CN201114146Y

CN201114146Y - 串联式混合动力汽车的控制系统

Info

Publication number: CN201114146Y
Application number: CNU2007201692289U
Authority: CN
Inventors: 徐循进; 龚剑; 丁会利; 祖波; 刘凯; 郭良; 候贻真; 王燕兵
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2007-06-26
Filing date: 2007-06-26
Publication date: 2008-09-10
Anticipated expiration: 2017-06-26

Abstract

本实用新型提供的串联式混合动力汽车的控制系统包括多个电控模块、CAN总线和连接到该CAN总线的多个CAN通讯模块，每一电控模块经由CAN通讯模块连接到CAN总线，各个电控模块之间通过CAN总线进行数据交换。本实用新型提供的串联式混合动力汽车的控制系统引入了CAN总线和多个CAN通讯模块，各个电控模块之间通过CAN总线进行通信，减少了线束，降低了成本，具有良好的故障诊断和报警功能，提高了各个电控模块之间通讯的实时性和可靠性，并尽力消除各种电磁干扰的影响，具有很强的现场抗干扰能力。

Description

串联式混合动力汽车的控制系统

技术领域

本实用新型涉及串联式混合动力汽车的控制系统，尤其涉及一种基于CAN总线的串联式混合动力汽车的控制系统。

背景技术

随着能源危机的逼近和环保意识的提高，以及现有的电动力汽车技术的发展状况，混合动力汽车作为纯电动汽车的过渡产品越来越受到人们的欢迎。汽车技术的不断发展使得汽车控制系统中各种电子控制单元(ECU)的数目不断增加，如果仍采用常规的布线方式，即电线一端与开关相接，另一端与用电设备相通，将导致车上电线数目急剧增加，降低了汽车的可靠性，增加了维修的难度。随着串联式混合动力汽车的部件数字化、复杂化以及整体协调性要求的提高，提高汽车的控制系统中各个电控单元间通讯的可靠性和实时性，提高故障诊断水平以及简化控制装置的线路连接已成为迫切需要解决的问题。

CAN是控制器局域网络(Controller Area Network)的简称，它是由德国Bosch公司及几个半导体生产商为了解决汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通讯总线，属于现场总线范畴。它具有很高的网络安全性、通讯可靠性和实时性，而且简单实用，网络成本低。随着越来越多的汽车制造厂家采用CAN协议，CAN逐渐成为通用标准，但到目前为止尚未见到将CAN总线的分布式网络应用于串联式混合动力汽车的控制系统的报道。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种具有系统协调性和安全性、通信及时、能够实现实时故障诊断和报警功能的基于CAN总线的串联式混合动力汽车的控制系统。

为实现上述目的，本实用新型提供的串联式混合动力汽车的控制系统包括多个电控模块，该控制系统还包括CAN总线和连接所述CAN总线的多个CAN通讯模块，每一电控模块经由CAN通讯模块连接到CAN总线，各个电控模块之间通过CAN总线进行数据交换。

本实用新型提供的串联式混合动力汽车的控制系统引入了CAN总线和多个CAN通讯模块，该控制系统的各个电控模块通过CAN总线进行通信，减少了线束，降低了成本，具有良好的故障诊断和报警功能，提高了各个电控模块之间通讯的实时性和可靠性，并尽力消除各种电磁干扰的影响，具有很强的现场抗干扰能力。

附图说明

图1为本实用新型提供的串联式混合动力汽车的控制系统的CAN总线网络拓扑结构示意图。

图2为本实用新型提供的串联式混合动力汽车的控制系统的CAN通讯模块的硬件结构图。

图3为本实用新型提供的串联式混合动力汽车的控制系统的CAN协议数据帧的标识符分配图。

图4为本实用新型提供的串联式混合动力汽车的控制系统的CAN通讯模块的数据发送流程图。

图5为本实用新型提供的串联式混合动力汽车的控制系统的CAN通讯模块的数据接收流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细的描述。

