CN109557899B - 一种基于can总线的车用比例阀压力控制器及通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于CAN总线的车用比例阀压力控制器及通信方法，该车用比例阀压力控制器上设置有CAN模块，该CAN模块连接CAN总线，并可通过CAN总线连接车用ECU；由此通过定义比例阀控制器的CAN总线报文协议，并基于该报文协议通过CAN总线与车用ECU进行通信。本方案针对车用比例阀压力控制器与车用ECU之间的通信技术，独创的采用CAN总线来替代PWM接口，有效的克服了现有车用比例阀压力控制器基于PWM通信方式所存在的问题，同时还能够释放车用ECU宝贵的PWM资源。

Description

一种基于CAN总线的车用比例阀压力控制器及通信方法

技术领域

本发明涉及车辆控制技术，具体涉及车用比例阀压力控制器的通信技术。

背景技术

为了降低柴油机NOx排放，目前客车和卡车普遍采用废气再循环技术，它的基本原理是从排气管中把部分燃烧过的废气通过气阀引入到进气管中，与新鲜空气混合后进入燃烧室再次参与燃烧，但过度的废气再循环率也会对混合气的着火和发动机的性能产生较大的影响，特别是发动机在怠速、低速、小负荷工况时，所以需要通过ECU发出控制指令给气阀控制器，根据不同的工况控制气阀的开关及气体输出压力，以最大限度地降低废气中NOx排放量，同时也需要从气阀控制器收集一些反馈信息以了解控制器的状态。

目前的柴油车气阀控制器都是通过PWM方式接收ECU传输的控制指令，及反馈控制器诊断信息，用不同的PWM占空比来表示比例阀气压大小及错误诊断信息。由此，通常的柴油车气阀控制器为接收ECU传输指令以及反馈控制器诊断信息，各需要占用一路PWM口，一共需要二路PWM。但是也有只使用一路PWM的情况，即只接受ECU的控制指令，无诊断信息的反馈。

参见图1，其所示为通常比例阀控制器对外有四个引脚，分别用于电源供电、电源接地、以PWM方式接收阀控制命令、以PWM方式反馈控制器诊断信息。根据实际需求也可采用三个引脚，其中无诊断信息输出引脚。

现有柴油车气阀控制器通过PWM方式给气阀控制器传输指令及反馈控制器诊断信息，在实际使用过程中存在诸多的问题，主要如下：

1.汽车上的ECU需要与很多器件通讯，其IO资源是非常宝贵的，而PWM的资源则更为紧缺，很多情况下由于PWM资源不足，为了整合气阀控制器，需要重新进行PWM资源的调配，甚至放弃诊断信息的获取，ECU亦无法获取比例阀的工作状态，进而影响废气再循环系统的可靠工作。

2.由于使用PWM占空比来表示比例阀气体压力，其控制精度取决于PWM占空比的精度，而PWM占空比的精度又和PWM发生器的时钟稳定性，采用的PWM周期有关，且PWM信号容易受到外部的干扰，实际使用时无法达到很高的控制精度，同时PWM占空比的波动也会影响比例阀最终输出气压的稳定性。有些车厂ECU的PWM占空比精度只能达到1％

3.由于PWM输出精度有限，需要额外的映射表设置PWM占空比和气体压力的对应关系，以提高压力控制精度，但这也同时缩小了压力的可控范围。

4.使用PWM占空比来输出诊断信息，由于其无法承载复杂的数据协议，因此能输出的信息非常有限，只能传递出错码，无法输出更多的比例阀内部状态。

5.引脚功能固化，后期无法进行功能拓展，比如程序升级，调试等，后期维护成本高。

综上，虽然采用PWM通信方式来控制车用比例阀存在诸多的问题，但是本领域基于惯性设计思维，一直采用如此的控制方式；故，本领域亟需一种新的车用比例阀控制方案。

发明内容

针对车用比例阀压力控制器通过PWM方式进行信息传输所存在的问题，需要一种新的车用比例阀压力控制器通信方案。

为此，本发明的目的在于提供一种基于CAN总线的车用比例阀压力控制器，同时针对该控制器提供一种通信方法，由此完全替换现有的PWM通信方式，释放ECU宝贵的PWM资源。

为了达到上述目的，本发明提供的基于CAN总线的车用比例阀压力控制器，所述车用比例阀压力控制器上设置有CAN模块，所述CAN模块连接CAN总线，并可通过CAN总线连接车用ECU。

