基于CAN总线电动汽车控制系统设计.doc

.页眉. .页脚. 基于 CAN 总线的电动汽车控制系统设计本文介绍将 CAN 总线技术应用到电动汽车控制系统,并采用通用扩展单元解决了电动汽车电控系统的电路设计复杂性的问题,优化了组合各电控单元信息以实现充分信息共享, 从而达到提高电动汽车控制系统性能的目的。一、前言 CAN 总线是德国 BOSCH 公司在 20 世纪 80 年代初为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通信协议。由于 CAN 总线具有突出的可靠性、实时性和灵活性, 因而得到了业界的广泛认同和运用, 并在 1993 年正式成为国际标准和行业标准, 被誉为“最有前途的现场总线”之一。以 CAN 为代表的总线技术在汽车上的应用不但减少了车身线束, 也提高了汽车的可靠性。在国外现代轿车的设计中, CAN 已经成为必须采用的技术,奔驰、宝马、大众、沃尔沃及雷诺等汽车都将 CAN 作为控制器联网的手段。我国目前 CAN 总线技术在汽车上的应用存在着很大的空白,在电动汽车上应用 CAN 总线技术研究尚处于起步阶段。电动汽车融合了许多的电子控制系统,如电池管理系统、电机控制系统、驱动控制系统、再生制动系统及 ABS 系统等。电子设备的大量应用,必然导致车身布线增长且复杂、运行可靠性降低、线路上的功率损耗加大、故障维修难度增大。特别是电子控制单元的大量引入, 为了提高信号的利用率, 要求大批的数据信息能在不同的电子单元中共享, 汽车综合控制系统中大量的控制信号也需要实时交换, 传统线束已远远不能满足这种需求。将 CAN 总线动汽车控制系统,并采用通用扩展单元解决电动汽车电控系统的电路设计复杂性的问题,优化组合各电控单元信息以实现充分信息共享,达到提高电动汽车控制系统性能的目的。二、 CAN 的发展背景(一) CAN 的起源现代社会对汽车的要求不断提高,这些要求包括:极高的主动安全性和被动安全性;乘坐的舒适性;驾驶与使用的便捷和人性化;尤其是低排放和低油耗的要求等。.页眉. .页脚. 在汽车设计中运用微处理器及其电控技术是满足这些要求的最好方法, 而且已经得到了广泛的运用。目前这些系统有: ABS (防抱系统)、 EBD (制动力分配系统)、 EMS (发动机管理系统)、多功能数字化仪表、主动悬架、导航系统、电子防盗系统、自动空调和自动 C D 机等。这些系统由多个电控单元相互连接而成, 可分为控制器、传感器、执行器等。同时各个系统之间也互相连接, 进行着越来越多的数据交换。这样就需要使用大量的线束和插接器来实现互连,进行它们之间的数据交换。随着汽车电子技术的不断发展,这种需求的增长是惊人的(如图)。 CAN 属于现场总线范畴,是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。 CAN 总线在工业控制领域广泛应用得益于其自身的技术特点。由于线束和插接器的数量不断增加, 整车电子系统的复杂程度愈来愈高, 其可靠性将难以保证,故障率会提高,维修会更加困难。为了满足汽车内部信息交换量急剧增加的要求, 有必要使用一种实现多路传输方式的车载网络系统。这种网络系统采用串行总线结构,通过总线信道共享,减少线束的数量。车载网络除了要求采用总线拓扑结构方式外, 必须具有极好的抗干扰能力; 极强的差错检测和处理能力; 满足信息传输实时性要求; 同时具备故障的诊断和处理能力等。另外考虑到成本因素,要求其控制接口结构简单,易于配置。(二) CAN 的发展状况 20 世纪 80 年代, Bosch 的工程人员开始研究用于汽车的串行总线系统, 因为当时还没有一个网络协议能完全满足汽车工程的要求。参加研究的还有 Mercedes-Benz 公司、 Inte l 公司,还有德国两所大学的教授。.页眉. .页脚. 1986 年, Bosch 在 SAE (汽车工程人员协会)大会上提出了 CAN 1987 年, INTEL 就推出了第一片 CAN 控制芯片— 82526 ; 随后 Philips 半导体推出了 82C200 。 1993 年, CAN 的国际标准 ISO11898 公布从此 CAN 协议被广泛的用于各类自动化控制领域。 1994 年开始有了国际 CAN 学术年会( ICC )。 1994 年美国汽车工程师协会以 CAN 为基础制定了 SAEJ1939 标准, 用于卡车和巴士控制和通信网络。到今天,几乎每一辆欧洲生产的轿车上都有 CAN ;高级客车上有两套 CAN ,通过网关互联; 1999 年一年就有近 6 千万个 CAN 控制器投入使用; 2000 年销售 1 亿多 CAN 的芯片; 2001 年用在汽车上的 CAN 节点数目超过 1 亿个。但是轿车上基于 CAN 的控制网络至今仍是各大公司自成系统,没有一个统一标准。基于 CAN 的应用层协议应用较通用的有两种: (适合于