基于CAN總線的電動汽車整車參數測試網絡

　　1、引言

　　現代交通的迅猛發展帶來的能源與環境危機已經成為世界性的難題。發展電動汽車，采用清潔能源，被認為是最好的解決方案之一。為此，各國投入了大量的人力物力進行電動汽車的研究，并取得了可喜成果。

　　電動汽車不僅包括傳統汽車的運行速度、行駛里程等參數，還包括電動汽車獨有的能耗、電源電壓、電流及電機轉速等電氣參數，參數多達100多項。掌握這些參數對于分析電動汽車整體運行性能有著重要意義。這些參數類型各異、位置分散，要想集中測量存在很大困難。因此，需要分散測量，再通過監控節點集中顯示和記錄的方式構造測試網絡。控制器局域網CAN（controller area network）能有效支持分布式和實時控制的串行通訊，與其它現場總線相比，它具有簡單可靠、速率高、無主從以及連接方便等諸多優點，是一種在汽車車載測控網絡中成熟應用的總線形式。因此，我們選用CAN總線構造電動汽車整車參數測試網絡。

　　2、CAN總線網絡總體結構

　　2.1 監測網絡總體結構

　　圖1 系統總體結構框圖

　　電動汽車整車運行參數監測網絡共由9個CAN節點構成，包括1個負責網絡調度與數據處理的PC104監控節點和8個單片機數據采集節點。8個數據采集節點包括1個車輛參數采集節點、1個動力電池參數采集節點、1個輔助電池參數采集節點、1個電機參數采集節點和4個電池參數采集節點。由于動力電池節點、輔助電池節點和電機節點采集的參數都是電壓、電流以及充放電的能量，因此可以將這三個節點作為一類節點設計，統稱為電量參數采集節點。動力電池由40節12V鉛酸蓄電池串聯而成，串聯電池組的性能取決于每節電池的性能，40組電池參數在4個電池節點中分別進行測量，每個節點負責測試10節電池的參數，因此4個電池參數采集節點是另一類數據采集節點。此外，還有1個車輛參數采集節點，主要采集車輛的各種狀態，包括車輛啟動、停止，空調的開關狀態，發動機的轉速（針對混合動力車），電機轉速。因此這個系統包括了3類數據采集節點，即電量節點、電池節點和車輛節點。整個系統的結構如圖1所示。

　　在整個的系統中，共有3類8個數據采集節點，完成146項參數的采集。采集的數據通過CAN總線將數據發送到監控節點，監控節點也通過微處理器完成總線上數據的接收。同時，該節點通過雙口RAM和一臺PC104計算機的ISA總線通訊，PC104通過雙口RAM獲取監控節點從總線上收到的數據，并將數據進行顯示和記錄。同時，PC104還通過一個串行口直接接收GPS數據接收板的車輛速度、經緯度和時鐘信息，并作為同步信息進行記錄和顯示，以便將汽車的實時性能與速度和運行地況聯系起來。信息每0.5秒記錄一次，采用變化記錄的數據壓縮算法，并以*.dat文件格式進行存儲。

　　2.2 網絡中傳輸的信息

　　CAN總線是通過信息幀傳輸數據的，可分為數據幀、遠程幀、錯誤幀和超載幀。信息以報文為單位傳輸，不同的報文以標識符（ID）進行區分，標識符越小，報文的優先級越高。

　　監控節點發送信息的報文標識符為00H，用于向數據采集節點發送查詢信息，采集節點收到監控節點的查詢信息后，向總線上發送自己的一包數據，監控節點收到以后確認此節點工作正常。通過這種方式，監控節點可以隨時查詢網絡中連接了那些數據采集節點。由于報文所帶數據長度最大為8字節，對于測量參數較多的電量節點和電池節點，需要分配較多的報文標識符。每個電量節點分配2個標識符，每節電池分配1個標識符。因為與參數相聯系的報文標識符是固定的，根據收到的標識符就可判斷收到的是哪個參數。電動汽車整車參數監測網絡中傳送的報文標識符（ID）與參數的對應關系見表1：

　　表1 報文標識符與參數對應表

　　3、數據采集節點的設計

　　作為一個運行參數監測網絡，數據采集是系統工作的基礎。本系統共有3類8個數據采集節點，即車輛參數采集節點，3個電量參數采集節點和4個電池參數采集節點。下面將分別就3類節點的設計進行介紹。

　　系統中所有的數據采集節點都采用如圖2所示的結構，包括一個微處理器、一個CAN控制器和一個CAN收發器。微處理器采用INTEL公司的80C196KB，主要負責采集外界的各項參數，同時管理和調度節點的工作，當采集到一組合理的數據以后，通過操作CAN控制器向總線上發送數據。CAN控制器選用了SJA1000，它集成了CAN2.0A和CAN2.0B的總線協議，負責完成數據的發送和接收。CAN收發器82C250是CAN控制器和物理總線的接口，其內部驅動電路具有限流電路，提供對總線的差動發送和接收功能，同時采用了光電隔離同總線交換數據，有助于抑制汽車等惡劣電氣環境下的瞬變干擾。