CAN总线在燃料电池轿车电动空调系统中的应用

第３３卷　第ｌ７期　Ｖｏ１．３３　Ｎｏ．Ｉ７　计算机工程　２００７年９月　Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ　２００７　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　・工程应用技术与实现・　文章缩号。１０００￣３４２８（２００７）１７－－－０２５７－－－０２　文献标识码：Ａ　中圈分类号　ＴＰ３３６　ＣＡＮ总线在燃料电池轿车电动空调系统中的应用　蒋伟。，鄣家虎　，王振亚　（１．安徽理工大学电气工程系，淮南２３２００１；２．上海大学机电工程与自动化学院，上海２０００７２；３．同济大学汽车学院，上海２０００９２）　摘要：介绍了ＣＡＮ总线在燃料电池轿车中的具体应用，通过研究ＣＡＮ协议的原理及应用技术，根据燃料电池轿车辅助系统控制策略的　要求，设计了新的ＣＡＮ线应用层协议。该协议对网络信息进行了分类及合理的优先权分配，而且在ＣＡＮ２．０的基础上重新定义了标识符，　实现了广播式和点对点的通信。讨论了以Ｐｈｉｌｉｐｓ公司８位单片机Ｐ８９Ｃ５８Ｘ２ＦＮ为核心的ＣＡＮ总线智能节点的软硬件实现。　关翻：燃料电池轿车；ＣＡＮ；协议　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＣＡＮ　ｉｎ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ａｉｒ　Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　０ｆＦｕｅｌ　Ｃｅｌｌ　Ｖｅｈｉｃｌｅ　ＪＩＡＮＧ　Ｗｅｉ‘，ＧＵＯ　Ｊｉａ．ｈｕ　，ＷＡＮＧ　Ｚｈｅｎ．ｙａ３　（１．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＡｎｈｕｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｕａｉｎａｎ　２３２００１；　２．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００７２；　３．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ，Ｔｏｎｇｊｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００９２）　［Ａｂｓｔ￣ｃｔｌ　Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｎ　ａａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＣＡＮ　ｏｆ　ｆｕｅｌ　ｃｅｌｌ　ｖｅｈｉｃｌｅｓ．Ａ　ｎｅｗ　ＣＡＮ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｌａｙｅｒ　ｉｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｏｆ　ｆｕｅｌ　ｃｅｌｌ　ｖｅｈｉｃｌｅｓ．Ｍｅｓｓａｇｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ａｒｅ　ｃｌａｓｓｉｆｉｅｄ　ａｎｄ　ｈｅ　ｔｐｒｉｏｒｉｔｉｅｓ　ｏｆ　ｍｅｓｓａｇｅｓ　ａｒｅ　ａｓｓｉｇｎｅｄ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｈｅｉｔｒ　ｃｌａｓｓｅｓ　ｗｉｔｈ　ｈｅ　ｔｒｅｄｅｆｉｎｅｄ　ＩＤ　ｉｅｌｆｄ　ｏｆ　ＣＡＮ２．０．Ｔｈｅ　ｐｒｏｔｏｃｏｌ　ｉｎｃｌｕｄｅｓ　ｓｐｅｃｉｉｃ　ｄｅｓｔｆｉｎａｔｉｏｎ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｂｒｏａｄｃａｓｔ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ａｎｄ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｏｆ　ＣＡＮ　ｉｓ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｅｍｐｈａｔｉｃａｌｌｙ，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｐ８９Ｃ５８ｘ２ＦＮ　ｏｆ　Ｐｈｉｌｉｐｓ．　［Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓｌ　ｆｕｅｌ　ｃｅｌｌ　ｖｅｈｉｃｌｅ；ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ｒｅａ　ｎｅｔｗｏｒｋ（ＣＡＮ）；ｐｒａｏｔｏｃｏｌ　在油价飙升的今天，燃料电池汽车作为“绿色新能源车”，　已经成为国内外厂商纷纷竞逐的一种时尚。它采用电一电混合　动力系统方案，以燃料电池发动机为主要动力源，配以高功　率锂电子电池，能够回收下坡和制动能量，因此，具有零排　放、效率高、噪声低和动力性好等特点。ｃＡＮ（ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ａｒｅａ　ｎｅｔｗｏｒｋ）总线是一种串行多主站控制器局域网总线和有效支　持分布式控制或实时控制的串行通信网络。燃料电池汽车上　电磁干扰相当严重，为保证各ＥＣＵ之间能够安全通信，设计　了符合燃料电池汽车控制要求的ＣＡＮ网络应用层协议，并给　出了一种软硬件的实现方案。　总线　圈１奎科电ｉｌ轿车籍髓系统同络拓扑鳍构　表１籍髓系统总线节点定义　节点名称　阿桥　ＶＭＳ　Ａｉｒ　Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｒ　地址　Ｊ　８８　１６０　目的寻址的报文编号　卜Ｊ０　Ｊ７１—１７５　ｌ燃料电池轿车辅助系统网络的设计方案　１．１燃料电池轿车辅助系统同络拓扑结构　燃料电池轿车整车总线通信网络分为动力总线和辅助系　统总线（ＢＡ），其中，辅助系统共有６个节点，分别是车辆控　Ｄｒｉｖｅｒ　Ｖｅｈｉｃｌｅ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　１６１　１６２　１７６—１　８０　１　８１—１　８５　辅助系统　子网　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｃｅｎｔｅｒ　Ｗａｔｅｒ　Ｃｏｏｌｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｄｉｓｐｌａｙ　１６３　Ｊ６４　１　８６～１９０　Ｊ９　Ｊ～１９５　制器（ＶＭＳ）、空调控制器（ａｉｒ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｒ）、驾驶员车辆接Ｉ：１　（ｄｒｉｖｅｒ　ｖｅｈｉｃｌｅ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）、电源控制中　ｉ￣，（ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｃｅｎｔｅｒ）、水冷　系统控制器（ｗａｔｅｒ　ｃｏｏｌｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ）和信息状态显示器　（ｄｉｓｐｌａｙ）。车辆控制器ＶＭＳ具有２个ＣＡＮ总线端Ｉ：１，作为　网桥负责连接辅助系统总线和动力总线。　１．２　ＣＡＮ同络遥信管理及控制策略　网络周期性正常通信方式：各零部件控制单元目前只与　整车控制器（ＶＭＳ）之间进行周期性通信，各零部件ＥＣＵ之间　基金硬日：上海市科委重大科技攻关基金资助项目（０４ＤＺ１５０１１）　系统的网络拓扑结构如图１所示，其中，每个ＥＣＵ节点　至少应有一个名称和一个与之关联的地址，名称表示了所执　行的主要功能，地址为报文规定的源地址和目的地址提供了　根据。　本协议中辅助系统总线节点地址定义如表１。　作者筒介：蒋伟（１９８２－－），男，硕士研究生，主研方向：电力电子　与电力传动，汽车自动空调控制；郭家虎，副教授、博士研究生；　王振亚，副教授　收稿日期：２００６—１０—２３　Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｗａｕｔｏ＠１６３．ｃｏｒｎ　一２５７—　维普资讯 http://www.cqvip.com 不进行通信。　辅助系统子网　目前采用　１２５Ｋｂ／ｓ的通　信速率，整车　控制器初始运　行后，每隔　３０ｍｓ发送其　数据帧，各部　件收到ＶＭＳ　发来的第１　帧，　延迟　５　【１８８一（节点　地址＋２３）］ｍｓ，　马上发送其自　身数据给　ＶＭＳ，在一个　周期里只发送　一圈２　ＣＡＮ接口胄ｃ理圈　次（在收到ＶＭＳ数据后的３０ｍｓ内）。当汽车零部件发生故障后，各相关控制器具有故障数据　８２Ｃ２５０，光电耦合器６Ｎ１３６。　