彭文家，宋 萍，楊 誠(chéng)，金昊龍

(1.北京理工大學(xué)仿生機(jī)器人與系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100081； 2.中國(guó)北方車輛研究所,北京 100072)

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基于CompactRIO的車輛CAN總線傳輸策略研究*

彭文家1，宋 萍1，楊 誠(chéng)1，金昊龍2

(1.北京理工大學(xué)仿生機(jī)器人與系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100081； 2.中國(guó)北方車輛研究所,北京 100072)

針對(duì)裝甲車輛動(dòng)態(tài)工況下的多參數(shù)測(cè)試需求和CAN總線測(cè)試網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提出了一種基于主、從CAN節(jié)點(diǎn)間應(yīng)答模式的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸策略，開(kāi)發(fā)了基于該傳輸策略的CAN總線通信協(xié)議；研究了協(xié)議中的優(yōu)先級(jí)分配、標(biāo)識(shí)符劃分和CAN幀數(shù)據(jù)域定義；編寫(xiě)了LabVIEW上位機(jī)界面和仿真程序；基于CompactRIO采集平臺(tái)搭建了試驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)，進(jìn)行了傳輸策略的可行性驗(yàn)證；結(jié)果表明，在該CAN總線數(shù)據(jù)傳輸策略的控制下，測(cè)試系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)145路信號(hào)的實(shí)時(shí)采集、傳輸、存儲(chǔ)和顯示，滿足測(cè)試需求。

車輛；CAN總線；數(shù)據(jù)傳輸策略; CompactRIO; LabVIEW

前言

試驗(yàn)測(cè)試是裝甲車輛研發(fā)過(guò)程中必不可少的環(huán)節(jié)，目前車輛的試驗(yàn)測(cè)試主要采用與實(shí)車同方案的試件進(jìn)行試驗(yàn)室臺(tái)架試驗(yàn)或?qū)ｍ?xiàng)試驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果難以如實(shí)反映裝甲車輛野外工況下的真實(shí)狀況。因此，急需開(kāi)展裝甲車輛動(dòng)態(tài)工況下的實(shí)時(shí)測(cè)試技術(shù)的研究，為車輛的改進(jìn)設(shè)計(jì)和可靠性的提高提供有效的參考數(shù)據(jù)[1-2]。

CAN總線作為一種串行、多主的數(shù)據(jù)通信總線，因其抗干擾能力強(qiáng)、易擴(kuò)展、傳輸效率高、集成度高的特點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于車輛測(cè)試中[3]。當(dāng)前，在基于CAN總線的車輛測(cè)試技術(shù)研究方面已取得了許多成果。文獻(xiàn)[4]和文獻(xiàn)[5]中針對(duì)裝甲車輛電氣狀態(tài)監(jiān)測(cè)的缺陷，開(kāi)發(fā)了短幀實(shí)時(shí)CAN通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電氣系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。文獻(xiàn)[6]中針對(duì)懸架應(yīng)力測(cè)試系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸量大、線路復(fù)雜的特點(diǎn)，提出了基于CAN總線的車輛懸架應(yīng)力測(cè)試方案。文獻(xiàn)[7]中針對(duì)工程車輛機(jī)械電氣動(dòng)力設(shè)備常發(fā)生故障的問(wèn)題，提出了基于CAN總線的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。這些測(cè)試方法主要都是針對(duì)車輛的部件或分系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，難以全面反映出實(shí)車動(dòng)態(tài)工況下的狀態(tài)。

因此，本文中針對(duì)實(shí)車動(dòng)態(tài)工況下整車測(cè)試的需求，對(duì)整車多信號(hào)實(shí)時(shí)采集背景下的CAN總線傳輸策略進(jìn)行了研究，并以美國(guó)NI(national instruments)公司的CompactRIO作為采集平臺(tái)，對(duì)傳輸策略進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了對(duì)車輛145路信號(hào)的實(shí)時(shí)采集、傳輸、存儲(chǔ)和顯示。

