CN106828356B - 电动汽车动力系统双路can通讯方法和模块 - Google Patents
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Abstract
一种电动汽车动力系统双路CAN通讯方法，所述动力系统包括电机控制器、电池控制器、整车控制器等，各控制器适于分别接入包括CAN 1和CAN2的双路CAN，在接入双路CAN时的正常运行情况下，各控制器分别以预定的方式通过CAN 1或CAN2进行通讯，所述方法包括：由各控制器自身进行CAN通讯故障检测的故障检测步骤；当检测到CAN 1和CAN2均出现通讯故障时进入故障处理模式的故障处理步骤；以及当检测到CAN1和CAN2中的一个通讯正常而其中的另一个出现通讯故障时在CAN 1和CAN2中之间进行网络切换的网络切换步骤。本发明还提出一种利用上述方法的电动汽车动力系统双路CAN通讯模块。本发明在网络故障发生的情况下能够实现功能信号在双路CAN之间的切换，从而保证车辆的可靠行驶。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车动力系统CAN(控制器局域网络)网络架构设计及应用方法领域，尤其是涉及一种电动汽车动力系统双路CAN通讯方法和模块，其利用动力系统双路CAN通讯方式实现车辆行驶的可靠控制，从而使得车辆行驶过程中即使发生网络故障仍可保证可靠的车辆行驶。
背景技术
在传统车辆领域，动力系统主要由发动机控制器和变速箱控制器组成，各控制器均采用单路CAN通讯实现功能信号的传递。在电动汽车领域，一般采用新能源部件进行单路CAN通讯。例如，对于功能复杂的混合动力汽车，由于需要电机控制器、整车控制器、电池控制器、发动机控制、变速箱控制器等共同交互作用实现其预定功能，同时考虑到网络负载率的限制，通常采用如图1所示的结构形式：其中新能源部件(电机控制器、整车控制器、电池控制器)被定义为一路CAN网络通讯组件，传统动力部件则组成另一路CAN网络通讯组件，两路CAN由网关隔断，彼此独立，两条网络的交互信息由网关转换。
由于电动汽车的电磁现象较为复杂，如果车辆行驶过程中出现严重的网络故障，例如总线关闭、控制器的CAN收发器等发生故障，将导致车辆能力受限，甚至失去动力。
发明内容
鉴于以上背景，本发明的目的在于提供一种主要针对电动汽车动力系统的双路CAN通讯方法和模块(架构)，其可降低目前电动汽车动力系统在网络故障发生时的风险，其中动力系统中的各控制器均适于接入双路CAN，在网络故障发生的情况下能够实现功能信号在双路CAN之间的切换，从而保证车辆的可靠行驶。
为此，根据本发明的一个方面，提出一种电动汽车动力系统双路CAN 通讯方法，所述动力系统包括电机控制器、电池控制器、整车控制器和变速箱控制器，各控制器适于分别接入包括CAN 1和CAN2的双路CAN，从而能够实现双路CAN通讯，其中，在接入双路CAN时的正常运行情况下，所述各控制器分别以预定的方式通过CAN 1或CAN2进行通讯，所述方法包括：
由各控制器自身进行CAN通讯故障检测的故障检测步骤；
当检测到CAN 1和CAN2均出现通讯故障时进入故障处理模式的故障处理步骤；以及
当检测到CAN 1和CAN2中的一个通讯正常而其中的另一个出现通讯故障时在CAN1和CAN2中之间进行网络切换的网络切换步骤。
有利的是，所述网络切换步骤包括将网络通讯从CAN 1和CAN2中出现通讯故障的一个切换至CAN 1和CAN2中通讯正常的一个的过程。
有利的是，所述网络切换步骤还包括在故障消除后将网络通讯从CAN 1 和CAN2中通讯正常的一个返回至CAN 1和CAN2中之前出现通讯故障的一个的过程。
有利的是，所述故障检测步骤和所述网络切换步骤在各个控制器的控制下自动地进行。
有利的是，在通常情况下，采用CAN1作为与包括变速箱控制器、整车控制器的传统部件相关的交互网络进行通讯，并采用CAN2作为与包括电机控制器、电池控制器的新能源部件相关的交互网络进行通讯。
有利的是，所述电动汽车为纯电动汽车或混合动力汽车，在混合动力汽车的情况下，所述动力系统还包括发动机控制器，所述发动机控制器同样适于分别接入包括CAN 1和CAN2的双路CAN。
