CAN現(xiàn)場總線在電動汽車控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

CAN現(xiàn)場總線是20世紀80年代初德國BOSCH（博世）公司在為解決汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種通信協(xié)議。由于CAN總線具有突出的可靠性、實時性和靈活性，因而得到了業(yè)界的廣泛認同和運用，并在1993年正式成為國際標準和行業(yè)標準，被譽為“最有前途的現(xiàn)場總線”之一。以CAN為代表的總線技術(shù)在汽車上的應(yīng)用不但減少了車身線束，也提高了汽車的可靠性。在國外現(xiàn)代轎車的設(shè)計中，CAN已經(jīng)成為必須采用的技術(shù)，奔馳、寶馬、大眾、沃爾沃及雷諾等汽車都將CAN作為控制器聯(lián)網(wǎng)的手段。我國目前CAN總線技術(shù)在汽車上的應(yīng)用存在著很大的空白，在電動汽車上應(yīng)用CAN總線技術(shù)研究尚處于起步階段。

電動汽車融合了許多的電子控制系統(tǒng)，如電池管理系統(tǒng)、電機控制系統(tǒng)、驅(qū)動控制系統(tǒng)、再生制動系統(tǒng)及ABS系統(tǒng)等。電子設(shè)備的大量應(yīng)用，必然導致車身布線增長且復雜、運行可靠性降低、線路上的功率損耗加大、故障維修難度增大。特別是電子控制單元的大量引入，為了提高信號的利用率，要求大批的數(shù)據(jù)信息能在不同的電子單元*享，汽車綜合控制系統(tǒng)中大量的控制信號也需要實時交換，傳統(tǒng)線束已遠遠不能滿足這種需求。將CAN總線技術(shù)引入電動汽車可以克服以上缺點，具有廣闊的應(yīng)用前景。文中將CAN總線技術(shù)應(yīng)用到電動汽車控制系統(tǒng)，并采用通用擴展單元解決電動汽車電控系統(tǒng)的電路設(shè)計復雜性的問題，優(yōu)化組合各電控單元信息以實現(xiàn)充分信息共享，達到提高電動汽車控制系統(tǒng)性能的目的。

二、CAN總線的特點

CAN屬于現(xiàn)場總線范疇，是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。CAN總線在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用得益于其自身的技術(shù)特點。

（1）只需通過報文濾波即可實現(xiàn)點對點、一點對多點及全局廣播等幾種方式傳送接收數(shù)據(jù)，無須專門的“調(diào)度”。

（2）通信方式靈活。CAN為多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點均可在任意時刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點發(fā)送信息，而不分主從且無須站點地址等節(jié)點信息。

（3）CAN采用非破壞性總線仲裁技術(shù)，當多個節(jié)點同時向總線發(fā)送信息時，優(yōu)先級較低的節(jié)點會主動地退出發(fā)送，而最高優(yōu)先級的節(jié)點可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，從而大大節(jié)省了總線沖突仲裁時間，尤其在網(wǎng)絡(luò)負載很重的情況下也不會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓情況。

（4）采用短幀格式通信，傳輸時間短，受干擾概率低，具有極好的檢錯效果。每幀字節(jié)數(shù)最多8個，可滿足通常工業(yè)領(lǐng)域中控制命令、工作狀態(tài)及測試數(shù)據(jù)的一般要求。同時，8B也不會占用過長的總線時間，從而保證了通信的實時性。

（5）CAN的每幀信息都有CRC校驗及其他檢錯措施，保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性。

三、CAN總線在電動汽車上的應(yīng)用

CAN總線應(yīng)用于電動汽車上具有以下優(yōu)點。

（1）減少各功能模塊所需的線束數(shù)量和體積。

（2）減少整車質(zhì)量并降低汽車成本，具有較高的數(shù)據(jù)傳輸可靠性和安裝便捷性，擴展了汽車功能。

（3）一些數(shù)據(jù)如車速、電機轉(zhuǎn)速和SOC等能夠在總線上共享，因此去除了冗余的傳感器，使傳感器信號線減至最少，控制單元可做到高速數(shù)據(jù)傳輸。

（4）可以通過增加節(jié)點來擴展功能，如果數(shù)據(jù)擴展增加新的信息，只需升級軟件即可。

（5）實時監(jiān)測并糾正由電磁干擾引起的傳輸錯誤，并在檢測到故障后存儲故障碼。

目前存在的多種汽車網(wǎng)絡(luò)標準，其側(cè)重的功能有所不同，為方便研究和設(shè)計應(yīng)用，SAE車輛網(wǎng)絡(luò)委員會將汽車數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)劃分為A、B、C3類。

A類面向傳感器/執(zhí)行器控制的低速網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)傳輸位速率通常只有1～10kb/s。主要應(yīng)用于電動門窗、座椅調(diào)節(jié)和燈光照明等控制。

B類面向獨立模塊間數(shù)據(jù)共享的中速網(wǎng)絡(luò)，位速率一般為10～100kb/s。主要應(yīng)用于電子車輛信息中心、故障診斷、儀表顯示和安全氣囊等系統(tǒng)，以減少冗余的傳感器和其它電子部件。

C類面向高速、實時閉環(huán)控制的多路傳輸網(wǎng)，最高位速率可達1Mb/s，主要用于懸架控制、牽引控制、先進發(fā)動機控制和ABS等系統(tǒng)，以簡化分布式控制和進一步減少車身線束。到目前為止，滿足C類網(wǎng)要求的汽車控制局域網(wǎng)只有CAN協(xié)議。

四、方案設(shè)計

1. 系統(tǒng)原理圖

圖1為電動汽車CAN總線控制系統(tǒng)原理圖