專利名稱：串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的控制系統(tǒng)，尤其涉及一種基于CAN總線的串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的控制系統(tǒng)。
技術(shù)背景隨著能源危機(jī)的逼近和環(huán)保意識(shí)的提高，以及現(xiàn)有的電動(dòng)力汽車技術(shù)的 發(fā)展?fàn)顩r，混合動(dòng)力汽車作為純電動(dòng)汽車的過(guò)渡產(chǎn)品越來(lái)越受到人們的歡 迎。汽車技術(shù)的不斷發(fā)展使得汽車控制系統(tǒng)中各種電子控制單元(ECU)的 數(shù)目不斷增加，如果仍采用常規(guī)的布線方式，即電線一端與開(kāi)關(guān)相接，另一 端與用電設(shè)備相通，將導(dǎo)致車上電線數(shù)目急劇增加，降低了汽車的可靠性， 增加了維修的難度。隨著串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的部件數(shù)字化、復(fù)雜化以及整 體協(xié)調(diào)性要求的提高，提高汽車的控制系統(tǒng)中各個(gè)電控單元間通訊的可靠性 和實(shí)時(shí)性，提高故障診斷水平以及簡(jiǎn)化控制裝置的線路連接已成為迫切需要 解決的問(wèn)題。CAN是控制器局域網(wǎng)絡(luò)(Controller Area Network)的簡(jiǎn)稱，它是由德 國(guó)Bosch公司及幾個(gè)半導(dǎo)體生產(chǎn)商為了解決汽車中眾多的控制與測(cè)試儀器之 間的數(shù)據(jù)交換而開(kāi)發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通訊總線，屬于現(xiàn)場(chǎng)總線范疇。它具有 很高的網(wǎng)絡(luò)安全性、通訊可靠性和實(shí)時(shí)性，而且簡(jiǎn)單實(shí)用，網(wǎng)絡(luò)成本低。隨 著越來(lái)越多的汽車制造廠家采用CAN協(xié)議，CAN逐漸成為通用標(biāo)準(zhǔn)，但到 目前為止尚未見(jiàn)到將CAN總線的分布式網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的 控制系統(tǒng)的報(bào)道。實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種具有系統(tǒng)協(xié)調(diào)性和安全性、通信及時(shí)、能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)故障診斷和報(bào)警功能的基于CAN總線的串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的 控制系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供的串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的控制系統(tǒng)包 括多個(gè)電控模塊，該控制系統(tǒng)還包括CAN總線和連接所述CAN總線的多個(gè) CAN通訊模塊，每一電控模塊經(jīng)由CAN通訊模塊連接到CAN總線，各個(gè) 電控模塊之間通過(guò)CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。本實(shí)用新型提供的串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的控制系統(tǒng)引入了 CAN總線和 多個(gè)CAN通訊模塊，該控制系統(tǒng)的各個(gè)電控模塊通過(guò)CAN總線進(jìn)行通信， 減少了線束，降低了成本，具有良好的故障診斷和報(bào)警功能，提高了各個(gè)電 控模塊之間通訊的實(shí)時(shí)性和可靠性，并盡力消除各種電磁干擾的影響，具有 很強(qiáng)的現(xiàn)場(chǎng)抗干擾能力。


圖1為本實(shí)用新型提供的串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的控制系統(tǒng)的CAN總線 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型提供的串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的控制系統(tǒng)的CAN通訊 模塊的硬件結(jié)構(gòu)圖。圖3為本實(shí)用新型提供的串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的控制系統(tǒng)的CAN協(xié)議數(shù)據(jù)幀的標(biāo)識(shí)符分配圖。圖4為本實(shí)用新型提供的串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的控制系統(tǒng)的CAN通訊 模塊的數(shù)據(jù)發(fā)送流程圖。