CAN總線在混合動力汽車中的應(yīng)用研究

2．3數(shù)據(jù)信息編碼定義

本系統(tǒng)CAN總線采用29位標(biāo)識符，滿足通?；旌蟿恿ζ嚳刂浦锌刂泼睢⒐ぷ鳡顟B(tài)、測試數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?。每幀信息最?個字節(jié)的數(shù)據(jù)不會占用總線時間過長，從而保證了數(shù)據(jù)通信的實(shí)時性。由于信息量較多，在此僅以電池管理系統(tǒng)發(fā)送的兩幀數(shù)據(jù)為例，介紹通信地址及信息定義，見表2、表3(表3中X表示不存在或保留)。

表2 通信地址分配表

表3 參數(shù)字節(jié)定義

在數(shù)據(jù)打包過程中，對于有相關(guān)關(guān)系的數(shù)據(jù)打包到一個消息幀，以保證數(shù)據(jù)發(fā)送效率，充分利用通信帶寬。對于需要快速發(fā)送的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)長度盡可能短，以保證傳輸時間足夠短，提高數(shù)據(jù)傳送的實(shí)時性。

2．4消息調(diào)度

消息調(diào)度是CAN總線應(yīng)用協(xié)議的重要部分。為了保證總線通信的實(shí)時性，減少總線通信的通信量和負(fù)載，需要合理的調(diào)度方式。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制目標(biāo)，在通信協(xié)議中定義了事件觸發(fā)、定時發(fā)送和應(yīng)答響應(yīng)3種調(diào)度方式，分別調(diào)度非周期實(shí)時性消息、周期實(shí)時性消息、周期非實(shí)時性消息、非周期非實(shí)時性消息以及查詢消息。在定時發(fā)送的調(diào)度方式中，按照控制系統(tǒng)對其實(shí)時性要求的高低，依次設(shè)定了10、50、100、200、500ms的時間間隔。如動力總成控制器發(fā)送給電機(jī)的扭矩控制指令，由于實(shí)時性要求較高，采用了10ms更新一個數(shù)據(jù)，而實(shí)時性相對較低的量(如電池組的電氣狀態(tài))則采用了100ms發(fā)送一次。為了發(fā)揮CAN系統(tǒng)中遠(yuǎn)程幀(由節(jié)點(diǎn)發(fā)送，以請求發(fā)送具有相同標(biāo)識符的數(shù)據(jù)幀)的優(yōu)勢，還采用了應(yīng)答響應(yīng)的調(diào)度方式，如協(xié)議中電池單體模塊狀態(tài)信息，如果要每個電池單體模塊狀態(tài)信息都傳輸?shù)脑?，必將帶來總線的負(fù)載的增加，同時從控制角度來看，也沒有這樣的必要，因此，采用了遠(yuǎn)程請求的方式來傳輸。圖2是CAN信息發(fā)送流程圖，圖3是CAN信息中斷接收流程圖。

2．5故障診斷及處理

系統(tǒng)運(yùn)行時的故障和處理主要由各ECU來處理，并向CAN總線發(fā)送信息。具體為：電機(jī)故障主要由電機(jī)控制器來監(jiān)測，然后通過CAN總線發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上，主控制器接收故障信息并判斷是否為重大故障，如是重大故障則采取相應(yīng)措施，切斷主繼電器，動力電池停止供屯如果是一般故障則采取相應(yīng)的策略排除故障；電池故障由電池管理系統(tǒng)監(jiān)測，并向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信息，主控制器收到故障信息后，作相應(yīng)處理，故障也分一般故障和重大故障。CAN總線通信是XL2000混合動力轎車控制的紐帶，總線通信的故障主要是總線節(jié)點(diǎn)脫離，或是負(fù)載過高導(dǎo)致嚴(yán)重事故，所以要隨時監(jiān)控電機(jī)控制器、電池管理系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)和總線的負(fù)載。如果節(jié)點(diǎn)脫離，則需要停車重啟控制系統(tǒng)；若是負(fù)載過高，則報(bào)警。

圖2 CAN發(fā)送流程圖

圖3 CAN接收流程圖

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

系統(tǒng)采用250Kpbs的通信波特率，結(jié)合臺架試驗(yàn)和CAN總線實(shí)際通信。結(jié)果證明：系統(tǒng)各ECU工作正常，各控制器之間通過CAN總線通信，實(shí)現(xiàn)了傳感器測量數(shù)據(jù)的信息共享、控制指令的發(fā)送和接收，達(dá)到了系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)及功能；CAN總線工作穩(wěn)定、可靠，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，完全滿足混合動力汽車實(shí)時控制要求。圖4～圖7發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速在1200、1600、2000、2400 r／min下XL2000混合動力汽車臺架試驗(yàn)系統(tǒng)負(fù)荷特性試驗(yàn)曲線，除去燃油消耗外，其它的數(shù)據(jù)信息是通過CAN總線接收的。其中，曲線系列1～系列7分別為司機(jī)踏板位置(％)、節(jié)氣門開度(％)、發(fā)動機(jī)水溫、燃油消耗率、系統(tǒng)扭矩輸出、電機(jī)扭矩指令、電機(jī)的電壓、電流、電池的剩余電量。