CAN通信协议设计

基于TMS系统（热管理系统）与整车控制器、电池管理系统（BMS）、电机控制器（MCU）及各执行器的通信需求，设计以下CAN通信协议，采用CAN 2.0B标准，通信速率500kbps，确保-40℃~85℃工业环境下的可靠传输。

一、协议基础规范

1. 帧类型：采用标准数据帧（11位标识符），扩展帧备用

2. 数据长度：每帧数据8字节（最大化利用带宽）

3. 通信周期：

   • 关键状态帧：10ms（如TMS控制器状态、传感器数据）

   • 控制指令帧：50ms（如执行器控制指令）

   • 诊断帧：1000ms（如故障码、版本信息）

4. 波特率：500kbps（匹配工程机械行业标准）

5. 错误处理：连续3次接收错误则触发超时机制，发送节点重复发送3次后进入休眠重试

二、节点定义与ID分配规则

ID编码规则： ID = 节点基础ID + 功能码（功能码占低4位，如0x100+0x01=0x101表示TMS传感器数据帧）

三、核心通信帧定义

1. TMS控制器→各节点（控制指令帧）

• 帧ID：0x101（液冷系统控制指令）

• 周期：50ms

• 数据格式：

  字节位	内容	数据类型	范围	说明
  0-1	电池侧目标流量	uint16	0~50L/min	分辨率0.1L/min，实际值=数值×0.1
  2-3	电机侧目标流量	uint16	0~80L/min	同上
  4	电子膨胀阀开度	uint8	0~100%	0x00=全关，0xFF=全开
  5	风扇转速等级	uint8	0~5级	0=停止，5=最高速
  6	工作模式	uint8	0~7	0=自动，1=制冷，2=制热，3=除霜…
  7	校验位	uint8	–	前7字节异或结果

• 帧ID：0x102（热泵系统控制指令）

• 周期：50ms

• 数据格式：

  字节位	内容	数据类型	范围	说明
  0-1	目标蒸发温度	int16	-30~50℃	分辨率0.1℃，实际值=数值×0.1
  2-3	目标冷凝温度	int16	-10~80℃	同上
  4	PTC加热功率	uint8	0~100%	0=关闭，100=全功率
  5	压缩机频率	uint8	20~100Hz	直接对应频率值
  6	模式使能位	bitfield	8bit	bit0=热泵使能，bit1=PTC使能…
  7	校验位	uint8	–	前7字节异或结果

2. 传感器节点→TMS控制器（状态帧）

• 帧ID：0x111（电池与电机温度状态）

• 周期：10ms

• 数据格式：

  字节位	内容	数据类型	范围	说明
  0-1	电池组平均温度	int16	-30~80℃	分辨率0.1℃
  2	电池最高单体温度	int8	-30~80℃	直接表示温度值
  3	电池最低单体温度	int8	-30~80℃	同上
  4-5	电机绕组温度	int16	-30~150℃	分辨率0.1℃
  6	电机壳体温度	int8	-30~100℃	直接表示温度值
  7	校验位	uint8	–	前7字节异或结果

• 帧ID：0x112（液冷回路状态）

• 周期：10ms

• 数据格式：

  字节位	内容	数据类型	范围	说明
  0-1	电池侧实际流量	uint16	0~50L/min	分辨率0.1L/min
  2-3	电池侧回路压力	uint16	0~2.0MPa	分辨率0.01MPa
  4-5	电机侧实际流量	uint16	0~80L/min	分辨率0.1L/min
  6	回路介质温度	int8	-30~100℃	直接表示温度值
  7	校验位	uint8	–	前7字节异或结果

3. 故障诊断帧

• 帧ID：0x1F0（故障码上报）

• 触发方式：事件触发+周期1000ms

• 数据格式：

  字节位	内容	说明
  0-1	故障码	高字节=故障类别，低字节=具体代码（如0x0102=传感器类-温度超上限）
  2-3	故障发生时间	自系统启动后的秒数（uint16）
  4-6	故障相关参数	如超温故障时记录实际温度值
  7	故障等级	0=提示，1=警告，2=严重，3=致命

四、信号编码规则

1. 数值转换：

   • 温度信号：物理值 = 原始值 × 0.1（精度0.1℃），负数用补码表示

   • 流量/压力：物理值 = 原始值 × 分辨率（分辨率在帧定义中明确）

2. 位域处理：多状态信号采用bitfield（如模式使能位），单bit表示开关状态

3. 校验机制：每帧最后1字节为前7字节的异或校验，接收方校验失败则丢弃该帧

五、通信状态管理

1. 节点在线检测：各节点每100ms发送1帧心跳包（0x7F0），包含节点ID和状态字

2. 休眠唤醒：支持远程帧唤醒（0x000），休眠状态下仅响应唤醒帧和诊断帧

3. 优先级机制：故障帧（0x1F0）优先级最高，控制指令帧次之，状态帧最低

六、协议文档附件

1. 完整信号列表（含所有帧ID、信号定义、物理范围）

2. 故障码对照表（按ISO 14229规范定义）

3. 通信时序图（节点启动、数据交互、故障处理流程）

此协议兼顾工程机械的高可靠性需求与热管理系统的实时性要求，可直接通过CANoe工具进行仿真验证，后续可根据实车测试数据优化通信周期与信号范围。