圖5為本實(shí)用新型提供的串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的控制系統(tǒng)的CAN通訊 模塊的數(shù)據(jù)接收流程圖。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。圖1為本實(shí)用新型提供的串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的控制系統(tǒng)的CAN總線 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖；如圖1所示，本實(shí)用新型提供的串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的控 制系統(tǒng)包括多個(gè)電控模塊，所述多個(gè)電控模塊可以是串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的 控制系統(tǒng)中所需的各種電控模塊，可以根據(jù)需要來(lái)選取，本實(shí)用新型對(duì)其沒(méi) 有特別的限制；現(xiàn)有的電控模塊包括整車控制模塊；電動(dòng)發(fā)電機(jī)電控模塊 (MG2);電動(dòng)發(fā)電機(jī)電控模塊(MG1);發(fā)動(dòng)機(jī)管理模塊；組合制動(dòng)模塊； P檔電機(jī)控制器模塊；傳動(dòng)電控模塊；牽引電池管理模塊；DC-DC (12V) 模塊；啟動(dòng)電池模塊；車載充電器模塊；ABS模塊；EPS模±央；充電柜模塊； 空調(diào)模塊；組合儀表模塊；網(wǎng)關(guān)模塊；外接故障分析儀等等。該控制系統(tǒng)還包括CAN總線和連接到所述CAN總線的多個(gè)CAN通訊 模塊，每一電控模塊經(jīng)由CAN通訊模塊連接到CAN總線，各個(gè)電控模塊之 間通過(guò)CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。所述CAN總線是一種共享數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸物理總線，由高電平線 (CANH)和低電平線(CANL)構(gòu)成，采用雙線串行通信方式傳輸數(shù)據(jù)， 總線上連接的所有單元都可發(fā)送和接收傳輸?shù)臄?shù)據(jù)；所述CAN總線可根據(jù) 需要采用不同的通訊介質(zhì)，其數(shù)據(jù)傳輸速度最高可達(dá)1Mbps;本實(shí)用新型中 CAN總線所采用的通訊介質(zhì)及數(shù)據(jù)傳輸速度將在后文中做出規(guī)定。所述CAN通訊模塊包括CAN控制器和CAN收發(fā)器，所述CAN控制 器用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的裝配和拆分、接收信息的過(guò)濾和校驗(yàn)等，所述CAN收發(fā) 器是CAN控制器與CAN總線之間的接口 ，用于實(shí)現(xiàn)CAN控制器和CAN 總線的物理連接，提高CAN總線的驅(qū)動(dòng)能力和可靠性；如圖2所示，每一 電控模塊都具有各自的微處理器(CPU),用于對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、 判斷、運(yùn)算并發(fā)出控制指令；所述CAN控制器一端與電控模塊的CPU相連，另一端與CAN收發(fā)器相連，再連接到CAN總線，各個(gè)電控模塊之間通過(guò) CAN總線進(jìn)行通信以完成數(shù)據(jù)交換。所有采用CAN總線進(jìn)行通信的裝置都必須嚴(yán)格遵照CAN通訊協(xié)議進(jìn)行 通信，因此本實(shí)用新型根據(jù)串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的控制系統(tǒng)的整體通訊需求 和情況，在CAN2.0B通訊協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上制定了串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的 控制系統(tǒng)的CAN通訊協(xié)議。本協(xié)議有以下規(guī)定物理層的規(guī)定主要參考CAN2.0B的相關(guān)規(guī)定；CAN通訊介質(zhì)可采用 雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維，本協(xié)議采用屏蔽雙絞線，可以有效地防止干 擾，所述CAN總線的數(shù)據(jù)通訊速率為125Kbps。