基于CCP協(xié)議的發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元匹配標(biāo)定

張成偉，龔元明

（上海工程技術(shù)大學(xué) 汽車工程學(xué)院，上海 201620）

隨著發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù)的發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)匹配標(biāo)定已成為發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)開發(fā)不可缺少的重要環(huán)節(jié)，發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元是發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)的核心，在發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)的開發(fā)中，有一系列MAP圖參數(shù)，需要在匹配標(biāo)定過程中確定，有了這些MAP圖參數(shù)，發(fā)動(dòng)機(jī)才能滿足動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性的綜合要求?；贑CP協(xié)議的標(biāo)定系統(tǒng)開發(fā)已成為研究的重點(diǎn)。CCP協(xié)議（CANCalibration Protocol）是歐洲ASAP項(xiàng)目組[1]基于CAN協(xié)議制定的一套對(duì)控制系統(tǒng)參數(shù)標(biāo)定的系統(tǒng)。目前基于CAN總線的分布式系統(tǒng)在汽車電子領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元的標(biāo)定已成為發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制裝置開發(fā)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。CCP標(biāo)定協(xié)議是ASAP標(biāo)準(zhǔn)的一部分，它首先是由標(biāo)定系統(tǒng)制造商提出并開發(fā)的，該協(xié)議為標(biāo)定系統(tǒng)開發(fā)提供了標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)，在電控系統(tǒng)開發(fā)方面具有強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)，已逐漸為世界各大汽車公司所采用，如BOSCH公司和DELPHI公司的標(biāo)定系統(tǒng)。因此基于CAN的CCP協(xié)議是匹配標(biāo)定平臺(tái)技術(shù)的首選。采用CCP協(xié)議可以快速高效地實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元的標(biāo)定。

然而基于CCP協(xié)議的標(biāo)定，只有ECU控制器與標(biāo)定工具底層內(nèi)部均具有支持CCP協(xié)議的驅(qū)動(dòng)程序 （CCPdriver），才能夠?qū)崿F(xiàn)二者之間數(shù)據(jù)的傳輸。目前大多數(shù)應(yīng)用都采用Vector公司提供的free CCPdriver。但是其中難免有許多復(fù)雜而且不適用的函數(shù)，對(duì)于代碼的運(yùn)行效率以及空間占有率都非常不利?；诖?，文中設(shè)計(jì)了一個(gè)通用的ECU與CCP驅(qū)動(dòng)接口程序，以幫助縮短整個(gè)標(biāo)定開發(fā)周期。

CANape是一款ECU開發(fā)、標(biāo)定、診斷和測(cè)量數(shù)據(jù)采集的綜合性工具。通過CCP標(biāo)定協(xié)議，不僅能完成對(duì)ECU的標(biāo)定，同時(shí)還能同步地獲取ECU內(nèi)部的測(cè)量參數(shù)，實(shí)時(shí)采集和顯示ECU內(nèi)部信號(hào)?；诖耍疚膶㈥U述如何基于CCP協(xié)議使用CANape完成ECU的標(biāo)定。

1 CCP協(xié)議及工作原理

CCP 協(xié)議[2]是 ASAP（Arbeitskreis zur Standardisierung von Applikationssystemen）標(biāo)準(zhǔn)的有機(jī)組成部分。該協(xié)議是符合ASAP中ASAP1 a標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議，它基于CAN2.0B通訊協(xié)議。

1.1 CCP通信方式

該通信協(xié)議采用主-從式通信方式如圖1，主設(shè)備通過CAN總線與多臺(tái)從設(shè)備相連接，主設(shè)備是測(cè)量標(biāo)定系統(tǒng)，從設(shè)備是需要標(biāo)定的ECU，主設(shè)備首先與其中一個(gè)從設(shè)備建立邏輯鏈接，建立邏輯連接后，主、從設(shè)備之間所有的數(shù)據(jù)傳遞均由主機(jī)控制[3]。

圖1 CCP通信方式Fig.1 CCPcommunication mode

1.2 CCP協(xié)議的工作模式

CCP定義了兩種工作模式：Polling（查詢）模式及DAQ（Data Acquisition Command）模式。查詢模式下，主設(shè)備與從設(shè)備間的每一次通信都由主設(shè)備發(fā)送命令來起始，從設(shè)備收到主設(shè)備的命令后，執(zhí)行相應(yīng)的操作并反饋一幀報(bào)文。這種工作模式由于需要主機(jī)與從機(jī)之間進(jìn)行“一問一答”的信息交互，工作效率不高，但實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，且占用ECU內(nèi)存資源較小。

DAQ模式使從設(shè)備可以脫離主設(shè)備命令控制按一定周期自動(dòng)向主設(shè)備上傳數(shù)據(jù)。DAQ模式下，主設(shè)備首先發(fā)送一條請(qǐng)求DAQ命令，從設(shè)備收到后，按命令中參數(shù)自行配置并組織需要上傳數(shù)據(jù)，然后按一定周期自主向主設(shè)備上傳數(shù)據(jù)。這種模式不需要主機(jī)命令逐步控制，工作效率高，但實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜，需要上傳數(shù)據(jù)量很大，會(huì)占用大量ECU內(nèi)存空間。

