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1 前言 電動汽車中的電控單元多、內(nèi)部空間小、環(huán)境干擾大，對控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)提出了更高的要求。CAN以其良好的運行特性，極高的可靠性和獨特的設(shè)計，特別適合電動汽車各電子控制單元之間的通信。為了更好地在實驗室進行研究，建立了一個功能比較完善的試驗測試平臺，能夠?qū)?CAN總線系統(tǒng)及其網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進行研究。首先，基于 DSP的開發(fā)設(shè)計了電機控制器節(jié)點的通信程序。其次，深入了解 CAN總線在電動汽車中的應(yīng)用需求，設(shè)計了 CAN總線的應(yīng)用層協(xié)議。最后，為檢驗設(shè)計協(xié)議的可行性，利用 VB6.0開發(fā)了電動汽車的監(jiān)控系統(tǒng)，并為監(jiān)控數(shù)據(jù)建立了數(shù)據(jù)庫，方便管理數(shù)據(jù)。 2 電機控制器節(jié)點的設(shè)計 針對電動汽車電機控制器的特點，選用 TI公司的TMS320LF2407芯片作為電機控制器的處理器。采用模塊化的設(shè)計思想，編寫了電機控制器節(jié)點的通信程序，可方便移植到基于 DSP的電機控制器或其他控制單元中。 在電動汽車的 CAN總線系統(tǒng)中，電機控制器的實時性要求高，屬于高速節(jié)點，波特率設(shè)為 1兆波特。電機控制器節(jié)點主要是接收總線上傳來的電機工作模式、SOC、車速、加速踏板位置和制動踏板位置等控制信息，同時發(fā)送電機的工作溫度、電機故障、工作狀態(tài)等實時信息。本文中利用 DSP2407的郵箱 2作為接收郵箱，郵箱 5作為發(fā)送郵箱，20毫秒定時發(fā)送一次。 3 電動汽車監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計 在實驗室模擬電動汽車 CAN總線系統(tǒng)，以 PC機（帶 USB-CAN模塊）作為電動汽車的總控制器。利用 CAN-bus通用測試軟件的運行機制和工作原理，設(shè)計了基于 PC機的電動汽車 CAN總線技術(shù)的監(jiān)控系統(tǒng)。 3.1 監(jiān)控系統(tǒng)概述 監(jiān)控系統(tǒng)通過控制臺（帶 USB-CAN模塊的 PC機）對電機控制器、電池控制器以及離合控制器進行監(jiān)控。運行主界面如圖 1所示。能根據(jù)需要在 CAN 總線中收發(fā)參數(shù)，實現(xiàn)對總線各節(jié)點的監(jiān)視和控制。例如，電機參數(shù)，包括SOC、車速、故障等級、工作模式、故障代碼、工作溫度等。監(jiān)控系統(tǒng)還可根據(jù)系統(tǒng)擴展需要，提供創(chuàng)建節(jié)點的功能。另外，還提供數(shù)據(jù)管理功能。在監(jiān)控系統(tǒng)執(zhí)行過程中，采集到的數(shù)據(jù)會被記錄到 Microsoft Access數(shù)據(jù)庫中，可以用表格形式實時顯視，還可以通過輸出按鈕由軟件 Excel打開。 
圖1電動汽車監(jiān)控系統(tǒng)運行界面 3.2 監(jiān)控系統(tǒng)通信協(xié)議 在 CAN協(xié)議中只定義了數(shù)據(jù)鏈路層和物理層兩層協(xié)議，缺乏對信息處理的規(guī)范，而一個完整的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中離不開人機交互的應(yīng)用進程，所以必須由用戶定義應(yīng)用層協(xié)議。根據(jù)電動汽車運行的特點，設(shè)計了監(jiān)控系統(tǒng)的通信協(xié)議。