CN101947938A - 一种混合动力can网络通讯系统 - Google Patents
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Abstract
一种混合动力CAN网络通讯系统，涉及汽车电子技术领域，针对现有技术汽车网络结构可扩展性不强等缺陷，设计一种由传统动力子网、混动子网、标定诊断子网三路CAN通讯子网构成的网络通讯系统，三路子网通过整车控制器HCU网关进行不同网段之间的信息交互，传统动力子网实现传统动力系统各控制器之间的信号通讯，混动子网实现电驱动系统控制器之间的通讯，标定诊断子网则实现对混合动力汽车各控制器的标定诊断。CAN网络节点多、信息量大，满足混合动力系统的功能、性能需求。
Description
技术领域
本发明涉及汽车电子技术领域，具体涉及一种CAN网络通讯系统。
背景技术
随着微控制器在汽车控制领域的应用越来越广泛，汽车电子化程度越来越高。为降低成本和简化线束连接，各汽车制造商纷纷采用各种总线控制技术，达到实现汽车众多的电子控制单元之间复杂的实时数据交换的目的，CAN总线是最主要的总线协议之一，由于其具有传输速率高、成本低以及可靠的错误处理和检错机制等特点，所以很自然地在汽车工业中受到广泛应用。
申请号为200810195129.7和200810234008.9的专利公开说明书中就描述了CAN总线在汽车领域的应用，涉及到整车网络拓扑结构、ID分配等，但上述专利存在网络结构单一，可扩展性不强等缺陷。
现有技术的CAN通讯网络，其网络节点主要包括ECU发动机电喷控制单元，ABS系统，车身BCM控制单元等。网络负载低，通讯要求不高，仅有一层诊断子网。然而对于混合动力汽车专用领域，其网络节点数多，比常规车身网络速度高、稳定性、可靠性要求更严格。同时集成传统子网络、混动子网络、标定、诊断子网络为一体。常规车辆网络仅有传统动力子网，适应传统车。该发明不论复杂程度，还是功能都比传统车辆要求高，适用于混动车辆。
发明内容
本发明提出了一种混合动力汽车CAN网络通讯系统，用于汽车电子控制单元之间信息互换。该系统包括：ECU发动机控制单元，ABS防抱死系统，车身BCM系统等，传统动力子网络并联混动子网络，实现电动机及其控制器系统，电池及其控制器系统之间的通信和管理，再并联故障标定诊断子网，对网络实施安全管理。通讯系统由三路高速CAN通讯子网构成：传统动力子网、混动子网、标定诊断子网，三路子网通过整车控制器HCU网关进行不同网段之间的信息交互，传统动力子网实现传统动力系统各控制器之间的信号通讯，混动子网实现电驱动系统控制器之间的通讯，标定诊断子网则实现对混合动力汽车各控制器的标定诊断。
其中传统动力子网由防抱死制动系统ABS、电喷ECU节点、车身中央控制器BCM节点、整车控制器HCU构成，在BCM和ECU中分别设置匹配电阻，使该子网波特率为500 kbps，采样点为75％；标定诊断子网由HCU、IPU、电池控制器BCU、ECU组成，在BCM和ECU中分别设置终端电阻，使该子网的波特率为500 kbps，采样点为75％；混动子网由电机控制器IPU、电池控制器BCU、HCU、显示单元DCU构成，HCU和BCU之间通过CAN 收发器模块连接，收发器模块终端设置有匹配电阻，使该子网波特率为500 kbps，采样点为81.25％。整车控制器HCU作为本网络通讯系统的网关，将多条报文的部分信号合成一条报文发送到不同子网网段。网关的CAN通道微控制器3路输出端连接CAN保护电路输入端，CAN保护电路的3路输出端分别连接混动子网CAN收发器、传统动力子网CAN收发器、标定高速子网CAN收发器，上述3路收发器的输出分别通过连接器输出到不同网段。
为了实现混合动力系统的功能、性能需求，使本发明CAN网络节点多、信息量大，该发明通过分网段的方式和报文发送优先级的合理确定，降低总线负载率、增强网络通讯的实时性；针对不同网段，引入网关技术实现各网段之间信息共享；采用基于CAN的诊断，通过访问整车控制器HCU可对所有控制器进行诊断，在大负载率的情况下，可以满足实时通讯；HCU作为唯一的控制其他控制器的单元，可大大降低诊断的难度，各层网络之间的信息共享降低了各控制器CAN 收发的频率。
附图说明
图1 CAN网络通讯系统网络拓扑图。
图2网关结构示意图。
图3 诊断流程示意图。
图4 CCP标定系统结构示意图。
图5 标定系统从设备实现方式示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实例说明本发明的混合动力汽车CAN网络通讯系统，如图1所示为CAN网络通讯系统拓扑结构图，CAN网络通讯系统拓扑结构由三路高速CAN子网，包括：传统动力子网、混动子网、标定诊断子网组成。其中传统动力子网由防抱死制动系统ABS、电喷ECU节点、车身中央控制器BCM节点、整车控制器HCU构成，在BCM和ECU中分别设置匹配电阻，使该子网波特率为500 kbps，采样点为75％；混动子网由主控制器HCU、电池控制器BCU、电机控制器IPU、显示单元DCU组成，HCU和BCU之间通过CAN 收发器模块连接，收发器模块终端设置有匹配电阻，使该子网波特率为500 kbps，采样点为81.25％；标定诊断子网由主控制器HCU、IPU、电池控制器BCU、ECU组成，在BCM和ECU中分别设置终端电阻，选取终端电阻的阻值，使该子网的波特率为500 kbps，采样点为75％。为达到维护网络安全稳定，防止信号折射，提高通讯速度的目的，例如各匹配电阻可采用120Ω的电阻，使其满足上述波特率和采样点的要求。三个子网之间以及子网内部节点之间遵循CAN通信协议，通过高速CAN收发器通信。
