CN102354196A

CN102354196A - 一种混合动力汽车内部网络架构

Info

Publication number: CN102354196A
Application number: CN201110272960XA
Authority: CN
Inventors: 涂金林; 刘孔祥; 王平
Original assignee: SAIC Chery Automobile Co Ltd
Current assignee: Chery Automobile Co Ltd
Priority date: 2011-09-15
Filing date: 2011-09-15
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2031-09-15
Also published as: CN102354196B

Abstract

本发明公开了一种混合动力汽车内部网络架构，包括传统动力系统节点和电驱动系统节点；传统动力系统节点设置在一条高速CAN总线上构成传统动力系统子网；电驱动系统节点设置在另一条高速CAN总线上构成电驱动系统子网；联接传统动力系统子网和电驱动系统子网的网关为混合动力汽车的整车控制器。在本发明中，采用网关技术把两条功能不同的高速CAN总线集成在一个网络中，区别于传统的单通道网络通讯系统。双通道网络的使用降低了单通道网络的负荷，提高了每条子网络的实时性。同时提高了网络的安全性，分网络控制的优势是当一条网络如果出现故障不会影响到另外一条网络，通过网关进行信息交换，将信息进行共享，充分利用CAN总线的高效率和低成本的特点。

Description

一种混合动力汽车内部网络架构

技术领域

本发明涉及汽车自动化领域，特别涉及混合动力汽车中众多的汽车电子控制装置之间进行通信的内部局域网系统的体系结构。

背景技术

随着汽车电子技术的不断发展及对汽车性能要求的不断提高，汽车上的电子设备越来越多。若使用传统的集中式布线，线束长、电气节点数多，早已经不适应当今的发展趋势，而利用现场总线技术搭建分布式车载网络，可以明显简化布线，降低线束成本和整车重量，提高通信可靠性，为汽车的轻量化和智能化提供了可能。全球各大汽车主机厂从上世纪七八十年代就开始汽车总线技术的研究。现如今，CAN/LIN总线已经发展得非常成熟，成为汽车领域总线技术的主流。而FlexRay/MOST等新型总线也在某些高端车上开始投入应用。依托各种先进的总线技术，灵活搭建基于多总线的车载网络，使汽车电器开发真正实现了现代汽车平台化设计的理念，不仅缩短了开发周期，还可以大大减少开发成本。

另一方面，当今世界生态、气候条件不断恶化，各种自然灾害频发，传统石油能源面临枯竭，环境和能源问题已经成为十分严峻的全球课题。如何在促进经济发展、提高工业化水平的同时，尽量减少对环境的破坏，对稀缺能源的利用，是保证经济和社会可持续发展的关键。在这种大背景下，开发新能源汽车成为时代的潮流。混合动力汽车(HEV)既保留传统燃油动力系统，同时加入大容量电池，成为油电结合的车型。目前这种车型在全球新能源汽车市场中占有绝对的优势。这一方面得益于相对纯电动汽车较为成熟的技术。纯电动汽车目前任有一些亟待解决的技术问题没能很好的突破，使其无法在市场上占到很大的份额。另一方面，纯电动汽车的某些驾驶特性可能不完全满足传统燃油汽车客户的需求。

以下简要介绍混合动力汽车行驶特性。在怠速、起步和中低速行驶时，发动机停机，依靠高压动力电池使电机驱动整车行驶；常规速度行驶时，发动机启动，依靠发动机的动力驱动汽车行驶，同时多余部分动力用于给电池充电；大负载和急加速时，电机启动，配合发动机工作，是发动机处于最佳工况工作，给汽车提供足够的动力；减速和制动时，动能回收给电池充电，减少能量损失；电池电量不足时，发动机自动启动，驱动汽车行驶并给电池充电。动力电池和启发一体式电机的引入，有效降低了排放，提高了汽车的经济性。

