基于CCP 协议的混合动力整车控制器标定系统及其底层驱动的开发/胡嘉，杨正林，张彤等
计算机应用
doi:10.3969/j.issn.1005-2550.2010.04.018
基于CCP 协议的混合动力整车控制器标定系统
及其底层驱动的开发
胡
嘉1，2，杨正林1，张
彤2，罗
刚2，向玉德2
（1. 南京航空航天大学，南京210016；2. 上海华普汽车有限公司，上海201501）
摘要：为了实现混合动力汽车动力性、经济性、排放及辅助功能等的优化，采用Visual C++基于CCP2.1协议开发了混合动力整车控制器上位机标定系统，并编写了控制器的底层驱动，构建了整个混合动力汽车整车控制器的标定平台。采用本标定系统所进行的实车标定实验证明该标定系统有着良好的人机交互界面，实时性和可靠性均能达到要求，适合混合动力汽车整车标定实验。
关键词：混合动力汽车；CCP ；标定；混合动力整车控制器中图分类号：TP36
文献标志码：A
文章编号：1005-2550（2010）04-0067-04
Development of Hybrid Vehicle Control Unit Calibration
System and Software Drivers Based on CCP
HU Jia 1，2，YANG Zheng-lin 1，ZHANG Tong 2，LUO Gang 2，XIANG Yu-de 2
（1.Nanjing University of aeronautics and Astronautics ，Nanjing 210016，China ；
2. Shanghai Maple Automobile co. ，Ltd ，Shanghai 201501，China ）
Abstract ：In order to achieve optimization of power ，economic ，emission and auxiliary functions of hybrid vehicle ，Visu al C++is used to develop Hybrid Vehicle Control Unit Calibration System ，and the Software Drivers based on CCP2.1protocol is compiled ，as long as the calibration platform of the Hybrid Vehicle Control Unit is set up in this paper. We have done some vehicle calibration tests. It is proved by the prototype test that the system has friendly man-machine in terface and can meet the qualification of real time performance and reliability suiting for calibration test of hybrid electric vehicle.
Key words ：hybrid electric vehicle ；CCP ；calibration ；hybrid vehicle control unit
混合动力整车控制器（HCU ）的标定是混合动力汽车控制系统开发的一个重要环节。标定是指根据整车的各种性能要求，如动力性、经济性、排放及辅助功能等，来调整、优化和确定整车的运行及控制参数的控制算法。由于标定系统不直接与HCU 系统硬件交往，所以标定系统具有对各类系统的普遍适用性，因此，开发符合国际规范的HCU 标定系统平台，可为HCU 系统标定和测量提供统一工具，从而可节省大量人力、物力。作者基于CCP2.1协议在整车控制器软件中集成了底层驱动，并开发上位机软件，对超级电容式混合动力汽车整车控制器的参数进行标
收稿日期：2010-02-20
基金项目：国家863计划节能与新能源汽车重大专项资助项目（2006AA11A128）
定，以优化整车性能，达到调整车辆性能与控制策略的目的。
1电容式混合动力汽车基本结构
本文所研究的单轴并联式混合动力方案是一种
前置前驱的轻度混合形式。经过大量的方案选型和设计，集成发动机、ISG 电机、超级电容和双离合器等部件。将盘式一体化ISG 电机直接安装在内燃机曲轴输出端，电机转子和发动机曲轴直接连接，定子固定在发动机机体上，电机取代了飞轮以及原有的起动机和发电机，图1为并联混合动力系统结构示意图［1］。
整车控制器是整个混合动力汽车研究的重点，
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计算机应用
通过整车控制器与发动机管理系统、电机管理系统的通信，可以很容易实现能量的分配与管理。
后离合器
前离合器
发动机
汽车科技第4期2010年7月
制器的描述文件（如A2L ）中定义，CRO 用于主设备向从设备发送数据命令，DTO 则用于从设备发送数据至主设备，CRO 高于DTO 。
MT
S 3
3.1
基于CCP 协议标定系统的实现
标定系统硬件
混合动力整车标定与传统发动机标定有所不同，
襛襛
电机控制器
电池电池控制器
