基于DSP的電動汽車CAN總線系統(tǒng)通訊技術(shù)設(shè)計

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 AreaNetwork) 現(xiàn)場總線通訊結(jié)構(gòu). CAN總線硬件連接簡單,有良好的可靠性、實(shí)時性和性能價格比. CAN總線能夠滿足現(xiàn)代自動化通訊的需要,已成為工業(yè)數(shù)據(jù)總線通訊領(lǐng)域中最為活要躍的一支.

其主要特點(diǎn)是: ①CAN總線為多主站總線,各節(jié)點(diǎn)均可在任意時刻主動向網(wǎng)絡(luò)上的其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息,不分主從,通信靈活; ②CAN總線采用獨(dú)特的非破壞性總線仲裁技術(shù),優(yōu)先級高的節(jié)點(diǎn)優(yōu)先傳送數(shù)據(jù),能滿足實(shí)時性要求; ③CAN總線具有點(diǎn)對點(diǎn),一點(diǎn)對多點(diǎn)及全局廣播傳送數(shù)據(jù)的功能; ④CAN總線上每幀有效字節(jié)數(shù)最多為8個,并有CRC及其它校驗措施,數(shù)據(jù)出錯率極低,萬一某一節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)嚴(yán)重錯誤,可自動脫離總線,總線上的其它操作不受影響; ⑤CAN總線只有兩根導(dǎo)線,系統(tǒng)擴(kuò)充時,可直接將新節(jié)點(diǎn)掛在總線上即可,因此走線少,系統(tǒng)擴(kuò)充容易,改型靈活; ⑥CAN總線傳輸速度快,在傳輸距離小于40m時,最大傳輸速率可達(dá)1Mb/s. 正是由于CAN總線具有這些其它通信方式無法比擬的優(yōu)點(diǎn),使之成為電動汽車控制系統(tǒng)的理想總線.

1 　電動汽車對通訊網(wǎng)絡(luò)的需求

電動汽車由于儲能設(shè)備容量有限,在運(yùn)行過程中對能源的管理十分嚴(yán)格. 效率是衡量電動汽車系統(tǒng)性能的重要指標(biāo),國家863“十五”電動汽車重大專項要求電動機(jī)系統(tǒng)額定效率為85% ,控制器的額定效率達(dá)到95%. 電動汽車電子控制系統(tǒng)的動態(tài)信息必須具有實(shí)時性,各子系統(tǒng)需要將車輛的公共數(shù)據(jù)實(shí)時共享,如電機(jī)轉(zhuǎn)速、車輪轉(zhuǎn)換、油門踏板位置和剎車踏板位置等. 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,電動汽車必須具有較好的舒適性,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.

目前,電動汽車的發(fā)展得到了各國的高度重視.電動汽車成為未來汽車發(fā)展的主流方向. 電動汽車內(nèi)電氣元件極多,需要實(shí)時傳輸和共享的數(shù)據(jù)很多.如何提高電動汽車通訊的實(shí)時性、可靠性和應(yīng)急處理能力成為電動汽車通訊的難點(diǎn)所在. 我們采用TMS320LF2407型DS作為電動汽車通訊系統(tǒng)的主處理器,利用DSP良好的快速處理能力提高數(shù)據(jù)處理速度,從而提高通訊的實(shí)時性;利用DSP內(nèi)嵌的CAN總線模塊作為CAN的控制器,減少硬件電路的復(fù)雜性,從而提高通訊的可靠性;通過軟件設(shè)計緊急時刻屏蔽次要因素來提高電動汽車的應(yīng)急處理能力.

2 　控制方案

電動汽車總成控制我們采用先進(jìn)的模糊控制,采用的控制器也是TMS320LF2407型的DSP. 對采集到的剎車信號,加速信號和反饋回的轉(zhuǎn)速信號進(jìn)行模糊處理,得到期望的轉(zhuǎn)速信號,并將得到的轉(zhuǎn)速值通過CAN 總線傳送到電動機(jī)的控制機(jī)構(gòu),對電動機(jī)進(jìn)行控制,滿足駕駛員的駕駛意圖. 同時管理燈光系統(tǒng)和屏幕顯示系統(tǒng). 屏幕顯示系統(tǒng)實(shí)時顯示電動汽車的運(yùn)行狀態(tài). 具體控制方案如圖1 所示.

圖1 　電動汽車控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

3 　電動汽車CAN總線通訊方案

電動汽車控制需要良好的通訊協(xié)調(diào)性和運(yùn)行可靠性. 良好的通訊系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)電動汽車可靠運(yùn)行的關(guān)鍵. 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2 是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動機(jī)控制器、電池組管理系統(tǒng)、電動汽車屏幕顯示系統(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(diǎn)設(shè)備都能夠在脫離CAN 總線的情況下獨(dú)立完成自身系統(tǒng)的運(yùn)行,從而滿足車輛運(yùn)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.

圖2 　電動汽車CAN 總線結(jié)構(gòu)圖