CN102193549A - 一种纯电动汽车多现场总线整车控制网络 - Google Patents

一种纯电动汽车多现场总线整车控制网络 Download PDF

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李中立
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Abstract

一种纯电动汽车多现场总线整车控制网络,包括:诊断工具、整车电子控制系统、低速CAN总线、低速CAN总线、LIN总线、高速CAN总线、双信道FlexRay以及自适应多总线协议。该网络有利于保障汽车电子控制一体化,信息统一化的实现。

Description

一种纯电动汽车多现场总线整车控制网络
[0001] 技术领域
本发明涉及一种车载多现场总线通信网络,特别是一种纯电动汽车多现场总线整车控制网络。
背景技术
[0002] 目前,公知的纯电动汽车整车控制系统基本是直接采用传统汽车中已经成熟的 CAN总线系统,不能完全满足纯电动汽车的总线系统要求。纯电动汽车中电子装置数量大为增多,车内电子噪声增大,同时集成ECU的控制器和执行机构对总线系统提供的带宽、速率和拓扑结构方式提出了更高的要求。车载电子装置按通讯的执行机构和性能需求可以划分为四大部门:信息部,传动及底盘部,车身部和智能交通部。由于这四大部门对总线的传输速率要求有很大不同,CAN总线的带宽范围和总线结构已不能完全满足电动汽车中线控单元和多媒体娱乐应用的需求。这样就不能形成一个完整规范的整车控制网络。
[0003] 下一代纯电动汽车中电子装置迅速增多,线控单元和多媒体娱乐设备的大量使用,势必需要多现场总线融合,分层控制的总线系统。这将会使整车控制网络形成“局部成网、区域互联”的格局。在传动和底盘部采用传输速率高的总线,满足实时性要求,在信息部采用带宽大、速率快的总线,满足图像信息的传输要求。各部门的上层控制协调采用支持总线仲裁机制的CAN总线,将各部门子网通过网关融合成整车控制网络,提高网络可靠性和控制协调性,这已经逐步成为整车控制网络的发展趋势。
[0004]《汽车安全与节能学报》2010年2期中《基于CAN总线的长安混合动力网络系统设计与应用》一文提出了一种技术解决方案,即:采用两条CAN总线构建子车载通信网络,整车控制器完成两条CAN的网关,完成各通信模块间信息交换。没有考虑纯电动车的线控单元和多媒体娱乐应用对总线带宽的需求,随着纯电动汽车的不断发展,该网络信息系统仍然不能完全满足纯电动汽车的网络应用需求。
[0005]《汽车工程》2011年2期《汽车TTCAN实时性分析及其可视化研究》中,使用TTCAN 协议,解决了传统CAN总线的事件触发机制和固定优先级调度算法在较差传输条件下存在着消息的传输不可预知、低优先级消息易阻塞、网络资源利用率低等不足。该协议还是基于传统的CAN总线拓扑结构,主要区别在应用层和会话层的协议,没有利用其他高性能总线相结合的思想,不能满足下一代纯电动汽车对总线的要求。
[0006] 现有技术中,对构建纯电动汽车的整车网络缺乏实际、可行的方案。
发明内容
[0007] 本发明的目的是针对现有技术的不足,构建一种纯电动汽车多现场总线整车控制网络,设计多总线融合的整车网络结构,提高网络可靠性和控制协调性,实现多现场总线融合,充分发挥不同现场总线优势,以满足下一代纯电动汽车对总线的带宽大、可靠性高、拓扑结构多样和成本合适的要求。
[0008] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:以CAN总线、Flex Ray总线、LIN总线和1394总线,构成两层分布区域互联式总线系统。在传动和底盘部采用可靠性高、穿传输速率高的Flex Ray总线,在信息部采用带宽大、速率快的1394总线,在车身部采用成本低、结构简单的LIN总线。各部门的高层控制协调采用支持总线仲裁机制的CAN总线,将各部门子网通过网关融合成整车控制网络,提高网络可靠性和控制协调性。
[0009] 本发明的构成包括:诊断工具、整车电子控制系统、低速CAN总线、低速CAN总线、 LIN总线、高速CAN总线、双信道Flex Ray以及自适应多总线协议;整车电子控制系统通过三条独立的CAN总线分别连接到装有汽车电子设备的车身部、信息部、传动和底盘部,形成第一层网络;在传动和底盘部还采用Flex Ray总线,在信息部采用1394总线,在车身部采用LIN总线,形成第二层网络。