1 測(cè)試需求分析

本文中研究的裝甲車輛測(cè)試系統(tǒng)須對(duì)總共145路信號(hào)進(jìn)行測(cè)試數(shù)據(jù)的采集，根據(jù)車載信號(hào)采集節(jié)點(diǎn)的實(shí)際布設(shè)情況，形成了CAN1和CAN2兩個(gè)采集網(wǎng)絡(luò)，相應(yīng)的CAN總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。其中CAN1采集節(jié)點(diǎn)和CAN2采集節(jié)點(diǎn)為主機(jī)節(jié)點(diǎn)位于CompactRIO采集平臺(tái)：綜合信號(hào)、動(dòng)力信號(hào)、傳動(dòng)信號(hào)和空濾器信號(hào)的采集節(jié)點(diǎn)為分布于車輛上的4個(gè)從機(jī)節(jié)點(diǎn)，所有采集的數(shù)據(jù)統(tǒng)一經(jīng)CompactRIO采集平臺(tái)匯總并發(fā)送至上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。

圖1 CAN總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

從圖1可知，CAN1采集網(wǎng)絡(luò)為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，由CAN1采集節(jié)點(diǎn)和綜合信號(hào)采集節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，綜合信號(hào)調(diào)理節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)106路信號(hào)的采集調(diào)理，其中有3路50Hz的加速度信號(hào)、13路20Hz的壓力信號(hào)、90路5Hz的溫度信號(hào)。CAN2采集網(wǎng)絡(luò)為一對(duì)多網(wǎng)絡(luò)，由CAN2、傳動(dòng)信號(hào)、動(dòng)力信號(hào)和空濾器信號(hào)的采集節(jié)點(diǎn)組成，共負(fù)責(zé)39路信號(hào)的采集。其中，傳動(dòng)信號(hào)采集節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)8路100Hz轉(zhuǎn)矩信號(hào)和20路20Hz壓力信號(hào)的采集；動(dòng)力信號(hào)采集節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)1路100Hz油門(mén)開(kāi)度信號(hào)和2路20Hz速度信號(hào)的采集；空濾器信號(hào)采集節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)4路20Hz壓力信號(hào)和4路5Hz溫度信號(hào)的采集。

2 測(cè)試數(shù)據(jù)傳輸策略的制定

整個(gè)車載CAN總線采集網(wǎng)絡(luò)所需采集信號(hào)數(shù)目多達(dá)145路，不僅不同采集節(jié)點(diǎn)的信號(hào)數(shù)目存在差異，而且同一采集節(jié)點(diǎn)不同測(cè)試信號(hào)的采樣頻率也不一致，此外，測(cè)試系統(tǒng)在存儲(chǔ)測(cè)試數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，還需滿足所有信號(hào)采樣值的上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示要求。因此，測(cè)試數(shù)據(jù)的傳輸策略尤為重要，不僅要保證145路信號(hào)能從各個(gè)信號(hào)采集節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)傳輸至主機(jī)采集節(jié)點(diǎn)，而且還必須保證各個(gè)信號(hào)采樣值在時(shí)序邏輯上的正確性。

基于上述分析，提出了一種基于主從節(jié)點(diǎn)應(yīng)答模式的CAN總線數(shù)據(jù)傳輸策略，即主機(jī)采集節(jié)點(diǎn)作為測(cè)試數(shù)據(jù)傳輸流程的發(fā)起者，周期性發(fā)送時(shí)鐘數(shù)據(jù)包，各從機(jī)信號(hào)采集節(jié)點(diǎn)作為受控者，接收主機(jī)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的時(shí)鐘數(shù)據(jù)包，并根據(jù)所接收時(shí)鐘數(shù)據(jù)包中的累積時(shí)間值與信號(hào)采樣周期之間的數(shù)值關(guān)系上傳測(cè)試數(shù)據(jù)包，各變量滿足式(1)和式(2)。

t=(n1-1)T,n1∈N+

(1)

