CN102033532A

CN102033532A - 一种新能源汽车总线控制系统

Info

Publication number: CN102033532A
Application number: CN 201010554073
Authority: CN
Inventors: 刘立江; 刘立河; 王洪岗; 刘建勇; 刘建铭; 曹淑兰
Original assignee: Shandong Tianhai Electric Fitting Co Ltd
Current assignee: Shandong Tianhai Electric Fitting Co Ltd
Priority date: 2010-11-23
Filing date: 2010-11-23
Publication date: 2011-04-27

Abstract

本发明公开了一种新能源汽车总线控制系统，五个CAN总线模块：前灯光控制模块A、顶棚控制模块B、后灯光控制模块C、发动机控制模块D、仪表显示模块E及中央控制模块F组成控制系统，仪表显示模块E在正常工作时通过各类形式将被测的非电量信号转化为电信号并进行检测显示，车速表13显示汽车在行驶中的速度，液晶显示屏14可明确显示汽车行驶的里程数、转速表15能够准确显示发动机转速、机油压力指示16、水温指示17、显示屏18负责故障报警信息、多媒体信息显示，油量指示19，电池电量显示20，灯光指示21、设有CAN总线接口，AV信号输入端可接前门摄像头、中门摄像头；本发明可广泛地应用于汽车电器控制系统。

Description

一种新能源汽车总线控制系统

技术领域

本发明涉及一种汽车电子电器控制系统，更具体地说，本发明涉及一种新能源汽车总线控制系统。

背景技术

汽车电气控制系统包括发动机控制系统、前灯光控制系统、顶棚控制系统、后灯光控制系统、中央控制系统、仪表显示系统，通过汽车总线控制系统对全车系统进行集中控制；目前汽车所用的控制系统一般是电线一端与开关相接，另一端与用电设备相通，油电混合动力型整车导致车用电线数目的急剧增加，使得电线的质量占整车质量的4-5％左右，复杂电路也降低了汽车的可靠性与安全性，尤其是增加了维修的难度。

发明内容

本发明的目的，克服现有技术中的不足，提供一种新能源汽车总线控制系统，能够完全实现汽车的安全控制，提高汽车的安全性、通讯可靠性和实时性，而且简单实用。

本发明的目的是这样实现的，一种新能源汽车总线控制系统，五个CAN总线模块：前灯光控制模块A、顶棚控制模块B、后灯光控制模块C、发动机控制模块D、仪表显示模块E及中央控制模块F组成控制系统，前灯光控制模块A、顶棚控制模块B、后灯光控制模块C、发动机控制模块D、中央控制模块F其硬件结构相同；CAN总线模块的控制电路设置在盒体I内，盒体I、盒盖G均采用原PA66一次性成型的注塑、喷漆技术，插接器1为模块提供电源，插接器2为模块输入信号端，插接器3为模块输出信号端连接负载，芯片4为模块的控制器，芯片5为总线接收、发送器，芯片6单片机，芯片7，SJA1000驱动器，芯片8，PCA82C250为CAN控制器和物理总线接口芯片，可提供对总线的差分发送和接收，芯片4的工作电压由电器元件9组成的电路提供，电子元器件10组成电源电路为十六组复合达林顿管BTS452T(11)提供工作电压；晶振12为芯片4提供稳定的机外振动频率；电路印制板上装设电子器件，连接线路装设在电路印制板由铜箔连接组成，CAN总线模块组装设置在盒体内，盒体的底面上开有电路板固定螺孔，有两面开有插接器设置孔，另外两面设置有盒体固定孔，盒体和盒盖采用高强度阻燃塑料制作表面作喷塑处理提高外壳的绝缘性；先定义CAN总线模块各输入、输出端，前灯光控制模块输出端：近光灯、远光灯、前雾灯、左右侧转向灯、左右转向灯、左右危险警告灯；顶棚控制模块输出端：车内顶灯、前门开关、中门开关；后灯光控制模块输出端：制动灯、转向灯、倒车灯、后雾灯、后示高灯、后示宽灯、危险警告灯、牌照灯；CAN总线上的一个节点发送数据时，它以报文形式广播给网络中所有节点，对每个节点来说，无论数据是否是发给自己的，都对其进行接收；要对数据进行实时处理，就必须将数据快速传送，这就要求数据的物理传输通路有较高的速度，为防止汽车在使用寿命期内由于数据交换错误而对司机造成危险，汽车的安全系统要求数据传输具有较高的安全性，从总线系统数据的角度看，可靠性可以理解为对传输过程产生的数据错误的识别能力；汽车CAN总线模块是用于与其他汽车外围设备进行通信的模块，这种接口协议能在较大的噪声环境中进行通信，具有良好的扰干扰性能与抗震动性能；CAN模块由协议驱动和信息缓冲及控制组成，CAN协议驱动CAN总线上接收和发送信息的所有功能；CAN总线模块的CAN应用层协议，本协议遵循CAN2.0B 规范，根据前灯光控制模块、顶棚控制模块、后灯光控制模块、发动机控制模块、仪表显示模块、及中央控制模块的特点，采用源→目的方法，每个节点都有自己固定的标识地址，且节点数小于64，设计时可将中央控制模块设为主节点，而将前灯光控制模块、顶棚控制模块、后灯光控制模块、发动机控制模块、仪表显示模块、设置为从节点；协议采用非破坏性总线仲裁帧的优先权，优先权决定了各种信息帧在同等情况下高优先级节点优先传送数据的发送顺序，对所有的命令或状态、数据、报告属性、除定时采集发送的数据外，原则上均需应答，发送确认帧以保证通讯正常；CAN模块对以下帧类型均予以支持：标准数据帧、扩展数据帧、远程帧、出错帧、过载帧和空闲帧，在系统正常工作时，各节点的通讯协议约定如表4所列；表中的dddd为分段起始命令中包含的总段数；eeee为广播信息的某一段号，控制场中的数据长度为该段内的数据长度，数据场中的数据广播的某段实际数据，按顺序定义数据有：

