基于CCP電池控制器在線標(biāo)定系統(tǒng)的研究方案

　　摘要：本文介紹了廣泛應(yīng)用于在線標(biāo)定的*協(xié)議(Can Calibration Protocol), 基于該協(xié)議設(shè)計了一種應(yīng)用于混合動力汽車電池控制器(Battery Control Unit, BCU)的在線標(biāo)定系統(tǒng),通過該系統(tǒng)來設(shè)置BCU的相應(yīng)參數(shù),以達(dá)到實時監(jiān)控電池狀態(tài),調(diào)節(jié)BCU以及整車性能的目的。

　　1 引言

　　在混合動力汽車中，電池管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)監(jiān)控電池狀態(tài)，確保電池安全，更重要的是， 實時估算電池可提供的充放電功率，為整車能量分配控制策略提供重要依據(jù)。因此，電池 管理系統(tǒng)所測量電池狀態(tài)，包括電池電壓、溫度、電流，以及估算的參數(shù)，如SOC， SOH，可提供的充放電功率需要實時監(jiān)控，其估算算法所需要的參數(shù)需要根據(jù)實車試驗結(jié) 果修改，因此需要一種方便可靠的方式可以實現(xiàn)實時監(jiān)控與在線標(biāo)定。傳統(tǒng)的SCI 串行通 信監(jiān)控和標(biāo)定方式存在通訊速率慢、協(xié)議不統(tǒng)一、擴(kuò)展性差等缺陷。相對于基于串口的標(biāo) 定系統(tǒng)，基于* 的標(biāo)定系統(tǒng)具有如下幾個明顯的優(yōu)點：

　　(1)基于 CAN 總線通信，標(biāo)定速度快；

　　(2)可讀寫 ECU 內(nèi)存范圍大；

　　(3)可進(jìn)行 Flash 擦寫和編程；

　　(4)可同時對多個ECU 標(biāo)定、測試和診斷。

　　作者為HEV 動力系統(tǒng)BCU 設(shè)計了一套基于* 協(xié)議的標(biāo)定系統(tǒng)，實現(xiàn)對其的在線標(biāo)定和實時監(jiān)控。

　　2 * 簡介

　　2.1 建立連接

　　基于 * 協(xié)議的ECU 標(biāo)定采用主、從通信方式，主設(shè)備通過CAN 總線與多個從設(shè)備 相連，如圖1 所示。其中主設(shè)備測量標(biāo)定系為MCS(Measurement Calibration System)， 從設(shè) 備是需要標(biāo)定的ECU，在這里為BCU。

　　根據(jù)* 協(xié)議，主設(shè)備首先與其中一個從設(shè)備建立邏輯連接。建立邏輯連接后，主、 從機(jī)之間所有的數(shù)據(jù)傳遞均由主機(jī)控制，從機(jī)執(zhí)行主機(jī)命令后返回包含命令響應(yīng)值或錯誤 代碼等信息的報文。任何一個從機(jī)都可以定時地根據(jù)由主機(jī)通過控制命令所設(shè)置的列表來 傳遞內(nèi)部的數(shù)據(jù)。所以說數(shù)據(jù)的傳遞是由主機(jī)初始化，由從機(jī)來執(zhí)行，并且是由固定的循 環(huán)采樣頻率或事件觸發(fā)的。

　　2.2 兩種工作模式

　　* 協(xié)議定義了兩種工作模式： 一種是Polling(查詢)模式，另一種是DAQ(數(shù)據(jù)采集) 模式。在本文所設(shè)計的標(biāo)定系統(tǒng)中，由于需要監(jiān)控與標(biāo)定的變量，如電池電壓，溫度，電 流，SOC 可提供的充放電功率等均為定時更新，因此采用了DAQ 模式。

