基于CCP协议的HEV用ECU标定系统设计.docx
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基于CCP协议的HEV用ECU标定系统设计
2004089
基于CCP协议的HEV用ECU标定系统设计3
李雅博 张俊智 甘海云 卢青春
（清华大学,汽车安全与节能国家重点实验室,北京 100084
[摘要] CCP协议是基于CAN总线通信方式的车用ECU标定协议,具有通信可靠、传输速度快、通用性好等优点。
在实时内核环境下设计了一套基于CCP协议的标定系统,并使用该系统实现了对混合动力电动汽车
（HEV动力系统中多个ECU同时标定的工作。
叙词:
CCP协议,CAN总线,标定系统,HEV
DevelopmentofHybridElectricVehicleECUCalibrationSystemBasedonCCP
LiYabo,ZhangJunzhi,GanHaiyun&LuQingchun
TsinghuaUniversity,StateKeyLaboratoryofAutomotiveSafetyandEnergy,Beijing100084
[Abstract] CCPisareasonablywell2knowncalibrationstandardbasedonCANbus1Ithasmanygeneral2purposefeatures;suchashighcommunicationspeedandexcellentcompatibility1Thispapergivesanintroductionaboutthisprotocol,designsacalibrationsystembasedonCCPwithinRTOSenvironment,andimplementsthiscalibrationsystemonHybridControllerandAMTControlleronaHEVPowertrainsystem1
Keywords:
CCP,CANbus,CalibrationSystem,HEV
3国家863计划电动汽车重大专项资助项目（2003AA501212。
原稿收到日期为2003年12月10日,修改稿收到日期为2004年2月11日。
1 前言
大多车上电子控制单元（ECU从研发原型到形成产品都需经过匹配标定的过程,以确定其运行参数和控制参数。
因此,标定系统是产品开发成功的关键因素之一。
目前,基于SCI串行通信的标定系统已被广泛使用;同时,新的通信方式和标定协议亦在不断得到应用。
在欧洲,一直致力于使所有汽车生产商的产品遵从于统一标准和协议的ASAP组织于近年推出了CCP（CANCalibrationProtocol标定协议。
它是一个基于CAN总线的车用标定协议,最早于1992年在德国被开发出来,随后被AS2AP的推广组织不断地升级和完善[1]。
CCP协议首先在欧洲成为标准,ASAP的很多成员厂商均有支持它的ECU产品,Vector、dSPACE、ETAS等公司的标定和测试工具亦支持CCP协议[2,3],Mathworks为MPC555提供的仿真
模块库中已经加入了CCP标定仿真模块。
2000年
以来,CCP在北美和亚洲也得到广泛地推广,美国ATI公司和Delphi公司的标定系统已经开始支持CCP协议[4]。
亚洲最大的汽车电子公司DENSO亦于2003年初购买了ETAS的CCP及其他标定技术,以增强其产品的兼容性[3]。
相对于基于SCI串行通信的标定系统,基于CCP的标定系统具有如下几个明显的优点:
（1基于CAN总线通信,标定速度快;（2可读写ECU内存范围大;（3可进行Flash擦写和编程;（4可同时对多个ECU标定、测试和诊断。
作者为HEV动力系统ECU设计了一套基于CCP协议的标定系统,实现了对动力总成控制器（HCU和AMT控制器同时标定和监控的工作。
2 CCP协议原理简介
211 CCP协议结构
2004年（第26卷第4期 汽 车 工 程
AutomotiveEngineering
2004（Vol.26No.4
基于CAN总线的CCP协议采用主从方式通
信,如图1。
系统中只有一个主设备,它可以连接一个或多个从设备。
主设备是一个标定、监控或诊断设备;从设备为HCU、AMT控制器等车上被标定ECU
。
主从设备间通过会话实现数据传送等功能,这些功能的实现是进行标定、监控、诊断等工作的基础。
所有会话由主设备向从设备发送命令和从设备回送相应的命令应答2个步骤完成。
CCP协议定义了一组命令列表,包括向从设备传送数据和命令从设备向主设备汇报数据等命令,从设备在接收到不同的命令时,根据命令做出相应的动作,并回送对主设备命令的应答,即完成一次会话。
若干会话的合理组合可实现多种功能。
如:
建立/断开主设备与从设备连接、主设备向从设备下传数据、从设备向主设备上传数据、从设备参数空间初始化、设置/启动/停止从设备的DAQ（DataAcquisi2tion数据采集等。