[0010] 多现场总线整车控制网络结构图中(参见附图1),传动和底盘部负责电动机、转向、制动和胎压等线控单元,通信信息要求很好的实时性和很高的可靠性,使用双信道的 Flex Ray总线结构来保证通信要求。信息部连接着CD机、视频、导航和电子防盗等,特别是视频设备,对总线的带宽和传输速率有很高要求,使用1394总线专门为娱乐设备提供大带宽和传输速率。在车身部有空调、仪表、车门和自适应前灯等传统执行器件,需要的控制信号简单,考虑接线和成本,最合适的是选用一主多从单线控制的LIN总线。传动和底盘部、 信息部、车身部及智能交通部这四大部门间采用带有仲裁控制策略的CAN总线,三条独立的CAN总线将四大部门间的数据交换集中在整车电子控制系统中,形成了上层整车控制网络。这样的设计充分发挥了 Flex Ray、LIN和1394总线的独特优势,保证了电子设备对总线带宽、速率和可靠性的要求。同时上层应用较成熟的CAN总线网络,使整车控制网络易于管理,提高了网络系统的稳定性,方便故障诊断。
[0011] 本发明所述的整车电子控制系统(参见附图2),包括控制系统MCU (其内部集成独立3组CAN控制器,1组独立的Flex Ray控制器)、3组CAN收发器及光耦隔离器、1组Flex Ray收发器、SPI通信的时钟模块(用来给系统提供准确的年月日时间)和电磁阀、继电器(用于电路保护方面)。整车电子控制系统提供了 3组性能相同的CAN总线和1组Flex Ray总线,三组CAN总线是用以完成将传动和底盘部、信息部、车身部及智能交通部这四大部门区域网互联。起到数据分层管理的目的。
[0012] 本发明在总线物理层传输协议的基础上利用数据段设计了上层应用协议,称为自适应多总线协议(参见附图3),多总线协议总协议由命令、响应、错误、事件、服务请求处理机、数据采集和激励构成,为主从模式协议。其中命令和激励是主机给从机的单向数据,命令包含了主机对从机的命令请求内容,激励为握手信号。当主机建立任务成功后,为从机向主机反馈数据的协议,分为错误、事件、服务请求处理机、数据采集和响应,其中响应为握手信号。当完成任务建立后,总线上的数据段可以为数据流完全占用,而只需要主机监听接收,直到主机发送其它命令为止。
[0013] 本发明上层使用CAN总线结构,应用其技术的成熟性,保证了电子设备间控制数据的可靠性和稳定性。在同一部门间的设备通信,结合设备的特点使用更为适合的总线,组成第二层区域网络结构。
[0014] 本发明在通过三条CAN总线连接四大部门间的通信,并设计基于该总线的整车控制系统,完成对整车的控制策略的实施。在信息部,娱乐设备间数据流通过大带宽、高速率的1394总线通讯,命令流则由CAN总线支配,完成了 CAN总线和1394总线的结合使用,充分发挥各自性能;在传动部,Flex Ray总线给需要线控的设备提供了高速、可靠的通信总线, 设备的状态量监控则由CAN总线负责;在车身部,通过CAN给空调、仪表板等执行机构完成控制命令的通信,然后通过成本低、连线简单的LIN总线将命令发布给执行器。
[0015] 本发明的有益效果是:基于多总线拓扑结构开发自适应多总线协议,将CAN总线、 Flex Ray总线、LIN总线通信统一起来,充分利用各种总线优势,保障汽车电子控制一体化、 信息统一化的实现。
[0016] 本发明在满足现有电动汽车整车控制网络构建要求的基础上,将不同设备通讯需求分层化,融合不同现场总线优势,既保证了通讯结构需求和通讯速率要求,又保证了整车控制网络的稳定性,为电动汽车的电子信息化发展构建可靠的通讯网络。
附图说明
[0017] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0018] 图1是多现场总线整车控制网络结构图,包括:诊断工具,整车电子控制系统,低速CAN总线,低速CAN总线,LIN总线,高速CAN总线,双信道Flex Ray0
[0019] 图2是整车电子控制系统。
[0020] 图3是自适应多总线协议。
[0021] 在图1中,整车电子控制系统提供3条独立的CAN总线和Flex Ray总线,即连接到信息部的低速CAN总线、车身部的低速CAN总线、传动和底盘部及智能交通部的高速 500kbpsCAN总线和双信道Flex Ray总线。基于成熟的CAN总线应用技术和开发的自适应多总线协议,完成CAN总线和Flex Ray总线物理网关和通信协议。诊断工具(1)与整车电子控制系统相连,完成对多现场总线整车控制网络的监控及错误状态信息的存储显示。
[0022] 在图2所示实施例中,整车电子控制系统的MCU采用TMS570LS,内部集成3个独立的CAN总线和1路双信道Flex Ray总线,通过其对应的收发器完成信号转换,通过高速光耦实现电气隔离。CAN收发器采用TJA1040,Flex Ray收发器采用TJA1080T。IO 口通过缓冲器控制电磁阀、继电器及开关信号执行机构。
[0023] 在图3所示协议中,多总线协议图为自适应多总线协议的总协议,按协议格式分为命令、响应、错误、事件、服务请求处理机、数据采集和激励。总协议采用主从模式,命令定义了主机对从机的任务要求,从而初始化主从通讯总线形式。响应为从机对主机命令的握手信号,以便主机确认从机的存在。事件为从机当前状态,从而确定多总线协议中当前使用的子通讯协议。当主从模式初始化完毕后可以进行大数据传输,此时主机发出激励信号,从机按主机激励发送特定数据。子协议包括CAN到CAN,CAN到Flex Ray0

