關(guān)鍵字的邏輯關(guān)系，A2L文件解析流程如圖3所示。

3.2 XCP協(xié)議驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)

    PC機(jī)與ECU間基于XCP協(xié)議的通訊方式為標(biāo)準(zhǔn)通訊模式，即PC機(jī)發(fā)出命令得到ECU的應(yīng)答后才能發(fā)出下一條命令。為了滿足基本要求，上位機(jī)中設(shè)計(jì)了4個(gè)XCP功能函數(shù)，分別為建立對(duì)話函數(shù)、參數(shù)標(biāo)定函數(shù)、同步數(shù)據(jù)傳輸函數(shù)以及結(jié)束對(duì)話函數(shù)。XCP功能函數(shù)列表如表1所示。

    Setting_Up_Session()函數(shù)建立會(huì)話連接并完成主從信息的交換。Calibration()函數(shù)可完成參數(shù)的標(biāo)定功能。DAQ_data_transfer()函數(shù)可調(diào)用DAQ處理機(jī)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。結(jié)束會(huì)話函數(shù)Closing_session()結(jié)束XCP對(duì)話。

4 底層軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

    XCP的數(shù)據(jù)包分為兩種類型，指令數(shù)據(jù)包（CTO）和同步數(shù)據(jù)包（DTO），上位機(jī)發(fā)送指令包時(shí)，經(jīng)過(guò)XCP傳輸層將CAN信息發(fā)送給XCP驅(qū)動(dòng)層進(jìn)行解析處理，從中獲得指令碼，從CMD函數(shù)列表中運(yùn)行對(duì)應(yīng)指令碼的執(zhí)行函數(shù)，進(jìn)行相應(yīng)處理并返回結(jié)果，XCP傳輸層將結(jié)果傳輸至CAN總線。當(dāng)上位機(jī)發(fā)送同步數(shù)據(jù)包時(shí)，ECU開(kāi)啟DAQ模式，從事先已經(jīng)配置好的DAQ列表中，根據(jù)對(duì)應(yīng)內(nèi)存地址及地址長(zhǎng)度信息，將對(duì)應(yīng)內(nèi)存中的數(shù)據(jù)通過(guò)XCP傳輸層傳輸至CAN總線。每次執(zhí)行完CAN的發(fā)送和接收后，都要執(zhí)行發(fā)送和接收完處理，設(shè)置狀態(tài)位，釋放緩沖區(qū)數(shù)據(jù)，以便于開(kāi)始下一波處理。

    通過(guò)設(shè)計(jì)不同的函數(shù)接口，將CAN傳輸層和CAN驅(qū)動(dòng)層以及應(yīng)用層銜接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)基于XCP協(xié)議的數(shù)據(jù)通訊。各類函數(shù)接口和邏輯關(guān)系如圖4所示。

    各接口功能定義如下：

    （1）Can_Init函數(shù)完成CAN模塊的初始化；

    （2）XcpRx_CallBack函數(shù)對(duì)接收到的CAN數(shù)據(jù)進(jìn)行初步解析后放入相應(yīng)通道的接收緩沖區(qū)中，設(shè)置接收緩沖區(qū)的狀態(tài)；

    （3）XcpTx_CallBack函數(shù)對(duì)發(fā)送完CAN數(shù)據(jù)后進(jìn)行發(fā)送完處理，管理發(fā)送緩沖區(qū)；

    （4）Can_Transmit函數(shù)完成對(duì)應(yīng)郵箱中數(shù)據(jù)的發(fā)送，即CAN數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù)；

    （5）Xcp_Init函數(shù)完成XCP驅(qū)動(dòng)模塊的初始化工作；

    （6）Cmd_Professor函數(shù)查詢各通道中的命令并進(jìn)行解析，調(diào)用相應(yīng)函數(shù)列表中的處理函數(shù)去執(zhí)行命令；