图1为本实用新型提供的串联式混合动力汽车的控制系统的CAN总线网络架构示意图；如图1所示，本实用新型提供的串联式混合动力汽车的控制系统包括多个电控模块，所述多个电控模块可以是串联式混合动力汽车的控制系统中所需的各种电控模块，可以根据需要来选取，本实用新型对其没有特别的限制；现有的电控模块包括：整车控制模块；电动发电机电控模块(MG2)；电动发电机电控模块(MG1)；发动机管理模块；组合制动模块；P档电机控制器模块；传动电控模块；牵引电池管理模块；DC-DC(12V)模块；启动电池模块；车载充电器模块；ABS模块；EPS模块；充电柜模块；空调模块；组合仪表模块；网关模块；外接故障分析仪等等。

该控制系统还包括CAN总线和连接到所述CAN总线的多个CAN通讯模块，每一电控模块经由CAN通讯模块连接到CAN总线，各个电控模块之间通过CAN总线进行数据交换。

所述CAN总线是一种共享数据的数据传输物理总线，由高电平线(CANH)和低电平线(CANL)构成，采用双线串行通信方式传输数据，总线上连接的所有单元都可发送和接收传输的数据；所述CAN总线可根据需要采用不同的通讯介质，其数据传输速度最高可达1Mbps；本实用新型中CAN总线所采用的通讯介质及数据传输速度将在后文中做出规定。

所述CAN通讯模块包括CAN控制器和CAN收发器，所述CAN控制器用于实现数据的装配和拆分、接收信息的过滤和校验等，所述CAN收发器是CAN控制器与CAN总线之间的接口，用于实现CAN控制器和CAN总线的物理连接，提高CAN总线的驱动能力和可靠性；如图2所示，每一电控模块都具有各自的微处理器(CPU)，用于对接收到的数据进行分析、判断、运算并发出控制指令；所述CAN控制器一端与电控模块的CPU相连，另一端与CAN收发器相连，再连接到CAN总线，各个电控模块之间通过CAN总线进行通信以完成数据交换。

所有采用CAN总线进行通信的装置都必须严格遵照CAN通讯协议进行通信，因此本实用新型根据串联式混合动力汽车的控制系统的整体通讯需求和情况，在CAN2.0B通讯协议标准的基础上制定了串联式混合动力汽车的控制系统的CAN通讯协议。

本协议有以下规定：

物理层的规定：主要参考CAN2.0B的相关规定；CAN通讯介质可采用双绞线、同轴电缆或光导纤维，本协议采用屏蔽双绞线，可以有效地防止干扰，所述CAN总线的数据通讯速率为125Kbps。

数据链路层的规定：主要参考CAN2.0B的相关规定；本协议使用CAN扩展帧的29位标识符(ID)，如图3所示；CAN数据帧被分成不同的位域：

仲裁段由29位标识符(ID28-ID0)以及SRR、IDE和RTR组成，位SRR＝1，位IDE＝1，RTR＝1/0(远程帧/数据帧)；标识符中3位为优先级(优先级从最高0设置到最低7，共可以有8个优先级)；2位为保留扩展位；8位为报文类型代码；8位为目标地址或报文类型扩展码；8位为发送报文源地址；在本协议中，按照各个电控模块的节点要求，定义了6种数据报文类型，根据数据报文的重要程度及安全级别设定优先级如下：

报警故障报文优先级：2

状态报文优先级：3

命令报文优先级：6

请求报文优先级：6

应答报文优先级：6

普通数据报文优先级：6

数据段包括从字节1到字节8，字节1的最高位(位8)是紧接着DLC域发送的第一位，字节8的最低位(位1)是最后发送的数据位，紧接着的是CRC域；在数据段的定义中，本协议把数据段最后一位作为校验码，以保证数据的完整和正确；

校验码：V为一个8位的数据，X1-X7分别代表协议中数据段的第1字节至第7字节的数据，C代表字节数据段进位标志——0或1；数据域中保留位为1，校验码的算法如下：

V＝X1+X2+C； //如果X1+X2大于0xFF，C为1，否则C为0

V＝V+X3+C； //如果V1+X3大于0xFF，C为1，否则C为0

//以下均同理

V＝V+X4+C；

V＝V+X5+C；

V＝V+X6+C；

V＝V+X7+C； //经过此算法后，最后取V值

本协议规定CAN通信采用全局广播的形式发送数据。

应用层的规定：本协议根据各个电控模块的特点，采用源→目的方法，要求采用节点地址以防止多个节点使用同一个标识符(ID)，每个电控模块都被赋予一个自己固定的标识地址。

