2 SAE J1939協議概述
??? SAE J1939標準是美國汽車工程師協會(Societv of Auto—motive Engineers，簡稱SAE)發布的以CAN總線為核心的車輛網絡串行通訊和控制協議，SAE J1939協議以CAN2．0B協議為基礎，通訊速率最高可達250 Kb／s。它對汽車內部ECU的地址配置、命名、通訊方式以及報文發送優先級等都給出明確規定，并且詳細說明汽車內部各個共體的ECU通訊。SAE J1939應用層協議詳細描述了SAE J1939網絡的參數，包括數據長度、數據類型、分辨率、范圍及參考標簽，并為每個參數分配一個編號(SPN)。采用協議數據單元(ProtocolData Unit，簡稱PDU)傳送信息，每個PDU相當于CAN協議的一幀。SAE J1939是傳輸數據協議，其功能分為數據的拆分打包和重組連接管理兩部分。PDU是由29位標識符和0～8個字節的數據組成，如圖1所示。SAE J1939利用29位標識符(CAN擴展幀)提供一種完整的網絡定義。圖1中，P位確定報文優先級的前3位；R為保留位；DP是數據頁位：PF場識別2個PDI格式(PDUl，PDU2)；替代遠程請求位SRR和標識符擴展位IDE，未包含在PDU內；PS場由PF值決定其包含一個目標地址(DA)還是包含一個對PDU格式PF的組擴展(GE)；SA為源地址。

??? SAE J1939采用多路復用技術為汽車的各種傳感器、執行器和控制器提供在CAN總線基礎上建立的標準化高速網絡連接，從而在車載電子裝置之間實現高速數據共享，有效減少電子線束數量，提高車輛電子控制系統的靈活性、可靠性、可維修性和標準化程度，最大限度發揮CAN優異性能。

3 系統設計方案
??? 發動機模擬系統通過USB CAN一Ⅱ智能接口向總線儀表CAN接口卡傳輸數據，同時總線儀表通過USBCAN-Ⅱ接口卡應答模擬系統，如圖2所示。該系統設計C#環境下開發，Windows平臺上運行。該系統設計具有發動機參數報文、發動機故障報文、發動機儀表測試等主要功能模塊，以及單幀或多幀可選的發送方式。通過調用USBCAN一Ⅱ接口卡庫端口函數，利用CAN總線傳輸實現上位機與下位機之間的通訊，模擬發送發動機各種參數，如冷卻液溫度、進氣溫度、機油壓力等，還可利用虛擬儀表評估總線儀表步進電機的誤差。

??? USB CAN-Ⅱ雙路智能CAN接口卡具有2個CAN通道(汽車型)。它采用16位微控制器，具有強大功能，支持即插即用。板上16位微控制器能夠控制CAN控制器的發送和接收任務，即使在總線負載較重的情況下，仍可有效支持帶有時間標志的CAN報文的過濾、預處理和存儲以及CAN報文的實時傳輸等功能。通過編程調用USB CAN一Ⅱ輔助的通用CAN—bus接口函數庫，能有效支持CAN系統基于PC的應用。程序設計流程圖如圖3所示。

C#調用接口庫函數的方法：(1)將庫函數文件置于工作目錄下；(2)聲明using System．Runtime．InteropServices；(3)聲明ZLGCAN系列接口卡信息的數據類型；(4)導入，以打開設備函數為例，其他功能函數引用與之類似。打開設備函數為：

4 發動機模擬系統設計
??? 該系統按功能分為發動機參數報文、發動機故障報文、發動機儀表測試。為了便于單獨使用各個功能界面，采用復合界面形式。其運行界面如圖4所示。

4．1 發動機參數報文發送模塊
??? 該模塊是類比現場測試的一組數據，按照適用于BOSCH高壓共軌系統的歐III發動機基于SAE J1939的CAN通訊規范，將幀ID與代表發動機參數的數據字節位置相對應，同時可通過修改相關字節，改變所要發送的參數值。
??? 若想發送轉速2 000 r／m，數據在報文的第4、5字節。發送數據的第4、5字節為2 000／0．125=16 000轉化為兩字節，注意高字節置于第5字節，低字節置于第4字節。同理可查表計算其他發動機參數，如潤滑油壓力、冷卻液溫度、蓄電池電壓、燃油油位，ECU溫度，進氣溫度，機油壓力，節氣門位置等參數值所對應的幀ID及在數據幀的位置。
4．2 發動機故障報文發送模塊
??? 當發動機發生故障時，傳感器所采集的數據通過EMR的單片機分析處理，決定該采集數據是否在正常范圍內或有效。如果該數據未在正常范圍內或無效，EMR將向上位機發送故障幀，表明該傳感器對應的元件存在故障。該系統設計的總線儀表增加了故障診斷功能，可借助于液晶顯示屏實時顯示發動機的故障類型。
??? 在故障診斷方面，SAE J1939定義了19個診斷信息(Diagnostic Message，簡稱DM)。該故障報文發送模塊主要采用DMl(顯示當前故障)功能。DM由診斷故障燈代碼(2字節)和診斷故障碼DTC (4字節)組成。診斷故障碼DTC的長度為4字節，包括可疑參數碼SPN(19位)、故障類型代碼FMI(5位)、故障發生次數OC(7位)、SPN轉換方式CM(1位)。
??? 該系統設計共定義400多個故障，將故障類型代碼FMI與SPN相結合進行定義，定義時遵循SPN和FMI的組合與故障類型一一對應的原則。
4．3 發動機儀表測試模塊
??? 發動機儀表測試模塊是將虛擬儀表的指針運行速度與開發儀表相比較，測試開發儀表的步進電動機驅動情況。由于只有車速表、油壓表、水溫表、電壓表等儀表數據是由發動機CAN總線提供的，所以測試儀表只能模擬這4個表盤的步進電機驅動情況。該測試儀表采用Dundas儀表向導，該產品能夠完全支持Visual Studio 2005特征，包括智能標記，高級數據綁定等。Dundas儀表向導提供豐富的素材庫，利用該向導，用戶可以設計出應用于各領域的儀表控件外形和數據指示方式。用戶只需編寫相關的儀表動態變化和響應部分代碼即可實現虛擬儀表功能。

5 結論
??? 介紹基于SAE J1939協議的發動機模擬系統設計。該系統具有發動機工況選擇功能，與待開發總線儀表連接，可以模擬輸出發動機的各項工況數據。一旦選定某個報文，該報文代表的發動機參數即在報文規定的更新率下持續發送到待開發總線儀表的總線接口。以此系統設計軟件替代真實的發動機，可以隨機檢測各項發動機工況，且具有人為可選擇的靈活性，選擇范圍較真實發動機更大。在線模擬系統不受工作環境限制，可隨時隨地進行檢測。該系統為實驗室的一套發動機試驗系統的一部分，也可以配合教學實驗課程。通過實驗，軟件各部分功能運行良好，對總線儀表開發具有一定價值。隨著CAN總線應用領域的不斷發展，SAE J1939協議必將得廣泛應用。