電動(dòng)車(chē)綜合網(wǎng)絡(luò)總線(xiàn)技術(shù)研究

圖2 電動(dòng)車(chē)整車(chē)網(wǎng)絡(luò)布線(xiàn)圖

　　系統(tǒng)在車(chē)上的布置如圖2所示。該車(chē)是為北京科技奧運(yùn)準(zhǔn)備的11米低地板公交車(chē)，采用鋰離子電池供電，電池按箱存放在車(chē)底，共計(jì)分裝在10箱中，在每個(gè)電池箱上安裝有電池管理模塊，該模塊的功能是檢測(cè)每塊電池的端電壓與電池的溫度，同時(shí)對(duì)電池溫度進(jìn)行控制，電池箱中間通過(guò)RS485總線(xiàn)連接到整車(chē)控制器上。全部檢測(cè)模塊583與后部檢測(cè)模塊583、以及電機(jī)控制器以及CAN擴(kuò)展模塊都接在CAN總線(xiàn)模塊上，該總線(xiàn)同時(shí)連接到整車(chē)控制器上，受整車(chē)控制器的統(tǒng)一控制;整車(chē)的人機(jī)接口通過(guò)RS232總線(xiàn)連接，該接口實(shí)現(xiàn)整車(chē)的信息顯示，屬于網(wǎng)絡(luò)的第三層，與調(diào)度系統(tǒng)的通訊通過(guò)CAN總線(xiàn)擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)。

3.電動(dòng)車(chē)綜合控制器組成

　　整車(chē)控制器是電動(dòng)車(chē)的核心，負(fù)責(zé)整車(chē)的信號(hào)采集與控制，是通訊的中心，屬于三層網(wǎng)絡(luò)的第二層，擔(dān)負(fù)著與電池管理系統(tǒng)的通訊與控制、電機(jī)系統(tǒng)的通訊與控制、以及人機(jī)接口等。本項(xiàng)目采用Motorola公司的DSP作為控制器的CPU，該CPU的程序存儲(chǔ)器全部在芯片內(nèi)部，CAN2.0B總線(xiàn)集成在芯片內(nèi)部，芯片還有12位的高精度A/D轉(zhuǎn)換器。秉承 Motorla公司MCU高可靠性的特點(diǎn)，該CPU特別適合于電動(dòng)車(chē)這樣高干擾的場(chǎng)合應(yīng)用。

　　如圖3所示，本系統(tǒng)包括12路開(kāi)關(guān)量輸入，該系統(tǒng)通過(guò)光電隔離進(jìn)入CPU的端口，開(kāi)關(guān)量包括制動(dòng)開(kāi)關(guān)、前進(jìn)開(kāi)關(guān)、空調(diào)開(kāi)關(guān)、大閘開(kāi)關(guān)等;8路模擬量輸入，包括油門(mén)開(kāi)度;制動(dòng)深度、前部懸掛氣壓、后部懸掛氣壓、低壓電器的電源電壓等;8路脈沖量輸入主要用來(lái)采集車(chē)輪輸出的脈沖信號(hào)，從而得到整車(chē)的行駛速度與行駛里程;繼電器控制輸出用于控制高壓短路器是否工作，如果檢測(cè)到高壓安全故障，自動(dòng)切斷高壓電，從而保證系統(tǒng)的安全與乘員的安全。

　　通訊是整車(chē)控制器的重要功能，從圖3可以看出，整車(chē)控制器通過(guò)CAN總線(xiàn)、RS232總線(xiàn)與RS485三種通訊方式，為了提高系統(tǒng)的可靠性，所有的通訊口都加裝了安全保護(hù)電路，滿(mǎn)足電動(dòng)車(chē)惡劣的電氣環(huán)境。

圖3 電動(dòng)車(chē)整車(chē)控制器組成框圖

4.結(jié)論

　　電動(dòng)車(chē)的綜合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化路電動(dòng)車(chē)的硬件電路，使得電動(dòng)車(chē)這個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，通過(guò)不同的模塊分別實(shí)現(xiàn)功能，模塊之間再通過(guò)總線(xiàn)連接在一起，在整車(chē)控制器的協(xié)調(diào)下工作，使得電動(dòng)車(chē)各個(gè)系統(tǒng)成為一個(gè)有機(jī)的整體，一方面實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)車(chē)的各種功能，保證了電動(dòng)車(chē)的安全性，為電動(dòng)車(chē)商業(yè)化營(yíng)運(yùn)打下技術(shù)基礎(chǔ)，另一方面，由于采用網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)，大大加快電動(dòng)車(chē)的開(kāi)發(fā)進(jìn)度，將電動(dòng)車(chē)系統(tǒng)功能模塊化，將相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)交給其它專(zhuān)業(yè)單位開(kāi)發(fā)，這對(duì)保證電動(dòng)車(chē)的開(kāi)發(fā)進(jìn)度與性能的可靠性具有非常重要的意義。目前，安裝有本系統(tǒng)的電動(dòng)車(chē)已經(jīng)有30多臺(tái)，并且正在北京的公交線(xiàn)路上試營(yíng)運(yùn)。


