CAN總線混合動力驕車電控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)
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圖3 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
軟件設(shè)計
前艙傳感器節(jié)點(diǎn)(N3)的軟件設(shè)計
N3節(jié)點(diǎn)所要完成的任務(wù)為：1)實時檢測車速、轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門、水溫、真空度的參數(shù)值；2)檢測本節(jié)點(diǎn)故障；3)按通信協(xié)議完成總線數(shù)據(jù)傳輸.本節(jié)點(diǎn)的多數(shù)任務(wù)要求有很高的實時性，因此本節(jié)點(diǎn)的軟件策略為：1)對車速、轉(zhuǎn)速及總線通訊采用中斷方式處理；2)定時啟動A/D轉(zhuǎn)換，為滿足任務(wù)要求的實時性，定時間隔為20μs，用以及時對節(jié)氣門、水溫、真空度的數(shù)字化測量；3)空閑時間查詢系統(tǒng)狀態(tài)，以檢測系統(tǒng)是否正常，若有故障，對故障進(jìn)行相應(yīng)的處理。這樣，即可以實時處理車速、轉(zhuǎn)速和通訊中斷又可使CPU處于多任務(wù)狀態(tài)，提高了系統(tǒng)資源的利用率。
室內(nèi)傳感器節(jié)點(diǎn)(N4)的軟件設(shè)計
N4節(jié)點(diǎn)所要完成的任務(wù)為：1)實時檢測鑰匙開關(guān)狀態(tài)、離合器狀態(tài)、空調(diào)狀態(tài)及剎車的參數(shù)值；2)檢測本節(jié)點(diǎn)故障；3)按通信協(xié)議完成總線數(shù)據(jù)傳輸.本節(jié)點(diǎn)的軟件策略為：1)對鑰匙開關(guān)狀態(tài)、離合器狀態(tài)、空調(diào)狀態(tài)等開關(guān)量的檢測及總線通訊采用中斷方式處理；2)定時啟動A/D轉(zhuǎn)換，為滿足任務(wù)要求的實時性，定時間隔為20μs，用以及時對剎車信號的數(shù)字化測量；3)空閑時間查詢系統(tǒng)狀態(tài)，以檢測系統(tǒng)是否正常，若有故障，對故障進(jìn)行相應(yīng)的處理。
顯示節(jié)點(diǎn)(N6)的軟件設(shè)計
N6節(jié)點(diǎn)所要完成的任務(wù)為:1)對車速、里程、充電電流、放電電流及電池容量等參數(shù)進(jìn)行實時顯示；2)及時完成大小電機(jī)的啟動控制和發(fā)動機(jī)的供油控制；3)檢測本節(jié)點(diǎn)故障；4)按通信協(xié)議完成總線數(shù)據(jù)傳輸。本節(jié)點(diǎn)的軟件策略為：1)對總線通訊、大小電機(jī)的啟動控制和發(fā)動機(jī)的供油控制采用中斷方式處理，以保證控制、通訊的及時性；2)定時刷新顯示，為滿足實時性，定時刷新時間間隔為20ms；3)空閑時間查詢系統(tǒng)狀態(tài)，以檢測系統(tǒng)是否正常，若有故障，對故障進(jìn)行相應(yīng)的處理。
通信機(jī)制設(shè)計
本車各單元之間大量數(shù)據(jù)傳送通過CAN總線來完成，這也是本混合動力電控系統(tǒng)的一個與眾不同的特色，由于CAN總線的使用，減輕了電控系統(tǒng)的線束重量，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性。另外，由于CAN總線是差分傳輸?shù)囊环N抗干擾能力很強(qiáng)的現(xiàn)場總線，從而保證了系統(tǒng)通信的可靠性。
CAN總線簡介
CAN總線是德國Bosch公司20世紀(jì)80年代初為解決現(xiàn)代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)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議。CAN已成為國際標(biāo)準(zhǔn)(ISO-11898)，是具有國際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線，規(guī)范2.0A和2.0B。