Claims (4)

1. 一种纯电动汽车多现场总线整车控制网络,其特征是:所述控制网络包括诊断工具、整车电子控制系统、低速CAN总线、低速CAN总线、LIN总线、高速CAN总线、双信道Flex Ray以及自适应多总线协议;整车电子控制系统通过三条独立的CAN总线分别连接到装有汽车电子设备的车身部、信息部、传动和底盘部,形成第一层网络;在传动和底盘部还采用 Flex Ray总线,在信息部采用1394总线,在车身部采用LIN总线,形成第二层网络。
2.根据权利要求1所述的一种纯电动汽车多现场总线整车控制网络,其特征是:整车电子控制系统使用的CAN总线分别是2条1251ibpsCAN总线和1条5001ibpSCAN总线。
3.根据权利要求1所述的一种纯电动汽车多现场总线整车控制网络,其特征是:整车电子控制系统的MCU采用TMS570LS,内部集成3个独立的CAN总线和1路双信道Flex Ray 总线,CAN收发器采用TJA1040,Flex Ray收发器采用TJA1080T,IO 口通过缓冲器控制电磁阀、继电器及开关信号执行机构。
4.根据权利要求1所述的一种纯电动汽车多现场总线整车控制网络,其特征是:自适应多总线协议总协议由命令、响应、错误、事件、服务请求处理机、数据采集和激励构成,为主从模式协议,子协议包括CAN到CAN,CAN到Flex Ray0
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