电动汽车无线充电系统B类设备的通信协议一致性要求及测试-编制说明

PAGE6电动汽车无线充电系统B类设备的通信协议一致性要求及测试-编制说明一、工作简况1.1任务来源《电动汽车无线充电系统B类设备的通信协议一致性要求及测试》团体标准是由中国汽车工程学会批准立项。文件号中汽学函【2021】44号，任务号为2021-16。本标准由中国汽车工程学会测试技术分会提出，中汽研新能源汽车检验中心（天津）有限公司、安洁无线科技（苏州）有限公司、华为技术有限公司、中兴新能源科技有限公司等单位起草。1.2编制背景与目标电动汽车无线充电系统包含地面设备和车载设备，地面设备和车载设备通过无物理接触的方式实现电能的无线传输。对于公共应用领域的电动汽车无线充电系统，地面设备和车载设备大概率会出现不同厂商生产的情况。而在整个充电过程中两设备需要高度同步，即地面设备和车载设备需进行高实时性、高安全性、高一致性的数据交互。因此，无线充电系统的通信一致性是保证系统实现安全、可靠、高性能充电的基础。通信一致性研究的核心以及重点在于标准化，即制定通信协议的规则，从物理层、应用层、数据层甚至链路层等多个通信协议层面，制定通信协议规则。通信各个层面一致性未完成，无线充电系统无法实现互操作，即无线充电系统无法在公用领域应用，将极大地限制电动汽车无线充电行业发展，因此通信一致性的研究对产业推动具有重要的价值和意义。2020年4月颁布的GB/T38775.2-2020指出无线充电系统通信接口的物理层应符合IEEEStd802.11的规定，给出了充电过程中的一般通信流程，但详细的充电时序图、报文内容格式、通信一致性测试方法及判别标准等均未给出规定。而国内外部分车企计划2021年陆续推出具备无线充电功能的量产车型，急需统一的通信协议一致性测试标准作为车型开发和测试验证的依据。本标准拟建立规范化的通信一致性测试内容及测试步骤，基于通信物理层、数据层及应用层的定义，列举需测试的通信流程。按照流程定义，对每项测试内容进行研究，测试内容至少应包括报文格式、报文内容以及测试设备发送的内容编码，其中报文格式和报文内容与通信流程中的规范化定义应保持一致。根据所有的测试内容，设定测试的顺序及跳转情况，形成完善的通信一致性测试体系。1.3主要工作过程2021年3月29日，中国汽车工程学会下达了《电动汽车无线充电系统B类设备的通信协议一致性要求及测试》标准编制任务。随后，标准研制起草工作组成立，成员包括中汽研新能源汽车检验中心（天津）有限公司、安洁无线科技（苏州）有限公司、华为技术有限公司、中兴新能源科技有限公司、中惠创智无线供电技术有限公司、浙江万安科技股份有限公司、北京有感科技有限责任公司、纵目科技(上海)股份有限公司、北京新能源汽车股份有限公司、上海汽车集团股份有限公司技术中心、浙江吉利汽车研究院有限公司等单位。2021年4月15日，工作组在江苏苏州召开了《电动汽车无线充电系统B类设备的通信协议一致性要求及测试》标准编制的启动会。会议由中汽研新能源汽车检验中心(天津)有限公司主办，安洁无线科技（苏州）有限公司承办。会议上由中汽研新能源汽车检验中心(天津)有限公司对本标准的任务来源、技术内容、编制说明等进行了简要介绍，确定了标准编制架构及主要内容，明确标准聚焦一对一的无线充电场景。2021年5月20日，工作组在湖北武汉召开了第2次会议。工作组继续针对该标准进行讨论，主要包括通信流程划分，通信环节确定等内容。会后工作组根据反馈意见进一步完草案。2021年8月18日，工作组以线上方式召开了第3次会议。本次会议主要针对标准草案中5.4应用层进行了讨论，包括对设备标识和报文标识做了区分；确定标准暂不涉及降额充电和IVU注销的相关流程和内容；重点对功率传输、停止充电等通信环节进行了讨论和修改。会后工作组根据反馈意见进一步完草案。