　　2.3 數(shù)據(jù)對象

　　* 協(xié)議規(guī)定，主設(shè)備發(fā)送給從設(shè)備的數(shù)據(jù)對象為CRO(Command Receive Object)，傳 達(dá)主設(shè)備下達(dá)給從設(shè)備的命令；從設(shè)備發(fā)送給主設(shè)備的數(shù)據(jù)對象為DTO(Data Transmission Object)。

　　根據(jù)報文PID 的不同，DTO 又可以分為三種形式：

　　· 命令返回消息(PID=255)：從設(shè)備收到CRO，完成命令要求動作后，向主設(shè)備發(fā)送命令應(yīng)答。此時該DTO 亦稱為CRM(Command Return Message)。

　　· 事件消息(PID=254)：從設(shè)備發(fā)生事故或其他需主動向主設(shè)備匯報的事件時，由從設(shè)備自行向向主設(shè)備發(fā)送DTO 來進(jìn)行匯報，報告其當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，并請求主設(shè)備暫停當(dāng)前工作進(jìn)程以處理發(fā)生的錯誤。此時該DTO 被稱為Event Message。

　　· DAQ—DTO(0≤ PID ≤ 254)：若主設(shè)備要求，從設(shè)備可按某周期自動將需要被實時監(jiān)視的數(shù)據(jù)發(fā)送給主設(shè)備，此時該DTO 被稱為DAQ—DTO 幀。

　　根據(jù)BCU 實際工況，為BCU 開發(fā)的* 協(xié)議采用DAQ 模式，使主設(shè)備可要求該設(shè) 備按照制定的周期自動將需監(jiān)視的數(shù)據(jù)上傳，而無需對每個數(shù)據(jù)都發(fā)一次上傳數(shù)據(jù)命令來 要求從設(shè)備上傳。

　　DAQ 傳送的數(shù)據(jù)由一系列表來組織，這些表被稱為ODTs(Object Descriptor Tables)。每 個ODT 表含7 個元素，可描述7 個ECU 內(nèi)部參數(shù)的相對地址及數(shù)據(jù)長度等屬性。這些被 ODT 描述的參數(shù)，就是需要從設(shè)備用DAQ—DTO 幀周期發(fā)送給主設(shè)備的被監(jiān)視數(shù)據(jù)；而 這些屬性被稱為“參數(shù)描述”，它們可幫助從設(shè)備DAQ 處理代碼確定該參數(shù)的當(dāng)前值。ODT 中描述參數(shù)，及各參數(shù)的“參數(shù)描述”由主設(shè)備通過CRO 命令寫入。當(dāng)從設(shè)備的DAQ 機(jī)制 被啟動時，從設(shè)備按主設(shè)備要求的周期，將每個ODT 表描述的ECU 參數(shù)當(dāng)前值順次放入相應(yīng)的DAQ—DTO 幀中，并發(fā)送給主設(shè)備。用戶可將有相同DAQ—DTO 周期的ODT 組織 為一個DAQ—List，各DAQ—List 使用不同的CAN ID。該周期亦由主設(shè)備發(fā)送命令寫入。

　　3 標(biāo)定系統(tǒng)DAQ 模式實現(xiàn)

　　3.1 系統(tǒng)構(gòu)成

　　標(biāo)定系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要分為兩個部分：CAN Driver 和* Driver。本方案的BCU 采 用Freescale 公司的MC9S12DT128 單片機(jī)，芯片整合了CAN 通訊模塊，因此可以直接應(yīng)用 芯片提供的接口發(fā)送CAN數(shù)據(jù)。* Driver 是標(biāo)定系統(tǒng)的核心部分，它主要通過調(diào)用CAN Driver 實現(xiàn)與上位機(jī)標(biāo)定軟件的通信，從而進(jìn)行對BCU 的在線標(biāo)定。

