CN102111713A - 适用于电动汽车分布式控制的数字化分层网络控制体系 - Google Patents

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赵春明
周能辉
李磊
张松波
李庆
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Abstract

本发明是一种适用于电动汽车分布式控制的数字化分层网络控制体系，由基于高速CAN总线的动力总成分布式控制***、基于低速总线车身舒适性控制***、无线通讯网络以及电池管理***子网相结合构成。本发明依据总线控制设计了CAN总线应用层协议及接口规范，使得总体架构层次清晰、简单，实际布线容易、可靠性较高，还易于利用总线的特点扩充控制体系的功能。

Description

适用于电动汽车分布式控制的数字化分层网络控制体系
技术领域
本发明属于数字化网络控制***，特别是涉及一种适用于电动汽车分布式控制的数字化分层网络控制体系。
背景技术
电子***是电动汽车关键技术之一，ECU的使用数量越来越多，功能越来越复杂，其中包括整车控制ECU、发动机控制ECU、变速器控制ECU、制动器控制ECU和电池管理ECU等等。尽管国内外在电动汽车的整车控制、电机控制和电池管理等方面形成了一定的技术积累，在一些关键技术上取得了一些突破，但整体水平较低，尤其是控制***的总体架构较复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于电动汽车分布式控制的数字化分层网络控制体系，该体系具有总体架构较简单并易于扩充的特点。
本发明为实现上述目的采取技术方案：本数字化分层网络控制体系由基于高速CAN总线的动力总成分布式控制***、基于低速总线车身舒适性控制***、无线通讯网络以及电池管理***子网相结合构成，所述高速CAN总线设置有主控制器、电池管理***、电机控制器、故障诊断与安全管理***、电动助力转向ECU、车载记录仪和车载充电器各控制节点；所述车身低速CAN总线设置有灯光控制、车门控制和电动座椅、组合仪表、组合开关信息显示各节点，高速CAN总线的主控制器实现低速CAN总线的网关控制；所述无线通讯网络是基于GPRS无线网络的电动汽车示范运行远程监控***，设置有连接于高速CAN总线的车载通信终端，该车载通信终端实现无线通讯网络与高速CAN总线的网关控制；所述电池管理***子网设置有电池管理***主单元和各电池参数监控单元，其中电池管理***主单元作为子网与高速CAN总线分布式控制***之间的网关。连接于高速CAN总线的电池管理***主单元可以识别站用充电机和车载智能充电机两种充电方式，车辆身份、充电过程参数和控制指令等充电过程信息实现网络交互。
本发明的有益效果和优点在于：本发明基于高速CAN总线的动力总成分布式控制***的构成关系按其功能可分为动力电源、控制电源、控制信号、CAN网络、冷却管路和机械连接等部分。其中，动力电源是与电力驱动相关连各组成的连接关系；控制电源是为各控制***提供工作电源，它受钥匙开关的控制；控制信号用来描述各控制***为满足各自的目的对外进行采集或控制的逻辑关系；CAN网络是在不同控制***间搭建的用于传递信息的链路。本发明依据总线控制设计了CAN总线应用层协议及接口规范，使得总体架构层次清晰、简单，实际布线容易、可靠性较高，还易于利用总线的特点扩充控制体系的功能。
附图说明
附图1是本发明拓扑结构图。
附图2是动力总成高速CAN控制***网络图。
附图3是车载通信终端结构原理图。
附图4是能量储存***总成原理图。
具体实施方式
下面结合实施例及其附图进一步说明本发明。
如图1所示，在低速CAN总线上按功能可划分为网关、车灯控制系、车门控制系和信息显示四类，它们各自承担着不同的职责，由主控制器将高速CAN总线上的车辆信息发布到低速CAN总线上，供低速总线上的节点使用，实现信息交换的网关作用。VFD仪表节点是将车辆状态信息通过VFD仪表显示输出。车门系和车灯系节点采集与本节点相关信号并结合CAN总线数据决定自身的工作状态，同时将其工作状态和控制指令发布到高速CAN总线上，由此形成了车身网络控制***。本发明的高速CAN符合CAN2.0B扩展格式，波特率为250KB/s或者更高，低速CAN符合CAN2.0B扩展格式，波特率为100KB/s或者更低。