2021年11月16日，工作组以线上方式召开了第4次会议。工作组继续对功率传输等通信环节进行讨论。会后工作组根据反馈意见进一步完草案。与此同时，中汽研联合安洁、华为等单位同步开展了标准的验证工作。2022年3月，形成标准征求意见稿。二、标准编制原则和主要内容2.1标准制定原则本文件编写符合GB/T1《标准化工作导则》的规定。本文件是结合电动汽车无线充电国际标准、最新科研成果、我国国情和产业发展现状而编制的。2.1.1通用性原则本文件规定了电动汽车静态无线充电系统地面端通信控制单元（CSU）与车载通信控制单元（IVU）之间的通信流程、通信报文格式和内容等不仅适用于B类设备，同时也适用于A类设备，通用性高。2.1.2指导性原则本文件提出的方法能为电动汽车静态无线充电系统B类设备以及A类设备的通信协议一致性测试提供指导作用。目前，尚未有标准提出电动汽车无线充电系统通信协议的测试方法。2.1.3协调性原则目前，尚未有国家、行业或者团体标准提出电动汽车无线充电系统通信协议的测试方法。2.1.4兼容性原则本文件提出的电动汽车无线充电系统通信协议一致性测试方法充分考虑了B类设备和A类设备的特性，具有普遍适用性。2.2标准主要技术内容本文件共分为6章和7个附录，规定了规定了电动汽车静态无线充电系统B类设备的地面端通信控制单元（CSU）与车载通信控制单元（IVU）之间的通信流程、通信报文格式和内容；通信协议一致性测试系统、一致性测试要求以及一致性测试内容。正文内容包括范围、规范性引用文件、术语和定义、缩略语、通信要求及一致性测试；附录包括无线充电控制流程状态、初始对位检测通信的实现方法、考虑效率寻优的功率传输通信实现方法、非正常状态下停止充电通信流程、无线充电过程故障处理方式、报文开始发送条件和中止发送条件及CRC余式表。2.3关键技术问题说明本文件规定了电动汽车静态无线充电系统的地面端通信控制单元（CSU）与车载通信控制单元（IVU）之间的通信流程、通信报文格式和内容，其中关键技术问题主要包括通信流程的确定以及通信报文格式和内容的确定。无线充电通信过程由多个通信环节按序组成，包括所有必须项通信环节以及零个或多个可选项通信环节。在通信过程中，IVU和CSU如果在规定时间内没有收到对方报文或者没有收到正确报文，即判定为超时（超时指在规定时间内没有收到对方的完整数据包或正确数据包）。当出现超时后，IVU或CSU发送标准中规定的故障报文，并采用相应的故障处理方式进行处理。无线充电过程如REF_Ref7011图1所示。注：无线充电系统的异物检测和活体保护两个辅助功能宜在充电启动阶段前开启，应在充电传输阶段和充电停止阶段保持开启状态。当检测到异物或者活体时上报检测结果，并触发停止充电。图SEQ图\*ARABIC1无线充电通信过程无线充电通信的报文基本格式如REF_Ref13524\h表1所示。报文中所有数据以16进制传输，以固定字符7EH作为帧头，固定字符0DH作为帧尾。为避免传输的数据出现重码问题，定义转义特殊字符7FH。当除帧头和帧尾外的其他数据中出现7EH、0DH的字符时，原字节变为两个字节进行传送，转义规则如下：7EH→7FH+01H0DH→7FH+02H7FH→7FH+03H表SEQ表\*ARABIC1报文格式序号内容长度说明1帧头1字节(7EH)2消息发送端物理地址6字节预留3消息接收端物理地址6字节预留4命令码1字节具体见下文5帧序2字节序列数，发送端每发送一帧报文，自动加16协议版本1字节高4bit是主版本，低4bit是子版本。本标准规定当前版本为V1.0，表示为10H7消息包总长度2字节消息包的字节长度8消息包n字节具体见下文9CRC校验位2字节CRC16，覆盖范围包括除帧头帧尾CRC域以外的所有内容10帧尾1字节(0DH)2.4标准主要内容的论据标准中主要内容的确定均与行业内的专家进行了讨论与确认，并且得到了无线充电相关设备实际生产过程中得到了验证。