DSP電動汽車CAN總線系統(tǒng)通訊技術(shù)設(shè)計解析

德國Bosch公司為了解決現(xiàn)代車輛中眾多的控制和數(shù)據(jù)交換問題，開發(fā)出一種CAN（Controller AreaNetwork） 現(xiàn)場總線通訊結(jié)構(gòu)。 CAN總線硬件連接簡單，有良好的可靠性、實時性和性能價格比。 CAN總線能夠滿足現(xiàn)代自動化通訊的需要，已成為工業(yè)數(shù)據(jù)總線通訊領(lǐng)域中最為活要躍的一支。
　　其主要特點是： ①CAN總線為多主站總線，各節(jié)點均可在任意時刻主動向網(wǎng)絡(luò)上的其它節(jié)點發(fā)送信息，不分主從，通信靈活; ②CAN總線采用獨特的非破壞性總線仲裁技術(shù)，優(yōu)先級高的節(jié)點優(yōu)先傳送數(shù)據(jù)，能滿足實時性要求; ③CAN總線具有點對點，一點對多點及全局廣播傳送數(shù)據(jù)的功能; ④CAN總線上每幀有效字節(jié)數(shù)最多為8個，并有CRC及其它校驗措施，數(shù)據(jù)出錯率極低，萬一某一節(jié)點出現(xiàn)嚴(yán)重錯誤，可自動脫離總線，總線上的其它操作不受影響; ⑤CAN總線只有兩根導(dǎo)線，系統(tǒng)擴充時，可直接將新節(jié)點掛在總線上即可，因此走線少，系統(tǒng)擴充容易，改型靈活; ⑥CAN總線傳輸速度快，在傳輸距離小于40m時，最大傳輸速率可達1Mb/s. 正是由于CAN總線具有這些其它通信方式無法比擬的優(yōu)點，使之成為電動汽車控制系統(tǒng)的理想總線。
　　1 　電動汽車對通訊網(wǎng)絡(luò)的需求
　　電動汽車由于儲能設(shè)備容量有限，在運行過程中對能源的管理十分嚴(yán)格。 效率是衡量電動汽車系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)，國家863“十五”電動汽車重大專項要求電動機系統(tǒng)額定效率為85% ，控制器的額定效率達到95%. 電動汽車電子控制系統(tǒng)的動態(tài)信息必須具有實時性，各子系統(tǒng)需要將車輛的公共數(shù)據(jù)實時共享，如電機轉(zhuǎn)速、車輪轉(zhuǎn)換、油門踏板位置和剎車踏板位置等。 但不同控制單元的控制周期不同，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換速度、各控制命令優(yōu)先級也不同，因此需要一種具有優(yōu)先權(quán)競爭模式的數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)，并且本身具有極高的通信速率。 此外，作為一種載人交通工具，電動汽車必須具有較好的舒適性，整車通訊系統(tǒng)必須具有很強的容錯能力和快速處理能力。
　　目前，電動汽車的發(fā)展得到了各國的高度重視。電動汽車成為未來汽車發(fā)展的主流方向。 電動汽車內(nèi)電氣元件極多，需要實時傳輸和共享的數(shù)據(jù)很多。如何提高電動汽車通訊的實時性、可靠性和應(yīng)急處理能力成為電動汽車通訊的難點所在。 我們采用TMS320LF2407型DS作為電動汽車通訊系統(tǒng)的主處理器，利用DSP良好的快速處理能力提高數(shù)據(jù)處理速度，從而提高通訊的實時性;利用DSP內(nèi)嵌的CAN總線模塊作為CAN的控制器，減少硬件電路的復(fù)雜性，從而提高通訊的可靠性;通過軟件設(shè)計緊急時刻屏蔽次要因素來提高電動汽車的應(yīng)急處理能力。
　　2 　控制方案
　　電動汽車總成控制我們采用先進的模糊控制，采用的控制器也是TMS320LF2407型的DSP. 對采集到的剎車信號，加速信號和反饋回的轉(zhuǎn)速信號進行模糊處理，得到期望的轉(zhuǎn)速信號，并將得到的轉(zhuǎn)速值通過CAN 總線傳送到電動機的控制機構(gòu)，對電動機進行控制，滿足駕駛員的駕駛意圖。 同時管理燈光系統(tǒng)和屏幕顯示系統(tǒng)。 屏幕顯示系統(tǒng)實時顯示電動汽車的運行狀態(tài)。 具體控制方案如圖1 所示。
　　
　　圖1 　電動汽車控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
　　3 　電動汽車CAN總線通訊方案
　　電動汽車控制需要良好的通訊協(xié)調(diào)性和運行可靠性。 良好的通訊系統(tǒng)是實現(xiàn)電動汽車可靠運行的關(guān)鍵。 CAN總線結(jié)構(gòu)是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通訊網(wǎng)絡(luò)。 圖2 是一個典型的電動汽車CAN總線結(jié)構(gòu)示意圖，包括整車動力部分的主電動機控制器、電池組管理系統(tǒng)、電動汽車屏幕顯示系統(tǒng)等多個設(shè)備，這些子系統(tǒng)之間通過CAN進行數(shù)據(jù)通訊和命令傳輸。 每個節(jié)點設(shè)備都能夠在脫離CAN 總線的情況下獨立完成自身系統(tǒng)的運行，從而滿足車輛運行安全性的需要。 同時，CAN總線也不會因為某個設(shè)備的脫離而出現(xiàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)崩潰的現(xiàn)象。
　　
　　圖2 　電動汽車CAN 總線結(jié)構(gòu)圖
　　4 　CAN總線模塊
　　CAN 總線模塊是DSP的一個16位的外設(shè)，是一個完整的CAN 控制器。 除具有CAN 總線的基本功能外，還有一些特有功能，如：對象有六個郵箱，其數(shù)據(jù)長度為0～8 個字節(jié)，其中兩個接收郵箱（0、1） ，兩個發(fā)送郵箱（4、5） ，兩個可配置為接收或發(fā)送郵箱（3、4） ;自動回復(fù)遠程請求功能;可編程的CAN 總線喚醒功能;自測試模式功能等。 對CAN 總線的訪問分為控制/ 狀態(tài)寄存器的訪問和郵箱的RAM 訪問.CAN 總線控制模塊的內(nèi)存空間分配圖如圖3 所示。