一種電動(dòng)汽車(chē)監控平臺的設計與開(kāi)發(fā)

　　電動(dòng)汽車(chē)中的電控單元多、內部空間小、環(huán)境干擾大，對控制系統、通信系統提出了更高的要求。CAN 以其良好的運行特性，極高的可靠性和獨特的設計，特別適合電動(dòng)汽車(chē)各電子控制單元之間的通信。為了更好地在實(shí)驗室進(jìn)行研究，建立了一個(gè)功能比較完善的試驗測試平臺，能夠對CAN 總線(xiàn)系統及其網(wǎng)絡(luò )協(xié)議進(jìn)行研究。首先，基于DSP 的開(kāi)發(fā)設計了電機控制器節點(diǎn)的通信程序。其次，深入了解CAN 總線(xiàn)在電動(dòng)汽車(chē)中的應用需求，設計了CAN總線(xiàn)的應用層協(xié)議。最后，為檢驗設計協(xié)議的可行性，利用VB6.0 開(kāi)發(fā)了電動(dòng)汽車(chē)的監控系統，并為監控數據建立了數據庫，方便管理數據。

2 電機控制器節點(diǎn)的設計

　　針對電動(dòng)汽車(chē)電機控制器的特點(diǎn)，選用TI 公司的TMS320LF2407 芯片作為電機控制器的處理器。采用模塊化的設計思想，編寫(xiě)了電機控制器節點(diǎn)的通信程序，可方便移植到基于DSP 的電機控制器或其他控制單元中。在電動(dòng)汽車(chē)的CAN 總線(xiàn)系統中，電機控制器的實(shí)時(shí)性要求高，屬于高速節點(diǎn)，波特率設為1 兆波特。電機控制器節點(diǎn)主要是接收總線(xiàn)上傳來(lái)的電機工作模式、SOC、車(chē)速、加速踏板位置和制動(dòng)踏板位置等控制信息，同時(shí)發(fā)送電機的工作溫度、電機故障、工作狀態(tài)等實(shí)時(shí)信息。本文中利用DSP2407的郵箱2 作為接收郵箱，郵箱5 作為發(fā)送郵箱，20 毫秒定時(shí)發(fā)送一次。

3 電動(dòng)汽車(chē)監控系統設計

　　在實(shí)驗室模擬電動(dòng)汽車(chē)CAN 總線(xiàn)系統，以PC 機（帶USB-CAN 模塊）作為電動(dòng)汽車(chē)的總控制器。利用CAN-bus 通用測試軟件的運行機制和工作原理，設計了基于PC 機的電動(dòng)汽車(chē)CAN 總線(xiàn)技術(shù)的監控系統。

　　3.1 監控系統概述

　　監控系統通過(guò)控制臺（帶USB-CAN 模塊的PC 機）對電機控制器、電池控制器以及離合控制器進(jìn)行監控。運行主界面如圖1 所示。能根據需要在CAN 總線(xiàn)中收發(fā)參數，實(shí)現對總線(xiàn)各節點(diǎn)的監視和控制。例如，電機參數，包括SOC、車(chē)速、故障等級、工作模式、故障代碼、工作溫度等。監控系統還可根據系統擴展需要，提供創(chuàng )建節點(diǎn)的功能。另外，還提供數據管理功能。在監控系統執行過(guò)程中，采集到的數據會(huì )被記錄到Microsoft Access 數據庫中，可以用表格形式實(shí)時(shí)顯視，還可以通過(guò)輸出按鈕由軟件Excel 打開(kāi)。