2.5标准工作基础工作组的成员包括安洁无线科技（苏州）有限公司、中兴新能源科技有限公司、中惠创智无线供电技术有限公司、浙江万安科技股份有限公司、北京有感科技有限责任公司、华为技术有限公司、纵目科技(上海)股份有限公司、北京新能源汽车股份有限公司、上海汽车集团股份有限公司技术中心、浙江吉利汽车研究院有限公司等，基本涵盖了国内电动汽车无线充电产业相关企业，标准的编制和验证都能得到高质量保证。本标准具有一定的先进性、通用性、科学性和可操作性。三、主要试验（或验证）情况分析为了验证相关规定的可行性，工作组针对部分重点内容设计了测试系统并编制了测试用例。通信协议一致性测试系统结构如REF_Ref3882\h图2所示。图SEQ图\*ARABIC2协议一致性测试系统结构IVU的测试用例如下表所示。表SEQ表\*ARABIC2IVU测试例测试例编号IP.2001前置条件WIFI连接或充电连接阶段完成，测试系统和IVU进入充电启动阶段兼容性检测预检环节测试步骤测试系统启动预期结果IVU按100ms的周期发送兼容性检测预检报文，报文的格式、内容和周期符合5.3.4的要求，报文长度为11个字节测试例编号IP.2002前置条件测试系统接收到IVU发送的兼容性检测预检请求报文测试步骤测试系统按100ms的周期发送兼容性检测预检请求响应报文，报文的格式、内容和周期符合5.3.4的要求，其中响应结果标识为兼容预期结果1）IVU收到测试系统发送的兼容性检测预检请求响应报文后，停止发送兼容性检测预检请求报文；2）IVU按100ms的周期发送初始异物检测请求报文，报文的格式、内容和周期符合5.3.4的要求，报文长度为3个字节测试例编号IP.2003前置条件测试系统接收到IVU发送的初始异物检测请求报文测试步骤测试系统按100ms的周期发送初始异物检测请求响应报文，报文的格式、内容和周期符合5.3.4中的要求预期结果1）IVU接收到测试系统发送的初始异物检测请求响应报文后，停止发送初始异物检测请求报文；2）IVU按100ms的周期发送初始活体保护请求报文，报文的格式、内容和周期符合5.3.4中的要求，报文长度为3个字节测试例编号IP.2004前置条件测试系统接收到IVU发送的初始活体保护请求报文测试步骤测试系统按100ms的周期发送初始活体保护请求响应报文，报文的格式、内容和周期符合5.3.4中的要求预期结果1）IVU接收到测试系统发送的初始活体保护请求响应报文后，停止发送初始活体保护请求报文；2）IVU按100ms的周期发送频率检测及锁定请求报文，报文的格式、内容和周期符合5.3.4中的要求，报文长度为10个字节测试例编号IP.2005前置条件测试系统接收到IVU发送的频率检测及锁定请求报文测试步骤测试系统按100ms的周期发送频率检测及锁定请求响应报文，报文的格式、内容和周期符合5.3.4中的要求预期结果1）IVU接收到测试系统发送的频率检测及锁定请求响应报文后，停止发送频率检测及锁定请求响应报文；2）IVU按100ms的周期发送车辆端设备锁频成功确认报文，报文的格式、内容和周期符合5.3.4中的要求，报文长度为6个字节测试例编号IP.2006前置条件测试系统接收到IVU发送的车辆端设备锁频成功确认报文测试步骤测试系统按100ms的周期发送地面端设备锁频成功确认报文，报文的格式、内容和周期符合5.3.4中的要求预期结果1）IVU收到测试系统发送的地面端设备锁频成功确认报文后，停止发送车辆端设备锁频成功确认报文；2）IVU按100ms的周期发送开始充电请求报文，报文的格式、内容和周期符合5.3.5中的要求，报文长度为4个字节测试例编号IN.2001前置条件