由于工况和环境更加复杂，因此对标定系统的稳定性有更高的要求，我们开发的标定硬件环境如图3所示。通信主端由便携式PC 机与周立功USBCAN-Ⅱ［3］组成，通信通过USB 完成；通信从端为整车控制的
图1混合动力系统结构示意图
2CCP 协议简介
CCP 协议，即CAN Calibration Protocol 是欧洲ASAP 项目组基于CAN 协议制定的一套对控制系统参数标定的系统。ASAP 标准组织是由奥迪、宝
［2］
msCAN 。由于整车上线束较多，信号复杂，难免对标定系统产生影响，因此我们在传统的CAN 高、CAN
低的通讯基础上，增加了CAN 的屏蔽地线，并且在线外增加了屏蔽层，实验证明，这样的结构非常稳定，基本可以屏蔽外界对整个标定系统的干扰。
GND CAN High
通信主端
便携PC
马、奔驰、保时捷及大众汽车生产商联合创立的。随后欧洲自动化工业领域的一些自动化、测试系统制造商，如电子控制单元制造商也相继加入到该组织。
DB9DB9
USB
通信从端
CANcard Ⅱ
CAN Low
MC9SDP512
CAN 标定协议（CCP ）是ASAP 标准的一部分，它首先是由标定系统制造商Ingenieurburo Helmut Kleinknecht 提出并开发的，并在汽车工业中得到应用，后来CCP 被ASAP 工作组接管，并增加了一些
可选功能。
基于CCP 协议的标定及数据获取采用主—从通信方式，主设备通过CAN 总线与一个或多个从设备相连，如图2所示。
CAN 总线从设备
主设备
图3标定系统硬件构架
3.2标定系统软件
基于CCP 的标定系统软件包含两个方面，首先
是集成在整车控制器中的CCP 底层协议（CCP driv -
er ），其次是上位机软件中的CCP 协议，通过上位机与
下位机中相同协议的联系，以达到通信的目的［4，5］。
由于控制器芯片的空间限制，合理划分芯片中
RAM 和FLASH 的空间就显得格外重要。在电容式
逻辑连接从设备
从设备
混合动力汽车项目中，整车控制器芯片采用
图2CCP 标定通信方式
Freesacle 公司的MC9SDP512单片机，此款单片机属于HCS12系列16位单片机，拥有512K 的FLASH 、14K 的RAM 、4K 的EEPROM 以及8个MSCAN 通道。
基于整个混合动力汽车控制策略和软件构架以及所有需要标定变量的数量考虑，作者在RAM 和
主设备是标定测量、诊断/监测工具，通过主设备向从设备发送命令来开始两者间的数据通信，
CCP 的执行支持一般的简单内存传输命令，也支持
数据请求命令。这两个功能是相互独立的，两者可异步运行，取决于从控制器的执行情况，这两个功能块的信息也可采用嵌套顺序进行传输。
CCP 协议中有两种CAN 报文对象，根据其数据流向，都有一个唯一的ID 标识符进行标识，ID 在控
FLASH 区域中各划分了3K 的区域用于放置需标定变量，如图4所示。
在标定时，通过上位机软件标定RAM 区域中的可标定变量，在控制器下电时写入FLASH 区域，在其上电时重新将FLASH 相应区域中的变量拷贝
基于CCP 协议的混合动力整车控制器标定系统及其底层驱动的开发/胡嘉，杨正林，张彤等
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进RAM 区域，在上位机中储存经修改过的可标定变量，就完成了一次标定过程。
FLASH 3K
存入读取
周期不同，CAN 总线的负载率也不同，因此需要调整其到最合适的发送周期。只有当命令处理函数收到主设备要求启动DAQ 的命令时，DAQ 发送函数才能周期性发送，否则CCP-CAN 上只能以“一问一答”的形式存在，即一个CRO 一个CRM 。
RAM 标定3K
上位机标定软件
图4底层标定框架
2）FLASH 读写程序
由于作者所搭建的标定系统不同于使用Free
3.2.1整车控制器CCP 底层软件开发
在上述标定过程中可看出，整车控制软件需要
CCP driver 搭建的标定系统，FLASH 的擦写独立于CCP 系统存在，CCP 标定只对RAM 区域改写，而FLASH 擦写在系统下电时集中进行，因此作者开发了一套特定的FLASH 读写命令。
如图6所示，关闭汽车钥匙开关时，控制器进入延时下电工况，此时判断标定区域FLASH 与RAM 的异同，如果并未做过改动则直接下电，如果经过改动，此时擦除相应FLASH 区域，将程序段复制到
增加以下两个方面。
1）驱动接口程序（CCP driver ）
大多数公司在集成标定底层时都采用Vector 公司提供的Free CCP driver ［6］。但是其中难免有许多复杂而且不适用的函数，对于代码的运行效率以及空间占有率都非常不利，因此作者基于CCP 协议，开发了与上位机握手的CCP driver （见图5）。
START HCU 各模块初始化
CCP 初始化
MSCAN 接收模块主循环（包含所有应用程序）
RAM 区域（在擦写FLASH 时会产生高压不稳定，需要将程序段写入RAM 运行），将标定区域RAM 中
的变量写入FLASH 中。
START
START
相应地址FLASH 与RAM 内容是否相同
N
CAN 接收缓冲区ID=CROID
Y
END
Y
END CRM
DAQ
END
N
FLASH ID=DTOID END
RAM FLASH
END
图5CCP 收发程序流程图图6FLASH 读写程序流程图
