PGN分配策略及其在商用车ESS项目中的应用分析

张少宇，孙永锋，倪丽

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

PGN分配策略及其在商用车ESS项目中的应用分析

张少宇，孙永锋，倪丽

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

本文详细介绍了商用车CAN网络系统设计中应用层PGN的定义和分配的原则。并结合江淮商用车ESS项目介绍了PGN分配策略在整车项目中应用。

ECU；CAN；PDU；PGN；ESS

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

前言

商用车CAN网络系统设计的思路是：在应用层，将客户的功能需求转化为相应的参数，并将功能相似、传输更新速率相同或者是来源于相同ECU的参数组成参数组；为了便于对参数组进行管理，应用层为每个参数组分配一个唯一标识号，即PGN（参数组编号）。数据链路层把PGN组成PDU；PDU被封装在一个或多个CAN数据帧中，通过物理介质传输到其它节点。由此可见PGN的分配对于网络系统的设计具有重要的作用。

随着全球经济的高速发展，能源问题日益受到世界各国关注。汽车节能降耗愈来愈被重视起来，客户在购买车辆时越来越关注汽车的油耗问题。为适应客户的需求，支持环保政策，江淮汽车研究并开发了商用车ESS智能控制器，为商用车节能降耗技术的发展提供了新的思路。

本文分别介绍PGN的定义及分配原则，并结合江淮汽车ESS项目分析了PGN分配策略在整车项目中的应用。

1、PGN分配策略

商用车CAN网络系统设计遵循SAE J1939协议，其数据链路层遵循CAN2.0B规范，使用扩展帧进行通信。CAN扩展帧格式如图1所示：

CAN网络系统通信过程如图2所示：应用层根据功能需求提出相应的指标：优先级、保留位、数据页、PDU格式、PDU细节（PF）、源地址和数据域，并分配相应格式的PGN。数据链路层将PGN组成PDU；PDU被封装在一个或多个CAN数据帧中，通过物理介质传输到其它节点。

从通信过程可以看出，CAN数据帧是数据传输的一种载体，数据帧是通过PDU进行组织管理，PDU对CAN数据帧的每一位赋予特定的意义。

1.1 协议数据单元PDU

PDU由数据帧中的29位标识符和数据场组成。其中29位ID又可划分成6个域：优先级（P）、保留位（EDP）、数据页（DP）、PDU格式（PF）、PDU细节（PS）、源地址（SA），它们与数据域一起组成PDU。PDU的结构如图3所示。

下面详细介绍PDU的各个域：

（1）优先级P

包含三位，位于ID中的最前面，用来优化报文的传输延迟。一条报文的优先级可以从最高0（0002）设置到最低7（1112）。应用层为每条报文都预先分配了一个缺省优先级，通常控制类报文的缺省优先级是3（0112）；其他有关信息、请求和应答等报文的缺省优先级是6（1102）。当定义新参数组编号、总线上通信量变化、或报文的缺省优先级不能满足要求时，可以适当升高或降低优先级。

（2）扩展数据页位EDP、数据页位DP

EDP与数据页位DP确定了报文ID的页结构。当前所有报文中EDP均设置为0。DP表示所有的报文被分成了2页，即页0和页1。应用层在分配参数组编号PGN时，只有页0中的报文分配完之后，才允许分配页1中的报文。当前的所有报文的参数组编号均分配在页0中。

（3）PDU 格式PF

PF是一个8位域，根据PF取值可以确定了报文的PDU格式。定义了两种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格式的报文表示向特定目标地址发送；PDU2 格式的报文仅用于向全局发送。

（4）PDU细节PS

PS域是一个8位域，它的内容取决于PF的取值，它可以表示目标地址（DA）也可以表示组扩展（GE）。具体情况如下表1所示：

表1 PDU的两种格式

目标地址（DA）：DA确定了一条PDU1格式的报文所指向的目标地址，可以是特定的目标地址，也可以是全局目标地址（DA＝255）。如果目标地址是特定地址，则要求任何源地址与该目标地址不同的节点应忽略此报文。如果目标地址是全局地址，则要求所有节点对该报文都要作出监听和响应。

组扩展（GE）：PDU2格式报文PS域中的填充内容表示组扩展，此时PS与PF一起共同确定一个PGN。

（5）数据域

数据域中包含了一条CAN数据帧要发送的数据内容。数据内容由应用层中的报文列表给出。数据域的长度固定为8个字节，超过8个字节的报文采用传输协议进行传输。

1.2 参数组编号PGN

PGN是由应用层分配给参数组的唯一标识号。它是一个3字节数据，它的取值与PDU存在一定的对应关系。

其编码规则是：第一个字节最高6位全置0，其后依次是EDP位、DP位，第二个字节为PF，第三个字节根据PDU的格式取值不同：若PDU1格式，则PGN的第三字节为0；若PDU2格式，则PGN的第三字节为PS的值，如图4所示。