有利的是，在所述网络切换步骤中，各控制器分别接收自定义的网络切换触发帧，并确定当前发送该网络切换触发帧的控制器为主控制器，其余各控制器作为从控制器，在网络切换中从节点遵循主控制器的指令。
有利的是，各控制器均在内设软件中设置一帧网络切换触发帧并能够识别其余控制器发送的网络切换触发帧，其中每个网络切换触发帧包含一个 CAN网络切换状态。
有利的是，所述CAN网络切换状态包括：
切换等待状态，其中主控制器检测到网络故障，但该网络故障待确认；
切换启动状态，其中在所述网络故障被确认后所述主控制器请求启动网络切换；
切换完成状态，其中各控制器已实现网络切换。
有利的是，所述切换等待状态包括：
主控制器请求切换等待的状态；以及
内部切换准备完成后各从控制器进入网络切换等待的状态。
有利的是，在所述主控制器请求启动网络切换后，CAN 1和CAN2中出现通讯故障的一个的网络数据以功能触发帧的方式发送至CAN 1和CAN2 中通讯正常的一个。
有利的是，所述主控制器检测到的网络故障包括无法接收到动力系统的其他控制器的信号或主控制器处于总线关闭状态。
有利的是，所述CAN网络切换状态还包括：
请求返回原通讯网络状态，其中在通讯故障消除后，主控制器请求进行网络切换以返回原通讯网络进行通讯；
切换停止状态，其中在网络切换完成并返回原通讯网络进行通讯后结束网络切换，以及故障未确认但已恢复时中止网络切换。
有利的是，所述CAN网络切换状态还包括处于请求返回原通讯网络状态和切换停止状态之间的切换等待状态、切换启动状态和切换完成状态。
根据本发明的另一方面，提出一种电动汽车动力系统双路CAN通讯模块，其中，该电动汽车动力系统双路CAN通讯模块包括电机控制器、电池控制器、整车控制器和变速箱控制器，各个控制器适于分别接入包括CAN 1 和CAN2的双路CAN，从而能够实现双路CAN通讯，其中各控制器的其中一路CAN通讯口通过CAN线束连接，以构成CAN1，各控制器的另一路CAN通讯口通过CAN线束连接，以构成CAN2，所述各控制器(其内设程序)被设计为根据如前所述的电动汽车动力系统双路CAN通讯方法进行通讯。
有利的是，在通常情况下，CAN1作为与包括变速箱控制器、整车控制器的传统部件相关的交互网络进行通讯，并且CAN2作为与包括电机控制器、电池控制器的新能源部件相关的交互网络进行通讯。
有利的是，所述电动汽车为纯电动汽车或混合动力汽车，在混合动力汽车的情况下，所述电动汽车动力系统双路CAN通讯模块还包括发动机控制器，所述发动机控制器同样分别接入包括CAN 1和CAN2的双路CAN。
下面结合上述内容对本发明的设计和工作原理进行简要说明。
电动汽车动力系统通常包括电机控制器、电池控制器、整车控制、变速箱控制器等。对于混合动力汽车，则增加发动机控制器。为实现本方法所采用的通讯架构是：电动汽车动力系统的各控制器均能够实现双路CAN通讯，其中可取各控制器的其中一路CAN通讯口通过CAN线束连接，从而构成 CAN1；可取各控制器的另一路CAN通讯口通过CAN线束连接，从而构成 CAN2。
电动汽车动力系统通常采用CAN1作为与传统部件相关的交互网络，所述传统部件包括变速箱控制器、整车控制器、发动机控制器(混合动力汽车) 等；并采用CAN2作为与新能源部件相关的交互网络，所述新能源部件包括电机控制器、电池控制器、整车控制器等。由于CAN同一时刻只能传递单帧信号，且各控制器各自接收到自定义的网络切换触发帧，在此情况下，可确定当前发送该帧的控制器A为主控制器，其余相关控制器作为从控制器，在网络切换中从节点遵循主控制器的指令。本发明提出的通讯方法的基本思路如下：
前提：各控制器均在自身内设软件内设置一帧网络切换触发帧并能够识别其余控制器发送的网络切换触发帧，其中每一网络切换触发帧包含一个CAN 网络切换状态，该CAN网络切换状态例如可包括切换等待状态、切换启动状态，切换完成状态、请求返回原通讯网络状态、切换停止状态，其中：
切换等待状态：控制器A无法收到动力系统的其他控制器的任意信号或控制器A处于总线关闭状态，但该故障处于确认中；
切换启动状态：请求启动动力系统切换网络进行通讯；