    （7）Daq_Processor函數(shù)完成DAQ模式的處理，根據(jù)配置將DAQ列表指向的內(nèi)容發(fā)送出去；

    （8）Xcp_Event函數(shù)用于應(yīng)用層觸發(fā)事件，可根據(jù)要求進(jìn)行同步數(shù)據(jù)傳輸。

    應(yīng)用層用于對(duì)不同任務(wù)間的指揮和調(diào)度，系統(tǒng)測(cè)量與標(biāo)定總流程圖如圖5所示。系統(tǒng)開(kāi)始工作時(shí)，執(zhí)行CONNECT命令，建立主從設(shè)備間的連接；讀取ECU的參數(shù)描述文件，即A2L文件；開(kāi)始進(jìn)行系統(tǒng)初始化，包括CAN初始化，XCP初始化，DAQ列表的配置及標(biāo)定參數(shù)內(nèi)存的初始化；接下來(lái)分析主機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的會(huì)話命令，如果是開(kāi)啟DAQ模式，則執(zhí)行DAQ的自動(dòng)開(kāi)啟發(fā)送，在系統(tǒng)主循環(huán)程序中周期執(zhí)行DAQ列表處理任務(wù)，周期由DAQ列表所配置的周期決定；如果是參數(shù)標(biāo)定命令，則在A2L文件中查找參數(shù)的相關(guān)信息，將標(biāo)定值下載到RAM，從而完成在線標(biāo)定，為了保證掉電不丟失，需要將相應(yīng)標(biāo)定數(shù)據(jù)燒寫進(jìn)FLASH單元；執(zhí)行完判斷處理后進(jìn)入系統(tǒng)主循環(huán)，循環(huán)遍歷是否有XCP命令處理等其他任務(wù)，有則執(zhí)行，無(wú)則繼續(xù)等待。

5 標(biāo)定系統(tǒng)的應(yīng)用

    將多核芯片為主控芯片的ECU通過(guò)接線端子與實(shí)驗(yàn)室控制模擬臺(tái)架相連接，在PC端通過(guò)監(jiān)控標(biāo)定軟件界面來(lái)查看各類傳感器采集信號(hào)和整車控制器的一些重要參數(shù)的實(shí)時(shí)信息，并可以針對(duì)點(diǎn)火提前角、噴氣脈寬、替代率等重要參數(shù)進(jìn)行在線修改和查看比較，以曲線的形式展現(xiàn)結(jié)果。通過(guò)標(biāo)定軟件控制節(jié)氣門閥片的位置，改變和調(diào)節(jié)噴氣脈寬來(lái)對(duì)不同工況進(jìn)行優(yōu)化，經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，標(biāo)定的噴氣脈寬MAP圖如圖6所示，相應(yīng)的外特性曲線如圖7所示。

    上位機(jī)中的標(biāo)定軟件采用C#語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)，利用WPF技術(shù)創(chuàng)建控件并完成封裝，將圖形與代碼完美隔離開(kāi)來(lái)，提高界面的美觀性、通用性和可移植性。上位機(jī)的測(cè)量標(biāo)定工作可監(jiān)測(cè)到整車控制器的主要參數(shù)以及傳感器的采集信號(hào)，分別以報(bào)文表、儀表盤和波形圖的形式顯示給用戶，其中包括蓄電池電壓、電池溫度、噴氣脈寬等重要參數(shù)。示例界面獲取的是不同轉(zhuǎn)速情況下的噴氣脈寬值，通過(guò)標(biāo)定系統(tǒng)改變不同轉(zhuǎn)速值，可得到相應(yīng)噴氣脈寬值變化情況。測(cè)量標(biāo)定界面如圖8所示。

6 總結(jié)

    經(jīng)過(guò)上述的研究和開(kāi)發(fā)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室配有整車控制器ECU的臺(tái)架上試驗(yàn)，驗(yàn)證了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和在線標(biāo)定功能。其特色在于該標(biāo)定系統(tǒng)主要適用于新能源汽車，可通過(guò)對(duì)整車控制器的標(biāo)定實(shí)現(xiàn)復(fù)雜異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的標(biāo)定和優(yōu)化，采用國(guó)際ASAP標(biāo)準(zhǔn)和通用XCP協(xié)議，具有較好的移植性和通用性。

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