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现场总线络在纯电动汽车控制系统的应用研究

当今汽车的保有量和使用量的飞速增加使得大气环境污染问题日益严重，加上石油资源危机，使得以电能作为驱动的汽车技术成为世界各汽车厂商技术竞争的热点。但是电动汽车的产业化还处于初期的准备阶段，与之相关的技术和产品尚未形成工业体系。在这一新的领域我国与国外处于相近的水平，为此科技部在十·五“863”计划专门设立了电动汽车重大专项，以进一步推动电动汽车的产业化，实现我国汽车工业的跨越式发展。

现代汽车工业和电子技术飞速发展，汽车上的电子装置越来越多。一辆高档汽车的电气节点数已达上千个，如果采用传统的方法进行布线，连线的数量非常惊人而且有极大的故障隐患。为了解决这一问题，各大汽车厂商从上世纪必须对能效、环保和产品的质量进行综合斟酌70年代开始了车用络的研究，并取得了很大的发展，形成了多种适合不同传输速率及特殊用途的络协议，如：CAN总线、LIN总线、用于供给侧改革加速产能出清诊断的KWP2000、用于X-by-wire 的TTP、多媒体应用的MOST协议等。其中CAN（Controller Area Network，控制器局域）是BOSCH公司于上世纪80年代提出的。为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议，可以很好的解决上述的问题。现在世界上许多汽车公司，如奔驰、宝马、大众等公司已采用CAN总线来实现汽车内部的数据通信。

我国对车用络、总线、通Hexion公司的新双组分解决方案旨在解决这1挑战讯协议的研究起步比较晚，但近年来发展比较快，尤其在电动汽车项目中总线络得到广泛的应用。

2 汽车总线的技术特征

汽车总线传输必须确保以下几点：保证信息能够准确的传送；总线节点能够随时访问总线；节点根据预先确定的优先权进行总线访问；具有根据信息内容解决总线访问竞争的能力和竞争解决后获胜站点能够访问总线且继续传输信息；节点在尽量短的时间内成功访问总线；最优化的传输速率（波特率）；节点的故障诊断能力；总线具有一定的可扩充性等等。

2.1 数字信号的编码

为了保证信息传输的可靠性，对数字信号正确编码非常重要。汽车局域数据信号多采用脉宽调制（PWM）和不归零制（NRZ）。PWM作为编码方案时，波特率上界为3×105Kbps，用于传输速率较低的场合。采用NRZ进行信息传输，可以达到1Mbps，用于传输速率较高的场合。

2.2 络拓扑结构

实用的汽车局域是总线拓扑结构，如CAN、SAEJ1850、ADVANCED PALMNET等，其优点是：电缆短，布线容易；总线结构简单，又是无源元件，可靠性高；易于扩充，增加新节点只需在总线的某点将其接入，如需增加长度可通过中继器加入一个附加段。

2.3 总线访问协议

汽车总非标螺丝线的访问协议一般为争用协议，每个节点都能独立决定信息帧的发送。如果同时有两个或两个以上的节点发送信息，就会出错，这就要求每个节点有能力判断冲突是否发生，发生冲突时按某个规律等待随机时间间隔后重发，以避免再发生冲突。络协议所使用的防冲突监听措施多为载波监听多路访问，如CAN、SAEJ1850、ADVANCED PALMNET等都采用的是载波监听多路访问/冲突检测+无损仲裁（CSMA/CD+NDA）。

3 CAN总线的特点

CAN总线通信协议是在考虑工业现场环境的背景下制订的，它采用了国际标准化组织 ISO制订的开放系统互连ISO-OSI模型中的三层，即物理层、数据链路层和应用层。CAN总线规范已被国际标准化组织制订为国际准ISO1189母婴护理8，并被公认为最有前途的现场总线之一，已经广泛的应用于工业领域。得到 MOTOROLA、创意礼品PHILIPS、Intel、SIEMENS等著名半导体器件生产厂家的支持，进而迅速推出了各种集成CAN协议的产品。与一般的总线相比，CAN 总线具有可靠、灵活、实时性强的优点。

(1) CAN 总线采用多主结构，络上的任一节点可在任意时刻向其他节点发送信息，通讯方式灵活。

(2) 络上的节点根据对总线访问优先级的不同（取决于报文标识符），最快可在134μs内得到响应。

(3) 采用非破坏性总线仲裁技术，可以大大节省总线冲突仲裁时间，络在拥挤的情况下也不会瘫痪。

(4) CAN协议废除了站地址编码，而是对通信数据进行编码，这可使不同的节点同时接收到相同的数据，可以方便的实现点对点、一点对多点及全局广播等方式的传送接收数据，容易构成冗余结构提高系统的可靠性和系统的灵活性。

(5) CAN采用NRZ编码，直接通信距离最远可达10km（速率5Kbps），通信速率最高可达1Mbps（此时通信距离最长为40m）。

(6) 采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低。CAN的每帧信息都有CRC效验及其他检错措施，保证数据出错率极低。

(7) 通讯介质可为双绞线、同轴电缆或光纤，选择灵活。

(8) CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响。

4 CAN总线在纯电动汽车中的应模架用

纯电动汽车与传统汽车最大的区别就是用电能来驱动，即用电池和电机的组合来代替传统的发动机。这样对电机的驱动控制和对电池的管理就成为电

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