整车控制器HCU作为本网络通讯系统的网关，在CAN总线通讯中除了与相关节点进行信息交互，还将多条报文的部分信号合成一条报文发送到不同网段。网关结构示意图如图2所示。网关HCU包括CAN通道微控制器、CAN保护电路、混动高速CAN收发器、传统动力子网高速CAN收发器、标定诊断子网高速CAN收发器、连接器。
网关的CAN通道微控制器3路输出端连接CAN保护电路输入端，CAN保护电路的3路输出端分别连接混动高速CAN收发器、传统动力子网高速CAN收发器、标定高速CAN收发器，上述3路收发器的输出分别通过连接器输出到不同网段。网关采用信号路由的方式，将不同网段之间的数据进行处理、计算、优化再通过信号路由或报文路由的方式发送给DCU，电机控制器IPU根据接收的不同网段信号执行相应命令。
按照这种方式，CAN网络系统中网关的吞吐量以及处理时间还有很大空间，结合各网段的总线负载率，给后续系统的改进与升级留有一定余地，本发明具有很强的拓展性和灵活性。
混合动力汽车的诊断控制中心用于汽车控制器的诊断，诊断控制中心集成有各种诊断工具，由诊断口通过诊断标定子网访问整车控制器HCU对混合动力汽车整车所有控制器进行诊断，当某个控制器发生故障时，将错误信息发送到显示单元DCU显示。如图3所示为诊断流程示意图。
诊断控制中心各诊断工具中控制器将故障信息发送给HCU，HCU对其进行处理，以故障码的形式进行存储，诊断控制中心将故障码调出，判断故障原因，从而实现整个混合动力系统的诊断功能。与传统点对点的诊断方式不同，整个系统的诊断过程得以优化。同时与传统的K-line诊断相比较，传输速率更高，可靠性更强。诊断控制中心通过诊断标定口接入标定诊断子网，诊断控制中心通过标定诊断子网向HCU发送诊断请求信号，BCU、IPU、DCU的错误信息（error flag）和故障序列（flaut rank）通过HCU的应用层和底层返回诊断信息到诊断控制中心，诊断控制中心对其进行分析处理，并送入DCU显示。
本发明标定系统采用CCP(CAN Calibration Protocol)标定协议，基于CAN总线的CCP协议采用主从方式通信，结构如图4所示。系统中只有一个主设备，它可以连接一个或多个从设备。上位机标定系统作为主设备，其中的CAN通信接口卡通过CAN总线连接从设备，从设备包括汽车HCU、IPU、BCU等被标定的控制器，上位机标定系统通过CAN总线向从设备发送监控参数和控制参数。本发明主设备采用专用CAN转接线实现和从设备之间的通信，从设备HCU、IPU、BCU及其他ECU通过CAN接口驱动程序与总线相连。
如图5所示为标定系统从设备实现方式示意图，从设备控制器包括Command命令处理机和DAQ 处理机两部分，CCP通信协议栈及其底层的CAN驱动部分构建在嵌入式实时操作系统或者调度器上，CCP处理机采用任务的方式实现，可方便地实现CCP处理机和ECU控制任务之间的协调和通信，提高系统的可靠性。底层的CAN驱动部分以一套环行缓冲机制为核心，通过OS消息沟通中断子程和系统任务。
Claims (5)
1.一种混合动力CAN网络通讯系统，其特征在于，该系统包括，本通讯系统由传统动力子网、混动子网、标定诊断子网三路CAN通讯子网构成：三路子网通过整车控制器HCU网关进行不同网段之间的信息交互，传统动力子网实现传统动力系统各控制器之间的信号通讯，混动子网实现电驱动系统控制器之间的通讯，标定诊断子网则实现对混合动力汽车各控制器的标定诊断。
2.根据权利要求1所述混合动力CAN网络通讯系统，其特征在于，其中传统动力子网由防抱死制动系统ABS、电喷ECU节点、车身中央控制器BCM节点、整车控制器HCU构成，在BCM和ECU中分别设置匹配电阻，使该子网波特率为500 kbps，采样点为75％；标定诊断子网由主控制器HCU、IPU、电池控制器BCU、ECU组成，在BCM和ECU中分别设置终端电阻，使该子网的波特率为500 kbps，采样点为75％；混动子网由电机控制器IPU、电池控制器BCU、HCU、显示单元DCU构成，HCU和BCU之间通过CAN 收发器模块连接，收发器模块终端设置有匹配电阻，使该子网波特率为500 kbps，采样点为81.25％。
3. 根据权利要求1所述混合动力CAN网络通讯系统，其特征在于，整车控制器HCU作为本网络通讯系统的网关，将多条报文的部分信号合成一条报文发送到不同子网网段。
4.根据权利要求1所述混合动力CAN网络通讯系统，其特征在于，诊断控制中心通过标定诊断子网向HCU发送诊断请求信号，BCU、IPU、DCU的错误信息和故障序列通过HCU返回诊断信息到诊断控制中心，诊断控制中心对其进行分析处理，并送入DCU显示。
5.根据权利要求2所述混合动力CAN网络通讯系统，其特征在于，网关的CAN通道微控制器的3路输出端连接CAN保护电路输入端，CAN保护电路的3路输出端分别连接混动子网CAN收发器、传统动力子网CAN收发器、标定高速子网CAN收发器，上述3路收发器的输出分别通过连接器输出到不同网段。
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