　　3.2 實現(xiàn)過程

　　標(biāo)定系統(tǒng)的實現(xiàn)過程如下：

　　(1)上層標(biāo)定軟件部分定義List 的數(shù)目、各List 中的ODT 數(shù)目以及各ODT 中的元素數(shù)目。

　　(2)BCU 按照上層的定義，確定自己的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。即上下層都定義一個三維的數(shù)組(List， ODT，Element)，用來存放映射關(guān)系。

　　(3)上層通過協(xié)議命令初始化ODT 。首先， 上層發(fā)送GET_DAQ_SIZE 命令(參數(shù)為List 號)，得到指定的List 大小(number of ODT in this list)，并得到該List 中DTO 的第一個PID 號。然后，上層發(fā)送SET_DAQ_PTR 命令(參數(shù)為List 號、ODT 號、ODT 中的元素號)，指 定需要初始化的參數(shù)單元。

　　最后， 上層根據(jù)SET_DAQ_PTR 命令設(shè)置的具體元素，發(fā)送 WRITE_DAQ 命令(參數(shù)為DAQ 元素的byte 大小，DAQ 元素的地址)，反復(fù)通過SET_PTR 和WRITE_DAQ 兩條命令，初始化完一個具體的ODT 表，然后初始化完一個具體的List 表，最后初始化完所有的List 表格。至此，初始化ODT 工作結(jié)束。

　　(4)開始和停止DAQ 數(shù)據(jù)的傳輸。上層發(fā)送START_STOP 命令，指定的ODT 數(shù)據(jù)開始上 傳。ODT 將其中的每個元素復(fù)制到其對應(yīng)的DTO(8 個字節(jié)，1 個PID 號，7 個存放數(shù)據(jù)) 中，然后以Data AcquisitionMessage 的形式返回給上層的標(biāo)定系統(tǒng)。DAQ 模式到此為止。

　　4 BCU 在線標(biāo)定的具體實現(xiàn)

　　根據(jù) BCU 實際運(yùn)行的需要，需要標(biāo)定的參數(shù)設(shè)定為電池電壓、溫度、SOC、SOH 以及 可提供的充放電功率。主設(shè)備與BMS 間的通信需要ASAP2 數(shù)據(jù)庫文件（*.a2l）的支持。 該數(shù)據(jù)庫記錄了BCU 中各參數(shù)的詳細(xì)信息．包括參數(shù)在控制器中的存儲地址、存儲結(jié)構(gòu)、 數(shù)據(jù)類型和偏移量等。主設(shè)備需要通過該文件來對BCU 的參數(shù)尋址。主設(shè)備訪問某個變量 時，在該數(shù)據(jù)庫文件中根據(jù)變量名，找到該變量在控制器中的存儲地址、數(shù)據(jù)長度等信 息，進(jìn)行修改操作。通過BCU 單片機(jī)軟件生成的smart linker map file(*.map)文件，該文件 中包括程序中所有變量的詳細(xì)信息，按照ASAP2 數(shù)據(jù)庫文件的格式做相應(yīng)的轉(zhuǎn)換，提供給 標(biāo)定的上位機(jī)軟件。

　　5 結(jié)語

　　該 BCU 標(biāo)定軟件經(jīng)過多次實車調(diào)試，此標(biāo)定系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，能夠?qū)ζ囅到y(tǒng)中的 ECU 進(jìn)行在線標(biāo)定，并可以針對不同用戶需求提供不同的定制功能。這個采用* 協(xié)議的 汽車發(fā)動機(jī)標(biāo)定系統(tǒng)具有符合國際通用標(biāo)準(zhǔn)、通用性好、對不同硬件與不同需求適應(yīng)性強(qiáng) 的特點，因此有很好的開發(fā)應(yīng)用前景。

　　本文作者創(chuàng)新點：應(yīng)用* 協(xié)議實現(xiàn)對BCU 的實時監(jiān)控和參數(shù)的在線標(biāo)定。

參考文獻(xiàn):

[1]. MC9S12DT128  datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/MC9S12DT128+_1022330.html.