纯电动轿车主控制器CAN总线接口设计及应用
摘 要:一种基于CAN 总线的网络具有速度高,抗干扰性强和通用低成本的特点。在国家“863”项日电动轿车开发中应用了CAN 总线网络,给出了软硬件接口设计。实际应用表明,CAN 总线的软硬件接口设计是可行的。
关键词:通信; 总线; 电动轿车
电动汽车动力总成控制系统结构
纯电动轿车动力总成控制系统主要包括:主控制器、电机驱动控制器、动力电池管理器和监控终端。它们之间通过CAN 总线交换信息,见图1。
电机驱动控制器执行扭矩指令,并对电机状态进行监控;电池管理器对电池的电气参数和热参数测量,完成电量计算和安全管理;监控终端显示整车各个系统的状态,并完成匹配标定工作;主控制器对纯电动轿车动力链的各个环节进行管理、协调和监控,提高纯电动轿车整车能量利用效率,确保车辆安全性和可靠性。主控制器主要执行以下功能:汽车驱动控制、制动能量回馈优化控制、整车能量优化管理、网络管理、故障诊断及保护和车辆状态监视等。 要完成这些复杂的功能,有必要对电动汽车公共数据实行共享,而且必须保证动态信息的实时性。 在此采用CAN2.0B 扩展格式,波特率设为250 KB/ s。
主控制器CAN 接口设计
主控制器采用MOTOROLA 公司的MC68376 微处理器,它的内部集成了一个功能完善CAN 控制器TouCAN ,可用于汽车和工业控制系统的CAN 协议通讯,支持2.0B 指定的标准识别符和扩展识别符消息格式。下面简单介绍一下TouCAN 模块的功能特征:
1) TouCAN 模块有16 个消息缓冲区,每一个消息缓冲区可以灵活定义为发送(TX) 缓冲区或接收(RX)缓冲区。 该模块具有消息过滤器,每一个消息缓冲区分别定义一个中断标志位,作为发送或接收成功完成的标志。
2) TouCAN 模块对消息缓冲区采用“激活/ 停滞”机制。
3) TouCAN 模块的“加锁/ 释放/ 忙”机制,确保接收过程中数据的连贯一致性。
TouCAN 接口硬件设计
图2 为主控制器的TouCAN 接口电路设计:
总线信号采用高速光耦6N137 隔离,总线系统由DC/DC 电源独立供电,增强系统硬件抗干扰性。图2中
1) 总线两个最远端匹配120 Ω 的电阻。实践表明,忽略掉它们,会使数据通信的抗干扰性和可靠性大大降低,甚至无法通信。
2)
3) 给CAN 模块供电的电源采用单独供电的方式,使总线与车载电源完全隔离。
4) 总线负载应在30%以下。
TouCAN 接口软件设计
当通过滤波验收的数据报文被接收后,将有两种接受模式:一种是查询方式,查询接收状态位被置高表示接收缓存器有数据;另一种是中断方式,若接收中断位允许,则触发中断。 为提高抗干扰性,系统采用主程序查询方式对接收数据进行处理。 并用广播方式发送。整个TouCAN 接口程序分为3 个部分:CAN 的初始化函数void can-init ( ) ,CAN 发送函数void can send ( ) ,CAN 接受函数void can-recieve () ,流程图见图3。
结束语
CAN 总线通信网络在纯电动汽车中项目中得到了成功的应用,目前开发的纯电动汽车已经完成了动力性能试验和道路匹配试验,试验中CAN 总线表现了很好的可靠性。 整车和主控制器通过了国家认证实验室的电磁兼容测试。 因此可以认为CAN 总线是电动汽车动力系统控制网络的一种理想方式,采用合理的软件策略和硬件可靠性设计,CAN 总线可以满足电动汽车的电磁兼容要求。