數(shù)據(jù)鏈路層的規(guī)定主要參考CAN2.0B的相關(guān)規(guī)定；本協(xié)議使用CAN 擴(kuò)展幀的29位標(biāo)識(shí)符(ID)，如圖3所示；CAN數(shù)據(jù)幀被分成不同的位域仲裁段由29位標(biāo)識(shí)符(ID28—IDO)以及SRR、 IDE和RTR組成，位 SRR=1，位IDE二1， RTR=l/0 (遠(yuǎn)程幀/數(shù)據(jù)幀)；標(biāo)識(shí)符中3位為優(yōu)先級(jí) (優(yōu)先級(jí)從最高0設(shè)置到最低7，共可以有8個(gè)優(yōu)先級(jí))；2位為保留擴(kuò)展位；8位為報(bào)文類型代碼；8位為目標(biāo)地址或報(bào)文類型擴(kuò)展碼；8位為發(fā)送報(bào)文源地址；在本協(xié)議中，按照各個(gè)電控模塊的節(jié)點(diǎn)要求，定義了6種數(shù)據(jù)報(bào)文類 型，根據(jù)數(shù)據(jù)報(bào)文的重要程度及安全級(jí)別設(shè)定優(yōu)先級(jí)如下報(bào)警故障報(bào)文 優(yōu)先級(jí)2狀態(tài)報(bào)文 優(yōu)先級(jí)3命令報(bào)文 優(yōu)先級(jí)6請(qǐng)求報(bào)文 優(yōu)先級(jí)6應(yīng)答報(bào)文 優(yōu)先級(jí)6普通數(shù)據(jù)報(bào)文 優(yōu)先級(jí)6數(shù)據(jù)段包括從字節(jié)1到字節(jié)8，字節(jié)1的最高位(位8)是緊接著DLC域發(fā)送的第一位，字節(jié)8的最低位(位l)是最后發(fā)送的數(shù)據(jù)位，緊接著的是CRC 域；在數(shù)據(jù)段的定義中，本協(xié)議把數(shù)據(jù)段最后一位作為校驗(yàn)碼，以保證數(shù)據(jù) 的完整和正確；校驗(yàn)碼V為一個(gè)8位的數(shù)據(jù)，Xl-X7分別代表協(xié)議中數(shù)據(jù)段的第1字 節(jié)至第7字節(jié)的數(shù)據(jù)，C代表字節(jié)數(shù)據(jù)段進(jìn)位標(biāo)志——0或1;數(shù)據(jù)域中保留位為1，校驗(yàn)碼的算法如下V = X1+X2 + C; 〃如果Xl+X2大于0xFF， C為l，否則C為0〃如果Vl+X3大于0xFF， C為1 ，否則C為0〃以下均同理V = V + X3 + C;V = V + X4 + CV = V + X5 + CV = V + X6 + CV = V + X7 + C; 〃經(jīng)過(guò)此算法后，最后取V值 本協(xié)議規(guī)定CAN通信采用全局廣播的形式發(fā)送數(shù)據(jù)。 應(yīng)用層的規(guī)定本協(xié)議根據(jù)各個(gè)電控模塊的特點(diǎn)，采用源—目的方法，要求采用節(jié)點(diǎn)地址以防止多個(gè)節(jié)點(diǎn)使用同一個(gè)標(biāo)識(shí)符(ID)，每個(gè)電控模塊 都被賦予一個(gè)自己固定的標(biāo)識(shí)地址。本實(shí)用新型提供的串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的控制系統(tǒng)按照以上CAN協(xié)議 的規(guī)定進(jìn)行汽車內(nèi)部電控模塊間的通訊，各個(gè)電控模塊按規(guī)定格式和周期發(fā) 送數(shù)據(jù)到總線上，同時(shí)也接收其他電控模塊的數(shù)據(jù)，總線上的各個(gè)電控模塊 根據(jù)需要各取所需的數(shù)據(jù)。CAN通訊模塊的通訊軟件部分是在主控程序中嵌套CAN收發(fā)程序，通 訊軟件部分主要分為三部分CAN初始化、數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)接收。CAN初始化CAN通信初始化主要是設(shè)置CAN的通信參數(shù)，即對(duì)CAN控制器控制段中的寄存器進(jìn)行設(shè)置，從而確定CAN控制器的工作方式等；需要初始化 的寄存器有模式寄存器(PeliCAN模式)、時(shí)分寄存器、接收代碼寄存器、 屏蔽寄存器、總線定時(shí)寄存器、輸出控制寄存器等。數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送流程如圖4所示；汽車控制系統(tǒng)的各傳感器把檢測(cè)信號(hào)(數(shù)字 量、模擬量、開(kāi)關(guān)量)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理后，報(bào)文發(fā)送程序?qū)?shù)據(jù)打包成符合CAN協(xié)議的幀格式后寫入CAN控制器的發(fā)送緩沖區(qū)，然后啟動(dòng)CAN控制 器的發(fā)送命令，此時(shí)CAN控制器將自動(dòng)向CAN總線發(fā)送數(shù)據(jù)；若系統(tǒng)中有 多個(gè)CAN控制器同時(shí)向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，則CAN控制器通過(guò)信息幀中的標(biāo)識(shí) 符來(lái)進(jìn)行仲裁，標(biāo)識(shí)符數(shù)值最小的CAN控制器具有對(duì)總線的優(yōu)先使用權(quán)； 數(shù)據(jù)發(fā)送采用査詢方式。 數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)接收流程如圖5所示；數(shù)據(jù)接收采用中斷方式；CAN控制器檢測(cè) 到CAN總線上有數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)自動(dòng)接收總線上的數(shù)據(jù)，并存入其接收緩沖區(qū)， 然后向CPU發(fā)送接收中斷，通知CPU有數(shù)據(jù)并己經(jīng)接收，數(shù)據(jù)接收程序從 CAN控制器的接收緩沖區(qū)中讀取接收到的數(shù)據(jù)并按照CAN協(xié)議格式進(jìn)行幀 解包及進(jìn)行進(jìn)一步處理工作。