通过PGN的定义可以计算，可用参数组的总数目为：[240(PDU1)+16*256(PDU2)]*2(DP)=8672

其中：240=每个数据页中PDU1格式域可用值的数目

16=每个数据页中PDU2格式域可用值的数目

256=组扩展可能值的数目

2=数据页数

PGN的取值计算如下所示：

PDU1格式：PGN=PF*256

PDU2格式：PGN=PF*256+GE PGN的编号范围如下图5所示。

1.3 PGN的分配原则

从PGN的定义过程可以看出，PGN的值是有PDU来决定的。鉴于PGN与PDU间的关系，PGN的分配通常通过PDU的定义来实现。

SAE J1939协议定义了三种通信方法，这三种通信方法是：

（1）PDU1格式通信（PS=指定的目标地址）；

（2）PDU2格式通信（PS=组扩展）；

（3）使用专用参数组编号的专用通信。每种通信方法都有其适用场合，适当运用各种类型的通信方法，可以有效使用现有的参数组编号。

如果一个参数组需要发送到指定的目标地址，就必须使用PDU1格式。

如果参数组是从一个或多个源地址发送消息到多个目标地址，就必须使用PDU2格式。

专用通信应用于以下两种情况：(a)在不需要进行标准通信的场合

(b)在进行专用信息通信很重要的场合

其中一个参数组编号被分配用于指定目标地址专用通信（PF=EF），而另一个参数组编号被分配用于非指定目标地址专用通信（PF=FF）。

在进行分配参数组时，应遵循如下的原则：

首先依次考虑使用专用通信方法和PDU2格式。

如果是进行专用信息的通信，或者是通信的信息不通用（如请求PGN信号），则应当用专用通信方法。

如果信息通用，而且不需要指定消息发送到某个特定节点，那么应该考虑采用PDU2格式的通信方法。

最后，如果信息通用，但要求指定发送到众多设备中的某一个，那么需要用指定目标地址并分配一个PDU1格式的参数组。

2、ESS项目中的PGN分配

2.1 商用车ESS系统

近年来，随着汽车节能降耗问题愈来愈被重视，客户更加关注汽车的油耗问题。在影响车辆油耗的因素中，驾驶习惯容易被忽视，事实上可以利用电子电气技术，对驾驶员的操控行为进行干预，帮助驾驶员养成节能降耗的优良驾驶习惯。江淮汽车开发了商用车ESS系统（节油驾驶辅助及智能保养系统），为商用车节油技术的发展提供了一种新的方法。

ESS系统功能如图6所示：

ESS系统主要实现四大功能：数据采集及存储；驾驶行为实时判断预警；驾驶行为评价；智能保养提醒。

（1）数据采集及存储功能

ESS系统开发了高识别性与高时效性数据采集及存储算法，确保车辆状态原始数据被准确、实时采集存储，为ESS的其他功能实现提供数据基础。

（2）驾驶行为实时判断预警功能

ESS系统开发了驾驶行为实时判断预警算法。算法中设定激活系统功能的各参数变量的数值或阈值的上下限，以及逻辑识别近似处理。通过将采集到的车辆状态参数与设定值或阈值的比较，判断车辆当前油耗状态，通过显示设备和语音模块向驾驶员提供预警信息。

（3）驾驶行为评价功能

ESS系统内置各种阈值范围，在驾驶员完成本次驾驶操作后，使用本次驾驶的车辆油耗数据以及处于高油耗状态的时间、里程等信息，生成驾驶员本次驾驶行为评价信息，通过显示设备告知驾驶员。

（4）智能保养提醒功能

根据车辆总行驶里程或行驶时间信息，使用优先达到阈值者进行判断。达到保养条件时，ESS系统显示设备上的保养维护图标点亮，提醒驾驶员对车辆进行保养维护。

2.2 ESS智能控制器功能及信号定义

根据ESS系统的功能定义，江淮汽车ESS智能控制的功能如下表2所示：

表2 ESS功能类别

加速评价车速评价换档评价停车运行时间评价评价数据清除车辆维护发动机维护空滤器维护3 智能保养柴滤器维护蓄电池电量监测动力转向液液面监测

依据功能定义，确定ESS控制器发送的报文及信号如下表3所示：

表3 ESS控制器发送的报文及信号

2.3 ESS智能控制器中PGN分配

从功能需求考虑，ESS智能控制器发送的报文为私有报文，而且ESS模块报文不必指定目标地址，因此考虑采用非指定目标地址专用通信（PF=FF）。综合考虑整车上所有CAN网络系统节点的PGN分配状况，ESS控制器的PGN分配及信号定义如表4所示：

表4 ESS控制器的PGN分配及信号定义

3、结束语

在商用车CAN网络系统的设计中，应用层参数组PGN的分配对于协调信号间的收发关系和维护系统通信的稳定性具有重要的意义。充分理解和掌握PGN的定义和分配原则，才能更加方便地指导整车CAN网络系统的设计，提高系统的稳定性。

[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]罗峰,孙泽昌.汽车CAN总线系统原理、设计与应用[M].电子工业出版社.

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

张少宇，工程师，就职于安徽江淮汽车技术中心，从事电器设计工作，研究方向为车载网络技术。