基于SAE J1939协议的车辆网络集成方法

摘要 电控单元(ECU)是车辆内部系统控制模块的代名词。本文介绍如何集成自定义ECU和具有SAEJI939CAN接口的ECU产品，实现基于SAE JI939协议的车辆网络，完成自定义ECU的信息采集和各ECU 间的信息交换。该网络使用双核单片机和μC／OS-II操作系统，通过液晶显示器和按键实现信息交互，解决了车辆仪表盘信息量较少和故障诊断实时性不足等问题。该方法可推广应用到其他工业环境类似的CAN通信领域，如列车控制、工厂控制等。
关键词 SAE JI939协议 车辆网络 集成方法 电控单元 CAN

引 言
随着车辆电子化和自动化程度的提高，车辆上的ECU日益增多。为了提高信号的利用率，要求在不同的ECU间，大量的数据状态信息能够实现共享，大量的控制信号能够实时交换。这样，传统线束已远远不能满足这种需求。
CAN总线及基于CAN的车辆网络通信协议提供了解决上述问题的途径。SAE J1939协议是美国汽车工程师协会(SAE)在CAN2．0B协议基础上制定的重型货车和客车网络通信协议，是目前汽车电子网络中应用最广泛的应用层协议之一。该协议使用多路复用技术为车辆各传感器、执行器和控制器提供建立在CAN总线基础上的标准化高速网络连接，在不同的ECU间实现高速数据共享，以有效减少线束数量并提高车辆电子控制系统的灵活性、可靠性、可维修性。
目前，车辆的ECU产品大都带有SAE J1939 CAN接口。针对具有SAE J1939 CAN接口的ECU产品(如发动机、变速器及其缓速器和ABS等ECU)，自定义若干ECU，集成实现基于SAE J1939协议的车辆网络，完成自定义ECU的信息采集和各ECU间的信息交换。

1 车辆网络拓扑结构
具有SAE J1939 CAN接口的ECU产品接上仪表板连成网络后，已基本满足车辆驾驶的要求。为了使自定义ECU对外通信尽量不影响ECU产品间的通信，整个网络分为两个网段，必要时可合并成一个网段。网段A包含信息交互ECU，发动机ECU，变速器及其缓速器ECU，ABS ECU；网段B包括信息交互ECU，发动机外围、I桥及II桥ECU，分动器ECU，III桥及IV桥ECU。信息交互ECU用两个CAN端口分别与两个网段连接，具有报文转发功能。车辆网络拓扑结构如图1所示。

2 车辆网络通信设计
按照SAE J1939协议，车辆网络通信设计包括以下几方面内容：
◆物理层与SAEJI939-11兼容；
◆数据链路层与SAE J1939-21兼容；
◆网络层与SAE J1939-31兼容；
◆应用层与SAE J1939-71兼容；
◆应用层诊断与SAE J1939-73兼容；
◆网络管理层与SAE J1939-81兼容。
2．1 物理层
物理层实现网络上所有ECU的电气连接。物理介质采用特征阻抗为120 Ω的屏蔽双绞线，CAN_H为黄色、CAN_L为绿色。网段尽可能使用线性拓扑结构，其波特率为250 kbps。网段干线两端均以120 Ω电阻做终端匹配。ECU使用短支线与网段干线连接，在网段中采用不相等布置以防止产生驻波。