目前，汽车包括混合动力汽车的电子可以分成两大类：一是汽车电子控制装置，包括动力总成控制、底盘和车身控制、防盗和舒适性控制系统等。二是车载汽车电子装置，包括导航系统、视听娱乐系统等。电子控制装置是汽车电子的核心，由众多的电子电控单元ECU组成。如发动机控制系统ECM、自动变速箱控制系统TCM、防抱死制动系统ABS、车身控制系统BCM、组合仪表系统ICM、电动助力转向系统EPS等等。其中，混合动力汽车相对常规汽车又新增了许多电气部件，因此增加了更多的电子电控单元。以奇瑞某型混合动力汽车为例，增加的电子电控单元有整车控制器VMS、电池管理系统BMS、电机控制系统MCU、电池均衡器BBS等等。如此众多的电子电控单元集成在一台汽车上，如果采用硬线连接几乎是不可能完成的任务。因为电控单元之间实时传输和共享的数据很多，而且集成如此多的ECU及其附带的通信设备必然会使整车电路异常繁琐和复杂，线束多，重量大，成本高，可靠性低。为了减少通信设备及线束、插件等，减少成本和简化线路，提高电动汽车通讯的实时性、可靠性和应急处理能力，必须采用能够满足高速多路的复用通信系统，以共享方式传送多种控制信息。借助现场总线技术搭建总线网络系统显然是目前最好的解决方案。

发明内容

本发明的目的是满足混合动力汽车电子控制装置通讯的实时性、可靠性和应急处理能力的需要，采用能够满足高速多路的复用通信系统，以共享方式传送多种控制信息的混合动力汽车内部通信网络。该混合动力汽车内部系统借助现场总线技术搭建总线网络。

本发明为实现其目的而采用的技术方案是：

一种混合动力汽车内部网络架构，包括传统动力系统节点和电驱动系统节点；所述的传统动力系统节点设置在一条高速CAN总线上构成传统动力系统子网；所述的电驱动系统节点设置在另一条高速CAN总线上构成电驱动系统子网；联接所述的传统动力系统子网和电驱动系统子网的网关为所述的混合动力汽车中的整车控制器。

进一步的，上述的一种混合动力汽车内部网络架构中：所述的传统动力系统子网和电驱动系统子网均为500kbps高速CAN总线。

进一步的，上述的一种混合动力汽车内部网络架构中：所述的传统动力系统节点包括：发动机控制系统、制动防抱死系统、自动变速箱控制系统、电动助力转向系统、空调控制器、安全气囊模块，车身控制器、组合仪表。所述的电驱动系统节点包括：整车控制器、前电机控制器、后电机控制器、充电模块、电池管理系统、电池平衡系统。

更进一步的，上述的一种混合动力汽车内部网络架构中：所述的电驱动系统子网通过作为网关的整车控制器向传统动力系统子网转发数据，整车控制器发送数据的ID为408H和409H。

进一步的，上述的一种混合动力汽车内部网络架构中：由所述的电驱动系统子网通过作为网关的整车控制器向传统动力系统子网转发的数据是以整车控制器为发送节点，以100ms为周期的周期信号，帧数据长度为8字节。

进一步的，上述的一种混合动力汽车内部网络架构中：所述的整车控制器发送ID为408H的每帧数据包括两位的充电线连接状态、两位电池温度报警、一位电池切断指示、两位的驱动系统故障加上电池电量、电池电压、电池电流各两个字节，其余保留；所述的整车控制器发送ID为409H的每帧数据包括从24位开始的16位表示的电机转速，其余都保留。

进一步的，上述的一种混合动力汽车内部网络架构中：在所述的传统动力系统子网和电驱动系统子网两端的节点单元内主分别设置防止总线在线端信号的反射的终端电阻。

在本发明中，采用网关技术把两条功能不同的高速CAN总线集成在一个网络中，区别于传统的单通道网络通讯系统.。双通道网络的使用降低了单通道网络的负荷，提高了每条子网络的实时性。同时提高了网络的安全性，分网络控制的优势是当一条网络如果出现故障不会影响到另外一条网络，通过网关进行信息交换，将信息进行共享，充分利用CAN总线的高效率和低成本的特点。

