基于三路can总线的纯电动客车通信系统和方法
2019-11-22

基于三路can总线的纯电动客车通信系统和方法

本发明提供了一种基于三路CAN总线的纯电动客车通信系统,包括:多个控制器和三路CAN总线,其中,所述CAN总线包括与多个控制器相耦合的由CAN1、CAN2和CAN3总线构成的三路CAN总线;所述CAN1总线为高速CAN总线,用于动力系统的控制;所述CAN2总线为高速CAN总线,用于动力电池单体数据的传输;所述CAN3总线为低速CAN总线,设置有多个车身控制节点,用于实现车身各部分的信息采集及控制。本发明使动力系统控制总线的负载率大大降低,确保了控制的实时性,提高了电动汽车的行车安全性。

基于三路CAN总线的纯电动客车通信系统和方法技术领域 本发明涉及纯电动客车整车控制系统CAN总线通讯技术领域,具体地说,本发明涉及一种基于三路CAN总线的纯电动客车通信系统和方法。背景技术 石油危机和环境污染等问题的日益突出,使得电动汽车越来越引起社会的重视,成为了未来汽车的发展方向。电动汽车与传统内燃机汽车相比,在国外仍然处于产业化初期准备阶段,与之相关的高新技术及产品还依赖于配套供应商的支持,尚未形成新的工业体系。同时,在发达国家,传统汽车工业已形成的庞大生产规模和社会基础设施的投入,以及发展的强大惯性,在某种意义上可能构成了阻碍其发展新一代汽车的社会成本,使他们难以下决心实现根本性的战略转变,从而有可能为我国赢得宝贵的时间。汽车上的电控系统和传感器、执行器的不断增加使点对点的联结方式走到了尽头,为简化日益增加的汽车电控装置的线路连接、提高系统可靠性和故障诊断水平、利于各电控装置之间数据资源共享、并便于建成开放式的标准化模块化结构,汽车网络总线技术得到了很大的发展,在汽车上CAN总线和LIN总线结合应用将是一种主流模式,以及以D2B无线通信为基础的远程高频网络通信系统。尤其要说明的是总线技术的应用带来了整车电气系统设计的革新和优化。目前国际上在卡车及大客车上普遍采用SAEJ1939标准。由于电动车是一个新技术,许多电控部件的通信标准需要重新定义。 中国专利申请,其公开号为CN1649345A、发明名称为“基于CAN总线的纯电动客车通讯方法”的申请公开了一种纯电动客车的CAN总线的通讯方式,这种方式基于单一CAN总线来实现纯电动客车的通讯,用单一CAN总线实现电机控制器、电子节气门控制器、驾驶室显示器、ABS控制器及动力电池管理系统的信息通讯,这种通讯协议的运用使纯电动客车在电器信号的通讯技术上有了突破性的发展,但仍存在着由于飞速发展的纯电动客车中的电控信号成级数增长,而使电控信号传递的速度必将相对滞后的问题。因此,从长远发展的角度考虑,需要一种与现技术不同的多路总线通讯技术,以支持纯电动客车的飞速发展,使其在电控信号通讯领域能形成更广阔的发展空间,并能在对通讯信号的统一管理方面形成进一步的模块化、规范化,同时也可为整车故障诊断的便捷化、规范化创造良好的条件。发明内容 正是出于上述的考虑,本发明提出了一种适用于纯电动汽车整车控制系统的CAN总线通讯技术。基于CAN2.OB和J1939的相关规定,提出了一种适用于纯电动汽车的多路CAN总线通讯协议。其中为整车控制器地址新分配了地址,电机控制器、电子节气门控制器、驾驶室显示器、ABS控制器和动力电池管理系统选用原SAEJ1939定义已经分配了的地址。 根据本发明的一个方面,提供了一种基于三路CAN总线的纯电动客车通信系统,该系统包括:多个控制器和CAN总线,其中, 所述CAN总线包括与多个控制器相耦合的由CANl、CAN2和CAN3总线构成的三路CAN总线; 所述CANl总线,为高速CAN总线,用于动力系统的控制; 所述CAN2总线,为高速CAN总线,用于动力电池单体数据的传输; 所述CAN3总线,为低速CAN总线,设置有多个车身控制节点,用于实现车身各部分的信息采集及控制。 