本實(shí)用新型提供的串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)為 CAN控制器采用Philips公司的SJA1000獨(dú)立CAN控制器，具有完 成CAN高性能通信協(xié)議所要求的全部必要特性，可完成物理層和數(shù)據(jù)鏈路 層的所有功能。CAN收發(fā)器采用Philips公司的TJA1050高速收發(fā)器，其特點(diǎn)為與 IS011898標(biāo)準(zhǔn)完全兼容，速度高，低電磁輻射，帶有寬輸入范圍的差動(dòng)接 收器，具有抗電磁干擾、發(fā)送數(shù)據(jù)(TXD)控制超時(shí)、對(duì)電源和地的防短路 功能等，采用5V隔離電源供電。CPU:采用ATMEL公司的AT89C51單片機(jī)，AT89C51是一種低功耗、 高性能、內(nèi)含4KB閃速存儲(chǔ)器的8位CMOS微控制器，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MCS _51指令系統(tǒng)和引腳完全兼容；AT89系列的優(yōu)越性在于其片內(nèi)閃速存儲(chǔ)器 可進(jìn)行1000次的編程與擦除，且數(shù)據(jù)不易丟失。從CAN控制器到CAN收發(fā)器再與CAN總線連接還包括隔離電路，如 圖2所示，該隔離電路串連于所述CAN控制器與CAN收發(fā)器之間，采用光 耦將CAN收發(fā)信號(hào)隔離，能有效地抑制系統(tǒng)噪聲，消除接地回路的干擾； 本實(shí)用新型采用6N137光電隔離電路。為了提高控制系統(tǒng)的抗干擾性，在系統(tǒng)的搭建過(guò)程中采取下列措施在 CAN總線的高電平線(CANH)與低電平線(CANL)之間跨接120歐的終 端電阻；從CAN收發(fā)器到CAN線上相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的距離不宜太長(zhǎng)， 一般不超過(guò) 30cm; CAN通訊連線的所有屏蔽層要良好接通和良好接地，最好采用單點(diǎn) 接地；屏蔽線接的地一定要跟各模塊的地分開(kāi)，要使用模塊中獨(dú)立的CAN 地。
權(quán)利要求1. 一種串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括多個(gè)電控模塊，其特征在于，該控制系統(tǒng)還包括CAN總線和連接到該CAN總線的多個(gè)CAN通訊模塊，每一電控模塊經(jīng)由CAN通訊模塊連接到CAN總線。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的控制系統(tǒng)，其特征在 于，所述CAN通訊模塊包括CAN控制器和CAN收發(fā)器，所述CAN控制 器一端與電控模塊相連，另一端與CAN收發(fā)器相連。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的控制系統(tǒng)，其特征在 于，所述CAN通訊模塊還包括隔離電路，該隔離電路串連于所述CAN控制 器與CAN收發(fā)器之間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的控制系 統(tǒng)，其特征在于，該控制系統(tǒng)還包括終端電阻，該終端電阻跨接于所述CAN 總線的高電平線與低電平線之間。
專利摘要本實(shí)用新型提供的串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的控制系統(tǒng)包括多個(gè)電控模塊、CAN總線和連接到該CAN總線的多個(gè)CAN通訊模塊，每一電控模塊經(jīng)由CAN通訊模塊連接到CAN總線，各個(gè)電控模塊之間通過(guò)CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。本實(shí)用新型提供的串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的控制系統(tǒng)引入了CAN總線和多個(gè)CAN通訊模塊，各個(gè)電控模塊之間通過(guò)CAN總線進(jìn)行通信，減少了線束，降低了成本，具有良好的故障診斷和報(bào)警功能，提高了各個(gè)電控模塊之間通訊的實(shí)時(shí)性和可靠性，并盡力消除各種電磁干擾的影響，具有很強(qiáng)的現(xiàn)場(chǎng)抗干擾能力。
文檔編號(hào)H04L12/40GK201114146SQ200720169228
公開(kāi)日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2007年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月26日
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