本实用新型提供的串联式混合动力汽车的控制系统按照以上CAN协议的规定进行汽车内部电控模块间的通讯，各个电控模块按规定格式和周期发送数据到总线上，同时也接收其他电控模块的数据，总线上的各个电控模块根据需要各取所需的数据。

CAN通讯模块的通讯软件部分是在主控程序中嵌套CAN收发程序，通讯软件部分主要分为三部分：CAN初始化、数据发送和数据接收。

CAN初始化：

CAN通信初始化主要是设置CAN的通信参数，即对CAN控制器控制段中的寄存器进行设置，从而确定CAN控制器的工作方式等；需要初始化的寄存器有：模式寄存器(Peli CAN模式)、时分寄存器、接收代码寄存器、屏蔽寄存器、总线定时寄存器、输出控制寄存器等。

数据发送：

数据发送流程如图4所示；汽车控制系统的各传感器把检测信号(数字量、模拟量、开关量)进行转换处理后，报文发送程序将数据打包成符合CAN协议的帧格式后写入CAN控制器的发送缓冲区，然后启动CAN控制器的发送命令，此时CAN控制器将自动向CAN总线发送数据；若系统中有多个CAN控制器同时向总线发送数据，则CAN控制器通过信息帧中的标识符来进行仲裁，标识符数值最小的CAN控制器具有对总线的优先使用权；数据发送采用查询方式。

数据接收：

数据接收流程如图5所示；数据接收采用中断方式；CAN控制器检测到CAN总线上有数据时会自动接收总线上的数据，并存入其接收缓冲区，然后向CPU发送接收中断，通知CPU有数据并已经接收，数据接收程序从CAN控制器的接收缓冲区中读取接收到的数据并按照CAN协议格式进行帧解包及进行进一步处理工作。

本实用新型提供的串联式混合动力汽车的控制系统的硬件结构为：

CAN控制器：采用Philips公司的SJA1000独立CAN控制器，具有完成CAN高性能通信协议所要求的全部必要特性，可完成物理层和数据链路层的所有功能。

CAN收发器：采用Philips公司的TJA1050高速收发器，其特点为与ISO11898标准完全兼容，速度高，低电磁辐射，带有宽输入范围的差动接收器，具有抗电磁干扰、发送数据(TXD)控制超时、对电源和地的防短路功能等，采用5V隔离电源供电。

CPU：采用ATMEL公司的AT89C51单片机，AT89C51是一种低功耗、高性能、内含4KB闪速存储器的8位CMOS微控制器，与工业标准MCS-51指令系统和引脚完全兼容；AT89系列的优越性在于其片内闪速存储器可进行1000次的编程与擦除，且数据不易丢失。

从CAN控制器到CAN收发器再与CAN总线连接还包括隔离电路，如图2所示，该隔离电路串连于所述CAN控制器与CAN收发器之间，采用光耦将CAN收发信号隔离，能有效地抑制系统噪声，消除接地回路的干扰；本实用新型采用6N137光电隔离电路。

为了提高控制系统的抗干扰性，在系统的搭建过程中采取下列措施：在CAN总线的高电平线(CANH)与低电平线(CANL)之间跨接120欧的终端电阻；从CAN收发器到CAN线上相应节点的距离不宜太长，一般不超过30cm；CAN通讯连线的所有屏蔽层要良好接通和良好接地，最好采用单点接地；屏蔽线接的地一定要跟各模块的地分开，要使用模块中独立的CAN地。

Claims

1. 一种串联式混合动力汽车的控制系统，该控制系统包括多个电控模块，其特征在于，该控制系统还包括CAN总线和连接到该CAN总线的多个CAN通讯模块，每一电控模块经由CAN通讯模块连接到CAN总线。

2. 根据权利要求1所述的串联式混合动力汽车的控制系统，其特征在于，所述CAN通讯模块包括CAN控制器和CAN收发器，所述CAN控制器一端与电控模块相连，另一端与CAN收发器相连。

3. 根据权利要求2所述的串联式混合动力汽车的控制系统，其特征在于，所述CAN通讯模块还包括隔离电路，该隔离电路串连于所述CAN控制器与CAN收发器之间。

4. 根据权利要求1-3中任意一项所述的串联式混合动力汽车的控制系统，其特征在于，该控制系统还包括终端电阻，该终端电阻跨接于所述CAN总线的高电平线与低电平线之间。