电动轿车CAN总线系统的原理与工作状态.doc

电动轿车CAN总线系统的原理和工作状态 1．CAN总线的特点及通信协议 电动轿车对通信系统的要求是： 数据传输可靠、实时性高，传输速率高、误码率低；系统的可靠； 系统的可靠性高，即当节点或总线出现故障时对整车性能的影响尽可能的小； 系统的鲁棒性好，允许多主网络存在。 CAN总线作为一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络完全能够满足这些要求，其模型结构只有三层，即物理层、数据链路层和应用层。传输介质为双绞线，通信速率最高可达1Mbps/40m，直接传输距离最远可达10km/5kbps,可挂接设备数最多可达110个。CAN为多主工作方式，通信方式灵活，无需站地址等节点信息，采用非破坏性总线仲裁技术，满足实时要求。另外，CAN采用短帧结构传输信号，传输时间短，具有较强的抗干扰能力。 CAN通信协议规定了4种不同的帧格式，即数据帧、远程帧、错误帧和超载帧。基于下列5条基本规则进行通信协调： 总线访问； 仲裁； 编码/解码； 出错标注； 超载标注。 SAE J1939协议在CAN总线通信协议2.OB之上具体实现了应用层，成为载货车和大客车广泛使用的通信标准。SAE J1939使用PDU来实施和封装CAN的标准格式。 具体定义如下:协议数据单元PDU由优先权P、参数组号PGN、源地址SA和数据DATA组成。参数组号PGN又由保留位R、数据页DP、PDU格式PF和PDU特定域PS组成。J1939/71应用层文档定义了车辆控制的各种参数及命令的PGN。 2．系统原理框图 图1为电动轿车CAN总线系统原理框图，由中央控制器、电池管理系统、电机控制系统、制动控制系统、仪表控制系统组成。各个控制器之间通过CAN总线进行通信，以实现传感器测量数据的共享、控制指令的发送和接收等，并使各自的控制性能都有所提高，从而提高系统的控制性能。它们之间的通信与信息类型为信息类和命令类。信息类主要是发送一些信息，如传感器信号、诊断信息、系统的状态。命令类则主要是发送给其他执行器的命令。通信有以下主要内容。 图1 电动汽车CAN总线系统原理框图 (1)车辆启动时的自检。中央控制器负责向各个模块发送自检命令，并收集各个模块的返回信息。通过分析处理，及时地发现问题，解决问题。 (2)加速过程通信 加速操作时，中央控制器采集加速踏板信号。根据控制策略，通过CAN总线设置电机转速、电池管理系统参数等。 (3)制动过程通信。制动过程中，制动踏板信号直接下传到ABBS控制器，同时通过CAN总线上传到中央控制器。中央控制器根据控制规划，通过CAN总线设置电机转速、电池管理系统参数等。 (4)周期性数据刷新通信。电机控制器采集电机的电枢电流、电机转速，判断是否缺相，接收设定转速；电池管理控制器采集电池温度、荷电状态，接收是否充电指令、充电门限系数；制动控制器采集车轮转速，接收执行制动指令;仪表控制器采集并显示电机转速、车速、电池的荷电状态值等。 (5)运行过程中监控 在车辆运行过程中，检测总线上数据帧的收发情况，及时发现总线异常，自动作出紧急处理，甚至向驾驶员发出警报。 3．与CAN总线系统相关的ECU工作状态描述 连接在CAN总线上的ECU的工作状态很大程度上决定了CAN总线的使用情况，并且ECU工作状态之间的切换涉及到信息列表中各信息的优先级设置、总线的唤醒策略和故障排除与自修复等问题。该系统中ECU的工作状态可分为以下6类。 （1）上电诊断状态。ECU上电后，应有一个初始化过程。在完成本模块的初始化后，应发送网络初始化信息，同时监听其它节点的网络初始化信息。通过网络初始化信息的交换，ECU判断整个网络是否完成初始化过程，是否能够进入正常工作状态。 （2）正常工作状态。在正常工作状态下，ECU之间通过CAN总线进行通信，以实现传感器测量数据的共享、控制指令的发送和接收等。当休眠条件满足时，ECU从正常工作状态转入休眠状态；当CAN模块故障计数器的计数值为255时，ECU从正常工作状态转入总线关闭状态。 （3）休眠状态。该状态下，ECU及其模块处于低功耗模式。一旦接收到木地唤醒信号(本地触发信号)或远程唤醒信号(CAN总线激活信号)，就从休眠状态转入五常工作状态，其间需要使用网络初始化信息。 （4）总线关闭状态。处于总线关闭状态的ECU延迟一段时间后，复位CAN模块，然后重新建立与CAN总线的连接；若连续几次都无法正常通信，则ECU尝试将通信转移到备用总线上，若转移成功，则发送主总线故障信息。 （5）掉电状态。关闭电源时，ECU所处的状态。 （6）调试及编程状态 该状态用于调试与系统软件升级。 驾驶员 功率变换器 电池 相关传感器 仪表 电池管理控制器 中央控制器 仪表控制器 CAN控制器 终端电阻