基于DSP的電動汽車監(jiān)控平臺的設計

1、 前言

電動汽車中的電控單元多、內部空間小、環(huán)境干擾大，對控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)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(tǒng)及其網(wǎng)絡協(xié)議進行研究。首先，基于DSP 的開發(fā)設計了電機控制器節(jié)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(xié)議。最后，為檢驗設計協(xié)議的可行性，利用VB6.0 開發(fā)了電動汽車的監(jiān)控系統(tǒng)，并為監(jiān)控數(shù)據(jù)建立了數(shù)據(jù)庫，方便管理數(shù)據(jù)。

2 、電機控制器節(jié)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(jié)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(tǒng)中，電機控制器的實時性要求高，屬于高速節(jié)點，波特率設為1 兆波特。電機控制器節(jié)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(fā)送電機的工作溫度、電機故障、工作狀態(tài)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(fā)送郵箱，20 毫秒定時發(fā)送一次。

3、電動汽車監(jiān)控系統(tǒng)設計

在實驗室模擬電動汽車CAN 總線系統(tǒng)，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(jiān)控系統(tǒng)。

3.1 監(jiān)控系統(tǒng)概述

監(jiān)控系統(tǒng)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(jiān)控。能根據(jù)需要在CAN 總線中收發(fā)參數(shù)，實現(xiàn)對總線各節(jié)點的監(jiān)視和控制。例如，電機參數(shù)，包括SOC、車速、故障等級、工作模式、故障代碼、工作溫度等。監(jiān)控系統(tǒng)還可根據(jù)系統(tǒng)擴展需要，提供創(chuàng)建節(jié)點的功能。另外，還提供數(shù)據(jù)管理功能。在監(jiān)控系統(tǒng)執(zhí)行過程中，采集到的數(shù)據(jù)會被記錄到Microsoft Access 數(shù)據(jù)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(jiān)控系統(tǒng)通信協(xié)議

在CAN 協(xié)議中只定義了數(shù)據(jù)鏈路層和物理層兩層協(xié)議，缺乏對信息處理的規(guī)范，而一個完整的網(wǎng)絡系統(tǒng)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(xié)議。根據(jù)電動汽車運行的特點，設計了監(jiān)控系統(tǒng)的通信協(xié)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(jié)點兩大類。其中高速節(jié)點包括電機控制器、發(fā)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(yōu)先級。低速節(jié)點包括空調系統(tǒng)、儀表顯示系統(tǒng)、車燈系統(tǒng)等。表1 給出了電動汽車各節(jié)點之間接收及發(fā)送的信號類型。根據(jù)電動汽車各節(jié)點之間接收及發(fā)送的數(shù)據(jù)，對各節(jié)點之間需要交換的信息的類型，所包含的參數(shù)以及表示方法有具體的說明。例如在電機控制器節(jié)點發(fā)送的8 個字節(jié)分別定義為：電機轉速（雙字節(jié)）、電機轉矩（雙字節(jié)）、工作溫度（單字節(jié)）、錯誤等級及代碼（單字節(jié)）、工作模式（單字節(jié)）還有一個字節(jié)作為備用。表1 電動汽車各節(jié)點之間接收及發(fā)送的數(shù)據(jù)明。例如在電機控制器節(jié)點發(fā)送的8 個字節(jié)分別定義為：電機轉速（雙字節(jié)）、電機轉矩（雙字節(jié)）、工作溫度（單字節(jié)）、錯誤等級及代碼（單字節(jié)）、工作模式（單字節(jié)）還有一個字節(jié)作為備用。