CAN总线通信系统在混合动力汽车的设计和测试

摘 要：混合动力汽车存在弱电设备的电子干扰强、在信号传递时对实时性要求比较高以及信息量比较大的特性，为了更好的解决这方面的问题，提高混合动力汽车的性能，人们设计了 CAN总线通信协议。该协议符合SAEJ1939标准，主要内容有物理层协议、网络管理协议、交互层协议、应用层协议与故障诊断处理的方案等，在该协议中人们提出了具体的网络通信的性能指标。通过大量的实验也证明了该协议是能够满足混合动力汽车在复杂的电磁环境下的各项需求，并且具有优良的通信性能与对故障的自我诊断能力。

关键词：混合动力汽车；CAN协议；电磁干扰

1 总成控制系统的设计

1.1 控制系统网络设计。

跟大部分的汽车一样，混合动力汽车的控制系统不是单独的存在，它是由诸多控制单元组合而成的车载系统，属于分布式，结构上属于拓扑结构，使用适合的终端电阻作为总线的终端，这样做可以起到对信号反射的阻止作用。而 CAN总线的两端分布着终端电阻，两端的端口也是单独的终端电阻。

1.2 网络管理协议设计。

网络管理对于 CAN网络的正常工作起着至关重要的作用，通过 OSEK与 VDX模型可以看出，网络管理主要包括直接网络管理与间接网络管理两种模式。拥有专业的网络管理报文的是直接网络管理，而通过被检测各个节点的周期性发送应用报文以对整个网络节点进行确定的是间接网络管理。如果在规定的时间之内，网络管理收不到节点发送的报文，便可以确认在这个网络上并没有这个节点。总体来说，间接网络管理可以减少对于总线的负荷。

1.3 CAN总线应用层协议的设计。

相对传统的汽车，混合动力汽车新增了一些设备以及部件，比如驱动电机，动力电池与动力控制单元。在SAEJ1939协议中已经对这些部件进行了定义，本文在这里对这些部件的 ECU源地址给出定义，综合信息帧的优先级与数据页包括ECU的源地址，从而得到所有信息条目的ID。只要信息的更新与接收节点的要求构成了信息的周期，再通过对信息周期进行定义之后，HEV控制系统在CAN总线应用层的协议设计才算完成。

1.4 对故障处理方案的设计。

检测与处理故障有两部分的内容，每个控制单元的ECU主要负责记录每个节点部件的故障检测与CAN通信错误的记录。而动力总成控制单元处在最上层，主要对整个系统故障进行界定与处理。每个单元在得到节点的故障之后就会经过CAN传递到动力控制单元。此时通信使用的报文便是应用层规定的特殊消息，而上层的动力总成控制单元在收到故障之后便会根据不同的故障而使动力系统的工作处在不同的状态，比如正常与停止。

2 系统部件与实车测试

对混合动力汽车CAN总线的测试，根据测试对象的不同可以分成以下几部分：单ECU网络接口的测试，子系统与整车网络台架的测试以及实车网络测试。单独的ECU网络接口的测试主要测试的是独立控制器网络接口的功能。子系统与整车的网络台架测试的则是子网络与整车网络总线的物理层性能与总线的错误检查记录以及处理的机制。实车网络测试则偏重于子网络和整车网络的总线物理层性能以及处理机制、报文的通信参数，对网络管理进行唤醒与休眠的测试。测试工具主要包括， CANoe，CAN-case硬件，CANStress，程控电源与多极性电源等。

总线电压测试的主要内容是对物理电平信号的测试。增加共模电感之后总线的共模干扰很小，波形也相当完整，只有信号在上升与下降的过程中出现了一些轻微的震荡，这点还是需要改进的。对混合动力控制器进行的是位时间的测试，CANScope可以取得76位信号的时间，测试之后就可以通过计算得到在位时间，根据得到的在位时间判断是否符合设计要求的。而对混合动力控制器的测试主要是对信号的周期与结果的分析。如果信息的发送周期最大的误差可以保证不会超过0.56102ms就属于正常的情况，如果统计窗口则说明在总线负载率为百分之九十八的情况下发送周期最大的误差在0.57995ms，这种情况也是能够满足对系统的设计要求的。

3 结语

通过对零部件与实车的综合测试，已经能够证明，CAN总线能够符合混合动力汽车对电磁环境的要求，以及对实时性、大量数据传输的要求。随着国家对新能源汽车开发中的投入不断的加大，以及人们对新能源汽车的认识的不断加深，相信CAN总线通信协议技术会得到越来越广泛的应用，也必将成为新能源汽车在数据传输方面应用的首选。

参考文献：

[1]邬宽明 .CAN总线原理与应用系统设计[M].北京：北京航空航天大学出版社， 2002：25-30.

[2]陈清泉 .混合动力电动汽车结构、原理与维修 [M].北京：化学工业出版社，2008：6-27.

作者简介

胡佳玺：工程师，研究生。主要研究方向是汽车总线网络测试和汽车电器功能测试。