数据寄存器1＝车速信息高8位；

数据寄存器2＝车速信号低8位；

数据寄存器3＝发动机转速信号高8位；

数据寄存器4＝发动机转速信号低8位；

数据寄存器5＝点火开关位置，其中，00，0001钥匙拔出；00，0010钥匙位于OFF；00，0011钥匙位于ACC；00，0100钥匙位于RUN；00，0101钥匙位于START；

数据寄存器6＝档位信号，00，0001空档；00，0010驱动档；00，0011驱动档；00，0100倒档；00，0101驻车档；

数据寄存器7＝遥控信号，00，0001遥控解锁前门；00，0010遥控锁定前车门；00，0011遥控解锁中车门；00，0100遥控锁定中车门；00，0101遥控解锁行李箱；

数据寄存器8＝转向灯信号，00，0001左转向灯亮；00，0010左转向灯灭；00，0011右转向灯亮；00，0100右转向灯灭；

数据寄存器9＝雾灯信号，00，0001前雾灯亮，00，0010前雾灯灭；00，0011后雾灯亮；00，0100后雾灯灭；

总线控制系统用于新能源汽车，仪表显示模块的液晶显示屏能够显示出汽车电池电量的相关信息，可以通过切换界面显示汽车的总电压、总电流、单体电池最高电压、单体电池最低电流、电池最高温度、电池最低温度；

本发明具有较高的实时处理能力和在恶劣的强电磁干扰环境下可靠的工作。

附图说明

图1是本发明的盒壳示意图；

图2是本发明电路板的外形结构示意图；

图3是本发明的系统构架示意图；

图4是本发明的控制器芯片和达林顿管的工作电压电路图；

图5是本发明的总线控制器、驱动器、单片机连接基本方法图；

图6是本发明的系统软件流程图；

图7是本发明的仪表显示模块显示图；

图8是本发明的仪表显示模块上动力电池工作的相关信息；

图9中表1是总线控制模块帧模型及各节点地址分配；

图10中表2是正常工作时各节点通讯协议约定；

具体实施方式

结合附图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、表1、表2对本发明的

具体实施方式加以描述：

在附图1中，盒盖G与盒体I用卡口结构式密封，盒体I和盒盖G采用高强度阻燃塑料制作表面作喷塑处理，电路印制板K封装在盒体内，盒体I两侧开有插接器放置孔，插接器放置孔0和插接器放置孔P，固定支架M是用来固定本控制系统合体的。

在附图2中，电路印制板K采用高强度玻璃丝布环氧树脂层压绝缘板并且铺设有铜箔电路，安装螺孔L，是用来安装固定电路印制板K的，电路印制板K两面均设有焊点焊接芯片、导线，改变了常规的布线方式，将插接器焊接在相应的位置，是模块与信号及外围电气设备连接的通线口，插接器1插接器2和插接器3分别放入插接器放置孔中，起电器设备的连接作用，控制器4，在本系统中起控制的作用，总线接收、发送器芯片5，是本系统的接收、发送系统；单片机6，具有64KB闪存EPROM；STA1000驱动器芯片7，既支持CAN2.0B，又支持CAN2.0A的CAN控制器，它与芯片8，PCA82C200在硬件和软件上完全兼容，芯片工作电压电路连接电器元件9，具有提供工作电压的作用，BTS452T(11)的工作电压由电子器元件10提供，晶振12提供稳定的机外震动频率。

