基于CCP協(xié)議的發(fā)動機電控單元匹配標定

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)動機電控技術(shù)的發(fā)展，發(fā)動機匹配標定已成為發(fā)動機管理系統(tǒng)開發(fā)不可缺少的重要環(huán)節(jié)，發(fā)動機電子控制單元是發(fā)動機管理系統(tǒng)的核心，在發(fā)動機管理系統(tǒng)的開發(fā)中，有一系列MAP圖參數(shù)，需要在匹配標定過程中確定，有了這些MAP圖參數(shù)，發(fā)動機才能滿足動力性、經(jīng)濟性和排放性的綜合要求。基于CCP協(xié)議的標定系統(tǒng)開發(fā)已成為研究的重點。CCP協(xié)議（CANCalibration Protocol）是歐洲ASAP項目組[1]基于CAN協(xié)議制定的一套對控制系統(tǒng)參數(shù)標定的系統(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)動機電子控制單元的標定已成為發(fā)動機電子控制裝置開發(fā)的一個重要環(huán)節(jié)。CCP標定協(xié)議是ASAP標準的一部分，它首先是由標定系統(tǒng)制造商提出并開發(fā)的，該協(xié)議為標定系統(tǒng)開發(fā)提供了標準平臺，在電控系統(tǒng)開發(fā)方面具有強大的優(yōu)勢，已逐漸為世界各大汽車公司所采用，如BOSCH公司和DELPHI公司的標定系統(tǒng)。因此基于CAN的CCP協(xié)議是匹配標定平臺技術(shù)的首選。采用CCP協(xié)議可以快速高效地實現(xiàn)對發(fā)動機電控單元的標定。

然而基于CCP協(xié)議的標定，只有ECU控制器與標定工具底層內(nèi)部均具有支持CCP協(xié)議的驅(qū)動程序 （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)，對于代碼的運行效率以及空間占有率都非常不利。基于此，文中設(shè)計了一個通用的ECU與CCP驅(qū)動接口程序，以幫助縮短整個標定開發(fā)周期。

CANape是一款ECU開發(fā)、標定、診斷和測量數(shù)據(jù)采集的綜合性工具。通過CCP標定協(xié)議，不僅能完成對ECU的標定，同時還能同步地獲取ECU內(nèi)部的測量參數(shù)，實時采集和顯示ECU內(nèi)部信號。基于此，本文將闡述如何基于CCP協(xié)議使用CANape完成ECU的標定。

1 CCP協(xié)議及工作原理

CCP 協(xié)議[2]是 ASAP（Arbeitskreis zur Standardisierung von Applikationssystemen）標準的有機組成部分。該協(xié)議是符合ASAP中ASAP1 a標準的協(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總線與多臺從設(shè)備相連接，主設(shè)備是測量標定系統(tǒng)，從設(shè)備是需要標定的ECU，主設(shè)備首先與其中一個從設(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文。這種工作模式由于需要主機與從機之間進行“一問一答”的信息交互，工作效率不高，但實現(xiàn)簡單，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命令逐步控制，工作效率高，但實現(xiàn)較復(fù)雜，需要上傳數(shù)據(jù)量很大，會占用大量ECU內(nèi)存空間。

1.3 CCP報文幀結(jié)構(gòu)

CCP協(xié)議中有兩種CAN報文對象如圖2，根據(jù)其數(shù)據(jù)流向，都有一個唯一的ID標識符進行標識，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)送給匹配標定工具的命令響應(yīng)，即對CRO的響應(yīng)；DAQ模式下 DAQ—DTO（Data Acquisition—Data Transmission Object）， 即 ECU發(fā)送給匹配標定工具的實時測量數(shù)據(jù)，用于監(jiān)控的目的。

2 CCP驅(qū)動與CAN驅(qū)動接口程序的實現(xiàn)

在使用標定系統(tǒng)對控制器實施基于CCP協(xié)議的標定工作前，必須在控制器端程序上進行相應(yīng)的開發(fā)工作。需要上位機 MCS（Measurement Calibration System）與下位機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)幀進入CAN驅(qū)動程序的接收模塊，判斷為CRO后，交由CCP驅(qū)動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接收到報文后，轉(zhuǎn)入CAN接收子函數(shù)，在常規(guī)接收流程后，對報文的ID標識符進行判斷，如為CRO-ID，則調(diào)用CCP driver的命令處理器。命令處理器的調(diào)用會在主函數(shù)中進行。

Command處理機制由一個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中實現(xiàn)，由CCPdriver調(diào)用。當(dāng)命令處理模塊判斷收到CRO為DAQ請求后，啟用CCP驅(qū)動程序的DAQ處理模塊。DAQ處理模塊從應(yīng)用程序待監(jiān)測的變量中組織應(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進行基于CCP協(xié)議的標定

CANape標定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖 4，CANape是德國Vector公司出品的一款基于ASAP標準[5]的車載控制器測試、診斷和標定工具。它通過基于CCP協(xié)議的CAN總線物理連接，實現(xiàn)硬件接口與ECU相連。ASAPl作為應(yīng)用層同控制設(shè)備之間接口的標準，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標準對ECU功能和接口及標定信息進行了標準和規(guī)范化的描述，按此標準生成的ASAP2描述文件作為標定系統(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，此標準的目的是使用戶可以通過調(diào)用標準化的函數(shù)，MCD系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)和命令的交互來實現(xiàn)測量、標定和診斷的功能[6]。

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

CANape對控制器的參數(shù)標定和數(shù)據(jù)測量都是基于ASAP2控制器描述文件，該文件記錄了ECU控制器中各標定參數(shù)和測量變量在控制器中的存儲地址、存儲結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)類型和轉(zhuǎn)換公式等。這些標定參數(shù)和測量數(shù)據(jù)都會有一個變量名，如發(fā)動機轉(zhuǎn)速、冷卻水溫度等。當(dāng)使用CANape進行參數(shù)標定時，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地址、數(shù)據(jù)長度等信息，然后進行參數(shù)標定與優(yōu)化并生成MAP圖。

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

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

4 結(jié) 論

在基于現(xiàn)場總線的分布式控制中，汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進一步優(yōu)化了汽車的電子控制系統(tǒng)，傳統(tǒng)意義的發(fā)動機匹配標定方法已無法滿足。基于CAN總線網(wǎng)絡(luò)連接的發(fā)動機電子控制單元，目前已成為研究和應(yīng)用的重點。CANape是基于CCP協(xié)議的通用型發(fā)動機電子控制單元匹配標定工具，在國內(nèi)新型電控發(fā)動機開發(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，快速準確地進行汽車發(fā)動機電子控制單元的匹配標定，并在實際開發(fā)應(yīng)用的過程中達到了預(yù)期效果，使發(fā)動機綜合性能得到提高。

[1]胡嘉，楊正林，張彤，等.基于CCP協(xié)議的混合動力整車控制器標定系統(tǒng)及其底層驅(qū)動的開發(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)噴油特性測試和油量線性化自動標定系統(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)議標定混合動力車整車控制器[D].上海:上海交通大學(xué)，2007.

[5]李計融，鐘再敏.車載控制器匹配標定ASAP標準綜述[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)動機標定系統(tǒng)開發(fā)[D].湖南:湖南大學(xué)，2011.