PGN分配策略及其在商用車ESS項目中的應用分析

張少宇，孫永鋒，倪麗

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

PGN分配策略及其在商用車ESS項目中的應用分析

張少宇，孫永鋒，倪麗

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

本文詳細介紹了商用車CAN網絡系統設計中應用層PGN的定義和分配的原則。并結合江淮商用車ESS項目介紹了PGN分配策略在整車項目中應用。

ECU；CAN；PDU；PGN；ESS

CLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)04-62-04

前言

商用車CAN網絡系統設計的思路是：在應用層，將客戶的功能需求轉化為相應的參數，并將功能相似、傳輸更新速率相同或者是來源于相同ECU的參數組成參數組；為了便于對參數組進行管理，應用層為每個參數組分配一個唯一標識號，即PGN（參數組編號）。數據鏈路層把PGN組成PDU；PDU被封裝在一個或多個CAN數據幀中，通過物理介質傳輸到其它節點。由此可見PGN的分配對于網絡系統的設計具有重要的作用。

隨著全球經濟的高速發展，能源問題日益受到世界各國關注。汽車節能降耗愈來愈被重視起來，客戶在購買車輛時越來越關注汽車的油耗問題。為適應客戶的需求，支持環保政策，江淮汽車研究并開發了商用車ESS智能控制器，為商用車節能降耗技術的發展提供了新的思路。

本文分別介紹PGN的定義及分配原則，并結合江淮汽車ESS項目分析了PGN分配策略在整車項目中的應用。

1、PGN分配策略

商用車CAN網絡系統設計遵循SAE J1939協議，其數據鏈路層遵循CAN2.0B規范，使用擴展幀進行通信。CAN擴展幀格式如圖1所示：

CAN網絡系統通信過程如圖2所示：應用層根據功能需求提出相應的指標：優先級、保留位、數據頁、PDU格式、PDU細節（PF）、源地址和數據域，并分配相應格式的PGN。數據鏈路層將PGN組成PDU；PDU被封裝在一個或多個CAN數據幀中，通過物理介質傳輸到其它節點。

從通信過程可以看出，CAN數據幀是數據傳輸的一種載體，數據幀是通過PDU進行組織管理，PDU對CAN數據幀的每一位賦予特定的意義。

1.1 協議數據單元PDU

PDU由數據幀中的29位標識符和數據場組成。其中29位ID又可劃分成6個域：優先級（P）、保留位（EDP）、數據頁（DP）、PDU格式（PF）、PDU細節（PS）、源地址（SA），它們與數據域一起組成PDU。PDU的結構如圖3所示。

下面詳細介紹PDU的各個域：

（1）優先級P

包含三位，位于ID中的最前面，用來優化報文的傳輸延遲。一條報文的優先級可以從最高0（0002）設置到最低7（1112）。應用層為每條報文都預先分配了一個缺省優先級，通常控制類報文的缺省優先級是3（0112）；其他有關信息、請求和應答等報文的缺省優先級是6（1102）。當定義新參數組編號、總線上通信量變化、或報文的缺省優先級不能滿足要求時，可以適當升高或降低優先級。

（2）擴展數據頁位EDP、數據頁位DP

EDP與數據頁位DP確定了報文ID的頁結構。當前所有報文中EDP均設置為0。DP表示所有的報文被分成了2頁，即頁0和頁1。應用層在分配參數組編號PGN時，只有頁0中的報文分配完之后，才允許分配頁1中的報文。當前的所有報文的參數組編號均分配在頁0中。

（3）PDU 格式PF

PF是一個8位域，根據PF取值可以確定了報文的PDU格式。定義了兩種PDU格式，即PDU1格式和PDU2格式。PF取值0-239（EF）表示PDU1格式，PF取值240（F0）-255（FF）表示PDU2格式。

PDU1格式的報文表示向特定目標地址發送；PDU2 格式的報文僅用于向全局發送。

（4）PDU細節PS

PS域是一個8位域，它的內容取決于PF的取值，它可以表示目標地址（DA）也可以表示組擴展（GE）。具體情況如下表1所示：

表1 PDU的兩種格式

目標地址（DA）：DA確定了一條PDU1格式的報文所指向的目標地址，可以是特定的目標地址，也可以是全局目標地址（DA＝255）。如果目標地址是特定地址，則要求任何源地址與該目標地址不同的節點應忽略此報文。如果目標地址是全局地址，則要求所有節點對該報文都要作出監聽和響應。

組擴展（GE）：PDU2格式報文PS域中的填充內容表示組擴展，此時PS與PF一起共同確定一個PGN。

（5）數據域

數據域中包含了一條CAN數據幀要發送的數據內容。數據內容由應用層中的報文列表給出。數據域的長度固定為8個字節，超過8個字節的報文采用傳輸協議進行傳輸。

1.2 參數組編號PGN

PGN是由應用層分配給參數組的唯一標識號。它是一個3字節數據，它的取值與PDU存在一定的對應關系。

其編碼規則是：第一個字節最高6位全置0，其后依次是EDP位、DP位，第二個字節為PF，第三個字節根據PDU的格式取值不同：若PDU1格式，則PGN的第三字節為0；若PDU2格式，則PGN的第三字節為PS的值，如圖4所示。