在附图3中，汽车典型的控制单元有前灯光控制模块A、顶棚控制模块B、后灯光控制模块C、发动机控制模块D、仪表显示模块E、中央控制模块F，完善的汽车CAN总线系统构架。

在附图4中，电源电路要为单片机、控制器、及BTS452T供电；因此需要提供多种电源满足各个电子元件的要求；电池在完全充满后至使用过程中为了避免由于因为电源电压不稳定，而影响到单片机、控制器和BTS452T工作不正常，在本设计方案中使用了DC-DC变换芯片MC34063以及低差压稳压器LM2940；MC34063输出稳定的12伏电压提供给达林顿管BTS452T，LM2940为单片机、控制器提供稳定的5伏电源，保证了系统在各种情况下的稳定运行。

在附图5中，本系统中，CAN节点采用：单片机W78E516B(6)+CAN控制器P87C591VFB(4)+CAN驱动器SJA1000(7)的电路结构以下是其核心芯片简介：CAN控制器为了系统进一步扩展的需要，可选取支持CAN 2.0B通讯协议的芯片SJA1000；SJA1000是PHILIPS公司生产的既支持CAN 2.0B，又支持CAN 2.0A的CAN控制器，单片机W78E516B(6)是Winbond公司的CMOS型单片机；它是一种低功耗、高性能、内含4KB闪速存储器。

在附图6中，控制器应按规定格式和周期发送数据到总线上，根据需要各取所需的报文，对于接收数据，本系统采用中断方式实现；一旦中断发生，即将接收的数据自动装载到相应的报文寄存器中，此时还可采用屏蔽滤波方式，利用屏蔽滤波寄存器对接收报文的标识符和预先在接收缓冲器初始化时设定的标识符进行有选择地逐位比较，只有标识符匹配的报文才能进入接收缓冲器，那些不符合要求的报文则将被屏蔽于接收缓冲器之外，从而减轻CPU处理报文的负担，提高运算速度；此外，不同数据应放入不同的报文寄存器中，因此在接收中断服务程序中，就可以容易地判断出中断是由哪个接收报文引起的。

在附图7中，仪表显示车速13，车速信号是一个脉冲信号，产生于霍尔传感器，车轮每旋转一圈带动霍尔传感器发出若干脉冲信号；里程显示屏14，是显示车辆的里程数字的；发动机转速表15，转速信号也是一个脉冲信号，产生于汽车点火线圈；机油压力显示16，是用来显示机油压力的高低；汽车水温17，水温信号是一个连续变化的模拟电压；显示屏18，是用来显示车辆的各种危险报警指示，具有精度高，可靠性和稳定性高的性能；汽车油量19，油量信号是一个连续变化的模拟电压；电池电量20，是显示电池电量的多少；灯光指示21，是用来显示车辆的各种指示灯光。

在附图8中，仪表显示模块显示汽车动力电池驱动电机工作时的信息界面。

在表1中，按前灯光控制模块A、顶棚控制模块B、后灯光控制模块C、发动机控制模块D、仪表显示模块E、中央控制模块F的节点要求，通讯的信息帧分为表1-1所列的6种，表1-1中的优先级按序号从高到低排列，其目的地址和源地址的分配见表1-2所列。

在表2中，在系统正常工作时，各节点的通讯协议约定表2所列；表中的dddd为分段起始命令中包含的总段数；eeee为广播信息的某一段号，控制场中的数据长度为该段内的数据长度，数据场中的数据广播的某段实际数据。

本发明与新能源汽车配套，各模块按照其控制负载选择与负载较进的位置安装，改变了常规的布线方式，具有较高的实时处理能力和在恶劣的强电磁干扰环境下可靠的工作，盒体I与盒盖G采用喷塑处理绝缘性好，抗震动能力强；本发明能够满足新能源汽车的控制需求，使用安全可靠。

Claims

1.一种新能源汽车总线控制系统，其特征在于，所述的CAN总线模块在电路印制板K上面装设电器元件，印制板为两面板均用铜箔连接电器元件，CAN总线模块的控制电路板装设在盒体I内，盒体I内有安装螺孔L，侧面开有插接器1放置孔N，插接器2放置孔O，插接器3放置孔P，插接器1连接电源为模块提供24V工作电压，插接器2输入开关量、脉冲量或模拟量经控制器和物理总线接口芯片8传送至模块控制器芯片4，控制器芯片4对接收的数据进行实时处理，CAN总线以报文为单位进行数据传送，传送的数据发送至相应的组合达林顿管BTS452T(11)，达林顿管BTS452T(11)的输出端与插接器3的引脚连接，插接器3各脚由汽车用低压电线连接相对应的负载，盒体I和盒盖G采用高强度阻燃塑料制作表面作喷塑处理提高外壳的绝缘性与其相适应的机械强度。