切换完成状态：各控制器已实现网络切换；
请求返回原通讯网络状态：控制器A请求返回原网络进行信号交互；
切换停止状态：控制器A请求停止发送所有触发帧。
结合前面的描述，本发明例如可大致按照以下基本过程进行双路CAN通讯：
当动力系统中传统部件(新能源部件)的控制器A在CAN1(CAN2) 网络上无法发送信息或者进入总线关闭状态时，控制器A应将网络切换状态变为切换等待状态，当CAN2(CAN1)正常时，开始周期性地发送网络切换触发帧至CAN2(CAN1)，并且各控制器一直保持CAN1(CAN2)诊断监控；
从控制器识别出控制器A的网络切换状态为切换等待状态，且内部网络切换准备完成后，各从控制器将网络切换状态变为切换等待状态，发送各自的网络切换触发帧；
当控制器A检测到各从控制器的网络切换状态为切换等待状态并且通讯故障确认时，将CAN1(CAN2)网络数据以功能触发帧发送至CAN2(CAN1)，并将网络切换状态变为切换启动状态；当控制器A处于检测各从控制器的网络切换状态为切换等待状态的过程中但通讯故障还未确认时已消失，控制器 A将网络切换状态变为切换停止状态，各控制器中止网络切换，继续监控各控制器并一直保持CAN1(CAN2)诊断监控；
当接收到网络状态为切换启动状态时，各从控制器开始将各自发送的 CAN1(CAN2)以功能触发帧发送至CAN2(CAN1)，当控制器A和从控制器实现采用切换数据进行功能运算后，则均将网络切换状态变为切换完成状态，以实现车辆的可靠运行；
当原通讯网络恢复正常后，控制器A将网络切换状态变为切换等待状态；
当识别出控制器A的网络切换状态为切换等待状态并且内部网络切换准备完成后，将网络切换状态变为切换等待状态；
当控制器A识别出各从控制器的网络切换状态为切换等待状态时，将网络切换状态变为请求返回原通讯网络状态；
当控制器A和各从控制器采用原通讯网络数据进行功能运算后，均将网络切换状态变为切换完成状态；
当识别出各从控制器的状态均为切换完成状态，将切换状态变为切换停止状态；
控制器A和各从控制器停止发送网络切换触发帧和功能触发帧，网络切换过程(逻辑)结束。
由此可见，本方法提出了基于电动汽车动力系统双路CAN通讯的网络架构，其从架构层面保证了即使单路CAN失效车辆仍可可靠行驶。此外，本方法还提出了电动汽车动力系统在双路CAN之间的切换方法，其中在网络故障发生时可实现功能信号在双路CAN之间的切换，从而降低网络故障导致车辆失去动力的风险。
附图说明
通过下面结合附图关于本发明的具体实施方式的详细描述，将有助于更清楚、全面地理解本发明的进一步特征、细节和优点。其中：
图1示出了现有混合动力汽车的网络架构；
图2示意性地示出了根据本发明的电动汽车动力系统双路CAN网络架构；
图3示意性地示出了根据本发明的一个实施例的动力系统双路CAN通讯方法的大致工作流程图。
具体实施方式
下面借助于示范性实施例详细描述本发明。需指出的是，本领域的技术人员很容易理解，以下实施例仅仅为便于更清楚地理解和描述本说明以举例方式给出的关于本发明的示范性实施例，其并不意味着对本发明进行任何限制。
如图2所示，根据本发明的一个实施例，本发明提供了一种电动汽车动力系统的网络架构，或者说一种电动汽车动力系统双路CAN通讯模块，其包括整车控制器、电机控制器、电池控制器、变速箱控制器和发动机控制器(混合动力汽车)，要求上述各动力系统部件均支持双路CAN通讯，其中可取各控制器的其中一路CAN通讯口通过CAN线束连接，从而构成CAN1；可取各控制器的另一路CAN通讯口通过CAN线束连接，从而构成CAN2。在功能正常运行时，采用由传统部件构成CAN(可定义为CAN1)进行通讯，所述传统部件包括变速箱、整车控制器、发动机控制器(混合动力汽车)；采用由新能源部件构成CAN(可定义为CAN2)进行通讯，所述新能源部件包括电机控制器、电池控制器和整车控制器。
由于CAN同一时刻只能传递单帧信号，且各控制器接收到自定义的网络切换触发帧，则确定当前发送该帧的控制器A为主控制器，其余相关控制器作为从控制器，且遵循主控制器的指令，主控制器A可为整车控制器、电机控制器、电池控制器、变速箱控制器、发动机控制器(混合动力汽车)中的任一控制器，其余控制器则定义为从控制器。