通過PGN的定義可以計算，可用參數組的總數目為：[240(PDU1)+16*256(PDU2)]*2(DP)=8672

其中：240=每個數據頁中PDU1格式域可用值的數目

16=每個數據頁中PDU2格式域可用值的數目

256=組擴展可能值的數目

2=數據頁數

PGN的取值計算如下所示：

PDU1格式：PGN=PF*256

PDU2格式：PGN=PF*256+GE PGN的編號范圍如下圖5所示。

1.3 PGN的分配原則

從PGN的定義過程可以看出，PGN的值是有PDU來決定的。鑒于PGN與PDU間的關系，PGN的分配通常通過PDU的定義來實現。

SAE J1939協議定義了三種通信方法，這三種通信方法是：

（1）PDU1格式通信（PS=指定的目標地址）；

（2）PDU2格式通信（PS=組擴展）；

（3）使用專用參數組編號的專用通信。每種通信方法都有其適用場合，適當運用各種類型的通信方法，可以有效使用現有的參數組編號。

如果一個參數組需要發送到指定的目標地址，就必須使用PDU1格式。

如果參數組是從一個或多個源地址發送消息到多個目標地址，就必須使用PDU2格式。

專用通信應用于以下兩種情況：(a)在不需要進行標準通信的場合

(b)在進行專用信息通信很重要的場合

其中一個參數組編號被分配用于指定目標地址專用通信（PF=EF），而另一個參數組編號被分配用于非指定目標地址專用通信（PF=FF）。

在進行分配參數組時，應遵循如下的原則：

首先依次考慮使用專用通信方法和PDU2格式。

如果是進行專用信息的通信，或者是通信的信息不通用（如請求PGN信號），則應當用專用通信方法。

如果信息通用，而且不需要指定消息發送到某個特定節點，那么應該考慮采用PDU2格式的通信方法。

最后，如果信息通用，但要求指定發送到眾多設備中的某一個，那么需要用指定目標地址并分配一個PDU1格式的參數組。

2、ESS項目中的PGN分配

2.1 商用車ESS系統

近年來，隨著汽車節能降耗問題愈來愈被重視，客戶更加關注汽車的油耗問題。在影響車輛油耗的因素中，駕駛習慣容易被忽視，事實上可以利用電子電氣技術，對駕駛員的操控行為進行干預，幫助駕駛員養成節能降耗的優良駕駛習慣。江淮汽車開發了商用車ESS系統（節油駕駛輔助及智能保養系統），為商用車節油技術的發展提供了一種新的方法。

ESS系統功能如圖6所示：

ESS系統主要實現四大功能：數據采集及存儲；駕駛行為實時判斷預警；駕駛行為評價；智能保養提醒。

（1）數據采集及存儲功能

ESS系統開發了高識別性與高時效性數據采集及存儲算法，確保車輛狀態原始數據被準確、實時采集存儲，為ESS的其他功能實現提供數據基礎。

（2）駕駛行為實時判斷預警功能

ESS系統開發了駕駛行為實時判斷預警算法。算法中設定激活系統功能的各參數變量的數值或閾值的上下限，以及邏輯識別近似處理。通過將采集到的車輛狀態參數與設定值或閾值的比較，判斷車輛當前油耗狀態，通過顯示設備和語音模塊向駕駛員提供預警信息。

（3）駕駛行為評價功能

ESS系統內置各種閾值范圍，在駕駛員完成本次駕駛操作后，使用本次駕駛的車輛油耗數據以及處于高油耗狀態的時間、里程等信息，生成駕駛員本次駕駛行為評價信息，通過顯示設備告知駕駛員。

（4）智能保養提醒功能

根據車輛總行駛里程或行駛時間信息，使用優先達到閾值者進行判斷。達到保養條件時，ESS系統顯示設備上的保養維護圖標點亮，提醒駕駛員對車輛進行保養維護。

2.2 ESS智能控制器功能及信號定義

根據ESS系統的功能定義，江淮汽車ESS智能控制的功能如下表2所示：

表2 ESS功能類別

加速評價車速評價換檔評價停車運行時間評價評價數據清除車輛維護發動機維護空濾器維護3 智能保養柴濾器維護蓄電池電量監測動力轉向液液面監測

依據功能定義，確定ESS控制器發送的報文及信號如下表3所示：

表3 ESS控制器發送的報文及信號

2.3 ESS智能控制器中PGN分配

從功能需求考慮，ESS智能控制器發送的報文為私有報文，而且ESS模塊報文不必指定目標地址，因此考慮采用非指定目標地址專用通信（PF=FF）。綜合考慮整車上所有CAN網絡系統節點的PGN分配狀況，ESS控制器的PGN分配及信號定義如表4所示：

表4 ESS控制器的PGN分配及信號定義

3、結束語

在商用車CAN網絡系統的設計中，應用層參數組PGN的分配對于協調信號間的收發關系和維護系統通信的穩定性具有重要的意義。充分理解和掌握PGN的定義和分配原則，才能更加方便地指導整車CAN網絡系統的設計，提高系統的穩定性。

[1]SAE J1939-01：Recommended Practice for Control and Communications Network for On Highway Equipment,2000.

[2]SAE J1939-21：Data Link Layer,2010.

[3]SAE J1939-71：Vehicle Application Layer,2013.

[4]羅峰,孫澤昌.汽車CAN總線系統原理、設計與應用[M].電子工業出版社.

Research on PGN Distribution and Its Application on ESS Item of Commercial Vehicles

Zhang Shaoyu, Sun Yongfeng, Ni Li
(Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601)

The definition and distribution of Parameter Group Number, which was defined in application layer of commercial vehicles' Control Area Network, was introduced in this paper. Then, an example of application for Parameter Group Number distribution was given based on Economic Support System item of Jiang Huai Automobile Company.

Electronic Control Unit；Control Area Network；Protocol Data Unit；Parameter Group Number；Economic Support System

U462.1

A

1671-7988(2015)04-62-04

張少宇，工程師，就職于安徽江淮汽車技術中心，從事電器設計工作，研究方向為車載網絡技術。