2.根据权利要求1所述的新能源汽车总线控制系统，其特征在于，所述的CAN总线模块的电路印制板K采用高强度玻璃丝布环氧树脂层压绝缘板并铺设有铜箔电路，电路印制板K两面均设有焊点焊接芯片、及连接导线，改变了常规的布线方式；电路印制板K上的控制器芯片4，总线接收、发送器芯片5，单片机6，SJA1000(7)，CAN控制器和物理总线接口芯片8，晶振12提供稳定的机外振动频率，十六个达林顿管芯片11的位置布置合理，可有效支持分布式控制或实时控制，采用独特的非破坏性总线仲裁技术，高优先级节点优先传送数据。

3.根据权利要求1所述的新能源汽车总线控制系统，其特征在于，所述的CAN总线模块的控制器芯片4采用PHILIPS公司推出的P87C591VFB芯片作为模块的控制器，PLCC封装形式44个引脚，其工作电压5V，32个I/O口，可在-40～+105℃环境下工作，集成度高、体积小、可靠性高，采用CHMOS的低功耗电路；芯片6选用Winbond公司的W78E516B单片机，具有64KB闪存EPROM，芯片7既支持CAN 2.0B，又支持CAN 2.0A的CAN控制器，它与芯片8，PCA82C200在硬件和软件上完全兼容；芯片7，SJA1000中的寄存器17-21用来存放扩展帧格式帧信息的标识符；发送时，SRR＝1，IDE＝1，RTR＝1/0(远程帧/数据帧)；标识符中的ID28-ID25为前灯光控制模块、顶棚控制模块、后灯光控制模块、发动机控制模块、仪表显示模块交换报文的帧类型(共4位)；ID24-ID19为前灯光控制模块、顶棚控制模块、后灯光控制模块、发动机控制模块、仪表显示模块中帧信息使用者的地址(或称为目的地址，共6位)；ID18-ID13为车身控制模块中帧信息发送者的地址或称为源地址(共6位)；ID12-ID5为前灯光控制模块、顶棚控制模块、后灯光控制模块、发动机控制模块、仪表显示模块中交换的命令、状态、数据或报告属性(共8位)，ID4位需附加命令或状态、数据、报告属性时的分段标志；ID3-ID0为附加命令或状态、数据、报告属性的分段号(共4位)；当ID4＝0时，ID3-ID0控制场、数据寄存器0-7有效；对于远程帧，则可忽略ID4-ID0以及控制场的值；SJA1000的寄存器16低四位DLC3-DLC0可构成控制场，以决定数据帧的数据长度。

4.根据权利要求1所述的新能源汽车总线控制系统，其特征在于，所述的仪表显示模块E采用外形小巧的步进电机，作为车速表13和发动机转速表15指针的驱动，霍尔器件完成速度的检测，车轮转动一圈带动霍尔器件发出若干方波脉冲，油压大小反映油量多少，油压不同可使油量传感器的电阻值发生变化，主控单元担负了信号处理、算法、显示控制及效果处理、里程数掉电保存及出厂前清除等任务，液晶屏14负责单次和累计里程的显示，显示屏18机油压力报警、制动器故障、油量报警、水温报警、发动机故障、蹄片报警等危险报警指示。

5.根据权利要求1所述的新能源汽车总线控制系统，其特征在于，所述的控制系统适用于油电混合控制车辆，仪表显示模块E显示内容有：总电压、总电流、单体电池最高电压、单体电池最低电流、电池最高温度、电池最低温度；根据优先级为充电模式、强制模式、安全模式、正常模式，其中强制模式是在挂强制档位时显示，安全模式是动力电池电压低或过电流时显示，低压电压显示单位为V；电池电量指示20显示出新能源汽车的电池电压，电池电量指示20低于24V信号灯亮提醒司机给电池充电，充电时灯光指示21充电指示灯亮，显示正在充电；充电模式显示汽车正在充电；强制模式显示汽车正在以强制挡行驶；安全模式显示当有一般故障时，可通过切换界面查看具体故障，动力电池电压小于20％时或过电流或单体电池电压低时，汽车为保护电池不受损害而主动进入低速保护模式，此时汽车只能低速行驶；正常模式显示汽车没有故障。