结合图2和图3，本发明的各控制器在供电通讯后可大致按照以下流程工作：
动力系统的各控制器实时监控两路CAN通讯异常：即控制器进入总线关闭状态或者无法发送信息等。若无异常则保持正常通讯，不进入网络切换步骤(逻辑)；
当传统车部件(新能源部件)的各控制器监控到CAN1(CAN2)网络异常时，若监控到CAN2(CAN1)网络存在错误帧，则等待故障确认后进入故障处理模式；若监控到CAN2(CAN1)网络正常，在内部网络切换准备完成后，各控制器将网络切换状态变更为切换等待状态，产生并发送各自网络切换触发帧；
当传统车部件(新能源部件)的从控制器在CAN2(CAN1)网络上识别出切换等待请求时，在内部网络切换准备完成后，将网络切换状态变更为切换等待状态，发送各自触发帧；
当控制器A识别出从控制器的状态均为切换等待状态，且网络故障已确认，则将CAN1(CAN2)网络数据以功能触发帧发送至CAN2(CAN1)，并将网络切换状态变为切换启动状态；当控制器A处于检测各从控制器的网络切换状态为切换等待状态的过程中但通讯故障还未确认时已消失，控制器A将网络切换状态变为切换停止状态，各控制器中止网络切换，继续监控各控制器并一直保持CAN1(CAN2)诊断监控；
各从控制器收到切换启动指令后，将CAN1(CAN2)网络数据同时发送至 CAN2(CAN1)，待采用切换数据进行运算后，控制器A和从控制器将网络状态变为切换完成状态，实现车辆可可靠运行；
当控制器A监测到故障恢复(消除)后，控制器A将切换网络状态变为切换等待状态；
各从控制器收到切换等待指令并且内部切换准备完成后，将网络切换状态变为切换等待状态；
当控制器A识别出从控制器的状态均为切换等待状态时，则将网络切换状态变为请求返回原通讯网络状态；
控制器A和各从控制器采用原通讯网络数据进行功能运算后，均将网络切换状态变为切换完成状态；
控制器A收到识别相关从控制器的状态均为切换完成状态，将状态切换为切换停止状态；
控制器A和各从控制器停止发送网络切换触发帧和功能触发帧，则整个切换步骤(逻辑)结束。
在使用过程中，以上过程可周期性地进行，以实时地监控网络通讯状态并在出现通讯故障时适时地进入相应的网络切换步骤或故障处理模式等，从而最佳地保证可靠的车辆行驶。
以上结合具体实施例对本发明进行了详细描述。很明显，以上描述以及在附图中示出的实施例均应被理解为是示例性的，而非对本发明的限制。例如，虽然以上描述针对电动汽车动力系统进行可描述，但是很显然，本发明也可适用于仅包括传统部件的传统车辆。此外，对于本领域的技术人员来讲，很容易理解，可以在不脱离本发明的精神的情况下对本发明中的各部件的构成、方法步骤等进行各种变型或修改，这些变型或修改均不脱离本发明的范围。
Claims (15)
1.一种电动汽车动力系统双路CAN通讯方法，其特征在于，所述动力系统包括电机控制器、电池控制器、整车控制器和变速箱控制器，各控制器适于分别接入包括CAN 1和CAN2的双路CAN，从而能够实现双路CAN通讯，其中，在接入双路CAN时的正常运行情况下，所述各控制器分别以预定的方式通过CAN 1或CAN2进行通讯，且在通常情况下，采用CAN 1作为与包括变速箱控制器、整车控制器的传统部件相关的交互网络进行通讯，并采用CAN2作为与包括电机控制器、电池控制器的新能源部件相关的交互网络进行通讯，所述方法包括：
由各控制器自身进行CAN通讯故障检测的故障检测步骤；
当检测到CAN 1和CAN2均出现通讯故障时进入故障处理模式的故障处理步骤；以及
当检测到CAN 1和CAN2中的一个通讯正常而其中的另一个出现通讯故障时在CAN 1和CAN2中之间进行网络切换的网络切换步骤。
2.根据权利要求1所述的电动汽车动力系统双路CAN通讯方法，其特征在于，所述网络切换步骤包括将网络通讯从CAN 1和CAN2中出现通讯故障的一个切换至CAN 1和CAN2中通讯正常的一个的过程。