212 CCP通信数据对象
CCP协议规定:
主设备发送给从设备的数据对象为CRO（CommandReceiveObject,传达主设备
下达给从设备的命令;从设备发送给主设备的数据对象为DTO（DataTransmissionObject。
每个通信数据对象（CRO或DTO装载于一个CAN数据帧中在主/从设备间被收发,它占用数据
帧中数据场的8个字节,用于传送会话命令/应答及
相关参数。
以CRO为例,其格式如图2。
命令码CMD占用数据场第一字节,查协议命令列表可确定主设备下达的命令;第二字节为计数器CTR,主设备每发送一个命令该计数器加1,从设备相应的命令应答中的CTR值应与其一致;最后6个字节作为参数区使用。
其他数据对象格式与CRO类似,详见协议中说明。
图2 CRO数据格式图
以下3种情况可能使从设备发送DTO。
（1从设备收到CRO,完成命令要求动作后,向主设备发送命令应答。
此时该DTO亦称为CRM（CommandReturnMessage。
（2从设备发生事故或其他需主动向主设备汇
报的事件时,向主设备发送DTO来进行汇报。
此时该DTO被称为Event
Message。
（3若主设备要求,从设备可按某周期自动将需要被实时监视的数据发送给主设备,此时该DTO被称为DAQ-DTO帧。
213 DAQ数据采集机制
标定系统经常需要实时监视车上ECU的某些数据,以了解其运行情况。
CCP协议规定了DAQ机制以实现这项功能,使主设备可要求从设备按某周期自动将需监视的数据上传,而无需对每个数据都发一次上传数据命令来要求从设备上传。
DAQ传送的数据由一系列表来组织,这些表被称为ODTs（ObjectDescriptorTables。
每个ODT表含7个元素,可描述7个ECU内部参数的相对地址及数据长度等属性。
这些被ODT描述的参数,就是需要从设备用DAQ-DTO帧周期发送给主设备的被监视数据;而这些属性被称为“参数描述”,它们可帮助从设备DAQ处理代码确定该参数的当前值。
ODT中描述哪些参数,及各参数的“参数描述”由主设备通过CRO命令写入。
当从设备的DAQ机制被启动时,从设备按主设备要求的周期,将每个ODT表描述的ECU参数当前值顺次放入相应的DAQ-DTO帧中,并发送给主设备。
用户可将有相同DAQ-DTO周期的ODT组织为一个DAQ-List,各DAQ-List使用不同的CANID。
该周期亦由主设备发送命令写入。
3 标定系统设计
311 总体设计31111 总体结构
图3 标定系统总体结构
系统总体结构如图3,主设备采用Labview构建标定系统软件,通过调用动态链接库控制CAN通信卡与总线上HCU及其他ECU进行会话。
各ECU通过CAN接口驱动程序与总线相连。
31112 参数空间
标定数据分控制参数和监视参数。
控制参数为ECU工作时所有MAP图、曲线及点参数,标定系统
・673・汽 车 工 程 2004年（第26卷第4期
需要能够初始化控制参数,并在需要时修改其数值,设计中采用CCP会话命令的方式实现这些功能;监视参数为标示系统运行情况的重要数据,系统要求能够随时掌握这些数据的变化情况,设计中以CCP协议的DAQ机制实现这一功能。
由于CCP协议通用性的要求,协议对参数空间的安排没有定义,标定系统仅实现对控制参数标定和对监视参数监视的功能。
系统提供“参数设置接口”,用户可根据被标定ECU的参数空间安排编写“参数设置接口文件”,描述目标ECU控制参数空间和监视参数空间。
系统根据该描述实现对具体ECU的标定和监视。
31113 CAN方案
由于CCP协议以CAN总线为基础,设计应对所有主/从设备的CAN信息帧进行定义。
文中采用11位ID的CAN210A标准,主设备CRO帧CANID定义为0×100,从设备所用信息帧CANID定义
见表1。
该设计可支持1个主设备和6个从设备,并为每个从设备的DAQ-DTO帧分配40个ID,可使每个从设备同时上传40种周期要求的监视数据。
表1 从设备信息帧CANID分配表
从设备CRM/EventMsg
从设备DAQ-DTOMsg
0×2000~0×280×3000×29~0×500×4000×51~0×780×5000×79~0×A00×6000×A1~0×C80×700
0×C9~0×F0
312 从设备设计
图4 从设备设计框图
如图4所示,从设备软件分Command处理机和DAQ处理机两部分。
所开发的CCP程序及其底层
的CAN驱动程序构建在嵌入式实时操作系统u2COS-Ⅱ上。
使用该平台,可用任务的方式实现CCP处理机,方便地实现CCP处理机和ECU控制
任务之间的协调和通信;大大加速开发的进度,提高
系统的可靠性[5]。
底层的CAN驱动程序以一套环行缓冲机制为核心,通过OS消息沟通中断子程和系统任务。
用户收发CAN消息,只需像在PC机上实现终端设备的输入/输出一样,调用GetMsg（&msg和PutMsg（&msg来完成。
31211 Command处理机