(2)

式中：t為時(shí)鐘數(shù)據(jù)包中的累積時(shí)間值；T為時(shí)鐘數(shù)據(jù)包的發(fā)送周期；n1為時(shí)鐘數(shù)據(jù)包的發(fā)送個(gè)數(shù)；f為信號(hào)的采樣頻率；n2為匹配系數(shù)；N+為正整數(shù)集合。

式(1)為主機(jī)采集節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘數(shù)據(jù)包中累積時(shí)間t的計(jì)算方法。T定義為整個(gè)采集網(wǎng)絡(luò)中最高采樣頻率信號(hào)的采樣周期，本文中最高信號(hào)采樣頻率為100Hz，即T值為10ms，時(shí)鐘數(shù)據(jù)包發(fā)送個(gè)數(shù)n1初值為1。由此可知，第一個(gè)時(shí)鐘數(shù)據(jù)包中t為0，隨后以10ms為基數(shù)逐次累加。式(2)為從機(jī)信號(hào)采集節(jié)點(diǎn)發(fā)送測(cè)試數(shù)據(jù)包的判斷關(guān)系式，其中信號(hào)采樣頻率f的倒數(shù)為該采樣頻率下信號(hào)的采樣周期，匹配系數(shù)n2初值為1。

將t為0的第一個(gè)時(shí)鐘數(shù)據(jù)包作為采集開(kāi)始命令，從機(jī)信號(hào)采集節(jié)點(diǎn)不上傳測(cè)試數(shù)據(jù)包。隨后，從機(jī)信號(hào)采集節(jié)點(diǎn)每次只上傳采樣頻率滿足式(2)的采樣值。例如，100Hz信號(hào)的采樣周期是10ms，其與時(shí)鐘數(shù)據(jù)包發(fā)送周期10ms是1倍關(guān)系，因此信號(hào)采集節(jié)點(diǎn)每次收到時(shí)鐘數(shù)據(jù)包時(shí)均要上傳包含100Hz信號(hào)采樣值的測(cè)試數(shù)據(jù)包。同理，20Hz信號(hào)的采樣周期為50ms，其為時(shí)鐘數(shù)據(jù)包發(fā)送周期10ms的5倍，因此只有當(dāng)信號(hào)采集節(jié)點(diǎn)收到的時(shí)鐘數(shù)據(jù)包中t值為50的正整數(shù)倍時(shí)，才上傳包含該信號(hào)采樣值的測(cè)試數(shù)據(jù)包。其他采樣頻率信號(hào)的發(fā)送規(guī)律依此類推。

基于上述說(shuō)明可知，根據(jù)本文中提出的CAN總線數(shù)據(jù)傳輸策略，各個(gè)信號(hào)的最新采樣值均能由信號(hào)采集節(jié)點(diǎn)及時(shí)上傳至主機(jī)采集節(jié)點(diǎn)，并實(shí)現(xiàn)了同一信號(hào)采樣值的依次上傳，既滿足了測(cè)試系統(tǒng)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)顯示的實(shí)時(shí)性要求，又保證了各個(gè)信道采樣值的時(shí)序邏輯。

3 CAN傳輸協(xié)議的設(shè)計(jì)

CAN傳輸協(xié)議規(guī)定了CAN總線通信過(guò)程中數(shù)據(jù)的交互機(jī)制、數(shù)據(jù)表示形式和數(shù)據(jù)格式，是CAN節(jié)點(diǎn)之間相互溝通、共享和傳輸數(shù)據(jù)信息須共同遵守的約定[8]。綜合考慮本文中提出的測(cè)試數(shù)據(jù)傳輸策略的實(shí)時(shí)性需求和涉及CAN總線采集網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)目，CAN傳輸協(xié)議采用11位標(biāo)識(shí)符格式。