底层的CAN 驱动程序以一套环形缓冲机制为核心。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Receive （Msg ）和
3.2.2上位机软件开发
从工作流程角度分析，设计上位机软件需具备
以下5个功能：
Send （Msg ）来完成。
Command 处理机制由一个命令处理函数完成，
其中包含了所有命令的处理方式和应答方式，调用不同的子函数进行处理。只有当控制器接收到CRO 时，才运行这个函数。它调用CAN 驱动程序从总线上获取CCP 上位机发给该控制器的会话命令，根据命令做相应动作，并回送命令应答，完成会话。
1）调用配置文件：调用配置需监控数据以及需
标定数据，存放所有参数的名称、定标公式以及参数在控制器内的地址；
2）3）4）5）
初始化周立功CAN 卡，与控制器连接；打开监控窗口，监控整车状态；对相应参数进行标定；下载标定数据。
DAQ 处理机制由一个DAQ 发送函数组成，这
个函数工作是读取监视参数的当前值，需监视的参数以CAN 数据帧的形式存储在DTOlist 中，而后以
作者利用Visual C++，开发了CCP 标定系统的上位机软件，如图7所示，速度快，系统稳定。
在开发过程中使用了多线程上传下载的技术，提高了CCP 协议中一问一答的传输速率，解决了由
69·
DAQ-DTO 的形式发送给上位机。DAQ 任务的发送
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于Windows 前后台操作的局部弊端带来的传输速度慢的弊病。
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的额定电压，由于做了充电保护策略，因此电容电压不会超过限值，显而易见，能量回收大于能量支出。
[***********]0
[***********]200
10001200
电容电压/V
200400600
时间/s
800
图7标定界面
图8标定前电容电压变化趋势
图9是标定后的数据图，可以看出在一个循环工况内，同样初始电压为42.5V ，随后其电压一直在这个限值周围徘徊，基本保持能量的收支平衡。
[***********]0
[***********]200
10001200
4系统应用实例
以整车控制器标定系统应用于电容式混合动力
电容电压/V
标定过程以及标定后整车性能的提升。
本项目中，混合动力整车控制器的主要工作是通过控制ISG 电机、发动机与电容器之间的相互配合，使发动机减少在低效率区的运行，并且回收制动能量以达到节油和减少排放的目的，而能量平衡测试［7］是混合动力系统标定中最重要的一个环节，该项目中的系统使用的是额定电压为48V 的超级电容器，因此涉及到能量平衡的标定变量有：断油SOC 下限（动力中断时发动机断油停机）、刹车充电SOC 上限、滑行充电SOC 上限、稳态充电
200400
时间/s
600800
图9标定后电容电压变化趋势
5结论
根据CCP 协议的架构以及混合动力轿车控制
SOC 上限、电机助力时SOC 下限、刹车充电ISG 扭
矩map 、滑行充电ISG 扭矩map 等。根据这些变量的标定可以使系统输出能量和回收能量保持平衡。
首先根据程序编译的结果，在上位机标定软件中配置好这些标定量的地址、数据长度、比例因子和偏移量等属性，并且关联所有map 图X 、Y 坐标轴数组的地址；需监控的数据也是同样配置，但要在底层设置好DAQ 的发送周期，这里笔者设置了40ms 和
器的实际情况，使用Visual C++和标准C 开发了混合动力汽车上位机标定软件和CCP driver ，对电容式混合动力轿车的整车控制器进行标定，并监控重要参数。实车试验中，系统不仅可以实时监测控制器中重要参数的状态，还可以快速标定影响性能的各个参数，其实时性、可靠性得到了验证，完全适合混合动力汽车整车的标定实验。参考文献：
［1］张彤，袁银南，朱磊. 基于超级电容的并联混合动力轿车
的开发［J ］. 内燃机工程，2008.29（1）：1-5
［2］孟长江，褚全红，张炜.CCP 协议在发动机匹配标定平台
的应用［J ］. 现代车用动力，2008，（2）.
［3］WANG Jun-xi ，YANG Lin ，FENG Jing. Development of a
400ms 两种DAQ 发送周期，以满足不同量的监测实
时性。
实车标定试验主要以转鼓试验为主，能量平衡的标定要涉及的工况比较多，比较复杂，例如EUDC 与ECE15产生的结果就非常不同，试验中以NEDC 工况为标准工况做了能量平衡的标定。
图8是标定前的数据图，可以看出在一个循环工况内，电容电压从42.5V 左右一直攀升到45.5V 左右New Calibration System for Electronic Control Units Based on CCP ［J ］. 内燃机学报，2005，（23）.
［4］朱磊，袁银南，周健豪. 并联混合动力控制系统硬件在环
仿真平台研究［J ］. 车用发动机，2008，（6）
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车速/k m ·h -1
汽车标定实验为例，介绍标定系统对于整车参数的
车速/k m ·h -
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