支持CAN總線的電動車熱心腸！助力逆變電源設(shè)計

電動車由于儲能設(shè)備容量有限，在運行過程中對電能流向管理十分嚴(yán)格。精確的電能管理可以延長車輛運行里程，減少電池充電頻率，從而節(jié)約運行成本。車載能量管理系統(tǒng)需要隨時監(jiān)控電池電壓、電機(jī)輸出功率以及其它設(shè)備的用電情況。同時，電動車電子控制系統(tǒng)的動態(tài)信息必須具有實時性，各子系統(tǒng)需要將車輛的公共數(shù)據(jù)實行共享，如電機(jī)轉(zhuǎn)速、車輪轉(zhuǎn)速、油門踏板位置等。但不同控制單元的控制周期不同，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換速度、各控制命令的優(yōu)先級也不同，因此需要一種具有優(yōu)先權(quán)競爭模式的數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)，并且本身具有極高的通信速率。此外，作為一種載人交通工具，電動汽車必須具有極高的運行穩(wěn)定性，整車通訊系統(tǒng)必須具有很強(qiáng)的容錯能力和快速處理能力。

德國Bosch公司為了解決現(xiàn)代車輛中眾多的控制和數(shù)據(jù)交換問題，開發(fā)出一種CAN(Controller Area Network)現(xiàn)場總線通訊結(jié)構(gòu)，廣泛應(yīng)用在常規(guī)燃油汽車上，如BENZ、BMW、PORSCHE。同時，CAN總線也被認(rèn)為是電動車最佳通訊結(jié)構(gòu)，我國"863計劃"關(guān)于電動汽車的說明中已經(jīng)明確提出，新申報的電動車開發(fā)項目必須采用CAN總線通訊模式。

CAN總線結(jié)構(gòu)是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通訊網(wǎng)絡(luò)。

圖1為一個典型的電動汽車CAN總線結(jié)構(gòu)示意圖，包括整車動力部分的主電機(jī)控制器、電池組管理系統(tǒng)、人機(jī)界面顯示系統(tǒng)等多個設(shè)備，這些子系統(tǒng)之間通過CAN 進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊和命令傳輸。每個節(jié)點設(shè)備都能夠在脫離CAN總線的情況下獨立完成自身系統(tǒng)的運行，從而滿足車輛運行安全性的需要。同時，CAN 總線也不會因為某個設(shè)備的脫離而出現(xiàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)崩潰的現(xiàn)象。

本文介紹的電動車用三相逆變電源屬于圖1中的車載輔助逆變電源。稱為"輔助電源"是因為它的負(fù)載為電動車上的一些輔助交流電機(jī)，如汽車轉(zhuǎn)向助力油泵、剎車氣泵、冷卻水循環(huán)中的水泵以及空調(diào)系統(tǒng)中的壓縮機(jī)等。對該三相逆變電源的工作要求是：正常運行情況時獨立維持輔助電機(jī)的穩(wěn)定運行，能夠根據(jù)上位機(jī)的指令適當(dāng)調(diào)整工作狀態(tài);在負(fù)載發(fā)生故障(如電機(jī)短路)時迅速關(guān)斷輸出、安全關(guān)機(jī)，同時能夠通過CAN總線向上位機(jī)和其它節(jié)點報告自身故障，引發(fā)車輛各系統(tǒng)的相關(guān)操作(例如：位于儀表臺上的人機(jī)界面顯示系統(tǒng)將立即顯示警告信息，報告車輛故障部位，并提示駕駛員減速;而整車能量管理系統(tǒng)則發(fā)出命令關(guān)閉輔助逆變電源的輸入，并將接收到的錯誤代碼和當(dāng)前運行參數(shù)進(jìn)行保存，便于維修人員進(jìn)行故障診斷)。

由此看出，雖然選擇一個通用變頻器進(jìn)行改裝可以實現(xiàn)車用三相逆變電源的基本功能，但是要做成支持CAN總線各種功能的智能化節(jié)點必須從底層進(jìn)行開發(fā)，直接選擇支持CAN總線接口的控制芯片，在控制程序中集成CAN通訊功能，適應(yīng)整車通訊的要求。

1 P8xC592芯片介紹

在電動車用輔助逆變電源的設(shè)計中，控制電路不僅要支持CAN總線通訊，還要對負(fù)載電壓、電流等模擬量進(jìn)行檢測，進(jìn)行各種邏輯判斷，并驅(qū)動其它芯片完成三相逆變功能。因此簡單選擇一個單獨的CAN控制器是不夠的，最方便的選擇是使用帶有在片CAN功能的控制器。

P8Xc592是由PHILIPS公司開發(fā)生產(chǎn)的8位微處理器，主要包括：

·一個80C51中央處理單元(CPU)

·兩個標(biāo)準(zhǔn)的16位定時/計數(shù)器

·包括四個捕獲和三個比較寄存器的16位定時器/計數(shù)器

·具有8路模擬量輸入的10位A/D變換器

·兩路分辨率為8位的脈沖寬度調(diào)制輸出

·具有兩級優(yōu)先權(quán)的15個中斷源

·五組8位I/O端口和一組與A/D變換器模擬量輸入共用的8位輸入口

·與內(nèi)部RAM進(jìn)行DMA數(shù)據(jù)傳送的CAN控制器

·具有總線故障管理功能的1Mbps CAN控制器

·與標(biāo)準(zhǔn)80C51兼容的全雙工UART

P8xC592共有68個管腳，其中包括6個8位I/O口，P0~P3與80C51相同，但P1可以用作一些特殊功能，包括4個捕獲輸入端、外部計數(shù)器輸入端、外部計數(shù)器復(fù)位輸入端和CAN接口的CTX0和CTX1輸出端。并行I/O口P4的功能與P1、P2和P3相同。P5口是不具有輸出功能的并行輸入口，主要用作A/D變換器的模擬量輸入端。

P8xC592內(nèi)含CAN控制器，包括為實現(xiàn)高性能串行網(wǎng)絡(luò)通信所必需的所有硬件，從而能夠控制通信流順利通過CAN協(xié)議的局域網(wǎng)。為了避免出現(xiàn)混亂，芯片中增加的CAN控制器對于CPU是作為能夠雙方獨立工作的存儲器映像外圍設(shè)備出現(xiàn)的，即可以把P8xC592簡單地設(shè)想為兩個獨立工作器件的集成體。如果關(guān)閉CAN控制器部分的功能，該芯片可以僅作為帶有模擬量A/D轉(zhuǎn)換的普通8位單片機(jī)使用。