CAN傳輸協(xié)議報(bào)文格式主要包括標(biāo)識(shí)符分配和數(shù)據(jù)域定義。其中，標(biāo)識(shí)符是數(shù)據(jù)幀發(fā)送和接收過(guò)程中CAN仲裁和接收濾波的主要依據(jù)，CAN采用非破壞性逐位仲裁技術(shù)，在總線處于繁忙狀態(tài)時(shí)，各數(shù)據(jù)幀根據(jù)標(biāo)識(shí)符的仲裁結(jié)果獲取總線的使用權(quán)，進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。

3.1 傳輸協(xié)議報(bào)文標(biāo)識(shí)符分配

標(biāo)識(shí)符的定義直接決定了對(duì)應(yīng)報(bào)文的優(yōu)先級(jí)，根據(jù)本文中提出的傳輸策略，按數(shù)據(jù)包類型、數(shù)據(jù)包編號(hào)和設(shè)備號(hào)對(duì)11位標(biāo)識(shí)符進(jìn)行了劃分，如表1所示。

表1 標(biāo)識(shí)符定義

標(biāo)識(shí)符高二位ID.10-ID.9用于定義數(shù)據(jù)包類型，在滿足CAN總線數(shù)據(jù)傳輸策略要求的基礎(chǔ)上，結(jié)合測(cè)試系統(tǒng)的功能需求，共將報(bào)文所代表的數(shù)據(jù)包類型分為4類：時(shí)鐘數(shù)據(jù)包、主機(jī)指令包、從機(jī)信息包和測(cè)試數(shù)據(jù)包。其中，時(shí)鐘數(shù)據(jù)包由主機(jī)節(jié)點(diǎn)發(fā)出，處于最高優(yōu)先級(jí)，以廣播的形式按給定周期循環(huán)發(fā)出；主機(jī)指令包由主機(jī)節(jié)點(diǎn)發(fā)出，優(yōu)先級(jí)次于時(shí)鐘數(shù)據(jù)包，用于向從機(jī)發(fā)送檢測(cè)指令；從機(jī)信息包由從機(jī)節(jié)點(diǎn)發(fā)出，優(yōu)先級(jí)次于主機(jī)指令包，用于從機(jī)節(jié)點(diǎn)向主機(jī)反饋除測(cè)試數(shù)據(jù)外的信息，如節(jié)點(diǎn)狀態(tài)、故障和緊急報(bào)警等；測(cè)試數(shù)據(jù)包由從機(jī)節(jié)點(diǎn)發(fā)出，處于最低優(yōu)先級(jí)，主要用于信號(hào)采樣數(shù)據(jù)的上傳。

標(biāo)識(shí)符的ID.8-ID.3用于定義測(cè)試數(shù)據(jù)包的編號(hào)，其余數(shù)據(jù)包類型的該段標(biāo)識(shí)符定義為全0，6位標(biāo)識(shí)符共可定義64個(gè)包編號(hào)，每個(gè)包編號(hào)與該數(shù)據(jù)包中采樣數(shù)據(jù)所屬的信號(hào)對(duì)應(yīng)。根據(jù)標(biāo)識(shí)符越小優(yōu)先級(jí)越高的CAN仲裁規(guī)則，對(duì)于同一信號(hào)采集節(jié)點(diǎn)的測(cè)試數(shù)據(jù)包而言，其存放采樣值對(duì)應(yīng)信號(hào)的采樣頻率越高，包編號(hào)越小。

