CN106926750A - 一种分布式驱动电动汽车的通信控制方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种分布式驱动电动汽车的通信控制方法，将对应多个驱动电机的控制指令，封装至同一个CAN报文中进行发送，多个驱动电机接收该CAN报文后，分别对该报文中对应自身电机的控制指令进行识别并响应。本申请提供的通信控制方法，满足了分布式驱动电动汽车对于多驱动电机的模式控制及转速、转矩等方面的高实时性需求，从根本上解决了由传统CAN通信引起的多个驱动电机对于控制指令的响应时间不一致问题，消除车辆不期望的横摆运动，有效提升分布式驱动电动汽车的行驶安全性及可靠性。此外，本申请披露的通信控制方法及相应的实施方案，均可适用于其它原理相类似的多***或多部件对于CAN通信实时性、可靠性要求很高的场合。

Description

一种分布式驱动电动汽车的通信控制方法
技术领域
本发明涉及汽车控制领域，具体涉及一种分布式驱动电动汽车的通信控制方法及数据结构。
背景技术
传统燃油动力车辆以及装备中央驱动电机的电动汽车一般都装有机械式差速器。对于普通差速器，左右驱动轮的转矩分配比例接近1:1，在湿滑路面上其中一个车轮打滑时，传递至该车轮上的驱动转矩大大降低，导致传递至另一侧对应车轮上的驱动力也同比例降低，对车辆的驱动性能以及安全性能会产生较大影响；而具备防滑或限滑功能的差速器可进行左右轮不同比例的驱动力分配，驱动性能及安全性能良好，但是成本较高一般仅用于高档车辆。
分布式驱动电动汽车的至少有一个驱动轴的左右轮上各自装备一台轮毂电机或者轮边电机，每个电机独立工作，实现对各车轮的精确控制，从而可以避免上述现有技术中普通机械差速器所存在的性能及安全隐患，降低车辆的传动***成本。
但是，分布式驱动电动汽车通过电子控制方式进行力矩分配和差速控制，提升车辆驱动性能和安全性能的同时，电子差速的可靠性同样给汽车的安全性能带来很大挑战：若驱动电机不按既定的控制要求输出相应转矩，则可能导致左右轮输出转矩差别过大，严重时可能导致车辆的横向摆动，影响安全性能。电子差速的可靠性又可分为控制指令源、控制指令的传输以及驱动电机执行控制指令的可靠性。控制指令源一般为VCU(VehicleControl Unit，整车控制器)，即由VCU对车轮进行模式、转矩、转速等参数的计算后得出控制指令；控制指令的传输则涉及VCU向电机发送控制指令的硬件、线路以及控制指令的通信协议；驱动电机通过传输线路以及控制指令通信协议，对指令进行响应，相应地对模式、转矩、转速等输出参数进行调整。
在车载电子技术领域，最为主流的车载电子控制指令通信协议为20世纪80年代由德国Bosch公司开发的CAN(Controller Area Network，控制器局域网)，CAN是Bosch公司为解决现代汽车中众多电子控制单元以及测试仪器之间的实时数据交换问题而开发的一种串行通信协议，CAN的高通信效率和可靠性已被世界认同，并被广泛地应用于汽车、工业自动化、船舶、医疗以及工业设备等领域。CAN2.0B的标准数据帧构成如图1所示，包括帧起始、仲裁段、控制段、数据段、CRC段、ACK段、帧结束。仲裁段为11位标识符ID(Identifier)，该ID是每一个CAN报文的唯一标识，描述了报文的特定含义，并决定报文的优先级，ID数值越小，则优先级越高；数据段为CAN通信实际传输的应用数据及这些数据的校验信息，长度为0-8Bytes；CAN通信采用多主站结构，通过对每一个报文的ID进行仲裁，优先级高的报文优先发送，优先级低的报文靠后发送；CAN报文的仲裁及发送过程如图2所示，在A、B、C三个节点分别有一个CAN报文等待发送，A节点的CAN报文ID值为75，B节点的CAN报文ID值为250，C节点的CAN报文ID值为1000，根据前述优先级规则，将分别以广播的形式按照优先级顺序先后发送A、B、C三个CAN报文，所有的节点均可以接收到上述A、B、C三个CAN报文。
现有的电动汽车的驱动电机***控制指令传输绝大部分沿用了前述传统CAN通信协议，当涉及分布式驱动电动汽车领域时，则需要通过不同ID值的CAN报文来分别控制不同的驱动电机。如图3现有的左右轮驱动电机控制指令的CAN报文发送示意图所示，CAN_H为CAN高通讯线，CAN_L为CAN低通讯线，CAN ID_L为VCU发给左车轮电机***的报文，CAN ID_R为VCU发给右车轮电机***的报文，Motor_L为左车轮电机***，Motor_R为右车轮电机***，other ECUs表示CAN网络中别的控制器。由于传统的CAN通信协议在发送CAN报文时，必须根据报文优先级的高低逐个发送，这使得由VCU同时分别发给左右车轮电机***的CAN报文因为ID值的不同，不同的车轮电机***自然无法同时接收到CAN报文，直接导致不同的电机输出响应有一定的时间差，而时间差过大可能会超出差速控制误差范围。此外，在不同ID值报文的发送仲裁过程中，可能会导致某一帧报文的丢失，导致对应电机***无法接受指令。或者，即便两帧不同ID值报文均正常发送，但由于某一帧报文受干扰后信息错误，导致对应的电机***相应错误。