进一步的，所述CAN模块由CAN收发器构成。

进一步的，所述车用比例阀压力控制器与车用ECU之间基于CAN总线，通过CAN总线报文协议进行比例阀控制指令的传输及诊断信息的反馈。

进一步的，所述CAN总线报文协议定义如下：

阀压力控制报文，用于发送压力调整指令；其数据部分包含64个比特位，其中前16个比特位描述了目标压力值，其余48个比特位的值全部为1；

阀状态报文，用于反馈车用比例阀压力控制器的内部运行状态，内部温度，输出气压，设定气压以及错误码，其数据部分包含64个比特位，其中第一个字节表示压力控制器的内部运行状态，第二个字节表示压力控制器的内部温度，第三第四个字节表示车用比例阀的当前输出气压，第五第六个字节表示车用比例阀的设定气压，第7个字节表示车用比例阀的错误码，第八个字节保留；

阀错误码报文，用于反馈车用比例阀压力控制器的具体错误信息。

进一步的，所述CAN总线报文的通信波特率为250kbits/s或者500kbits/s，数据长度都为8字节。

为了达到上述目的，本发明提供的基于CAN总线的车用比例阀压力控制器的通信方法，所述通信方法定义比例阀控制器的CAN总线报文协议，并基于该报文协议通过CAN总线与车用ECU进行通信。

进一步的，所述CAN总线报文协议定义如下：

阀压力控制报文，用于发送压力调整指令。数据部分包含64个比特位(8个字节)，其中前16个比特位描述了目标压力值(单位1/128bar)，其余48个比特位的值全部为1。

阀状态报文，用于反馈车用比例阀压力控制器的内部运行状态，内部温度，输出气压，设定气压以及错误码。数据部分包含64个比特位(8个字节)，其中第一个字节表示压力控制器的内部运行状态，第二个字节表示压力控制器的内部温度，第三第四个字节表示车用比例阀的当前输出气压，第五第六个字节表示车用比例阀的设定气压，第7个字节表示车用比例阀的错误码，第八个字节保留。

阀错误码报文，用于反馈车用比例阀压力控制器的具体错误信息，最多可以显示8个详细错误信息。

进一步的，所述CAN总线报文的通信波特率为250kbits/s或者500kbits/s，数据长度都为8字节。

进一步的，车用ECU周期性的通过CAN总线发送阀压力控制报文给车用比例阀压力控制器，车用比例阀压力控制器通过CAN总线接收阀压力控制报文，并从接收到的报文中获取设定气压值，对输出气压进行调节；

车用比例阀压力控制器周期性的通过CAN总线发送阀状态报文给车用ECU，车用ECU接收到该报文，并根据该报文协议获取阀的状态，温度等信息；

车用比例阀压力控制器周期性的通过CAN总线发送阀错误报文给车用ECU，车用ECU接收到该报文，并根据报文协议获取阀的详细错误信息；

车用ECU综合阀状态报文和阀错误码报文的信息，了解阀的工作状态，形成相应的控制指令。

本方案针对车用比例阀压力控制器与车用ECU之间的通信技术，独创的采用CAN总线来替代PWM接口，有效的克服了现有车用比例阀压力控制器基于PWM通信方式所存在的问题，同时还能够释放车用ECU宝贵的PWM资源。

再者，本方案在应用时，其速度更高，稳定性更好，且降低对ECU的PWM资源需求，支持更多的扩展功能。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为现有比例阀控制器的引脚设置示意图；

图2为本实例中车用比例阀压力控制器的引脚设置示意图；

图3为本实例中CAN模块的原理示例图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

本实例针对车用比例阀控制器与车载ECU的功能特点，对于两者之间的通信方式，摒弃现有技术一直沿用的PWM通信方式，独创的采用CAN总线接口替代PWM接口，并基于CAN总线报文协议来实现更复杂的通讯功能，获取更高的控制精度和更高的可靠性，同时释放ECU宝贵的PWM资源。

作为举例，本方案基于上述原理给出了一种基于CAN总线的车用比例阀压力控制器，该控制器能够通过CAN总线直接与车辆上的ECU进行连接，并基于相应的CAN总线报文协议来实现两者之间快速、可靠的通信，如可有效完成比例阀的控制及诊断信息获取。

为此，车辆上的ECU采用集成CAN模块的ECU，对于已经集成有相应CAN模块的车用ECU无需进行硬件结构调整，只要在ECU的通信程序层面上与设定的CAN总线报文协议进行适配即可，非常的方便便捷，且不增加任何的成本；也无需对车辆原有的设置结构进行调整。

对于车用比例阀压力控制器，在其上增设CAN模块以支持CAN总线，以实现CAN总线通讯。

参见图2，其所示为本实例中设置有CAN模块的车用比例阀压力控制器的引脚示例图。

由图可知，该车用比例阀压力控制器10具有四个引脚：第一引脚11为电源供电引脚，第二引脚2为电源接地引脚，第三引脚13和第四引脚14为CAN总线引脚，以连接CAN总线。