　　3.2 監控系統通信協(xié)議

　　在CAN 協(xié)議中只定義了數據鏈路層和物理層兩層協(xié)議，缺乏對信息處理的規范，而一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò )系統中離不開(kāi)人機交互的應用進(jìn)程，所以必須由用戶(hù)定義應用層協(xié)議。根據電動(dòng)汽車(chē)運行的特點(diǎn)，設計了監控系統的通信協(xié)議。大體上將電動(dòng)汽車(chē)上各電子控制單元（ECU）分為高速和低速節點(diǎn)兩大類(lèi)。其中高速節點(diǎn)包括電機控制器、發(fā)動(dòng)機控制器、電池控制器、ABS/ASR控制單元和能量管理單元等，在它們的ID 碼設置較高的優(yōu)先級。低速節點(diǎn)包括空調系統、儀表顯示系統、車(chē)燈系統等。表1 給出了電動(dòng)汽車(chē)各節點(diǎn)之間接收及發(fā)送的信號類(lèi)型。根據電動(dòng)汽車(chē)各節點(diǎn)之間接收及發(fā)送的數據，對各節點(diǎn)之間需要交換的信息的類(lèi)型，所包含的參數以及表示方法有具體的說(shuō)明。例如在電機控制器節點(diǎn)發(fā)送的8 個(gè)字節分別定義為：電機轉速（雙字節）、電機轉矩（雙字節）、工作溫度（單字節）、錯誤等級及代碼（單字節）、工作模式（單字節）還有一個(gè)字節作為備用。表1 電動(dòng)汽車(chē)各節點(diǎn)之間接收及發(fā)送的數據明。例如在電機控制器節點(diǎn)發(fā)送的8 個(gè)字節分別定義為：電機轉速（雙字節）、電機轉矩（雙字節）、工作溫度（單字節）、錯誤等級及代碼（單字節）、工作模式（單字節）還有一個(gè)字節作為備用。

　　3.3 監控系統程序設計

　　監控系統是要完成對各節點(diǎn)的監控，按照設計需求，可將整個(gè)設計分為五個(gè)設計窗體，包括主窗體、電機控制器監控窗體、電池控制器監控窗體、離合控制器監控窗體和創(chuàng )建節點(diǎn)窗體，并進(jìn)行模塊化設計。其中創(chuàng )建節點(diǎn)窗體可根據需要方便創(chuàng )建監控窗口，設置節點(diǎn)ID 號和監控變量。監控系統程序設計流程圖如圖2 所示。

　　4 監控系統的測試

　　完成了PC 機的監控系統程序設計后，為了驗證程序是否正常工作，同時(shí)為了驗證設計的下位機DSP 數據采集與通信程序的正確性。在這里將DSP數據采集與通信程序和PC 機程序聯(lián)合起來(lái)進(jìn)行調試。將雙方的波特率設為1M 波特。DSP 節點(diǎn)的測試程序包含A/D 采樣（模擬加速踏板位置）和通信程序，DSP 運行后由定時(shí)中斷（20ms）進(jìn)行數據采集及處理，將信號通過(guò)CAN總線(xiàn)上傳到上位機（PC 機）。另一方面，DSP 自動(dòng)判斷是否有PC 機發(fā)送來(lái)的指令，如電池電壓、電池電流、加速踏板位置和工作模式等。上位機接收到數據后，進(jìn)行處理并交給監控系統進(jìn)行顯示。電機控制器節點(diǎn)的測試界面如圖3 所示。

5 結論

　　為適合電動(dòng)汽車(chē)監控的需求，組建了基于CAN總線(xiàn)的電動(dòng)汽車(chē)仿真測試平臺，配備專(zhuān)業(yè)測試儀器后可組建CAN-BUS 實(shí)驗室。該系統具有良好的擴展性，可方便增加需要監控的汽車(chē)電子控制單元（ECU）。此外，通過(guò)VB 與ACCESS 技術(shù)的良好銜接，具有數據實(shí)時(shí)保存，為后期的數據處理提供條件。為了保證各個(gè)消息能及時(shí)被相關(guān)節點(diǎn)采集并處理，需要對消息的調度策略進(jìn)行深入研究，進(jìn)一步優(yōu)化網(wǎng)絡(luò )管理，特別是網(wǎng)絡(luò )故障診斷以及處理機制。