其中每个所述多个控制器具有一个ID,用于在向CAN总线上发送信息的同时,连同自己的ID—起发送。 其中每个所述多个控制器包括一个报文验收滤波器,用于从CAN总线上接收自己需要的息和屏蔽自己不需要的息。 其中所述控制器包括整车控制器、电机控制器、AMT、ABS、EPS电动助力转向系统、车身中央控制模块、蓄电池管理系统、充电机控制系统、调度控制系统;其中, 整车控制器:负责控制整车各个子控制器的协调工作; 电机控制器:接受整车控制器的命令,对电机实现控制,并向整车控制器实时报告电机的状态; AMT:根据司机的命令及电机状态和车速实现变速箱的自动换档功能,通过总线接收电机的状态信息,同时将变速箱的状态信息和车速通过总线发送给电机控制器、整车控制器、仪表; ABS:防止在汽车刹车时发生侧滑,通过总线将自己的状态信息发送到整车控制器和仪表; EPS电动助力转向系统:在司机转方向盘时通过电机来为司机提供助力,通过总线将自己的状态发送到整车控制器和仪表; 车身中央控制模块:采集整车车身低压用电部分的状态并对其控制,通过CAN3采集整车车身低压用电部分的状态并对其控制,通过CANl向整车控制器发送整车低压用电设备部分的故障信息并接受整车控制器的控制; 蓄电池管理系统:采集电动汽车用动力电池各个单体的数据进行处理并通过CANl发送给整车控制器通过CAN2发送给仪表; 驾驶室显示系统:显示整车各部分的状态信息和故障信息、并实现后门监视视频和倒车视频的自动切换功能,通过3路CAN总线接收需要显示的信息,同时根据接收到的信息实现监视视频的自动切换; 充电机控制系统:控制充电电压和电流,通过总线接收充电电池的实时信息并根据电池的状态控制充电模式; 调度控制系统:根据整车各部件的状态和电池的信息决定该汽车是否可以进行正常的载客运行。 根据本发明的另一个方面,提供了一种基于三路CAN总线的纯电动客车通信系统的通信方法,该通信系统包括多个控制器,与多个控制器相耦合的三路CAN总线CAN1、CAN2、CAN3,以及设置于总线CAN3的多个车身控制节点,该方法包括: 通过CANl总线实现动力系统的控制信息的传输; 通过CAN2总线实现动力电池单体电压数据的传输; 通过CAN3总线实现车身各部分的信息采集及控制。 其中每个所述多个控制器具有一个ID,用于在向CAN总线上发送信息的同时,连同自己的ID—起发送。 其中每个所述多个控制器根据传输的信息中所包含的ID信息从CAN总线上接收自己需要的信息和屏蔽自己不需要的信息。 其中所述控制器包括整车控制器、电机控制器、AMT、ABS、EPS电动助力转向系统、车身中央控制模块、蓄电池管理系统、充电机控制系统、调度控制系统;其中, 整车控制器:负责控制整车各个子控制器的协调工作; 电机控制器:接受整车控制器的命令,对电机实现控制,并向整车控制器实时报告电机的状态; AMT:根据司机的命令及电机状态和车速实现变速箱的自动换档功能,通过总线接收电机的状态信息,同时将变速箱的状态信息和车速通过总线发送给电机控制器、整车控制器、仪表; ABS:防止在汽车刹车时发生侧滑,通过总线将自己的状态信息发送到整车控制器和仪表; EPS电动助力转向系统:在司机转方向盘时通过电机来为司机提供助力,通过总线将自己的状态发送到整车控制器和仪表; 车身中央控制模块:采集整车车身低压用电部分的状态并对其控制,通过CAN3采集整车车身低压用电部分的状态并对其控制,通过CANl向整车控制器发送整车低压用电设备部分的故障信息并接受整车控制器的控制; 