本实例给出的车用比例阀压力控制器在构建时，可选用支持CAN的MCU主控芯片，同时增加CAN收发器及外围电路，对于芯片选型及外围电路设计根据实际需求进行调整，只要能实现CAN收发功能即可。

参见图3，其所示为本实例给出的一种CAN模块100组成示例，对于本实例中的CAN模块在结构上并不限于此。

由图可知，该CAN模块100主要由CAN收发器110，共模扼流模块120，总线终端电阻130，ESD/过压保护模块140依次连接配合构成。

CAN收发器110用于数据发送与接收，共模扼流模块120连接CAN收发器110，用于抑制CAN信号噪声。

总线终端电阻130与共模扼流模块120连接，用于避免信号传输时的反射和回波。

ESD/过压保护模块140用于保证整个总线的安全。

基于上述方案构成的车用比例阀压力控制器在通过CAN总线连接车用ECU后，本实例还还进一步定义比例阀控制器的CAN总线报文协议，同时在车用比例阀压力控制器端和车用ECU端的通讯程序上适配该CAN总线报文协议后，基于该CAN总线报文协议可实现两者之间的CAN通信，即可进行比例阀的控制及诊断信息获取。

本实例中，对于比例阀压力控制器的报文协议定义如下：

Baud rate:250kbits/s(并不限于此，可根据实际需求进行调整)数据长度:8bytes

阀压力控制报文标识符(ID) 0x08FF8100；

阀状态报文标识符(ID) 0x08FF1081；

阀错误码报文标识符(ID) 0x18FF0A81。

其中，报文标识符用于区分各种不同的报文。

针对上述定义的比例阀压力控制器报文标识符，以下具体说明一下该报文标识符下各报文的具体数据包设定。

阀压力控制报文(周期20ms，具体可根据实际需求进行调整)，用于发送压力调整指令。

如表1所示，本阀压力控制报文的数据部分包含64个比特位(8个字节)，其中前16个比特位描述了目标压力值(单位1/128bar)，其余48个比特位的值全部为1。

表1

Name	Startbit	Length(bit)	Factor	Offset	Min	Max	Unit	Comments
									PressureReq	0	16	1/128	0	0	7.5	bar	Range Used:0-960
Free	16	8						0xFF
									Free	24	8						0xFF
Free	32	8						0xFF
									Free	40	8						0xFF
Free	48	8						0xFF
									Free	56	8						0xFF

阀状态报文(周期20ms，具体可根据实际需求进行调整)，用于反馈车用比例阀压力控制器的内部运行状态，内部温度，输出气压，设定气压以及错误码。

如表2所示，本阀状态报文的数据部分包含64个比特位(8个字节)，其中第一个字节表示压力控制器的内部运行状态，第二个字节表示压力控制器的内部温度，第三第四个字节表示车用比例阀的当前输出气压，第五第六个字节表示车用比例阀的设定气压，第7个字节表示车用比例阀的错误码，第八个字节保留。

表2

阀错误码报文(周期100ms，具体可根据实际需求进行调整)，用于反馈车用比例阀压力控制器的具体错误信息，最多可以显示8个详细错误信息，具体如表3所示。

表3

错误码定义

0	没有错误
		1	内部错误
2	电压低
		3	电压高
4	压力偏差大
		5	从未收到压力控制命令(开机启动后指定时间内一直未收到命令)
6	压力控制命令丢失(在指定时间间隔内未收到命令)
		7	CAN Bus Off

每一种错误码代表一种错误状态，可能同时存在几种错误状态，报文最多可以同时反馈8种错误状态。

基于上方案，本实例即可实现车用比例阀压力控制器端和车用ECU端之间快速稳定的CAN通信，可进行比例阀的控制及诊断信息获取。

作为举例，这里说明一下车用比例阀压力控制器端和车用ECU端基于CAN通信方式，进行比例阀的控制及诊断信息获取的过程。

其中，车用ECU端周期性或定期(如20ms)，通过CAN总线发送阀压力控制报文给车用比例阀压力控制器；车用比例阀压力控制器通过CAN总线接收到该报文，并从接收到的报文获取设定气压值，对输出气压进行调节。

车用比例阀压力控制器周期性或定期(如20ms)，通过CAN总线发送阀状态报文给车用ECU；车用ECU通过CAN总线接收到该报文，并根据该报文协议获取阀的状态，温度等信息。

车用比例阀压力控制器周期性或定期(如100ms)，通过CAN总线发送阀错误报文给车用ECU；车用ECU通过CAN总线接收到该报文，并根据该报文协议获取阀的详细错误信息。

