CAN現場(chǎng)總線(xiàn)在電動(dòng)汽車(chē)控制系統中的應用

CAN現場(chǎng)總線(xiàn)是20世紀80年代初德國B(niǎo)OSCH（博世）公司在為解決汽車(chē)中眾多的控制與測試儀器之間的數據交換而開(kāi)發(fā)的一種通信協(xié)議。由于CAN總線(xiàn)具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性，因而得到了業(yè)界的廣泛認同和運用，并在1993年正式成為國際標準和行業(yè)標準，被譽(yù)為“最有前途的現場(chǎng)總線(xiàn)”之一。以CAN為代表的總線(xiàn)技術(shù)在汽車(chē)上的應用不但減少了車(chē)身線(xiàn)束，也提高了汽車(chē)的可靠性。在國外現代轎車(chē)的設計中，CAN已經(jīng)成為必須采用的技術(shù)，奔馳、寶馬、大眾、沃爾沃及雷諾等汽車(chē)都將CAN作為控制器聯(lián)網(wǎng)的手段。我國目前CAN總線(xiàn)技術(shù)在汽車(chē)上的應用存在著(zhù)很大的空白，在電動(dòng)汽車(chē)上應用CAN總線(xiàn)技術(shù)研究尚處于起步階段。

電動(dòng)汽車(chē)融合了許多的電子控制系統，如電池管理系統、電機控制系統、驅動(dòng)控制系統、再生制動(dòng)系統及ABS系統等。電子設備的大量應用，必然導致車(chē)身布線(xiàn)增長(cháng)且復雜、運行可靠性降低、線(xiàn)路上的功率損耗加大、故障維修難度增大。特別是電子控制單元的大量引入，為了提高信號的利用率，要求大批的數據信息能在不同的電子單元*享，汽車(chē)綜合控制系統中大量的控制信號也需要實(shí)時(shí)交換，傳統線(xiàn)束已遠遠不能滿(mǎn)足這種需求。將CAN總線(xiàn)技術(shù)引入電動(dòng)汽車(chē)可以克服以上缺點(diǎn)，具有廣闊的應用前景。文中將CAN總線(xiàn)技術(shù)應用到電動(dòng)汽車(chē)控制系統，并采用通用擴展單元解決電動(dòng)汽車(chē)電控系統的電路設計復雜性的問(wèn)題，優(yōu)化組合各電控單元信息以實(shí)現充分信息共享，達到提高電動(dòng)汽車(chē)控制系統性能的目的。

二、CAN總線(xiàn)的特點(diǎn)

CAN屬于現場(chǎng)總線(xiàn)范疇，是一種有效支持分布式控制或實(shí)時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò )。CAN總線(xiàn)在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應用得益于其自身的技術(shù)特點(diǎn)。

（1）只需通過(guò)報文濾波即可實(shí)現點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)及全局廣播等幾種方式傳送接收數據，無(wú)須專(zhuān)門(mén)的“調度”。

（2）通信方式靈活。CAN為多主方式工作，網(wǎng)絡(luò )上任一節點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò )上其他節點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從且無(wú)須站點(diǎn)地址等節點(diǎn)信息。

（3）CAN采用非破壞性總線(xiàn)仲裁技術(shù)，當多個(gè)節點(diǎn)同時(shí)向總線(xiàn)發(fā)送信息時(shí)，優(yōu)先級較低的節點(diǎn)會(huì )主動(dòng)地退出發(fā)送，而最高優(yōu)先級的節點(diǎn)可不受影響地繼續傳輸數據，從而大大節省了總線(xiàn)沖突仲裁時(shí)間，尤其在網(wǎng)絡(luò )負載很重的情況下也不會(huì )出現網(wǎng)絡(luò )癱瘓情況。

（4）采用短幀格式通信，傳輸時(shí)間短，受干擾概率低，具有極好的檢錯效果。每幀字節數最多8個(gè)，可滿(mǎn)足通常工業(yè)領(lǐng)域中控制命令、工作狀態(tài)及測試數據的一般要求。同時(shí)，8B也不會(huì )占用過(guò)長(cháng)的總線(xiàn)時(shí)間，從而保證了通信的實(shí)時(shí)性。

（5）CAN的每幀信息都有CRC校驗及其他檢錯措施，保證了數據通信的可靠性。

三、CAN總線(xiàn)在電動(dòng)汽車(chē)上的應用

CAN總線(xiàn)應用于電動(dòng)汽車(chē)上具有以下優(yōu)點(diǎn)。

（1）減少各功能模塊所需的線(xiàn)束數量和體積。

（2）減少整車(chē)質(zhì)量并降低汽車(chē)成本，具有較高的數據傳輸可靠性和安裝便捷性，擴展了汽車(chē)功能。

（3）一些數據如車(chē)速、電機轉速和SOC等能夠在總線(xiàn)上共享，因此去除了冗余的傳感器，使傳感器信號線(xiàn)減至最少，控制單元可做到高速數據傳輸。

（4）可以通過(guò)增加節點(diǎn)來(lái)擴展功能，如果數據擴展增加新的信息，只需升級軟件即可。

（5）實(shí)時(shí)監測并糾正由電磁干擾引起的傳輸錯誤，并在檢測到故障后存儲故障碼。

目前存在的多種汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )標準，其側重的功能有所不同，為方便研究和設計應用，SAE車(chē)輛網(wǎng)絡(luò )委員會(huì )將汽車(chē)數據傳輸網(wǎng)劃分為A、B、C3類(lèi)。

A類(lèi)面向傳感器/執行器控制的低速網(wǎng)絡(luò )，數據傳輸位速率通常只有1～10kb/s。主要應用于電動(dòng)門(mén)窗、座椅調節和燈光照明等控制。

B類(lèi)面向獨立模塊間數據共享的中速網(wǎng)絡(luò )，位速率一般為10～100kb/s。主要應用于電子車(chē)輛信息中心、故障診斷、儀表顯示和安全氣囊等系統，以減少冗余的傳感器和其它電子部件。

C類(lèi)面向高速、實(shí)時(shí)閉環(huán)控制的多路傳輸網(wǎng)，最高位速率可達1Mb/s，主要用于懸架控制、牽引控制、先進(jìn)發(fā)動(dòng)機控制和ABS等系統，以簡(jiǎn)化分布式控制和進(jìn)一步減少車(chē)身線(xiàn)束。到目前為止，滿(mǎn)足C類(lèi)網(wǎng)要求的汽車(chē)控制局域網(wǎng)只有CAN協(xié)議。

四、方案設計

1. 系統原理圖

圖1為電動(dòng)汽車(chē)CAN總線(xiàn)控制系統原理圖