標(biāo)識(shí)符的ID.2-ID.0用于定義設(shè)備號(hào)，用來(lái)確定發(fā)出數(shù)據(jù)包的CAN節(jié)點(diǎn)。其中主機(jī)采集節(jié)點(diǎn)的設(shè)備號(hào)為1(編號(hào)001)，CAN1采集網(wǎng)絡(luò)中的綜合信號(hào)采集節(jié)點(diǎn)設(shè)備號(hào)為2(編號(hào)010)；CAN2采集網(wǎng)絡(luò)中的傳動(dòng)信號(hào)采集節(jié)點(diǎn)設(shè)備號(hào)為3(編號(hào)011)，動(dòng)力信號(hào)采集節(jié)點(diǎn)設(shè)備號(hào)為4(編號(hào)100)，空濾器信號(hào)采集節(jié)點(diǎn)設(shè)備號(hào)為5(編號(hào)101)?；谏鲜稣f(shuō)明11位標(biāo)識(shí)符的具體分配結(jié)果如表2所示。

表2 11位標(biāo)識(shí)符分配表

3.2 傳輸協(xié)議報(bào)文數(shù)據(jù)域定義

根據(jù)傳輸協(xié)議標(biāo)識(shí)符定義的數(shù)據(jù)包類型對(duì)數(shù)據(jù)域DATA0-7的8個(gè)字節(jié)進(jìn)行了不同的定義，如表3所示。

表3 數(shù)據(jù)域定義

時(shí)鐘數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)域的低4個(gè)字節(jié)DATA0-3定義為有效值，用于存放測(cè)試開(kāi)始計(jì)時(shí)后的累積時(shí)間t。時(shí)鐘數(shù)據(jù)包每10ms發(fā)送一次，用DATA0-3表示的32位無(wú)符號(hào)數(shù)最大可實(shí)現(xiàn)4 294 967 290ms的連續(xù)計(jì)時(shí)，約為50天，能滿足進(jìn)行全天連續(xù)測(cè)試的需求。

主機(jī)指令包和從機(jī)信息包數(shù)據(jù)域的低2個(gè)字節(jié)DATA0-1定義為有效值，用于存放主機(jī)指令代碼或從機(jī)信息的反饋代碼，代碼編號(hào)可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行增加定義，DATA0-1共16位可以表示65 536個(gè)不同的代碼，完全可滿足代碼的擴(kuò)充需求。

測(cè)試數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)域用于存放不同信號(hào)的采樣值，DATA0-7的8個(gè)字節(jié)每相鄰的兩個(gè)字節(jié)定義為一個(gè)信號(hào)采集通道并存放該信號(hào)的一個(gè)采樣值，因此一個(gè)測(cè)試數(shù)據(jù)包可存放4個(gè)信號(hào)的采樣值。根據(jù)傳輸策略可知，每一個(gè)測(cè)試數(shù)據(jù)包只存放采樣頻率相同的信號(hào)采樣數(shù)據(jù)，4個(gè)通道的排列順序與標(biāo)識(shí)符中包編號(hào)代表的信號(hào)通道順序一致，對(duì)于不滿4個(gè)通道的測(cè)試數(shù)據(jù)包，統(tǒng)一用無(wú)效值0填充。根據(jù)上述說(shuō)明，測(cè)試數(shù)據(jù)包定義如表4所示，表中標(biāo)識(shí)符為十進(jìn)制數(shù)表示,數(shù)據(jù)域信息欄標(biāo)注數(shù)據(jù)包中信號(hào)采樣頻率和信道個(gè)數(shù)。

表4 測(cè)試數(shù)據(jù)包定義表

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

4.1 試驗(yàn)平臺(tái)搭建

根據(jù)實(shí)際的車載CAN總線采集網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，搭建了如圖2所示的試驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)。其中CompactRIO采集平臺(tái)上插有NI 9853采集卡，包括兩個(gè)獨(dú)立的CAN口分別作為CAN1和CAN2采集網(wǎng)的主機(jī)采集節(jié)點(diǎn)，PXIe 1062機(jī)箱插有2塊PXI 8512采集卡，每個(gè)采集卡擁有2個(gè)獨(dú)立的CAN口，一共4個(gè)CAN口分別模擬4個(gè)從機(jī)采集節(jié)點(diǎn)。