本方案基于多总线的网络系统架构存在如下的优势：

1、采用了总线分布式控制技术替代集中式控制，提高了系统安全性，减少了成本。

2、采用了两条网络通道，针对各个不同的通讯系统特点，合理的分配了网络通道。电驱动系统和传统动力车身系统由于功能的不同，分成两个子网络。子网络之间保留了一定的独立性，一条子网络的运转对另一条子网络不构成太大的影响。当一条子网络出现故障无法正常通信时，另一条子网络仍然能够通信。多总线网络提高了系统的可靠性，维护起来也更加方便。

3、两条子网络之间，采用网关技术，在实现信息共享的同时，对整个网络系统进行全局管理，进一步增加了网络的可靠性。

下面通过结合具体实施例与附图对本发明的技术方案进行较为详细的描述。

附图说明

图1是本发明混合动力汽车网络系统架构图。

图2为整车控制器工作原理图。

具体实施方式

图1所示是本发明实施例的混合动力汽车网络系统架构图，如图所示，本实施例的整车控制的网络由两条500KBPS的高速CAN总线网络构成，一条CAN总线上的节点是电驱动系统组成电驱动系统子网，也称高速CAN__1子网，另一条500KBPS的高速CAN总线上的节点是传统动力系统构成传统动力系统子网，称为高速CAN__2子网。联传统动力系统子网和电驱动系统子网的网关为混合动力汽车的整车控制器VMS。本实施例中传统动力系统子网上的节点包括：发动机控制系统EMS、制动防抱死系统BSM、自动变速箱控制系统TCU、电动助力转向系统EPS、空调控制器CLM、安全气囊模块ABM、车身控制器BCM、组合仪表ICM。电驱动系统子网上的节点包括：整车控制器VMS、前电机控制器MCU_ISG、后电机控制器MCU_TM、充电模块CM、电池管理系统BMS、电池平衡系统BBS。

目前，混合动力汽车和传统的汽车上的汽车电子可以分成两大类：一是汽车电子控制装置，包括动力总成控制、底盘和车身控制、防盗和舒适性控制系统等。二是车载汽车电子装置，包括导航系统、视听娱乐系统等。电子控制装置是汽车电子的核心，由众多的电子电控单元ECU组成。如发动机控制系统ECM、自动变速箱控制系统TCM、防抱死制动系统ABS、车身控制系统BCM、组合仪表系统ICM、电动助力转向系统EPS等等。混合动力汽车相对常规汽车又新增了许多电气部件，因此增加了更多的电子电控单元。以奇瑞某型混合动力汽车为例，增加的电子电控单元有整车控制器VMS、电池管理系统BMS、电机控制系统MCU、电池均衡器BBS等等。如此众多的电子电控单元集成在一台汽车上，如果采用硬线连接几乎是不可能完成的任务。因为电控单元之间实时传输和共享的数据很多，而且集成如此多的ECU及其附带的通信设备必然会使整车电路异常繁琐和复杂，线束多，重量大，成本高，可靠性低。为了减少通信设备及线束、插件等，减少成本和简化线路，提高电动汽车通讯的实时性、可靠性和应急处理能力，必须采用能够满足高速多路的复用通信系统，以共享方式传送多种控制信息。借助现场总线技术搭建总线网络系统显然是目前最好的解决方案。

本发明的核心技术是设计基于多总线的网络系统架构。混合动力汽车包括传统动力系统总线以及电驱动系统总线。动力系统和电驱动系统对网络传输速率和实时性要求很高，因此都采用500kbps高速CAN总线，构成两个子网，两个子网之间通过网关连接。

本实施例方案包含以下两条子网：CAN_1是电驱动子网，CAN_2是传统动力系统子网(含车身控制系统)。整车控制器VMS由于与CAN_1、CAN_2模块都有较多通信需求，并且VMS作为整车的一个主要控制器，因此担当两条网络的网关。整车控制器的工作原理图如图2所示：