1.3 CCP報(bào)文幀結(jié)構(gòu)

CCP協(xié)議中有兩種CAN報(bào)文對(duì)象如圖2，根據(jù)其數(shù)據(jù)流向，都有一個(gè)唯一的ID標(biāo)識(shí)符進(jìn)行標(biāo)識(shí)，ID在控制器的描述文件（如A2L）中定義，CRO用于主設(shè)備向從設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)命令，DTO則用于從設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)至主設(shè)備，CRO高于DTO。

圖2 CCP協(xié)議主、從設(shè)備CAN報(bào)文通信Fig.2 CCPprotocol master and slavedevice CANmessagecommunication

Polling模式下 CRM-DTO （Command Receive Message—Data Transmission Object），為ECU發(fā)送給匹配標(biāo)定工具的命令響應(yīng)，即對(duì)CRO的響應(yīng)；DAQ模式下 DAQ—DTO（Data Acquisition—Data Transmission Object）， 即 ECU發(fā)送給匹配標(biāo)定工具的實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)，用于監(jiān)控的目的。

2 CCP驅(qū)動(dòng)與CAN驅(qū)動(dòng)接口程序的實(shí)現(xiàn)

在使用標(biāo)定系統(tǒng)對(duì)控制器實(shí)施基于CCP協(xié)議的標(biāo)定工作前，必須在控制器端程序上進(jìn)行相應(yīng)的開發(fā)工作。需要上位機(jī) MCS（Measurement Calibration System）與下位機(jī)ECU的應(yīng)用程序都能夠支持CCP協(xié)議，這部分應(yīng)用程序稱為CCPdriver。本文采用Vector公司提供的free CCPdriver[4]。

圖3 接口程序基本流程圖Fig.3 Basic flow chart of interface program

主設(shè)備發(fā)送的命令使用CAN數(shù)據(jù)幀進(jìn)入CAN驅(qū)動(dòng)程序的接收模塊，判斷為CRO后，交由CCP驅(qū)動(dòng)程序的命令處理模塊處理。命令處理模塊根據(jù)接收到的CRO的CMD代碼進(jìn)行命令解釋并執(zhí)行，生成應(yīng)答數(shù)據(jù)，包括從應(yīng)用程序中獲取數(shù)據(jù)。

基于CCP協(xié)議的基本CAN通信流程如圖3所示。ECU接收到報(bào)文后，轉(zhuǎn)入CAN接收子函數(shù)，在常規(guī)接收流程后，對(duì)報(bào)文的ID標(biāo)識(shí)符進(jìn)行判斷，如為CRO-ID，則調(diào)用CCP driver的命令處理器。命令處理器的調(diào)用會(huì)在主函數(shù)中進(jìn)行。

Command處理機(jī)制由一個(gè)ccp Command（）命令處理函數(shù)完成，ccp Command（）通過調(diào)用CAN driver中的CCP發(fā)送子函數(shù)ccp Send（）發(fā)送一幀 DTO。ccpSend（）須在CAN中實(shí)現(xiàn)，由CCPdriver調(diào)用。當(dāng)命令處理模塊判斷收到CRO為DAQ請(qǐng)求后，啟用CCP驅(qū)動(dòng)程序的DAQ處理模塊。DAQ處理模塊從應(yīng)用程序待監(jiān)測(cè)的變量中組織應(yīng)答數(shù)據(jù)，然后調(diào)用CAN driver程序的發(fā)送模塊，將數(shù)據(jù)以DAQ-DTO的形式自行周期發(fā)送至主設(shè)備。

3 CANape進(jìn)行基于CCP協(xié)議的標(biāo)定

CANape標(biāo)定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖 4，CANape是德國Vector公司出品的一款基于ASAP標(biāo)準(zhǔn)[5]的車載控制器測(cè)試、診斷和標(biāo)定工具。它通過基于CCP協(xié)議的CAN總線物理連接，實(shí)現(xiàn)硬件接口與ECU相連。ASAPl作為應(yīng)用層同控制設(shè)備之間接口的標(biāo)準(zhǔn)，定義了應(yīng)用系統(tǒng)和ECU之間的物理和邏輯連接。其中，ASAPla定義了控制器（ECU）和MCD（Measurement calibration and Diagnostics）系統(tǒng)之間的物理層和協(xié)議層。ASAP2標(biāo)準(zhǔn)對(duì)ECU功能和接口及標(biāo)定信息進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范化的描述，按此標(biāo)準(zhǔn)生成的ASAP2描述文件作為標(biāo)定系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫而保存。ASAP3定義了MCD系統(tǒng)同用戶之間的接口，此標(biāo)準(zhǔn)的目的是使用戶可以通過調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)化的函數(shù)，MCD系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)和命令的交互來實(shí)現(xiàn)測(cè)量、標(biāo)定和診斷的功能[6]。

