CAN總線通信系統在混合動力汽車的設計和測試

摘 要：混合動力汽車存在弱電設備的電子干擾強、在信號傳遞時對實時性要求比較高以及信息量比較大的特性，為了更好的解決這方面的問題，提高混合動力汽車的性能，人們設計了 CAN總線通信協議。該協議符合SAEJ1939標準，主要內容有物理層協議、網絡管理協議、交互層協議、應用層協議與故障診斷處理的方案等，在該協議中人們提出了具體的網絡通信的性能指標。通過大量的實驗也證明了該協議是能夠滿足混合動力汽車在復雜的電磁環境下的各項需求，并且具有優良的通信性能與對故障的自我診斷能力。

關鍵詞：混合動力汽車；CAN協議；電磁干擾

1 總成控制系統的設計

1.1 控制系統網絡設計。

跟大部分的汽車一樣，混合動力汽車的控制系統不是單獨的存在，它是由諸多控制單元組合而成的車載系統，屬于分布式，結構上屬于拓撲結構，使用適合的終端電阻作為總線的終端，這樣做可以起到對信號反射的阻止作用。而 CAN總線的兩端分布著終端電阻，兩端的端口也是單獨的終端電阻。

1.2 網絡管理協議設計。

網絡管理對于 CAN網絡的正常工作起著至關重要的作用，通過 OSEK與 VDX模型可以看出，網絡管理主要包括直接網絡管理與間接網絡管理兩種模式。擁有專業的網絡管理報文的是直接網絡管理，而通過被檢測各個節點的周期性發送應用報文以對整個網絡節點進行確定的是間接網絡管理。如果在規定的時間之內，網絡管理收不到節點發送的報文，便可以確認在這個網絡上并沒有這個節點。總體來說，間接網絡管理可以減少對于總線的負荷。

1.3 CAN總線應用層協議的設計。

相對傳統的汽車，混合動力汽車新增了一些設備以及部件，比如驅動電機，動力電池與動力控制單元。在SAEJ1939協議中已經對這些部件進行了定義，本文在這里對這些部件的 ECU源地址給出定義，綜合信息幀的優先級與數據頁包括ECU的源地址，從而得到所有信息條目的ID。只要信息的更新與接收節點的要求構成了信息的周期，再通過對信息周期進行定義之后，HEV控制系統在CAN總線應用層的協議設計才算完成。

1.4 對故障處理方案的設計。

檢測與處理故障有兩部分的內容，每個控制單元的ECU主要負責記錄每個節點部件的故障檢測與CAN通信錯誤的記錄。而動力總成控制單元處在最上層，主要對整個系統故障進行界定與處理。每個單元在得到節點的故障之后就會經過CAN傳遞到動力控制單元。此時通信使用的報文便是應用層規定的特殊消息，而上層的動力總成控制單元在收到故障之后便會根據不同的故障而使動力系統的工作處在不同的狀態，比如正常與停止。

2 系統部件與實車測試

對混合動力汽車CAN總線的測試，根據測試對象的不同可以分成以下幾部分：單ECU網絡接口的測試，子系統與整車網絡臺架的測試以及實車網絡測試。單獨的ECU網絡接口的測試主要測試的是獨立控制器網絡接口的功能。子系統與整車的網絡臺架測試的則是子網絡與整車網絡總線的物理層性能與總線的錯誤檢查記錄以及處理的機制。實車網絡測試則偏重于子網絡和整車網絡的總線物理層性能以及處理機制、報文的通信參數，對網絡管理進行喚醒與休眠的測試。測試工具主要包括， CANoe，CAN-case硬件，CANStress，程控電源與多極性電源等。

總線電壓測試的主要內容是對物理電平信號的測試。增加共模電感之后總線的共模干擾很小，波形也相當完整，只有信號在上升與下降的過程中出現了一些輕微的震蕩，這點還是需要改進的。對混合動力控制器進行的是位時間的測試，CANScope可以取得76位信號的時間，測試之后就可以通過計算得到在位時間，根據得到的在位時間判斷是否符合設計要求的。而對混合動力控制器的測試主要是對信號的周期與結果的分析。如果信息的發送周期最大的誤差可以保證不會超過0.56102ms就屬于正常的情況，如果統計窗口則說明在總線負載率為百分之九十八的情況下發送周期最大的誤差在0.57995ms，這種情況也是能夠滿足對系統的設計要求的。

3 結語

通過對零部件與實車的綜合測試，已經能夠證明，CAN總線能夠符合混合動力汽車對電磁環境的要求，以及對實時性、大量數據傳輸的要求。隨著國家對新能源汽車開發中的投入不斷的加大，以及人們對新能源汽車的認識的不斷加深，相信CAN總線通信協議技術會得到越來越廣泛的應用，也必將成為新能源汽車在數據傳輸方面應用的首選。

參考文獻：

[1]鄔寬明 .CAN總線原理與應用系統設計[M].北京：北京航空航天大學出版社， 2002：25-30.

[2]陳清泉 .混合動力電動汽車結構、原理與維修 [M].北京：化學工業出版社，2008：6-27.

作者簡介

胡佳璽：工程師，研究生。主要研究方向是汽車總線網絡測試和汽車電器功能測試。