图中，VMS与MCU__ISG、MCU__TM、BMS和ICM以及常规动力节点分别通过两条CAN高速网络通信，而与模式形状和汽车油门踏板则是直接通过信号线连接，而指示报警则是通过内部功能分配实现的。

在汽车行驶过程中，CAN_1网络的电机转速、电机及其控制器的温度、电池温度、电池电量以及报警信号等信息实时通过CAN总线实时报告给整车控制器，整车控制器接收到电驱动系统工作状态以及来自CAN_2网络的常规动力CAN信息，经过数据处理，并且决策当前汽车应该采用何种驱动模式。当电池电量充足时，并且没有深踩油门加速的情况下，汽车可以以纯电动模式行驶，完全由动力电池给前后驱动电机提供电能，使电机带动汽车前进。当例如电池电量不足或者深踩油门急加速时，整车控制器启动燃油发动机，以发动机和电机同时带动汽车前进，同时给电池充电。采用哪种驱动模式由整车控制器根据汽车行驶工况来自动调整，驾驶者不能手动设置。在这个过程中，整车控制器作为网关处理来自于CAN_1网络的电池及电机信号，并重新封装成新的报文，转发给CAN_2网络。组合仪表接收到这些信号，做出相应的显示和报警。

整车控制器是混合动力汽车动力系统的核心，控制和调度着动力的切换和分配，使汽车始终在最优的工况下运转，增加了行车的安全性和稳定性。

在本实施例中，采用网关技术把两条功能不同的高速CAN总线集成在一个网络中，区别于传统的单通道网络通讯系统.。双通道网络的使用降低了单通道网络的负荷，提高了每条子网络的实时性。同时提高了网络的安全性，分网络控制的优势是当一条网络如果出现故障不会影响到另外一条网络，通过网关进行信息交换，将信息进行共享，充分利用CAN总线的高效率和低成本的特点。

本实施例的方案中多总线网络由两条高速CAN子网络构成。CAN_1网络有5个电控单元参与网络通信，CAN_2网络有8个电控单元参与通信。网关作为两条网络信息交换的桥梁。具体描述如下：

1、高速CAN网络传输速率为500kbps。

2、电驱动子网由整车控制器VMS、前电机控制器MCU_ISG、后电机控制器MCU_TM、充电模块CM、电池管理系统BMS、电池平衡系统BBS组成。

3、传统动力系统子网由发动机控制系统EMS、制动防抱死系统BSM、自动变速箱控制系统TCU、电动助力转向系统EPS、空调控制器CLM、安全气囊模块ABM、车身控制器BCM、组合仪表ICM组成。

整车控制器是此方案的一个关键的电控单元，它同时还是作为两条网络的网关，把电驱动子网和传统动力系统子网需要互相通讯的信息交换出来。信息交换通过两个间接转发帧体现：

表1从CAN_1网络到CAN_2网络的信号转换列表

网关将来自CAN_1网络电池管理系统的电池状态信号、报警信号，以及电机控制器的转速、温度等信号，经过解析处理并重新封装成为VMS_9/VMS_10这两帧消息，转发到CAN_2网络，实现CAN_2网络的控制和显示策略。这样，增加了数据传输的可靠性。

转发的数据形式如表2表3所示，以整车控制器为发送节点，以100ms为周期的周期信号，帧数据长度为8字节。其中VMS_9的帧的具体内容是0-1位是两位的充电线连接状态、2-3位两位电池温度报警、第4位是一位电池切断指示、第5-6位两位的驱动系统故障，第7位保留，接下来三个字节是电池电量、电池电压、电池电流各一个字(两个字节)，最后还有一个字节保留，具体见表4。VMS__10帧中，只有从24位开始的一个字节是电机转速，其余全部保留。这些数据的目的是组合仪表ICM。

