1 前言
電動汽車中的電控單元多、內部空間小、環境干擾大，對控制系統、通信系統提出了更高的要求。CAN 以其良好的運行特性，極高的可靠性和獨特的設計，特別適合電動汽車各電子控制單元之間的通信。為了更好地在實驗室進行研究，建立了一個功能比較完善的試驗測試平臺，能夠對CAN 總線系統及其網絡協議進行研究。首先，基于DSP 的開發設計了電機控制器節點的通信程序。其次，深入了解CAN 總線在電動汽車中的應用需求，設計了CAN總線的應用層協議。最后，為檢驗設計協議的可行性，利用VB6.0 開發了電動汽車的監控系統，并為監控數據建立了數據庫，方便管理數據。
2 電機控制器節點的設計
針對電動汽車電機控制器的特點，選用TI 公司的TMS320LF2407 芯片作為電機控制器的處理器。采用模塊化的設計思想，編寫了電機控制器節點的通信程序，可方便移植到基于DSP 的電機控制器或其他控制單元中。在電動汽車的CAN 總線系統中，電機控制器的實時性要求高，屬于高速節點，波特率設為1 兆波特。電機控制器節點主要是接收總線上傳來的電機工作模式、SOC、車速、加速踏板位置和制動踏板位置等控制信息，同時發送電機的工作溫度、電機故障、工作狀態等實時信息。本文中利用DSP2407的郵箱2 作為接收郵箱，郵箱5 作為發送郵箱，20 毫秒定時發送一次。
3 電動汽車監控系統設計
在實驗室模擬電動汽車CAN 總線系統，以PC 機（帶USB-CAN 模塊）作為電動汽車的總控制器。利用CAN-bus 通用測試軟件的運行機制和工作原理，設計了基于PC 機的電動汽車CAN 總線技術的監控系統。
3.1 監控系統概述
監控系統通過控制臺（帶USB-CAN 模塊的PC 機）對電機控制器、電池控制器以及離合控制器進行監控。運行主界面如圖1 所示。能根據需要在CAN 總線中收發參數，實現對總線各節點的監視和控制。例如，電機參數，包括SOC、車速、故障等級、工作模式、故障代碼、工作溫度等。監控系統還可根據系統擴展需要，提供創建節點的功能。另外，還提供數據管理功能。在監控系統執行過程中，采集到的數據會被記錄到Microsoft Access 數據庫中，可以用表格形式實時顯視，還可以通過輸出按鈕由軟件Excel 打開。
3.2 監控系統通信協議
在CAN 協議中只定義了數據鏈路層和物理層兩層協議，缺乏對信息處理的規范，而一個完整的網絡系統中離不開人機交互的應用進程，所以必須由用戶定義應用層協議。根據電動汽車運行的特點，設計了監控系統的通信協議。大體上將電動汽車上各電子控制單元（ECU）分為高速和低速節點兩大類。其中高速節點包括電機控制器、發動機控制器、電池控制器、ABS/ASR控制單元和能量管理單元等，在它們的ID 碼設置較高的優先級。低速節點包括空調系統、儀表顯示系統、車燈系統等。表1 給出了電動汽車各節點之間接收及發送的信號類型。根據電動汽車各節點之間接收及發送的數據，對各節點之間需要交換的信息的類型，所包含的參數以及表示方法有具體的說明。例如在電機控制器節點發送的8 個字節分別定義為：電機轉速（雙字節）、電機轉矩（雙字節）、工作溫度（單字節）、錯誤等級及代碼（單字節）、工作模式（單字節）還有一個字節作為備用。表1 電動汽車各節點之間接收及發送的數據明。例如在電機控制器節點發送的8 個字節分別定義為：電機轉速（雙字節）、電機轉矩（雙字節）、工作溫度（單字節）、錯誤等級及代碼（單字節）、工作模式（單字節）還有一個字節作為備用。
3.3 監控系統程序設計
監控系統是要完成對各節點的監控，按照設計需求，可將整個設計分為五個設計窗體，包括主窗體、電機控制器監控窗體、電池控制器監控窗體、離合控制器監控窗體和創建節點窗體，并進行模塊化設計。其中創建節點窗體可根據需要方便創建監控窗口，設置節點ID 號和監控變量。監控系統程序設計流程圖如圖2 所示。
4 監控系統的測試
完成了PC 機的監控系統程序設計后，為了驗證程序是否正常工作，同時為了驗證設計的下位機DSP 數據采集與通信程序的正確性。在這里將DSP數據采集與通信程序和PC 機程序聯合起來進行調試。將雙方的波特率設為1M 波特。DSP 節點的測試程序包含A/D 采樣（模擬加速踏板位置）和通信程序，DSP 運行后由定時中斷（20ms）進行數據采集及處理，將信號通過CAN總線上傳到上位機（PC 機）。另一方面，DSP 自動判斷是否有PC 機發送來的指令，如電池電壓、電池電流、加速踏板位置和工作模式等。上位機接收到數據后，進行處理并交給監控系統進行顯示。電機控制器節點的測試界面如圖3 所示。
5 結論
為適合電動汽車監控的需求，組建了基于CAN總線的電動汽車仿真測試平臺，配備專業測試儀器后可組建CAN-BUS 實驗室。該系統具有良好的擴展性，可方便增加需要監控的汽車電子控制單元（ECU）。此外，通過VB 與ACCESS 技術的良好銜接，具有數據實時保存，為后期的數據處理提供條件。為了保證各個消息能及時被相關節點采集并處理，需要對消息的調度策略進行深入研究，進一步優化網絡管理，特別是網絡故障診斷以及處理機制。