车用ECU综合阀状态报文和阀错误码报文的信息，了解阀的工作状态，从而作出相应的处理，形成相应的控制指令，并基于定义的CAN总线报文协议，通过CAN总线发送至车用比例阀压力控制器。

由上述实例可知，本方案在车用比例阀压力控制器端和车用ECU端之间采用CAN总线替代原PWM接口，基于所定义的比例阀压力控制器报文协议，在两者回见实现CAN通信，性能和可靠性大大提高，同时还降低对ECU的PWM资源需求，支持更多的扩展功能，从而可解决目前PWM通讯方式的弊端。

另外，本方案不仅适用于各种柴油车，还适用于其它有需要的各种车辆。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.基于CAN总线的车用比例阀压力控制器，其特征在于，所述车用比例阀压力控制器上设置有CAN模块，同时采用CAN总线接口替代PWM接口，所述CAN模块由CAN收发器，共模扼流模块，总线终端电阻，ESD/过压保护模块依次连接配合构成，所述CAN收发器用于数据发送与接收，共模扼流模块连接CAN收发器，以抑制CAN信号噪声；所述总线终端电阻与共模扼流模块连接，以避免信号传输时的反射和回波；所述ESD/过压保护模块以保证整个总线的安全；设置有CAN模块的车用比例阀压力控制器以其上第三引脚和第四引脚作为CAN总线接口，直接连接CAN总线，并可通过CAN总线直接连接车用ECU。

2.根据权利要求1所述的车用比例阀压力控制器，其特征在于，所述车用比例阀压力控制器与车用ECU之间基于CAN总线，通过CAN总线报文协议进行比例阀控制指令的传输及诊断信息的反馈。

3.根据权利要求2所述的车用比例阀压力控制器，其特征在于，所述CAN总线报文协议定义如下：

阀压力控制报文，用于发送压力调整指令；其数据部分包含64个比特位，其中前16个比特位描述了目标压力值，其余48个比特位的值全部为1；

阀状态报文，用于反馈车用比例阀压力控制器的内部运行状态，内部温度，输出气压，设定气压以及错误码，其数据部分包含64个比特位，其中第一个字节表示压力控制器的内部运行状态，第二个字节表示压力控制器的内部温度，第三第四个字节表示车用比例阀的当前输出气压，第五第六个字节表示车用比例阀的设定气压，第7个字节表示车用比例阀的错误码，第八个字节保留；

阀错误码报文，用于反馈车用比例阀压力控制器的具体错误信息。

4.根据权利要求3所述的车用比例阀压力控制器，其特征在于，所述CAN总线报文的通信波特率为250kbits/s或者500kbits/s，数据长度都为8字节。

5.一种根据权利要求1-4中任意一项所述的基于CAN总线的车用比例阀压力控制器的通信方法，其特征在于，所述通信方法定义比例阀控制器的CAN总线报文协议，并基于该报文协议通过CAN总线与车用ECU进行通信。

6.根据权利要求5所述的车用比例阀压力控制器的通信方法，其特征在于，所述CAN总线报文协议定义如下：

阀压力控制报文，用于发送压力调整指令，其数据部分包含64个比特位，其中前16个比特位描述了目标压力值，其余48个比特位的值全部为1；

阀状态报文，用于反馈车用比例阀压力控制器的内部运行状态，内部温度，输出气压，设定气压以及错误码，其数据部分包含64个比特位，其中第一个字节表示压力控制器的内部运行状态，第二个字节表示压力控制器的内部温度，第三第四个字节表示车用比例阀的当前输出气压，第五第六个字节表示车用比例阀的设定气压，第7个字节表示车用比例阀的错误码，第八个字节保留；

阀错误码报文，用于反馈车用比例阀压力控制器的具体错误信息。

7.根据权利要求6所述的车用比例阀压力控制器的通信方法，其特征在于，所述CAN总线报文的通信波特率为250kbits/s或者500kbits/s，数据长度都为8字节。

8.根据权利要求7所述的车用比例阀压力控制器的通信方法，其特征在于，车用ECU周期性的通过CAN总线发送阀压力控制报文给车用比例阀压力控制器，车用比例阀压力控制器通过CAN总线接收阀压力控制报文，并从接收到的报文中获取设定气压值，对输出气压进行调节；

车用比例阀压力控制器周期性的通过CAN总线发送阀状态报文给车用ECU，车用ECU接收到该报文，并根据该报文协议获取阀的状态，温度等信息；

车用比例阀压力控制器周期性的通过CAN总线发送阀错误报文给车用ECU，车用ECU接收到该报文，并根据报文协议获取阀的详细错误信息；

车用ECU综合阀状态报文和阀错误码报文的信息，了解阀的工作状态，形成相应的控制指令。

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