基于虛擬儀器的車載CAN總線監控系統開發
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汽車在開發過程中需要對整車運行參數進行采集和監控，以便分析各部件的運行狀況，優化和改進整車控制策略。在整車耐久性考核中也需要全程采集和記錄運行數據，以便對整車及部件性能變化進行分析。因此車載CAN總線監控系統是電動汽車研究和開發的重要工具，本文重點論述車載CAN總線監控系統的開發以及在燃料電池汽車道路考核試驗中的應用。
1 汽車CAN網絡結構及通訊協議
在電動汽車中，整車控制器通過CAN總線與電機、蓄電池等部件通訊，讀取各部件的狀態信息并向部件發送控制信息。圖1為一種燃料電池汽車的CAN網絡結構，整車控制器通過CAN網絡采集燃料電池、DC/DC轉換器、蓄電池和電機等部件狀態參數，根據一定的控制策略向DC/DC轉換器和電機發送控制命令，使動力系統各部件協調工作，實現整車的動力性和經濟性指標。監控系統連接到CAN總線上，讀取總線的數據幀，實現數據的采集和存儲。
在CAN網絡中數據以報文為單位進行傳輸，節點對總線的訪問采取位仲裁方式。報文起始部分為標識符，在CAN2.0B中標識符采用29位格式，如圖2所示。其中，優先級為3位，共8個優先級；8位PS為發送此報文的源地址，8位SA為目標地址，8位PF為報文代碼。
監控系統與整車CAN網絡連接，可接收總線上的全部數據幀。一個CAN數據幀包括標識符和8字節數據。根據標識符可判斷出該數據幀是哪個部件發送的，再根據部件的通訊協議對8個字節數據進行解析可得到實際的參數值。
圖3為燃料電池汽車中燃料電池控制器向整車控制器發送的一個數據幀的格式。標識符ID為29位數據，根據標識符格式定義可以得出燃料電池地址為11，整車控制器地址為10，數據幀優先級為3。數據部分包含燃料電池輸出電壓、燃料電池輸出電流、電堆溫度、故障碼、狀態位和控制器LIFE信號等信息。
2 監控系統硬件設計
車載CAN總線監控系統硬件結構如圖4所示，采用基于PC總線工業控制計算機(IPC)的硬件設計。便攜式工控機Apollo150具有抗干擾和減震設計，適合于車載使用；具有一體化的液晶顯示屏和鍵盤鼠標設計，便于人機界面設計；通過USB2.0接口連接U盤進行存儲，保證車載環境下大量數據的可靠存儲；可以通過PCI和ISA擴展槽擴展數據采集和通訊接口；燃料電池汽車提供24V直流電源，經逆變電源轉換成220V交流電，經UPS給工控機供電。基于IPC的硬件結構具有可靠性好、便于擴展的特點 ，同時可以利用PC機強大的軟硬件資源，提高開發效率。
CAN通訊接口卡選用PCI7841雙口隔離型CAN接口卡，該接口卡插在Apollo150的PCI擴展槽上，采用SJA1000 CAN控制器以及82C250 CAN接收器芯片，提供總線仲裁和錯誤檢測功能，以確保數據通訊的可靠性。PCI7841具有兩個獨立的CAN接口，最高通訊速率為1Mbps。
3 監控系統軟件設計
3．1軟件功能需求分析
CAN總線監控系統軟件功能主要包括數據采集、故障診斷、界面顯示和數據存儲。數據采集功能對整車CAN網絡上的數據幀進行采集，根據通訊協議對數據進行解析，提取相應的數據；故障診斷功能對部件發送數據幀中的故障碼進行分析，判斷當前系統存在的故障信息；界面顯示功能對采集的數據以各種形式顯示在液晶屏上；數據存儲功能將采集數據以文件形式連續存儲在U盤上。
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