圖2 試驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)實(shí)物圖

按照制定的CAN總線通信協(xié)議分別編寫(xiě)了主機(jī)和從機(jī)信號(hào)采集節(jié)點(diǎn)的LabVIEW程序。其中主機(jī)節(jié)點(diǎn)程序位于CRIO FPGA，通過(guò)while循環(huán)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)主機(jī)CAN口時(shí)鐘數(shù)據(jù)包的發(fā)送和測(cè)試數(shù)據(jù)包的接收，其程序框圖如圖3所示。

圖3 主機(jī)CAN節(jié)點(diǎn)的程序框圖

4個(gè)從機(jī)信號(hào)采集節(jié)點(diǎn)均采用了while-case狀態(tài)機(jī)結(jié)構(gòu)，其根據(jù)式(2)中時(shí)鐘數(shù)據(jù)包的累積時(shí)間值與信號(hào)采樣頻率的匹配結(jié)果可切換至不同的數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)，進(jìn)而發(fā)送不同采樣頻率信號(hào)對(duì)應(yīng)的測(cè)試數(shù)據(jù)包，單個(gè)從機(jī)CAN節(jié)點(diǎn)的程序框圖見(jiàn)圖4。

圖4 單個(gè)從機(jī)CAN節(jié)點(diǎn)的程序框圖

4.2 分析與驗(yàn)證

4.2.1 策略可行性驗(yàn)證

在所提出的CAN總線傳輸策略中，從機(jī)節(jié)點(diǎn)根據(jù)時(shí)鐘數(shù)據(jù)包中的累積時(shí)間數(shù)進(jìn)行測(cè)試數(shù)據(jù)包實(shí)時(shí)上傳，因此在整個(gè)數(shù)據(jù)交互的過(guò)程中必然存在一個(gè)最小公倍時(shí)間，即所有信號(hào)采樣周期的最小公倍數(shù)，在該時(shí)間點(diǎn)CAN總線采集網(wǎng)絡(luò)中的所有采樣通道均進(jìn)行采樣，產(chǎn)生的測(cè)試數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)也達(dá)到最大值。因此所提出的CAN總線傳輸策略的可行性，就取決于主機(jī)CAN節(jié)點(diǎn)在最小公倍時(shí)間后的一個(gè)時(shí)鐘數(shù)據(jù)包間隔周期內(nèi)能否接收到全部測(cè)試數(shù)據(jù)包。

根據(jù)表4可知，CAN1采集網(wǎng)絡(luò)共包括1個(gè)50Hz測(cè)試數(shù)據(jù)包、3個(gè)20Hz測(cè)試數(shù)據(jù)包和24個(gè)5Hz測(cè)試數(shù)據(jù)包；CAN2采集網(wǎng)絡(luò)共包括3個(gè)100Hz測(cè)試數(shù)據(jù)包、7個(gè)20Hz測(cè)試數(shù)據(jù)包和1個(gè)5Hz測(cè)試數(shù)據(jù)包。分析可知，CAN1采集網(wǎng)絡(luò)的最小公倍時(shí)間為200ms，最大測(cè)試數(shù)據(jù)包數(shù)量為28；CAN2采集網(wǎng)絡(luò)的最小公倍時(shí)間也為200ms，最大測(cè)試數(shù)據(jù)包數(shù)量為11。分析可知，該傳輸策略的可行性就取決于CAN1采集網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)CAN節(jié)點(diǎn)能否在一個(gè)時(shí)鐘數(shù)據(jù)包間隔周期內(nèi)完成28個(gè)測(cè)試數(shù)據(jù)包的接收。