CAN總線可支持8/16位CPU，可與各種處理器接口或組成智能化儀器儀表；可工作于多主工作方式，任一節(jié)點(diǎn)任一時刻均可主動發(fā)送信息，不分主從，通訊方式靈活，可方便的構(gòu)成多機(jī)容錯系統(tǒng);節(jié)點(diǎn)可分成不同優(yōu)先級，滿足不同的實時要求；采用非破壞性總線仲裁技術(shù)，多點(diǎn)同時發(fā)送時，優(yōu)先級低的節(jié)點(diǎn)，主動停止發(fā)送，優(yōu)先級高的不受影響繼續(xù)發(fā)送，有效的避免了總線沖突;可采用點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)及全局廣播等方式傳送和接收數(shù)據(jù)，直接傳送距離達(dá)10km/5Kbps，速率最高達(dá)1Mbps/40m，總線上的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)理論值達(dá)2000個，實際由于時延可達(dá)110個；采用短幀結(jié)構(gòu)每一幀有效字節(jié)8個，傳輸時間短，受干擾概率低，重新發(fā)送快；通訊介質(zhì)可采用雙絞線及光纖；用戶接口簡單、編程方便；溫度-40℃～+125℃工作；節(jié)點(diǎn)故障時有自動關(guān)閉總線功能，可以與總線脫離，不影響總線操作；每幀具有CRC校驗和其它檢測措施，保證出錯率極低；具有很高的適應(yīng)性;接口收發(fā)器具有瞬時電壓保護(hù)，RT抑制、熱保護(hù)、短路保護(hù)等。
通信協(xié)議
本系統(tǒng)在CAN2.0A協(xié)議基礎(chǔ)上定義通信協(xié)議。N1節(jié)點(diǎn)發(fā)出命令，N2～N6節(jié)點(diǎn)接受后不發(fā)確認(rèn)信號，N1節(jié)點(diǎn)收到N2～N6節(jié)點(diǎn)的信息后判斷是否正確，如果不正確或在規(guī)定的時間內(nèi)收不到N2～N6幀，則重新發(fā)命令，重發(fā)超過規(guī)定的次數(shù)為通訊故障；N2～N6幀發(fā)出信息，N1節(jié)點(diǎn)接受后，不發(fā)確認(rèn)信息，N2～N6節(jié)點(diǎn)在規(guī)定的時間內(nèi)收不到N1節(jié)點(diǎn)的命令，則為通訊故障;N6節(jié)點(diǎn)收到N1幀上電復(fù)位后的第一幀時在規(guī)定的時間內(nèi)回答，在運(yùn)行時若N6無故障，則不回答N1.節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)幀基本結(jié)構(gòu)定義如下：
系統(tǒng)中每個節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)幀用ID區(qū)別，每個節(jié)點(diǎn)可定義多個不同的數(shù)據(jù)幀，用以傳送不同的信息。
性能分析
表1為混合動力汽車與傳統(tǒng)汽車性能對比，從測試參數(shù)來看混合動力汽車的動力和經(jīng)濟(jì)性方面均比傳統(tǒng)汽車要優(yōu)越，其排放也達(dá)到了“歐2”標(biāo)準(zhǔn)，而且通過測試可知，其尾氣中因不完全燃燒而產(chǎn)生的CO和NOx量要比傳統(tǒng)汽車要少。
結(jié)束語
提出了一種由智能節(jié)點(diǎn)和CAN總線通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的混合動力汽車的電控系統(tǒng)，在國內(nèi)混合動力車的控制系統(tǒng)中以CAN總線構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，CAN總線良好的性能在此得到了驗證。從性能角度看，在電控系統(tǒng)優(yōu)秀控制策略的控制下，混合動力汽車的發(fā)動機(jī)能最大限度工作在高效率和低排放的狀態(tài)下，同時也可將部分能量進(jìn)行回收，達(dá)到了混合動力的節(jié)能和環(huán)保目的。另外，由于電機(jī)動力的加入也提高了汽車的動力性能?？梢詳喽?，隨著電控系統(tǒng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，混合動力汽車必將成為綠色汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展熱點(diǎn)。
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