1）充电连接阶段完成，测试系统和IVU进入充电启动阶段兼容性检测预检环节；2）IVU按100ms的周期发送兼容性检测预检请求报文测试步骤测试系统不发送兼容性检测预检请求响应报文预期结果1）自首次发送兼容性检测预检请求报文起0.5s内，IVU按100ms的周期发送兼容性检测预检请求报文；2）超过0.5s，IVU发送车辆端错误报文，其中2.1位“接收兼容性检测预检请求响应报文超时”项为“10”测试例编号IN.2002前置条件1）兼容性检测预检通信环节完成，测试系统和IVU进入初始异物检测环节；2）IVU按100ms的周期发送“初始异物检测请求”报文测试步骤测试系统不发送初始异物检测请求响应报文预期结果1）自首次发送初始异物检测请求报文起1s内，IVU按100ms的周期发送初始异物检测请求报文；2）超过1s，IVU发送车辆端错误报文，其中4.3位“接收初始异物检测请求响应报文超时”项为“10”测试例编号IN.2003前置条件1）初始对位检测环节完成，测试系统和IVU进入初始活体保护环节；2）IVU按100ms的周期发送初始活体保护请求报文；测试步骤测试系统不发送初始活体保护请求响应报文预期结果1）自首次发送初始活体保护请求报文起1s内，IVU按100ms的周期发送初始活体保护请求报文；2）超过1s，IVU发送车辆端错误报文，其中4.7位“接收初始活体保护请求响应报文超时”项为“10”测试例编号IN.2004前置条件1）初始对位检测环节完成，测试系统和IVU进入初始活体保护环节；2）IVU按100ms的周期发送初始活体保护请求报文；测试步骤测试系统持续发送初异物检测请求响应报文预期结果1）自首次发送初始活体保护请求报文起1s内，IVU按100ms的周期发送初始活体保护请求报文；2）超过1s，IVU发送车辆端错误报文，其中4.7位“接收初始活体保护请求响应报文超时”项为“10”测试例编号IN.2005前置条件1）初始对位检测环节完成，测试系统和IVU进入初始活体保护环节；2）IVU按100ms的周期发送初始活体保护请求报文；测试步骤测试系统持续发送命令码相同，报文长度相同，消息包内容错误的“初始活体保护请求响应报文”（例如，第4字节“地面端初始活体保护结果”为“0x1、0x2”以外的内容，如0x3）预期结果1）自首次发送初始活体保护请求报文起1s内，IVU按100ms的周期发送初始活体保护请求报文；2）超过1s，IVU发送车辆端错误报文，其中4.7位“接收初始活体保护请求响应报文超时”项为“10”测试例编号IN.2006前置条件1）初始活体保护检测环节完成，测试系统和IVU进入频率检测及锁定环节；2）IVU发送“频率检测及锁定请求”报文测试步骤测试系统不发送频率检测及锁定请求响应报文预期结果1）自首次发送频率检测及锁定请求报文起1s内，IVU按100ms的周期发送频率检测及锁定请求报文；2）超过1s，IVU发送车辆端错误报文，其中5.1位“接收频率检测及锁定请求响应报文超时”项为“10”测试例编号IN.2007前置条件1）初始活体保护检测环节完成，测试系统和IVU进入频率检测及锁定环节；2）IVU发送“频率检测及锁定请求”报文测试步骤测试系统持续发送初始活体保护请求响应报文预期结果1）自首次发送频率检测及锁定请求报文起1s内，IVU按100ms的周期发送频率检测及锁定请求报文；2）超过1s，IVU发送车辆端错误报文，其中5.1位“接收频率检测及锁定请求响应报文超时”项为“10”测试例编号IN.2008前置条件1）初始活体保护检测环节完成，测试系统和IVU进入频率检测及锁定环节；2）IVU发送“车辆端设备锁频成功确认”报文测试步骤测试系统不发送地面端设备锁频成功确认报文预期结果1）自首次发送车辆端设备锁频成功确认报文起1s内，IVU按100ms的周期发送车辆端设备锁频成功确认报文；2）超过1s，IVU发送车辆端错误报文，其中5.3位“接收地面端锁频成功确认报文超时”项为“10”CSU的测试用例如下表所示。