大體上將電動汽車上各電子控制單元（ECU）分為高速和低速節(jié)點兩大類。其中高速節(jié)點包括電機控制器、發(fā)動機控制器、電池控制器、ABS/ASR控制單元和能量管理單元等，在它們的 ID碼設(shè)置較高的優(yōu)先級。低速節(jié)點包括空調(diào)系統(tǒng)、儀表顯示系統(tǒng)、車燈系統(tǒng)等。表 1給出了電動汽車各節(jié)點之間接收及發(fā)送的信號類型。根據(jù)電動汽車各節(jié)點之間接收及發(fā)送的數(shù)據(jù)，對各節(jié)點之間需要交換的信息的類型，所包含的參數(shù)以及表示方法有具體的說明。例如在電機控制器節(jié)點發(fā)送的 8個字節(jié)分別定義為：電機轉(zhuǎn)速（雙字節(jié)）、電機轉(zhuǎn)矩（雙字節(jié)）、工作溫度（單字節(jié)）、錯誤等級及代碼（單字節(jié)）、工作模式（單字節(jié)）還有一個字節(jié)作為備用。 表1電動汽車各節(jié)點之間接收及發(fā)送的數(shù)據(jù)
3.3 監(jiān)控系統(tǒng)程序設(shè)計 監(jiān)控系統(tǒng)是要完成對各節(jié)點的監(jiān)控，按照設(shè)計需求，可將整個設(shè)計分為五個設(shè)計窗體，包括主窗體、電機控制器監(jiān)控窗體、電池控制器監(jiān)控窗體、離合控制器監(jiān)控窗體和創(chuàng)建節(jié)點窗體，并進行模塊化設(shè)計。其中創(chuàng)建節(jié)點窗體可根據(jù)需要方便創(chuàng)建監(jiān)控窗口，設(shè)置節(jié)點 ID號和監(jiān)控變量。監(jiān)控系統(tǒng)程序設(shè)計流程圖如圖 2所示。
圖2監(jiān)控系統(tǒng)程序流程圖 4 監(jiān)控系統(tǒng)的測試 完成了PC機的監(jiān)控系統(tǒng)程序設(shè)計后，為了驗證程序是否正常工作，同時為了驗證設(shè)計的下位機 DSP數(shù)據(jù)采集與通信程序的正確性。在這里將DSP數(shù)據(jù)采集與通信程序和 PC機程序聯(lián)合起來進行調(diào)試。將雙方的波特率設(shè)為1M波特。DSP節(jié)點的測試程序包含 A/D采樣（模擬加速踏板位置）和通信程序，DSP運行后由定時中斷（20ms）進行數(shù)據(jù)采集及處理，將信號通過 CAN總線上傳到上位機（PC機）。另一方面，DSP自動判斷是否有 PC機發(fā)送來的指令，如電池電壓、電池電流、加速踏板位置和工作模式等。上位機接收到數(shù)據(jù)后，進行處理并交給監(jiān)控系統(tǒng)進行顯示。電機控制器節(jié)點的測試界面如圖 3所示。
圖3電動控制器的測試界面 5 結(jié)論 為適合電動汽車監(jiān)控的需求，組建了基于 CAN總線的電動汽車仿真測試平臺，配備專業(yè)測試儀器后可組建 CAN-BUS實驗室。該系統(tǒng)具有良好的擴展性，可方便增加需要監(jiān)控的汽車電子控制單元（ECU）。此外，通過 VB與 ACCESS技術(shù)的良好銜接，具有數(shù)據(jù)實時保存，為后期的數(shù)據(jù)處理提供條件。為了保證各個消息能及時被相關(guān)節(jié)點采集并處理，需要對消息的調(diào)度策略進行深入研究，進一步優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)管理，特別是網(wǎng)絡(luò)故障診斷以及處理機制。 本文作者創(chuàng)新點：開發(fā)了電動汽車CAN總線應(yīng)用層協(xié)議，利用VB編程設(shè)計了具有監(jiān)視、控制、保存數(shù)據(jù)和創(chuàng)建節(jié)點等功能的軟件，為電動汽車CAN總線的研究提供有效的技術(shù)手段。 本項目預(yù)計經(jīng)濟效益(1000萬元)。 作者：姚震 來源：《微計算機信息》(嵌入式與SOC)2009年第7-2期 |