測(cè)試數(shù)據(jù)包采用標(biāo)準(zhǔn)CAN數(shù)據(jù)幀格式，單個(gè)數(shù)據(jù)幀為108bit，28個(gè)測(cè)試數(shù)據(jù)包的理論數(shù)據(jù)總量為3 024bit。所研究的裝甲車輛測(cè)試系統(tǒng)采用的CAN總線波特率為500kbps，由前文可知，時(shí)鐘數(shù)據(jù)包間隔周期為10ms，計(jì)算可得CAN總線10ms內(nèi)可傳輸數(shù)據(jù)總量為5 000bit，大于3 024bit，因此理論上滿足

測(cè)試數(shù)據(jù)包的傳輸需求。

策略可行性試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示，圖中列出了28個(gè)測(cè)試數(shù)據(jù)包的接收時(shí)間戳，計(jì)算可得，第28個(gè)測(cè)試數(shù)據(jù)包(ID為1 762)的時(shí)間戳與第1個(gè)測(cè)試數(shù)據(jù)包(ID為1 546)的時(shí)間戳之差為6.581ms，小于時(shí)鐘數(shù)據(jù)包的發(fā)送間隔周期10ms。通過(guò)上述分析可知，本文中提出的CAN總線傳輸策略能夠保證主機(jī)采集節(jié)點(diǎn)在任意時(shí)鐘數(shù)據(jù)包的發(fā)送間隔周期內(nèi)，完成對(duì)其總線上所有從機(jī)信號(hào)采集節(jié)點(diǎn)發(fā)出測(cè)試數(shù)據(jù)包的接收。

圖5 策略可行性試驗(yàn)結(jié)果

4.2.2 測(cè)試數(shù)據(jù)采集驗(yàn)證

在搭建的試驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)上，進(jìn)行了145路信號(hào)的數(shù)據(jù)采集試驗(yàn)。其中CAN1采集網(wǎng)絡(luò)與CAN2采集網(wǎng)絡(luò)中的從機(jī)采集節(jié)點(diǎn)均以最小公倍時(shí)間200ms為周期，循環(huán)發(fā)送給定的常量測(cè)試數(shù)據(jù)包，用于試驗(yàn)驗(yàn)證測(cè)試數(shù)據(jù)包的定義如表5所示，其中發(fā)送順序號(hào)為200ms內(nèi)的測(cè)試數(shù)據(jù)包發(fā)送順序。

表5 試驗(yàn)驗(yàn)證測(cè)試數(shù)據(jù)包定義

通過(guò)上位機(jī)界面左側(cè)的信道列表可實(shí)現(xiàn)對(duì)各信道采集數(shù)據(jù)波形的選擇性查看。試驗(yàn)過(guò)程中，隨機(jī)選擇了4個(gè)信道，其中CAN1采集網(wǎng)絡(luò)選擇信道1和信道6，實(shí)時(shí)波形如圖6所示；CAN2采集網(wǎng)絡(luò)選擇信道3和信道11，實(shí)時(shí)波形如圖7所示。根據(jù)表4和表5可知，CAN1采集網(wǎng)絡(luò)信道1和信道6的信號(hào)采樣頻率分別為50和20Hz，采樣值分別為1 111 311 114和2 324的循環(huán)序列；CAN2采集網(wǎng)絡(luò)信道3和信道11的信號(hào)采樣頻率分別為100和20Hz，采樣值分別為11 112 111 121 111 211 112和2 222的循環(huán)序列。

圖6 CAN1采集網(wǎng)絡(luò)上位機(jī)顯示界面

圖7 CAN2采集網(wǎng)絡(luò)上位機(jī)顯示界面

通過(guò)對(duì)比可知，所選4個(gè)信道在上位機(jī)的實(shí)際顯示波形與信號(hào)采樣值的理論波形完全一致，能夠保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸。

5 結(jié)論

(1) 以整車的多參數(shù)測(cè)試需求為背景，制定了基于主、從CAN節(jié)點(diǎn)應(yīng)答模式的CAN總線數(shù)據(jù)傳輸策略。