３燃料电池轿车辅助系统ＣＡＮ通信软件设计　燃料电池轿车辅助系统ＣＡＮ通信软件设计主要分为以　下几个部分：　记录功能，对于相关故障，以事件触发的方式在线通知整车　控制器，并通过ＶＭＳ发送到显示模块进行故障指示。　１．３控　网络的应甩层协议　本协议参照ＣＡＮ２．０规范，采用了扩展信息帧的报文格　式，标识符（ＩＤ）为２９位，主要对ＣＡＮ２．０的仲裁场进行了重　新定义，分配如表２所示。其中，优先级为３位，可以有８　（１）初始化子程序　初始化子程序主要完成工作方式的设置、接收滤波方式　的设置、接收屏蔽寄存器ＡＭＲ和接收代码寄存器ＡＣＲ的设　置、波特率参数设置和中断允许寄存器ＩＥＲ的设置等。　（２）发送子程序　个优先级；Ｒ一般固定为０；ＤＰ固定为０；８位的ＰＤＵ　ＦＯＲＭＡＴ　为报文的代码；８位的ＰＤＵ　ＳＰＥＣＩＦＩＣ为目标地址或组扩展；　８位的ＳＯＵＲＣＥ　ＡＤＤＲＥＳＳ为发送此报文的源地址。　表２报文结构　ＩＤＥＮＴＩＦＩＥＲ　ＩＤＥＮＴＩＦＩＥＲ　ＥＸＴＥＮＳ１０Ｎ　ＰＤＵ　ＳＲＲ　ｌＤＥ　ＰＤＵ　ＰＤＵ　Ｓ０ＵＲＣＥ　ＰＲＩＯＲＩＴＹ　Ｒ　ＤＰ　ＦＯＲＭＡＴ　ＦＯＲＭＡＴ　ＳＰＥＣＩＦＩＣ　ＡＤＤＲＥＳＳ　３～ｌ　ｌ　ｌ　８～３　２～ｌ　８～ｌ　８一ｌ　发送子程序负责节点报文的发送，发送时用户只须将待　发送的数据按指定格式组合成一帧，报文送入ＳＪＡ１０００发送　即可。当然，在往ＳＪＡ１０００发送缓存区送报文前，必须先作　一些判断。　（３）接收子程序　接收子程序负责处理节点报文的接收以及其他情况，接　收子程序比发送子程序略复杂一点，因为在接收报文的过程　２燃料电池轿车辅助系统ＣＡＮ通信硬件设计　２．１棱心芯片　在燃料电池轿车辅助系统中，以空调控制器这个节点为　例，它的核心芯片选用Ｐｈｉｌｉｐｓ公司的高性能８位微处理器　中同时要对诸如总线脱离错误、报警接收溢出等情况进行　处理。　４结束语　燃料电池轿车ＣＡＮ应用层协议已在超越系列燃料电池　Ｐ８９Ｃ５８Ｘ２ＦＮ。无论从处理能力，存储容量，还是外围资源　以及网络可扩展性方面来评价，Ｐ８９Ｃ５８　Ｘ２ＦＮ都是一款出色　轿车上得到成功验证。结果表明，协议具有可靠性高、网络　负载小和通信实时性好等特点。与普通的ＣＡＮ总线应用电路　设计相比较，基于本网络协议的软硬件设计简单易行，抗干　的微处理器，适用工控电子等各个领域。　２．２网络硬件的要求　（１）ＣＡＮ总线通信电缆采用屏蔽双绞线（阻燃０．５ｍｍ），　由双绞线ＣＡＮ—Ｈ、ＣＡＮ—Ｌ和屏蔽线ＣＡＮ—ＳＨＬＤ组成；　扰性强，可以很好地实现燃料电池轿车的控制策略。　参考文献　ｌ邬宽明．ＣＡＮ总线原理和应用系统设计［Ｍ】．北京：北京航空航天　大学出版社，ｌ９９６．　（２）网络线ＣＡＮ—Ｈ和ＣＡＮ—Ｌ在各部件的插座里各有２　个插针，分别为一进一出；　（３）所有节点均有光耦隔离，总线驱动均采用Ｐｈｉｌｉｐｓ的　ＰＣＡ８２Ｃ２５０芯片（１ＭＨｚ，抗干扰性强），并且光耦与　ＰＣＡ８２Ｃ２５０的电源须隔离；　（４）电缆屏蔽层在车内连续导通，要求每个部件的网络插　座有屏蔽层的接头。　２．３　ＣＡＮ接口电路　２苏凯，刘庆国，陈国平．ＭＣＳ一５　ｌ系列单片机系统原理与设计ｆＭ】　北京：冶金工业出版社，２００３．　３　Ｓｕｚｕｋｉ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｖｅｈｉｃｌｅ　Ａｉｒ　Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ［Ｊ］．Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，１９９６，ｌ　８（９）：１ｌ　３—１１７．　４　Ｔｉｎｄｅｌｌ　Ｋ　ｗ＿Ｈａｎｓｓｏｎ　Ｈ．Ｗｅｌｌｉｎｇｓ　Ａ　Ｊ．Ａｎａｌｙｓｉｎｇ　Ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ　ＣＡＮ总线硬件电路如图２所示。主要由４部分所构成：　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ：Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ［Ｃ］／／Ｐｒｏｃ．ｏｆ　Ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ．１９９４：２５９—２６３．　Ｐ８９Ｃ５８×２ＦＮ，ＣＡＮ通信控制器ＳＪＡ１０００，ＣＡＮ总线收发器　一２５８—