电动轿车CAN总线系统的原理和工作状态

电动轿车CAN总、线系统的原 理和工作状态作者:日期:电动轿车CAN总线系统的原理和工作状态1. CAN总线的特点及通信协议电动轿车对通信系统的要求是：数据传输可靠、实时性高，传输速率高、误码率低；系统的可 靠；系统的可靠性高，即当节点或总线出现故障时对整车性能的影响尽可 能的小；系统的鲁棒性好，允许多主网络存在。CAN总线作为一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络完全 能够满足这些要求，其模型结构只有三层，即物理层、数据链路层和应用 层。传输介质为双绞线，通信速率最高可达lMbps/40m直接传输距离最远可达10km/5kbps,可挂接设备数最多可达110个。CAN为多 主工作方式，通信方式灵活，无需站地址等节点信息，采用非破坏性总线仲 裁技术，满足实时要求。另外，CAN采用短帧结构传输信号，传输时间短，具有较强的抗干扰能力。CAN信协议规定了 4种不同的帧格式，即数据帧、远程帧、错误帧和超 载帧。基于下列5条基本规则进行通信协调：总线访问；仲裁；编码/解码； 出错标注;超载标注。SAE J1939协议在CAN总线通信协议2. OB之上具体实现了应用层,成为 载货车和大客车广泛使用的通信标准。SAE J1939使用PDU来实施和封装CAN的标准格式。具体定义如下：协议数据单元PDU由优先权P、参数组号PGN源 地址SA 和数据DATA组成。参数组号PGN又由保留位R、数据页DR PDU#式PF和PDU 特定域PS组成。J1939/71应用层文档定义了车辆 控制的各种参数及命令的 PGN2 .系统原理框图图1为电动轿车CAN总线系统原理框图，由中央控制器、电池管 理系 统、电机控制系统、制动控制系统、仪表控制系统组成。各个控制器之间通 过CAN总线进行通信，以实现传感器测量数据的共享、控制指令的发送和接 收等，并使各自的控制性能都有所提图，从而提图系统的控制性能。它们之 间的通信与信息类型为信息类和命令类。信息类主要是发送一些信息，如传感器信号、诊断信息、系统的状态。命令类 则主要是发送给其他执行器的命令。通信有以下主要内容。电池管理控制器中央控制器仪表控制器控制系统CANS制器CANg制器CANfi制器/J1r终端电阻CAN 双绞线终端电阻CAN控制器CAN空制器电机控制器控制系统制动器控制器控制数据运行参数ABS/ASR 空制 9电机相关传感器车辆系统F 制动器图1电动汽车CAN总线系统原理框图(1)车辆启动时的自检。中央控制器负责向各个模块发送自检命令， 并收集各个模块的返回信息。通过分析处理，及时地发现问题，解决问 题。(2)加速过程通信加速操作时，中央控制器采集加速踏板信号根据控制策略，通过CAN总线设置电机转速、电池管理系统参数等。(3)制动过程通信。制动过程中，制动踏板信号直接下传到ABBS控制器，同时通过CAN总线上传到中央控制器。中央控制器根据控制 规划， 通过CAN总线设置电机转速、电池管理系统参数等。(4)周期性数据刷新通信。电机控制器采集电机的电枢电流、电机转速，判断是否缺相，接收设定转速；电池管理控制器采集电池温度、荷电状 态，接收是否充电指令、充电门限系数；制动控制器采集车轮转速，接收执 行制动指令；仪表控制器采集并显示电机转速、车速、电池的荷电状态值 等。(5)运行过程中监控在车辆运行过程中，检测总线上数据帧的收发情 况，及时发现总线异常，自动作出紧急处理，甚至向驾驶员发出警报。3 .与CAN总线系统相关的ECU工作状态描述连接在CAN总线上的ECU的工作状态很大程度上决定了 CAN总线 的使用 情况，并且ECU工作状态之间的切换涉及到信息列表中各信息的优先级设 置、总线的唤醒策略和故障排除与自修复等问题。该系统中ECU的工作状态 可分为以下6类。(1)上电诊断状态。ECU上电后，应有一个初始化过程。在完成本模 块的初始化后，应发送网络初始化信息，同时监听其它节点的网络初始化信 息。通过网络初始化信息的交换，ECU判断整个网络是否完成初始化过程， 是否能够进入正常工作状态。(2)正常工作状态。在正常工作状态下，ECU之间通过CAN总线进行通信，以实现传感器测量数据的共享、控制指令的发送和接收 等。当休眠条件满足时，ECU从正常工作状态转入休眠状态；当CAN模 块故障计数器的计数值为255时，ECU从正常工作状态转入总线关闭状o(3) 休眠状态。该状态下，ECU及其模块处于低功耗模式。一 旦接收到木地唤醒信号(本地触发信号)或远程唤醒信号(CAN总线激活信 号)，就从休眠状态转入五常工作状态，其间需要使用网络初始化信息。(4) 总线关闭状态。处于总线关闭状态的ECU延迟一段时间后，复 位CAN模块，然后重新建立与CAN总线的连接；若连续几次都无法 正常通 信，则ECU尝试将通信转移到备用总线上，若转移成功，则发送主总线故障 信息。(5) 掉电状态。关闭电源时，ECU所处的状态。(6)调试及编程状态该状态用于调试与系统软件升级