蓄电池管理系统:采集电动汽车用动力电池各个单体的数据进行处理并通过CANl发送给整车控制器通过CAN2发送给仪表; 驾驶室显示系统:显示整车各部分的状态信息和故障信息、并实现后门监视视频和倒车视频的自动切换功能,通过3路CAN总线接收需要显示的信息,同时根据接收到的信息实现监视视频的自动切换; 充电机控制系统:控制充电电压和电流,通过总线接收充电电池的实时信息并根据电池的状态控制充电模式; 调度控制系统:根据整车各部件的状态和电池的信息决定该汽车是否可以进行正常的载客运行。 本发明与现有技术(中国专利申请公开号为CN1649345A)的相比增加了两路CAN,其中一路为高速CAN(CAN2),专门用于动力电池单体数据的传输;另一路CAN(CAN3)为低速CAN,主要用来实现车身各部分的信息采集及控制。 与已公开的中国专利申请(CN1649345A)相比,本发明的有益效果是: I、增加了网络中的控制节点; 2、在没有增加CAN2之前所有的信息都通过CANl传输,CANl负载率为50%,增加CAN2以后CANl负载率降低到20%左右,因此通过增加CAN2使动力系统控制总线的负载率大大降低;CAN1负载率降低,减少了信息冲突出现的几率,使总线上的“塞车”现象出现的可能大大降低,提高了通信的实时性,实时性提高,行车安全性也就相应得提高了,因此将CANl变成动力控制系统专用总线,确保了控制的实时性,提高了电动汽车的行车安全性; 3、将车身控制通过CAN3融入CAN网络,通过CAN总线对灯光、车门、空气悬架、拖板等设备进行控制,实现了一种总线对整车的各部件的控制,从而大大减少了车身上的线束。 4、采用该项技术借鉴SAEJ1939制定了带有AMT的纯电动客车整车动力系统通信协议规范以及主要关键部件的通信内容和格式,满足电动车整车控制管理、故障诊断通信协议的要求。附图说明 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。 图I是基于3路CAN总线的纯电动汽车控制系统网络拓扑结构; 图2是29标识符的分配; 图3是各E⑶地址分配; 图4是各E⑶输入输出信号格式定义。具体实施方式 根据本发明的三路CAN总线设计完具有CAN接口硬件后,在软件程序设计中按照本协议规范进行通信程序设计。 为了建立电动汽车整车的网络,实现电动汽车综合故障诊断功能,并为各个电控系统模块提供硬件试验平台,本发明在SAEJ1939的基础上提供了一种基于三路CAN总线、依据适用于纯电动客车的通讯协议的纯电动客车通信系统。 为了实现本发明的目的,本发明人首先出于下列要求: I、通讯协议制定的原则:(1)先进性,制定的协议要尽量与国际接轨,参照国际SAEJ1939,在其基础上进行改进,并有自己的特色。原因主要是考虑到国外成熟的协议是经过实践检验的,借用它可以少走弯路。(2)指导性,制定的协议必须要考虑车辆的特性,指导整车和相关零部件相关控制技术的发展。(3)兼容性,制定的协议要适于各种车型,多种结构形式。(4)扩展性,制定的协议要便于以后升级发展,扩展的协议要兼容前面制定的协议。 2、网络中的E⑶节点网络拓扑结构:网络拓扑结构如图I所示,CAN总线传输速率最好为250kbps和100kbps。 3、通讯协议规定:电动汽车网络总线通讯协议主要参考SAEJ1939来制定,也就是在J1939的基础上制定出满足纯电动车辆控制需要的通讯协议。 基于上述的要求,本发明提供了一种基于三路CAN总线、依据适用于纯电动客车的通讯协议的纯电动客车通信系统,并实现了以下要求与效果: I、物理层的规定:物理层的规定主要参考CAN2.OB和J1939的相关规定。 (I)考虑到纯电动大客车的实际低压系统的实际电压,设计的ECU满足了电源电压18〜36V; (2)考虑到总线上的电气负担,最大ECU数为20; (3)传输介质:特征阻抗为120欧姆的屏蔽双绞线STP(阻燃O.5mm); (4)每个部件均有终端电阻(120Ω),终端电阻采用支架安装,以便调整,同时终端电阻同网络线之间通过跳线相连,以便灵活搭配; (5)位时间(bittime):即每一位占用的时间。网络上所有节点的位时间必须设置为相同值。推荐位时间为4μS,对应的传输速率为250kbit/s,网络长度为40m; (6)拓扑结构:网络的接线拓扑应该是一个尽量紧凑的线形结构。ECU接入总线主干网的电缆要尽可能短。为使驻波最小化,节点不能在网络上等间距接入,接入线也不能等长,且接入线的最大长度应小于Im; (7)屏蔽终端:屏蔽终端是一点接地。 (8)电缆屏蔽层在车内连续导通,建议每个部件的网络插座有屏蔽层的接头,在部件内部,屏蔽层与部件控制机箱地可靠相连。 2、数据链路层的规定:数据链路层的规定主要参考CAN2.OB和J1939的相关规定。 (I)使用CAN扩展帧的29位标识符并进行了重新定义。图2为29标识符的分配。其中,优先级为3位,可以有8个优先级;R—般固定为O;DP现固定为O;8位的PF为报文的代码;8位的PS为目标地址或组扩展;8位的SA为发送此报文的源地址; (2)节点的编址规则:如果J1939已有定义,则尽量使用J1939已定义的地址;具有多个功能的ECU,可以使用多个地址,也可以重新定义新的地址;新定义地址,应使用208〜231这段属于公路用车的预留地址; (3)采用广播和单播相接合方式进行数据传输,单播报文主要用于解决相同功能节点的控制问题,其它情况下尽量使用广播报文; (4)采用数据块编码和节点编码相接合的方式进行数据通信; (5)数据帧采用CRC校验; (6)总线错误严重时具有自动关闭功能。 3、应用层的规定:应用层的规定主要参考J1939的相关规定。 (I)应用层定义了协议数据单元rou的两种格式roui和rou2; (2)采用PGN对数据块(参数组)进行编号,广播方式下,E⑶根据PGN来识别数据块的内容; (3)采用周期发送和事件驱动的方式来发送数据; (4)定义新的参数组时,尽量将相同功能的参数、相同或相近刷新率的参数和属于同一个子系统内的参数放在同一个参数组中;同时,新的参数组既要充分利用8个字节的数据宽度,尽量将相关的参数放在同一个组内,又要考虑扩展性,预留一部分字节或位,以便将来进行修改; (5)修改J1939已定义的参数组时,不要对已定义的字节或位的定义进行修改;新增加的参数要与参数组中原有的参数相关,不要为了节省PGN的数量而将不相关的参数加入到已定义的PGN中;对于功能相近的ECU,可以在已定义的PGN中利用未定义部分来增加识别位,判断出ECU的功能,充分利用原来已定义的参数。 4、E⑶源地址分配 图3是纯电动汽车可能用到的E⑶节点名称和分配的地址。其中整车控制器地址为新分配的地址,而电机控制器、电子节气门控制器、驾驶室显示器、ABS控制器和动力电池管理系统为原SAEJ1939定义并已经分配了地址。 5、数据格式定义 图4是纯电动客车各个ECU输入输出信号格式定义。 6、各E⑶参数组定义如下: 整车控制器#1:PVCUI参数组定义(两字节数据低字节在前,高字节在后;同一字节中高位在前;低位在后;本字节紧跟DLC后输出)参见表1。 表1

电池管理系统BMSC2_CHARGE_3参数组定义,参见表18。 表18

电池管理系统BMSC2_CHARGE_6参数组定义,参见表21。 表21