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基于虛擬儀器的車載CAN總線監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)

作者: 時(shí)間:2009-10-27 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
由于能源與污染的問題,電動(dòng)汽車正成為汽車技術(shù)研究和開發(fā)的熱點(diǎn)。電動(dòng)汽車分為純電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車和燃料電池汽車等,是一種環(huán)境友好的先進(jìn)交通工具[1~2]。目前電動(dòng)汽車一般都采用基于(Control Area Network)總線的整車通訊控制系統(tǒng)。總線是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò),具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、成本低的特點(diǎn),在汽車通訊網(wǎng)絡(luò)中得到了廣泛的應(yīng)用[3]。
  汽車在開發(fā)過程中需要對(duì)整車運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行采集和,以便分析各部件的運(yùn)行狀況,優(yōu)化和改進(jìn)整車控制策略。在整車耐久性考核中也需要全程采集和記錄運(yùn)行數(shù)據(jù),以便對(duì)整車及部件性能變化進(jìn)行分析。因此總線系統(tǒng)是電動(dòng)汽車研究和開發(fā)的重要工具,本文重點(diǎn)論述CAN總線系統(tǒng)的開發(fā)以及在燃料電池汽車道路考核試驗(yàn)中的應(yīng)用。
1 汽車CAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及通訊協(xié)議
  在電動(dòng)汽車中,整車控制器通過CAN總線與電機(jī)、蓄電池等部件通訊,讀取各部件的狀態(tài)信息并向部件發(fā)送控制信息。圖1為一種燃料電池汽車的CAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),整車控制器通過CAN網(wǎng)絡(luò)采集燃料電池、DC/DC轉(zhuǎn)換器、蓄電池和電機(jī)等部件狀態(tài)參數(shù),根據(jù)一定的控制策略向DC/DC轉(zhuǎn)換器和電機(jī)發(fā)送控制命令,使動(dòng)力系統(tǒng)各部件協(xié)調(diào)工作,實(shí)現(xiàn)整車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。監(jiān)控系統(tǒng)連接到CAN總線上,讀取總線的數(shù)據(jù)幀,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和存儲(chǔ)。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/197803.htm


  在CAN網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)以報(bào)文為單位進(jìn)行傳輸,節(jié)點(diǎn)對(duì)總線的訪問采取位仲裁方式。報(bào)文起始部分為標(biāo)識(shí)符,在CAN2.0B中標(biāo)識(shí)符采用29位格式,如圖2所示。其中,優(yōu)先級(jí)為3位,共8個(gè)優(yōu)先級(jí);8位PS為發(fā)送此報(bào)文的源地址,8位SA為目標(biāo)地址,8位PF為報(bào)文代碼。
  監(jiān)控系統(tǒng)與整車CAN網(wǎng)絡(luò)連接,可接收總線上的全部數(shù)據(jù)幀。一個(gè)CAN數(shù)據(jù)幀包括標(biāo)識(shí)符和8字節(jié)數(shù)據(jù)。根據(jù)標(biāo)識(shí)符可判斷出該數(shù)據(jù)幀是哪個(gè)部件發(fā)送的,再根據(jù)部件的通訊協(xié)議對(duì)8個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析可得到實(shí)際的參數(shù)值。


  圖3為燃料電池汽車中燃料電池控制器向整車控制器發(fā)送的一個(gè)數(shù)據(jù)幀的格式。標(biāo)識(shí)符ID為29位數(shù)據(jù),根據(jù)標(biāo)識(shí)符格式定義可以得出燃料電池地址為11,整車控制器地址為10,數(shù)據(jù)幀優(yōu)先級(jí)為3。數(shù)據(jù)部分包含燃料電池輸出電壓、燃料電池輸出電流、電堆溫度、故障碼、狀態(tài)位和控制器LIFE信號(hào)等信息。
2 監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
  CAN總線監(jiān)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖4所示,采用基于PC總線工業(yè)控制計(jì)算機(jī)(IPC)的硬件設(shè)計(jì)。便攜式工控機(jī)Apollo150具有抗干擾和減震設(shè)計(jì),適合于車載使用;具有一體化的液晶顯示屏和鍵盤鼠標(biāo)設(shè)計(jì),便于人機(jī)界面設(shè)計(jì);通過USB2.0接口連接U盤進(jìn)行存儲(chǔ),保證車載環(huán)境下大量數(shù)據(jù)的可靠存儲(chǔ);可以通過PCI和ISA擴(kuò)展槽擴(kuò)展數(shù)據(jù)采集和通訊接口;燃料電池汽車提供24V直流電源,經(jīng)逆變電源轉(zhuǎn)換成220V交流電,經(jīng)UPS給工控機(jī)供電?;贗PC的硬件結(jié)構(gòu)具有可靠性好、便于擴(kuò)展的特點(diǎn) ,同時(shí)可以利用PC機(jī)強(qiáng)大的軟硬件資源,提高開發(fā)效率。


  CAN通訊接口卡選用PCI7841雙口隔離型CAN接口卡,該接口卡插在Apollo150的PCI擴(kuò)展槽上,采用SJA1000 CAN控制器以及82C250 CAN接收器芯片,提供總線仲裁和錯(cuò)誤檢測(cè)功能,以確保數(shù)據(jù)通訊的可靠性。PCI7841具有兩個(gè)獨(dú)立的CAN接口,最高通訊速率為1Mbps。
3 監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
3.1軟件功能需求分析
  CAN總線監(jiān)控系統(tǒng)軟件功能主要包括數(shù)據(jù)采集、故障診斷、界面顯示和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)采集功能對(duì)整車CAN網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行采集,根據(jù)通訊協(xié)議對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析,提取相應(yīng)的數(shù)據(jù);故障診斷功能對(duì)部件發(fā)送數(shù)據(jù)幀中的故障碼進(jìn)行分析,判斷當(dāng)前系統(tǒng)存在的故障信息;界面顯示功能對(duì)采集的數(shù)據(jù)以各種形式顯示在液晶屏上;數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能將采集數(shù)據(jù)以文件形式連續(xù)存儲(chǔ)在U盤上。


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