如图1所示，无线通讯网络由车载通信终端和GPRS网络、因特网和监控中心四部分构成，车载通信终端把车辆的运行状态参数及GPS信息通过GPRS模块发送到GPRS，再经因特网到达服务中心。服务中心计算机建立静态的工P地址，能够实时知道每辆车的运行状态参数及其位置信息。无线通讯网络将车辆的运行状态参数和GPS定位信息实时传递到监控中心，实现对车辆的实时监控和跟踪。
车载通信终端如图3所示，主要由单片机、GPRS模块、GPS模块及电源四部分组成。单片机具有两个串行接口和两个CAN总线接口，能满足***所需的基本功能。单片机的一个CAN总线接口连接在高速CAN总线上，从总线上获取车辆的运行参数，并把监控中心的发送的控制指令发送到高速CAN总线上。单片机的一个串口连接GPS模块，获取车辆的经纬度信息和速度信息。另一个串口连接GPRS模块，把要传送的数据发送到GPRS模块，并从GPRS模块接收数据。
智能通信终端软件分为三个层次：***管理层，通信维护层和底层接口层。***管理层负责通信终端工作模式的判断及管理，故障诊断及处理和人机界面管理等；通信维护层负责建立和维护CAN、RS232和GPRS网络等通信以及通信协议的解释功能；底层管理包括CAN接口收发函数、GPRS接口收发函数以及RS232接口收发函数，GPS数据流解释函数等。
如图1、2所示，在动力总成控制上采用基于高速CAN总线的分布式控制，总线上设有主控制器(网关)、电池管理***主单元、电机控制器、车载充电机、高压电管理单元、电动助力转向单元(EPS)、车载记录仪、智能信息终端和监控标定***。其中主控制器(网关)根据电池状态、电机状态、高压状态、充电信息和转向参数给出控制命令，并且还具有集成制动能量回馈优化控制、驱动电机过载管理、整车能量优化管理、控制参数的在线标定和无线远程标定和固化、网络监控和管理、整车故障诊断及保护等功能。
本发明的基于高速CAN总线动力总成分布式控制***的构成关系上按其功能分为动力电源、控制电源、控制信号、CAN网络、冷却管路和机械连接等连接方式，其中动力电源是用来表明连接电力驱动相关连接关系，控制电源是为各控制***提供工作电源的，它受钥匙开关的控制，控制信号用来描述各控制***为满足各自的目的对外进行采集或控制的逻辑关系，CAN网络是在不同控制***间搭建的用于传递信息的链路。控制信号用来描述各控制***为满足各自的目的对外进行采集或控制的逻辑关系。
如图1所示，电池管理***能够实现充电过程管理和充电机协同工作，智能识别快充和车载慢充两种充电方式，并支持CAN总线通讯。
本发明对电动汽车的整个能量储存***进行了重构和集成，一个实施例的能量储存***总成如图4所示，电池管理***分别布置在电池包中，节约了后备箱空间；对车载智能充电机、均衡***以及站用充电机的功能架构细分，实现充电过程管理***和充电机协同工作，快充和车载慢充两种方式智能识别；各***支持CAN总线通讯，快充过程车辆身份和充电过程参数和控制信息实现网络交互。

Claims (1)

1.一种适用于电动汽车分布式控制的数字化分层网络控制体系，其特征在于：本数字化分层网络控制体系由基于高速CAN总线的动力总成分布式控制***、基于低速总线车身舒适性控制***、无线通讯网络以及电池管理***子网相结合构成，所述高速CAN总线设置有主控制器、电池管理***子网、电机控制器、故障诊断与安全管理***、电动助力转向ECU、车载记录仪和车载充电器各控制节点；所述车身低速CAN总线设置有灯光控制、车门控制和电动座椅、组合仪表、组合开关信息显示各节点，高速CAN总线的主控制器实现低速CAN总线的网关控制；所述无线通讯网络是基于GPRS无线网络的电动汽车示范运行远程监控***，设置有连接于高速CAN总线的车载通信终端，该车载通信终端实现无线通讯网络与高速CAN总线的网关控制；所述电池管理***子网设置有电池管理***主单元和各电池参数监控单元，其中电池管理***主单元作为子网与高速CAN总线分布式控制***之间的网关，连接于高速CAN总线的电池管理***主单元可以识别站用充电机和车载智能充电机两种充电方式，车辆身份、充电过程参数和控制指令等充电过程信息实现网络交互。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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