综上所述，现有的CAN通信控制方法已经无法满足分布式驱动电动汽车的通信要求，传统的CAN通信在分布式驱动电动汽车上的应用中，由于不同电机无法同时接收控制指令，而可能产生的指令误差或错误，最终可能引起车辆横向摆动或者发生其他不按控制预期运行的现象。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种基于CAN通信协议的改进型的分布式驱动电动汽车的通信控制方法，包括以下步骤：
VCU将对应多个驱动电机的控制指令，封装至同一CAN报文；
VCU通过通信网络将所述CAN报文发送至所述多个驱动电机；
所述多个驱动电机分别接收所述CAN报文；
所述多个驱动电机分别对所述CAN报文中对应自身电机的控制指令进行识别并响应。
作为一种可选方案，对应多个驱动电机的控制指令封装至所述CAN报文的数据段。
作为一种可选方案，对应多个驱动电机的控制指令封装至所述CAN报文的数据段的Byte1至Byte8中任一位置。
作为一种可选方案，CAN报文的数据段还包含校验信息，校验信息包括：计数校验信息(Counter)以及数据正确性校验信息(Checksum)。
作为一种可选方案，CAN报文的数据段还包括对应其它控制器的控制指令，其它控制器包括电池管理***以及充电***。
作为一种可选方案，CAN报文的数据段中还包含控制指令的接收方信息，驱动电机或者其他控制器根据数据段中所携带的接收方信息，识别并响应对应自身的控制指令。
作为一种可选方案，多个驱动电机为同一驱动轴上的左轮驱动电机和右轮驱动电机，或者，多个驱动电机为多个驱动轴上的多个左轮驱动电机和多个右轮驱动电机。
作为一种可选方案，控制指令为“转速值+模式”控制指令，或者，控制指令为“转矩值+模式”控制指令。
作为一种可选方案，“模式”包括：Standby等待模式、Torque Control mode转矩控制模式、Speed Control mode转速控制模式、Dischrage主动放电模式、OffsetCal偏移角标定模式、Enable使能模式、Motor mode电动模式、Generator mode发电模式、Rotationdirection正转或反转模式以及OffsetCal偏移角标定模式。
本发明的优点在于：本发明基于CAN2.0B通信控制协议，将对应多个驱动电机的控制指令封装在同一个CAN报文中进行发送，提供了一种适用于分布式驱动电动汽车的通信控制方法，满足了分布式驱动电动汽车对于多驱动电机的模式控制及转速、转矩等方面的高实时性需求。从根本上解决了由通信引起的多个驱动电机***对于控制指令的响应时间不一致问题，消除不期望的车辆横摆运动，大大提升分布式驱动电动汽车的行驶安全性及可靠性。此外，本发明提供的一种分布式驱动电动汽车的通信控制方法，还适用于其它原理相类似的多***或部件对于CAN通信实时性、可靠性要求很高的场合。
附图说明
图1为CAN2.0B报文结构示意图；
图2为CAN报文的仲裁及发送过程示意图；
图3为现有的左右轮驱动电机控制指令的CAN报文发送过程示意图；
图4为本发明实施例提供的一种分布式驱动电动汽车的通信控制方法流程图；
图5为本发明实施例提供的一种左右驱动轮电机控制指令的CAN报文发送过程示意图；
图6为本发明实施例提供的一种CAN报文数据段示意图。
具体实施方式
下面参照附图并结合具体的实施例，对本发明作进一步的详细说明。
本发明实施例提供的一种分布式驱动电动汽车的通信控制方法，如图4所述，包括以下步骤：
步骤401，VCU将对应多个驱动电机的控制指令，封装至同一CAN报文；
步骤402，VCU通过通信网络将该CAN报文发送给多个驱动电机；
步骤403，多个驱动电机分别接收该CAN报文；
步骤404，多个驱动电机分别对该CAN报文中对应自身电机的控制指令进行识别并响应。