圖4 CANape標(biāo)定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)Fig.4 Structure of CANape calibration system

CANape對(duì)控制器的參數(shù)標(biāo)定和數(shù)據(jù)測(cè)量都是基于ASAP2控制器描述文件，該文件記錄了ECU控制器中各標(biāo)定參數(shù)和測(cè)量變量在控制器中的存儲(chǔ)地址、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)類型和轉(zhuǎn)換公式等。這些標(biāo)定參數(shù)和測(cè)量數(shù)據(jù)都會(huì)有一個(gè)變量名，如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、冷卻水溫度等。當(dāng)使用CANape進(jìn)行參數(shù)標(biāo)定時(shí)，只需要訪問該變量在ASAP2描述文件的變量名即可，通過變量名找到該變量在控制器中的存儲(chǔ)地址、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度等信息，然后進(jìn)行參數(shù)標(biāo)定與優(yōu)化并生成MAP圖。

在電控單元標(biāo)定的過程中，需要標(biāo)定的參數(shù)主要被保存在FLASH或ROM中時(shí)，當(dāng)ECU重新上電初始化后，程序自動(dòng)將需要標(biāo)定的參數(shù)初始值復(fù)制到RAM中。標(biāo)定過程中，標(biāo)定工程師通過CANape標(biāo)定軟件不斷修改和優(yōu)化Calibration RAM中的參數(shù)值。標(biāo)定全部結(jié)束后，再將該段RAM中標(biāo)定優(yōu)化后的參數(shù)值復(fù)制回FLASH或ROM中，并同時(shí)通過標(biāo)定顯示界面可以看到生成的相應(yīng)MAP圖。

在CANape中標(biāo)定方法有兩種，分別是在線標(biāo)定和離線標(biāo)定。在線標(biāo)定（有沒有鏡像內(nèi)存都是可以的），標(biāo)定對(duì)象的值改變時(shí)，新的值會(huì)立刻下載到鏡像內(nèi)存和ECU的RAM中，或改變標(biāo)定對(duì)象值，新的值首先存儲(chǔ)在Buffer，不會(huì)立刻傳給ECU，直到選擇“更新參數(shù)”時(shí)，該值才會(huì)被下到ECU或保存到鏡像內(nèi)存。離線標(biāo)定時(shí)（必須激活鏡像內(nèi)存），標(biāo)定對(duì)象的改變值被保存到鏡像內(nèi)存中，當(dāng)變?yōu)樵诰€，這些值會(huì)下載到ECU中。

4 結(jié) 論

在基于現(xiàn)場(chǎng)總線的分布式控制中，汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)一步優(yōu)化了汽車的電子控制系統(tǒng)，傳統(tǒng)意義的發(fā)動(dòng)機(jī)匹配標(biāo)定方法已無法滿足。基于CAN總線網(wǎng)絡(luò)連接的發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元，目前已成為研究和應(yīng)用的重點(diǎn)。CANape是基于CCP協(xié)議的通用型發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元匹配標(biāo)定工具，在國內(nèi)新型電控發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)過程中得到了廣泛的應(yīng)用。使用CANape能夠縮短開發(fā)周期，快速準(zhǔn)確地進(jìn)行汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元的匹配標(biāo)定，并在實(shí)際開發(fā)應(yīng)用的過程中達(dá)到了預(yù)期效果，使發(fā)動(dòng)機(jī)綜合性能得到提高。

[1]胡嘉，楊正林，張彤，等.基于CCP協(xié)議的混合動(dòng)力整車控制器標(biāo)定系統(tǒng)及其底層驅(qū)動(dòng)的開發(fā)[J].汽車科技，2010，5（4）:2-4.HUJia，YANGZheng-lin，ZHANGTong，et al.Hybrid electric vehicle controller based on CCP protocol calibration system and itsunderlyingdriven development[J].Journal of Automotive Technology，2010，5（4）:2-4.

[2]李先成.電控噴油系統(tǒng)噴油特性測(cè)試和油量線性化自動(dòng)標(biāo)定系統(tǒng)開發(fā)[D].上海:上海交通大學(xué)，2008.

[3]羅峰，孫澤昌.汽車CAN總線系統(tǒng)原理、設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版，2010.

[4]陳振輝.基于CCP協(xié)議標(biāo)定混合動(dòng)力車整車控制器[D].上海:上海交通大學(xué)，2007.

[5]李計(jì)融，鐘再敏.車載控制器匹配標(biāo)定ASAP標(biāo)準(zhǔn)綜述[J].汽車科技，2004，10（6）:54-58.LI Ji-rong，ZHONG Zai-min.Vehicle matching controller calibration ASAP standard review[J].Journal of Automotive Technology，2004，10（6）:54-58.

[6]韋文波.基于CCP協(xié)議的電控發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定系統(tǒng)開發(fā)[D].湖南:湖南大學(xué)，2011.