3.根据权利要求2所述的电动汽车动力系统双路CAN通讯方法，其特征在于，所述网络切换步骤还包括在故障消除后将网络通讯从CAN 1和CAN2中通讯正常的一个返回至CAN 1和CAN2中之前出现通讯故障的一个的过程。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的电动汽车动力系统双路CAN通讯方法，其特征在于，所述故障检测步骤和所述网络切换步骤在各个控制器的控制下自动地进行。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的电动汽车动力系统双路CAN通讯方法，其特征在于，所述电动汽车为纯电动汽车或混合动力汽车，在混合动力汽车的情况下，所述动力系统还包括发动机控制器，所述发动机控制器同样适于分别接入包括CAN 1和CAN2的双路CAN。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的电动汽车动力系统双路CAN通讯方法，其特征在于，在所述网络切换步骤中，各控制器分别接收自定义的网络切换触发帧，并确定当前发送该网络切换触发帧的控制器为主控制器，其余各控制器作为从控制器，在网络切换中从节点遵循主控制器的指令。
7.根据权利要求6所述的电动汽车动力系统双路CAN通讯方法，其特征在于，各控制器均在内设软件中设置一帧网络切换触发帧并能够识别其余控制器发送的网络切换触发帧，其中每个网络切换触发帧包含一个CAN网络切换状态。
8.根据权利要求7所述的电动汽车动力系统双路CAN通讯方法，其特征在于，所述CAN网络切换状态包括：
切换等待状态，其中主控制器检测到网络故障，但该网络故障待确认；
切换启动状态，其中在所述网络故障被确认后所述主控制器请求启动网络切换；
切换完成状态，其中各控制器已实现网络切换。
9.根据权利要求8所述的电动汽车动力系统双路CAN通讯方法，其特征在于，所述切换等待状态包括：
主控制器请求切换等待的状态；以及
内部切换准备完成后各从控制器进入网络切换等待的状态。
10.根据权利要求8所述的电动汽车动力系统双路CAN通讯方法，其特征在于，在所述主控制器请求启动网络切换后，CAN 1和CAN2中出现通讯故障的一个的网络数据以功能触发帧的方式发送至CAN 1和CAN2中通讯正常的一个。
11.根据权利要求8所述的电动汽车动力系统双路CAN通讯方法，其特征在于，所述主控制器检测到的网络故障包括无法接收到动力系统的其他控制器的信号或主控制器处于总线关闭状态。
12.根据权利要求8所述的电动汽车动力系统双路CAN通讯方法，其特征在于，所述CAN网络切换状态还包括：
请求返回原通讯网络状态，其中在通讯故障消除后，主控制器请求进行网络切换以返回原通讯网络进行通讯；
切换停止状态，其中在网络切换完成并返回原通讯网络进行通讯后结束网络切换，以及故障未确认但已恢复时中止网络切换。
13.根据权利要求12所述的电动汽车动力系统双路CAN通讯方法，其特征在于，所述CAN网络切换状态还包括处于请求返回原通讯网络状态和切换停止状态之间的切换等待状态、切换启动状态和切换完成状态。
14.一种电动汽车动力系统双路CAN通讯模块，其特征在于，该电动汽车动力系统双路CAN通讯模块包括电机控制器、电池控制器、整车控制器和变速箱控制器，各个控制器适于分别接入包括CAN 1和CAN2的双路CAN，从而能够实现双路CAN通讯，其中各控制器的其中一路CAN通讯口通过CAN线束连接，以构成CAN 1，各控制器的另一路CAN通讯口通过CAN线束连接，以构成CAN2，且在通常情况下，CAN 1作为与包括变速箱控制器、整车控制器的传统部件相关的交互网络进行通讯，并且CAN2作为与包括电机控制器、电池控制器的新能源部件相关的交互网络进行通讯，所述各控制器被设计为根据权利要求1-13中任一项所述的电动汽车动力系统双路CAN通讯方法进行通讯。
15.根据权利要求14所述的电动汽车动力系统双路CAN通讯模块，其特征在于，所述电动汽车为纯电动汽车或混合动力汽车，在混合动力汽车的情况下，所述电动汽车动力系统双路CAN通讯模块还包括发动机控制器，所述发动机控制器同样分别接入包括CAN 1和CAN2的双路CAN。
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