(2) 根據(jù)所提出的傳輸策略，開(kāi)發(fā)了CAN總線通信協(xié)議，進(jìn)行了報(bào)文標(biāo)識(shí)符的劃分和數(shù)據(jù)域的定義，對(duì)各節(jié)點(diǎn)報(bào)文的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行了分配。

(3) 基于CompactRIO采集平臺(tái)搭建了試驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)，利用LabVIEW編寫(xiě)了主、從機(jī)CAN節(jié)點(diǎn)的程序和用于實(shí)時(shí)顯示的上位機(jī)界面。通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)，對(duì)制定的CAN總線數(shù)據(jù)傳輸策略進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)試，證明策略行之有效，數(shù)據(jù)傳輸可靠，能滿足車輛CAN總線測(cè)試系統(tǒng)對(duì)145路信號(hào)的實(shí)時(shí)采集、傳輸、存儲(chǔ)和顯示要求。

[1] 毛明,李振平,鄧高壽,等.坦克裝甲車輛對(duì)試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)的需求[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制,2016,24(3):8-10.

[2] 毛明,龐寶文.坦克裝甲車輛技術(shù)發(fā)展新動(dòng)向和發(fā)展重點(diǎn)[J].車輛與動(dòng)力技術(shù),2012(3):51-55.

[3] 黃萬(wàn)友,程勇,紀(jì)少波,等.基于CAN總線的純電動(dòng)汽車動(dòng)力總成試驗(yàn)臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)[J].汽車工程,2012,34(3):266-271.

[4] 鄒勇,宋小慶,王治國(guó),等.基于CAN總線的裝甲車輛測(cè)控系統(tǒng)[J].裝甲兵工程學(xué)院學(xué)報(bào),2009,23(3):50-54.

[5] 賀方君,謝永成,李光升,等.基于CAN總線的裝甲車輛電氣系統(tǒng)檢測(cè)[J].國(guó)外電子測(cè)量技術(shù),2012,31(6):43-46.

[6] 羅佳,孫運(yùn)強(qiáng).CAN總線技術(shù)在車輛懸架動(dòng)態(tài)應(yīng)力測(cè)試中的應(yīng)用[J].自動(dòng)化儀表,2013,34(11):80-84.

[7] 錢(qián)義偉.基于CAN總線的車載數(shù)據(jù)采集與通信裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].長(zhǎng)沙:湖南大學(xué),2013.

[8] 韓江洪,劉征宇,崔世輝,等.混合動(dòng)力汽車CAN網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的應(yīng)用研究[J].汽車工程,2011,33(12):1062-1066.

A Study on Vehicle CAN Bus Transmission Strategy Based on CompactRIO

Peng Wenjia1, Song Ping1, Yang Cheng1& Jin Haolong2

1.KeyLaboratoryofBiomimeticRobotsandSystem,BeijingInstituteofTechnology,Beijing100081;2.ChinaNorthVehicleResearchInstitute,Beijing100072

Aiming at the multi-parameter test requirements of armored vehicle under dynamic conditions and the topology structure of CAN bus test network, a real-time data transmission strategy based on response pattern between host and slave nodes is proposed. Based on the strategy, a CAN bus communication protocol is developed, the assignment of priority, the arrangement of identifier and the definition of CAN frame data fields in the protocol are studied, and the upper computer interface and simulation programs are developed with LabVIEW. Based on CompactRIO acquisition platform, a verification platform is constructed to verify the feasibility of the strategy. The results show that with the control of the strategy proposed, the test system can realize the real-time acquisition, transmission, storage and display of 145 signals, well meeting test requirements.

vehicle; CAN bus; data transmission strategy; CompactRIO; LabVIEW

10.19562/j.chinasae.qcgc.2017.07.016

*國(guó)防基礎(chǔ)科研重大項(xiàng)目(C0920110001)資助。

宋萍，教授，博士生導(dǎo)師，E-mail:sping2002@bit.edu.cn。

原稿收到日期為2016年8月5日。