基于can总线的电动车电控系统通信的设计与开发

1摘要本文以MC68376集成CAN控制器为例，阐述了电动车电控系统采用SAEJ1939通信协议实现CAN总线通信的设计要点，给出了基于CAN通信的制动控制模块、动力总成控制模块、动力蓄电池管理模块、驱动电机控制模块、动力转向控制模块以及仪表控制模块等等控制模块的数据交换。关键词：CAN总线；MC68376；电控系统AbstractThistextwiththeMC68376gathersthecontrollerofCANforadesignfor,expatiatingmotorcarelectricitycontrolingsystemadoptionSAEJ1939correspondencenegotiatingrealizingCANtotallylinecorrespondingbyletterimportantpoint,giveaccordingtothesystemthatCANcorrespondencemovestocontrolmoldpiece,motivetotalcontrolmoldastoragebatterymanagementmoldadatafor,drivingelectricalengineeringcontrollingmoldpiece,motivechangingdirectioncontrollingmoldpieceandgaugescontrolingmoldanetc.controlingmoldpiececommutation.Keywords:TotallineinCAN;MC68376;Theelectricitycontrolsthesystem2目录第一章绪论1.1论文背景……………………………………………………………………11.1.1电动车发展……………………………………………………………11.1.2汽车电子控制技术……………………………………………………21.2CAN总线…………………………………………………………………41.2.1CAN总线的来源………………………………………………………41.2.2CAN总线接口技术…………………………………………………51.2.3SAEJ1939协议………………………………………………………61.3基于CAN总线的电动车电控系统通信的特点……………………………10第二章硬件电路设计…………………………………………………………112.1电动车电控系统CAN通信的设计………………………………………112.1.1电动车控制系统CAN总线通信原理………………………………112.1.2电动车电控系统CAN通信的设计…………………………………112.2基于MC68376的电动车电控系统CAN通信的设计…………………132.2.1系统的硬件选择……………………………………………………132.2.2电源管理ECU模块的设计…………………………………………19第三章软件设计…………………………………………………………………233.1报文传送及帧结构…………………………………………………………233.2软件设计…………………………………………………………………253.2.1CAN总线通信设计…………………………………………………253.2.2电源管理设计………………………………………………………30第四章系统制作与调试………………………………………………………324.1系统制作…………………………………………………………………324.2系统调试…………………………………………………………………334.2.1硬件调试及发现和纠正的问题……………………………………334.2.2软件调试……………………………………………………………334.2.3联机调试……………………………………………………………33第五章结论……………………………………………………………………35参考资料…………………………………………………………………………36致谢………………………………………………………………………………373第一章绪论1.1论文背景1.1.1电动车发展1、电动车发展的原因在能源匮乏和环境恶化日益严重的今天，世界上大多数国家对内燃机汽车的关注也越来越大，对其尾气排放量要求也越来越严格。美国是当今能源消耗最大和环境恶化最为严重的国家之一，它对能源匮乏和环境恶化也有了很深的认识，也采取了一切措施来缓解此问题，如规定汽车尾气排放量不能太大，如果超过规定值，其汽车将不允许在本国销售。同时政府也大力鼓励开发其它形式的动力来源的汽车，其电动车就是其中之一。2、电动车在我国发展状况与燃油车市场形成鲜明对比的是，我国电动车市场出现迅猛增长势头。由于我国申请了2008年奥运会，其口号是“绿色奥运”，到2008年北京奥运会时，实行汽车尾气零排放，城市出租汽车要求部分改为电动轿车型。这就为我国电动车发展提供了机遇。电动车的需求旺盛。据全国各大城市的市民需求调查，高达76%的市民有将电动车作为代步交通工具的需求，他们说：“汽车太贵买不起，自行车太累不想骑，公交车人太多不想挤，摩托车太危险又被许多城市禁止，而电动车最适合我们。”电动车可以成为平民化、工薪族的主要交通工具。3、对电动车的展望现在的许多中国人都在梦想下世纪的某个时候能拥有一辆属于自己的家用轿车。相信不久的将来，这一美好的愿望将化为现实。但是，当有一天您真正有能力并打算拥有一辆家用轿车时，您会发现，您将购买的可能不是一辆目前常用的汽油型轿车，而是一辆电动轿车。2000年10月12日至16日，由中国汽车工程学会、中国电工技术学会以及亚太电动车协会联合主办的第16届国际电动车会议暨展览会（EVS－16）在北京国际会议中心举行。世界知名的通用、福特、丰田、本田、日产、大发、铃木、4雷诺、雪铁龙等跨国汽车公司及部分国内企业把最新研制的电动车带到了人们面前，让人们感受到了一个精彩纷呈的电动车世界。