现场总线网络在纯电动汽车控制系统的应用研究

1、 78点击中国自动化控制网文献标识码10030078TP273现场总线网络在纯电动汽车控制系统的应用研究The Research of FieldBus Network Used in Battery Electric Vehicle Control System±±¾© 100044ÕÅÞÈ»Æ摘要着重分析了CAN总线的特点及其在纯电动汽车控制系统中的应用情况关键字纯电动汽车电控制单元Abstract: This paper introduces the characteristic and

2、development ofFieldBus network for vehicle. It mainly analyzes the characteristic of CANBus and its application in Battery Electric Vehicle control system, anddiscusses the key technology of CAN Bus research currently.Key words: FieldBus Network; Battery Electric Vehicle; CAN Bus; ECU1 引言当今汽车的保有量和使用

3、量的飞速增加使得大气环境污染问题日益严重使得以电能作为驱动的汽车技术成为世界各汽车厂商技术竞争的热点与之相关的技术和产品尚未形成工业体系为此科技部在十863ÒÔ½øÒ»²½Íƶ¯µç¶¯Æû³µµÄ²úÒµ»¯ÏÖ´úÆû³µ¹

4、¤ÒµºÍµç×Ó¼¼Êõ·ÉËÙ·¢Õ¹Ò»Á¾¸ßµµÆû³µµÄµçÆø½ÚµãÊýÒÑ´ïÉ

5、Ïǧ¸öÁ¬ÏßµÄÊýÁ¿·Ç³£¾ªÈ˶øÇÒÓм«´óµÄ¹ÊÕÏÒþ»¼¸÷´óÆû³

6、µ³§ÉÌ´ÓÉÏÊÀ¼Í70年代开始了车用网络的研究形成了多种适合不同传输速率及特殊用途的网络协议CAN总线用于诊断的KWP2000多媒体应用的MOST 协议等是BOSCH 公司于上世纪80年代提出的可以很好的解决上述的问题如奔驰大众等公司已采用CAN 总线来实现汽车内部的数据通信总线但近年来发展比较快收稿日期谢铭刚山西太原人研究方向为CAN 总线及其在电动汽车的应用保证信息能够准确的传送节点根据预先确定的优先权进行总线访问节点在尽量短的时间内成功访问总线波特率节

7、点的故障诊断能力2.1 数字信号的编码为了保证信息传输的可靠性汽车局域网数据信号多采用脉宽调制和不归零制波特率上界为3×105Kbps²ÉÓÃNRZ 进行信息传输用于传输速率较高的场合如CANADVANCED PALMNET等电缆短总线结构简单可靠性高增加新节点只需在总线的某点将其接入2.3 总线访问协议汽车总线的访问协议一般为争用协议如果同时有两个或两个以上的节点发送信息这就要求每个节点有能力判断冲突是否发生以避免再发生冲突如CANADVANCEDPALMNET 等都采用的是载波监听多路访问/冲突检测+无损仲裁它采用了国际标准化组织 ISO制

8、订的开放系统互连ISO-OSI 模型中的三层数据链路层和应用层并被公认为最有前途的现场总线之一得到 MOTOROLAIntel ½ø¶øѸËÙÍÆ 79点击中国自动化控制网出了各种集成CAN 协议的产品CAN 总线具有可靠实时性强的优点网络上的任一节点可在任意时刻向其他节点发送信息(2 网络上的节点根据对总线访问优先级的不同内得到响应可以大大节省总线冲突仲裁时间(4 CAN协议废除了站地址编码这可使不同的节点同时接收到相同的数据一点对多点及全局广播等方式的传送接收数据(5 CAN采用NRZ 编

9、码速率5Kbps通信速率最高可达1Mbps´«Êäʱ¼ä¶ÌCAN的每帧信息都有CRC 效验及其他检错措施(7 通讯介质可为双绞线选择灵活以使总线上其他节点的操作不受影响即用电池和电机的组合来代替传统的发动机另外纯电动汽车的控制系统还包括助力转向控制组合仪表等部分一些先进的汽车上还装备了防抱死制动控制系统(ABS巡行控制系统悬架控制防盗及其他控制等控制单元各种舒适性控制装置和通讯系统也不断增多构成了基于CAN 总线的汽车控制系统网络即高速CAN 总线和低速总线为了便于汽车所有功能的管理不同总线

10、间的数据通过网关实现数据的共享只有需要在两种总线间交换的数据才通过网关进行传输减轻了各网络总线上的负担由驱动系统各个子系统和故障分析记录系统节点组成电池制动等关键系统的快速控制连接对象主要为汽车中的联合装配单元照明湿度传感器并通过网关作为子网接入高速CAN 总线车身中位置比较近的元件连接到一个ECUÿһ¸öECU 自成系统控制本地执行机构的动作目前一种是低速CAN 总线以及J2284组建低速容错CAN 总线即局域互连网络(Local InterconnectNetworkÄÜÓÐÐ

11、§µÄÖ§³ÖÆû³µÖзֲ¼Ê½»úеµç×Ó½ÚµãµÄ¿ØÖÆ¿É¿¿ÐԸߵÄÌص

12、ãÈçÖÇÄÜ´«¸ÐÆ÷Á¬½Óµ½Æû³µÍøÂçÖÐ 图1 纯电动汽车中控制网络结构图整车控制ECU 是整个汽车控制的中心加速信号整车控制ECU 通过对这些信号的分析并综合检测传感器的状态并通过CAN 总线将控制指令送到相应的节点制动ECU 根据整车控制ECU 的控制指令高速CAN总线上还设置故障诊断E

13、CU²¢¿ØÖƹÊÕÏÐźÅÏÔʾÁíÍâ¸ßËÙCAN 总线上设置了车载记录仪黑匣子用于记录行车数据控制网络的低速总线采用LIN 总线主控制器为主站主控制器同时作为LIN 总线和高速CAN 总线的网关这样所有 ECU 都挂到总线上达到简化布线降低成本随着车载多媒体在车辆中的广泛应用电话电视这些装置之间需要频繁的通讯CAN 总线或J

14、1850总线无法满足这些装置间的通讯要求GI数字音频信息或车辆位置信息至少需要5Mbps 的网络速度可以支持100400Mbps 的通讯速度CAN 总线是一种控制策略总线 80点击中国自动化控制网的控制共享为目的在两总线间增加网关就可以实现车身总线网络的一体化5 我国在CAN 总线研究的重点和关键技术问题CAN 符合ISO/OSI的参考模型用户需要自己开发应用层协议国内在这方面的应用研究则刚刚起步我国汽车CAN 总线的研究重点应是研究和开发自己的汽车总线与网络应用系统并构成车内网络需要解决以下关键技术问题容量节点容量等技术问题确定最大传输时的延时大小网络的容错和监控6 结论随着汽车技术的飞速发

15、展就我国的国情而言开发有自主知识产权的汽车总线技术并应用于自己的汽车产业是当务之急参考文献广告索引上海嘉松机器有限公司北京和利时系统工程股份有限公司杭州和利时自动化有限公司横河川仪有限公司北京亚控科技发展有限公司罗克韦尔自动化OEMAX controls°ÂÍÐÄá¿Ë˹µç×ÓÓÐÏÞ¹«Ë¾艾默生过程控制有限公司上海凡宜科技电子有限公司三垦力达电气有限公司推广中心施耐德电

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