表2

ID

408h

Type

P

Period

100ms

Size

8bytes

sender

VMS

表3

ID

409h

Type

P

Period

100ms

Size

8bytes

sender

VMS

表4VMS_9这帧消息的具体内容

表5：VMS_10这帧消息的具体内容

Signal name	Lsb pos	Bit size	Note	Node receiving
					Reserved	0	8	保留
Reserved	8	8	保留
					MotorSpeed	24	16	电机转速	ICM
Reserved	32	8	保留
					Reserved	40	8	保留
Reserved	56	16	保留

注：上面这个表是VMS_9这帧消息的具体内容，即这个消息包含的所有信号。1、Signal name信号名2、LSB pos即最低位，通过最低位和数据长度就可以定位该信号在8个字节的数据段中所处的位置。3、Bit size数据长度，即该信号有几个位。4、Note对该信号的注释5、Node receiving接收节点，即表明该信号在网络上被哪个节点接收

本方案通过基于多总线技术的网络系统架构，使传统动力系统和电驱动系统能够紧密结合，实现了混合动力汽车的设计概念。两个系统分网布局，相对的独立性提高了整体的安全性和可靠性，后期维护也较为方便。采用网关技术实现了不同子网络之间的信息交换，充分发挥了网络资源共享的特性。同时由整车控制器充当网关的角色，也便于对整车状态的实时监控，及时采取合适的控制策略，提高了行驶的安全性和可靠性。

Claims

1.一种混合动力汽车内部网络架构，包括传统动力系统节点和电驱动系统节点；其特征在于：

所述的传统动力系统节点设置在一条高速CAN总线上构成传统动力系统子网；

所述的电驱动系统节点设置在另一条高速CAN总线上构成电驱动系统子网；

联接所述的传统动力系统子网和电驱动系统子网的网关为所述的混合动力汽车的整车控制器(VMS)。

2.根据权利要求1所述的混合动力汽车内部网络架构，其特征在于：所述的传统动力系统子网和电驱动系统子网均为500kbps高速CAN总线。

3.根据权利要求2所述的混合动力汽车内部网络架构，其特征在于：所述的传统动力系统节点包括：发动机控制系统(EMS)、制动防抱死系统(BSM)、自动变速箱控制系统(TCU)、电动助力转向系统(EPS)、空调控制器(CLM)、安全气囊模块(ABM)、车身控制器(BCM)、组合仪表(ICM)。

4.根据权利要求2所述的混合动力汽车内部网络架构，其特征在于：所述的电驱动系统节点包括：整车控制器(VMS)、前电机控制器(MCU_ISG)、后电机控制器(MCU_TM)、充电模块(CM)、电池管理系统(BMS)、电池平衡系统(BBS)。

5.根据权利要求1-4中任一所述的混合动力汽车内部网络架构，其特征在于：所述的电驱动系统子网通过作为网关的整车控制器(VMS)向传统动力系统子网转发数据，由所述的整车控制器(VMS)转发的ID为408H和409H。

6.根据权利要求5所述的混合动力汽车内部网络架构，其特征在于：由所述的电驱动系统子网通过作为网关的整车控制器(VMS)向传统动力系统子网转发的数据是以整车控制器(VMS)为发送节点，以100ms为周期的周期信号，帧数据长度为8字节。

7.根据权利要求5所述的混合动力汽车内部网络架构，其特征在于：所述的整车控制器(VMS)发送ID为408H的每帧数据包括两位的充电线连接状态、两位电池温度报警、一位电池切断指示、两位的驱动系统故障加上电池电量、电池电压、电池电流各两个字节，其余保留；所述的整车控制器(VMS)发送ID为409H的每帧数据包括从24位开始的16位表示的电机转速，其余都保留。

8.根据权利要求1-4中任一所述的一种混合动力汽车内部网络架构，其特征在于：在所述的传统动力系统子网和电驱动系统子网两端的节点单元内分别设置防止总线在线端信号反射的终端电阻。