据与会的各国专家介绍，人们不遗余力地研制开发电动车，主要是出于两个方面的考虑。一是现在汽车使用的主要燃料--汽油来自石油，而石油并非取之不尽用之不竭的资源，到下个世纪后半页就有可能消耗殆尽；二是目前使用的汽油车（也包括柴油车）带来了严重的空气污染与噪音污染，危害了人们的身心健康。而推广使用电动车，采用以电代油的办法可以节省有限的石油资源，同时在夜间可调节电网峰谷负荷。电动车正以其特殊的优势预示着下个世纪其将成为人们首选的绿色清洁交通工具。鉴于电动车可持续发展之意义重大，美国、欧洲、日本等国政府纷纷颁布法规加以倡导，中国1991年将此列入“八五”重点科技攻关项目，现已列为“十五”及跨世纪国家重大科技产业工程。在世界各国政府的大力支持及汽车生产厂家的努力下，国际范围内的电动车研制开发工作取得了相当大的进展，本次展览会上的展品都具备了相当高的水平。如福特公司的Ranger轻便卡车、丰田公司的“先驱”混合动力汽车及“e－com”迷你型电动公用车、本田公司的Plus电动汽车及Monpal电动座椅车、日产公司的“超迷你”超小型电动车、雪铁龙公司的贝灵格及萨哈双能源车、大发公司的Hijet厢式电动车等。特别值得一提的是，我国电动车项目也取得了相当大的成绩。目前，国家电动车运行试验示范区已在广东汕头建成并投入使用，20辆国内外各类电动汽车正在进行运行试验示范；全国汽车标准委员会电动汽车分技术委员会已成立，并完成了13项国家标准的制定。尽管目前电动车的研制开发具有了相当高的水平，而且一部分也已投放市场，但其在整个汽车市场所占的比例还极小。造成这一状况的主要原因是电动车购车成本高、充电时间过长、电控系统不完善。一般电动车目前售价比同类型的汽油车要贵80％以上；电动车使用的电池充电一小时最多能行进40公里，如要长途旅行那就必须长时间充电，这显然很麻烦。出现这两方面的问题主要是因为电动车开发成本高，有些技术还不是很成熟。但专家认为这并非一成不变，相信不久的将来会找到很好的解决办法。1.1.2汽车电子控制技术1、汽车电子控制技术的发展历5在世界上第一辆汽车中，所谓的“电气系统”仅仅是由卡尔.本茨设计的由点火线圈和蓄电池所组成的点火装置。1955年晶体管收音机问世后，采用晶体管收音机的汽车迅速增加，并作为标准部件安装在德国大众汽车上。60年代是汽车电子化的活跃时代。标志着汽车电子控制技术真正发展的是在1967年首次将集成电路元件应用到汽车中，其结果是电子技术与汽车发动机电气系统相结合，开发出如车用发电机集成电路调压器、集成电路点火器等汽车电子产品。80年代是高科技迅速发展的年代，随之而来的是消费者对汽车多种多样的需求，这就要求汽车生产厂家生产出一种能提高汽车总体价值并能满足用户各种要求的高档汽车。目前世界上各大汽车制造厂商竞相研制新一代由微电脑控制的各种车用电子产品，并迅速地将己开发出的电子产品运用于汽车中，使汽车的档次得以提高，以满足各用户对汽车的要求。2、汽车电子控制技术的现状随着像微电脑这类电子产品的不断更新，极大地促进了汽车电子控制技术的发展。这些电子产品的可靠性不断提高，制造成本不断降低，用于汽车的电子产品尺寸不断减小。到了90年代初，人们终于感受到现代电子技术广泛地应用于汽车发动机控制及其它部分的控制所带来显著的经济效益和社会效益。当前的汽车电子控制技术可分为四大类：（1）动力系统控制：发动机控制、变速器控制。（2）信息传送：蜂窝式移动电话、多路通信系统、导航等。（3）车辆内部控制：空调器、显示仪表、空气袋、多路通信网络。（4）车辆行驶姿态控制：悬挂控制、行驶控制、转向控制、打滑控制。这些都是汽车的电子控制技术，但对于电动车的电子控制就只有动力系统控制不同，电动车采用直流电动机或混合动力系统作牵引力，也就是改变了其控制的对象和参数。其它部分可以保持与汽车设计相同。但是，其信息的传输仍然有缺点，如资源不能共享、信息传送速度慢、布线复杂等等。为此，本毕业设计的研究是很有价值的。61.2CAN总线1.2.1CAN总线的来源1、CAN总线的应用原因随着车用电气设备越来越多，从电动机控制到传动系统控制，从行驶、制动、转向系统控制到安全保证系统及仪表报警系统，从电源管理到为提高舒适性而作的各种努力，使汽车电气系统形成一个复杂的大系统，而且这一系统都集中在驾驶室控制。从布线角度分析，传统的电气系统大多采用点对点的单一通信方式，相互之间少有联系，这样必然需要庞大的布线系统。据统计，一辆采用传统布线方法的电动车中，其导线长度可达2000m，电气节点达1500个，而且根据统计，该数字大约每10年增长1倍，从而加剧了粗大的线束与电动车有限的可用空间之间的矛盾。无论从材料成本还是工作效率看，传统布线方法都将不能适应电动的发展。从信息共享角度分析，现代典型的控制单元有制动控制系统(ABS/ASR)、动力总成控制系统PTCM(PowertrainControlModule)、动力蓄电池管理系统BPCM(BatteryPackControlModule)、驱动电机控制系统DMCM(DriverMotorControlModule)、动力转向控制系统及仪表控制系统IPCM(InstrumentPackControlModule)等等。为了满足各子系统的实时性要求，有必要对电动车公共数据实行共享，如电动机转速、车轮转速、刹车踏板位置等,但每个控制单元对实时性的要求是因数据的更新速率和控制周期不同而不同的。这就要求其数据交换网是基于优先权竞争的模式，且本身具有较高的通信速率。CAN总线正是为满足这些要求而设计的。2、CAN总线的产生控制器局部网（CAN－CONTROLLERAREANETWORK）是德国BOSCH公司为现代汽车应用领先推出的一种多主机局部网。德国BOSCH公司是一家集研发、生产、销售的大型汽车部件的高科技公司，为汽车的电气控制技术的发展作了应有的贡献。71.2.2CAN总线接口技术CAN（ControlAreaNetwork）即控制器局域网络。CAN