表SEQ表\*ARABIC3CSU测试例—充电启动阶段测试例编号CP.2001前置条件WIFI连接或充电连接阶段完成，测试系统和CSU进入充电启动阶段兼容性检测预检环节测试步骤测试系统按100ms的周期发送兼容性检测预检报文预期结果CSU按100ms的周期发送兼容性检测预检请求响应报文，报文的格式、内容和周期符合5.3.4的要求，报文长度为10个字节测试例编号CP.2002前置条件测试系统接收到IVU发送的兼容性检测预检请求报文，其响应标识为成功测试步骤测试系统按100ms的周期发送初始异物检测请求报文预期结果1）CSU接收到测试系统发送的初始异物检测请求报文后，停止发送兼容性检测预检请求响应报文；2）CSU按100ms的周期发送初始异物检测请求响应报文，报文的格式、内容和周期符合5.3.4的要求，报文长度为4个字节测试例编号CP.2003前置条件测试系统接收到CSU发送的初始异物检测请求响应报文，其地面端初始异物检测结果为不存在异物测试步骤测试系统按100ms的周期发送初始活体保护请求报文预期结果1）CSU接收到测试系统发送的初始活体保护请求报文后，停止发送初始异物检测请求响应报文；2）CSU按100ms的周期发送初始活体保护请求响应报文，报文的格式、内容和周期符合5.3.4中的要求，报文长度为4个字节测试例编号CP.2004前置条件测试系统接收到CSU发送的初始活体保护请求响应报文，其地面端初始活体保护检测结果为不存在活体测试步骤测试系统按100ms的周期发送频率检测及锁定请求报文，报文的格式、内容和周期符合5.3.4中的要求预期结果1）CSU接收到测试系统发送的频率检测及锁定请求报文后，停止发送初始活体保护请求响应报文；2）CSU按100ms的周期发送频率检测及锁定请求响应报文，报文的格式、内容和周期符合5.3.4中的要求，报文长度为10个字节测试例编号CP.2005前置条件测试系统接收到CSU发送的频率检测及锁定请求响应报文测试步骤测试系统按100ms的周期发送车辆端锁频成功确认报文，报文的格式、内容和周期符合5.3.4中的要求预期结果1）CSU接收到测试系统发送的车辆端锁频成功确认报文后，停止发送频率检测及锁定请求响应报文；2）CSU按100ms的周期发送地面端设备锁频成功确认报文，报文的格式、内容和周期符合5.3.4中的要求，报文长度为5个字节测试例编号CN.2001前置条件充电连接阶段完成，测试系统和CSU进入充电启动阶段兼容性检测预检环节测试步骤测试系统不发送兼容性检测预检请求报文预期结果自WIFI连接起3s后，CSU发送地面端错误报文，其中4.1位“接收兼容性检测预检请求报文超时”项为“10”测试例编号CN.2002前置条件兼容性检测预检通信环节完成，测试系统和CSU进入初始异物检测环节测试步骤测试系统不发送初始异物检测请求报文预期结果1）自首次发送兼容性检测预检请求响应报文起1s内，CSU按100ms的周期发送兼容性检测预检请求响应报文；2）超过1s，CSU发送地面端错误报文，其中4.3位“接收初始异物检测请求报文超时”项为“10”测试例编号CN.2003前置条件初始对位检测环节完成，测试系统和CSU进入初始活体保护环节测试步骤测试系统不发送初始活体保护请求报文预期结果1）自在上一个通信环节中发送的最后一帧报文起1s内，CSU按100ms的周期发送最后一帧报文；2）超过1s，CSU发送地面端错误报文，其中4.7位“接收初始活体保护请求报文超时”项为“10”测试例编号CN.2004前置条件初始活体保护检测环节完成，测试系统和CSU进入频率检测及锁定环节测试步骤测试系统