　　電動(dòng)車(chē)電氣系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)往往是由多個(gè)單位協(xié)調(diào)同步協(xié)調(diào)進(jìn)行，其中關(guān)鍵是各個(gè)單位必須遵循共同的通訊協(xié)議，在整個(gè)通訊系統(tǒng)中，整車(chē)控制器是核心，負(fù)責(zé)對(duì)各個(gè)零部件的管理，因此，通訊協(xié)議是否科學(xué)，決定了最終系統(tǒng)的性能。

2.電動(dòng)車(chē)綜合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

　　本項(xiàng)目采用圖1所示的三層綜合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，成功地實(shí)現(xiàn)了整個(gè)電動(dòng)車(chē)的綜合控制，將電動(dòng)車(chē)的各個(gè)部分組成為一個(gè)完整的有機(jī)整體。圖1中的三層根據(jù)網(wǎng)絡(luò)通訊層面進(jìn)行劃分，最底層是局部管理系統(tǒng)，如電池管理系統(tǒng)，電池內(nèi)部采集與控制系統(tǒng)、電機(jī)內(nèi)部采集與控制系統(tǒng)等，這部分的總線(xiàn)方式靈活多樣，本項(xiàng)目中，由于電池?cái)?shù)量非常大，采用廉價(jià)但可靠性高的RS485總線(xiàn)是為了降低成本，便于大批量產(chǎn)業(yè)應(yīng)用;中間層是整車(chē)信息管理系統(tǒng)，包括與各個(gè)部件的通訊接口，如電機(jī)控制器接口、整車(chē)前部采集控制站點(diǎn)接口、整車(chē)后部采集控制站點(diǎn)的接口，還包括整車(chē)信號(hào)的直接采集，中間層的通訊速率與可靠性要求非常高，因此采用CAN總線(xiàn)接口方式;最上層是人機(jī)接口與通訊擴(kuò)展接口，這部分實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車(chē)狀態(tài)顯示，幫助駕駛員實(shí)時(shí)了解電動(dòng)車(chē)的狀態(tài)，同時(shí)監(jiān)視電動(dòng)車(chē)的故障，如當(dāng)前的電池狀態(tài)、電機(jī)狀態(tài)、整車(chē)狀態(tài)等，如果發(fā)生故障，可以實(shí)時(shí)顯示故障信息，通過(guò)大屏幕彩色液晶顯示與操作按鈕，方便了駕駛員對(duì)電動(dòng)車(chē)的使用。同時(shí)，上層網(wǎng)絡(luò)還是綜合通訊的接口，包括與地面充電站的通訊，及時(shí)報(bào)告當(dāng)前電池狀態(tài)，防止發(fā)生過(guò)充電的危險(xiǎn);上層通訊還包括與調(diào)度系統(tǒng)的通訊，及時(shí)向交通系統(tǒng)匯報(bào)當(dāng)前電動(dòng)車(chē)的狀態(tài)，接收綜合調(diào)度系統(tǒng)的指令;上層通訊系統(tǒng)還是電動(dòng)車(chē)調(diào)試與研究的通訊接口，通過(guò)該接口，可以接入PC機(jī)，通過(guò)PC機(jī)記錄各種電動(dòng)車(chē)數(shù)據(jù)，如記錄電動(dòng)車(chē)運(yùn)行工況、電動(dòng)車(chē)電池實(shí)用過(guò)程中的歷史數(shù)據(jù)等，為了便于PC機(jī)接入整車(chē)綜合信息系統(tǒng)，本項(xiàng)目還開(kāi)發(fā)了CAN總線(xiàn)與USB總線(xiàn)的接口，可以用PC的USB接口直接與CAN總線(xiàn)接口。

　　本系統(tǒng)還實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)車(chē)整車(chē)網(wǎng)絡(luò)布線(xiàn)。整車(chē)的各種控制信號(hào)不是直接通過(guò)電纜連接到被控設(shè)備上，而是首先將該信號(hào)送到電動(dòng)車(chē)前部采集控制站點(diǎn)中，由前部采集站點(diǎn)采集該信號(hào)，然后在本地輸出或通過(guò)CAN總線(xiàn)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上，由后部采集控制站點(diǎn)或其它站點(diǎn)輸出。通過(guò)這種方式控制，由以下優(yōu)點(diǎn)：⑴整車(chē)控制器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)全部的車(chē)上信息進(jìn)行監(jiān)視，實(shí)現(xiàn)整車(chē)的綜合故障診斷;⑵簡(jiǎn)化了整車(chē)的布線(xiàn)，電動(dòng)車(chē)的前部與后部只有CAN總線(xiàn)相連，提高了電動(dòng)車(chē)的可靠性，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝;⑶便于電動(dòng)車(chē)的維修。該系統(tǒng)的核心技術(shù)是如何保證通訊的可靠性，從而防止系統(tǒng)發(fā)生誤操作。本項(xiàng)目通過(guò)自定義的CAN總線(xiàn)通訊協(xié)議、閉環(huán)的通訊檢驗(yàn)方式，保證了通訊可靠性;在防止系統(tǒng)誤操作與死機(jī)等故障方面，應(yīng)用故障保護(hù)與意外處理等軟件與硬件技術(shù)可以使系統(tǒng)即使在發(fā)生故障的情況下，可以在0.1秒的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)正常，在硬件發(fā)生致命故障時(shí)，保證系統(tǒng)處于安全模式。