Command处理机由一个系统任务来完成。
该
任务在OS初始化后就启动。
它调用CAN驱动程序从总线上获取CCP主设备发给该从设备的会话命令,根据命令做相应动作,并回送命令应答,完成会话。
31212 DAQ处理机
DAQ处理机由1~n个系统任务组成,这些任务称为DAQ任务,它们的工作是读取监视参数的当前值,并用DAQ-DTO帧发送给主设备。
不同周期要求的监视参数采用不同的DAQ任务来发送。
Command处理机在收到主设备要求启动DAQ的命令时,调用OS函数OSTaskCreate（启动相应的DAQ任务;该任务每完成一次DAQ发送后,调用OS函数OSTimeDlyHMSM（将其挂起,下一发送时间到来时,OS将自动使该任务进入就绪态;在收到主设备要求停止DAQ的命令时,调用OS函数OSTaskDel（删除该任务。
313 主设备设计
从工作流程角度分析,设计主设备软件流程具
体为如下5个步骤:
（1开机后,标定系统用户可要求标定系统与哪个从设备（ECU建立连接;
（2系统与从设备建立连接,调用“从设备初始
化”模块,根据“参数设置接口文件”初始化从设备控制参数空间,并设置从设备的DAQ。
随后暂时断开与该从设备的连接;
（3暂时断开连接后,从设备状态不变,且根据DAQ设置将监视参数通过DAQ-DTO帧上传给PC机,标定系统调用“显示监视参数”模块显示;
（4此时若用户要求与另一从设备建立连接,则
重复步骤（2;
（5若用户要求对某从设备的控制参数进行标定,则标定系统自动与该从设备恢复连接,调用“参数标定”模块完成标定,随后自动暂时断开与该从设备的连接,并回到步骤（3。
・
773・2004年（第26卷第4期 汽 车 工 程
4 应用实例
以HEV动力总成控制器（HCU和AMT控制器为例,介绍所开发的基于CCP协议的标定系统,实现对车上多个ECU同时标定的方法和效果。
欲实现该标定系统对HCU的标定,需根据HCU内控制参数和监视参数的安排编写“参数设置接口文件”。
根据HCU控制需要,定义可标定控制参数:
10组MAP图、37条参考曲线和88个参数点;定义监视参数:
24个数据监视参数和10个状态监视参数。
在接口文件中应描述以上所有控制参数在HCU中的位置、数据长度、比例因子和偏移量等属性,及所有监视参数的属性和它们的DAQ周期。
由于CAN总线传送速度快,DAQ周期可设置的很小。
对于HCU,根据被监视数据的实时性要求,设置2个DAQ周期,分别为20ms和200ms。
对于AMT控制器,方法类似。
在利用开发的标定系统对HCU和AMT控制器进行标定试验时,可选择“监视界面”实时监视“参数设置接口文件”中定义的从设备监视参数;也可选择“标定界面”对所定义的任何从设备控制参数进行标定。
另外,试验者可通过输入HCU或AMT控制器的从设备地址,要求标定系统与这两个从设备之一建立连接或对其控制参数进行标定。
试验表明,该标定系统通信速度快、数据传送可靠性高、通用性好且可方便地实现对系统中多个ECU的标定和监控。
5 总结
相对于基于SCI通信的标定协议,基于CAN总线CCP标定协议具有通信可靠、传输速度快、可实现在线编程等优点。
采用该协议设计的标定系统还可以同时对多个车上ECU进行标定。
随着CCP协议的不断推广,其优秀的通用性将得到更突出的体现。
目前,CCP协议仍在发展,它的下一代标准被称为XCP,已于2003年初开始在欧洲的标定/监测系统中得到应用。
该标准在继续支持CAN总线的基础上,增加了对以太网、SPI、USB、FlexRay等通信方式的支持。
它不仅可用于车上ECU的标定,同时也将是所有标定、诊断、测试系统的一个通用标准[3]。
参考文献
1 KleinknechtH.CANCalibrationProtocol,Version2.1,ASAPStan2dard,1999
2 KimLemon.IntroductionToCANCalibrationProtocol,Version
2.0,VectorCANtechInc.,2003
3 YoshihiroKawaseTakanaoSuzuki,DensoandETASCollaborateonEuropeanProjects,DensoCorporation,2003
4 JamesAllenW.CalibrationDevelopmentwithProductionIntentElectronicControlUnits,DelphiDelcoElectronicsSystems,SAE2000WorldCongress,2000
5 JEANJ.LABROSSE.μC/OS-Ⅱ:
theRealTimeKernel.R&DBooks.2000
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・汽 车 工 程 2004年（第26卷第4期
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