本发明实施例通过将将对应多个驱动轮电机的控制指令封装在同一个CAN报文中进行发送，提供了一种适用于分布式驱动电动汽车的通信控制方法，满足了多驱动电机电动汽车对于多驱动轮电机的模式控制及转速、转矩等方面的高实时性需求。从根本上解决了由通信引起的多个驱动电机***对于控制指令的响应时间不一致问题。如图5所示，VCU与同一驱动轴上的左轮驱动电机、右轮驱动电机连接在一个CAN通信网络中，该网络中还可以包含与驱动电机工作较为密切的其他控制器，如电池管理***、充电***等，再按照CAN网络设计规范在终端上加上120欧姆电阻，以及CAN_H高/CAN_L低通信线路。通过采用同一个CAN报文(CAN ID_L&R)携带左轮驱动电机以及右轮驱动电机的控制指令，免去了多报文发送的仲裁过程，从而避免了多报文发送的时间差，此外，即便该报文受到干扰造成丢失或者错误，也是左右轮驱动电机均无法接收或者接收到相同的错误指令，不会导致两个驱动轮的响应差异。
可选的，对应多个驱动电机的控制指令封装至该CAN报文的数据段。
结合图1CAN2.0B通信协议报文结构中所示，CAN报文的数据段为CAN通信协议中实际传输的应用数据以及对于这些数据的校验信息。
可选的，对应多个驱动电机的控制指令封装至所述CAN报文的数据段的Byte1至Byte8中任一位置。
因为CAN报文的数据段包含Byte1至Byte8，VCU生成的控制指令信息绝大部分情况下不会占据Byte1至Byte8的整个数据段，因此，控制指令信息存放在数据段上的位置可以自行定义，理论上可以存放在Byte1至Byte8中的任一个Byte位置。
可选的，CAN报文的数据段还包含校验信息，校验信息包括：Counter(计数校验信息)以及Checksum(数据正确性校验信息)。
一般情况下，为保证CAN报文中数据段所携带的控制指令的准确性，数据段中通常会携带上述校验信息。
可选的，CAN报文的数据段还包括对应其它控制器的控制指令，其它控制器包括电池管理***以及充电***。
这是在CAN报文中数据段存储完控制指令以及相关校验信息后还有空余数据段的情况下，还可以在该报文的数据段中，存储一些对应其他控制器的控制指令，比如用于控制电池管理***或者充电***的相关指令。
可选的，CAN报文的数据段中还包含控制指令的接收方信息，驱动电机或者其他控制器根据数据段中所携带的接收方信息，识别并响应对应自身的控制指令。
通过定义数据段中各控制指令的接收方，以实现各驱动电机或者其他控制器进行正确的控制指令识别，仅识别对应自身的控制指令，对于其他控制指令，不进行识别或者识别后不作出响应。
如图6为本发明实施例提供的一种CAN报文结构示意图，其中，Byte3数据段为VCU的控制模式指令，其中0-3bit为R右轮驱动电机的控制模式指令，4-7bit为L左轮驱动电机的控制模式指令。Byte4数据段为VCU发出的左轮驱动电机的期望转矩值，Byte5数据段为VCU发出的右轮驱动电机的期望转矩值。VCU根据驾驶需求，车辆状态，电机***，电池***等关键部件状态综合判断，控制电机***进入相应的工作状态，包括Standby/TorqueControl mode/Speed Control mode/Dischrage/OffsetCal等，同时根据驱动轮转矩控制或滑动率控制差速控制策略计算出左右驱动轮的驱动转矩值。
可选的，多个驱动电机为同一驱动轴上的左轮驱动电机和右轮驱动电机，或者，多个驱动电机为多个驱动轴上的多个左轮驱动电机和多个右轮驱动电机。
目前市场上较为常见的分布式驱动电动汽车还是在同一驱动轴上两端分别设置有左轮驱动电机和右轮驱动电机，当然也存在双轴四驱或者更多轴驱动的电动汽车，对于四驱或多轴驱动电动汽车，若要求各轴之间驱动协调严格同步，也可以将所有驱动轴上的驱动电机的控制指令封装至同一个CAN报文中进行发送。
可选的，控制指令为“转速值+模式”控制指令，或者，控制指令为“转矩值+模式”控制指令。
可选的，控制指令中的“模式”包括：Standby(等待模式)、Torque Control mode(转矩控制模式)、Speed Control mode(转速控制模式)、Dischrage(主动放电模式)、OffsetCal(偏移角标定模式)、Enable(使能模式)、Motor mode(电动模式)、Generatormode(发电模式)、Rotation direction(正转或反转模式)以及OffsetCal(偏移角标定模式)。
对于驱动电机的控制指令的具体内容，还将取决于车辆差速控制策略及其对驱动电机的控制模式。若采用驱动轮转速控制差速控制策略，则需要向各个驱动电机***发出期望的转速值及模式控制指令。若采用驱动轮转矩控制或驱动轮滑动率控制差速控制策略，则需要向各个驱动电机***发出期望的转矩值及模式控制指令。若采用若电机***采用模式控制方式，一般来讲主要的控制模式有Standby(等待)、Torque Control mode(转矩控制模式)、Speed Control mode(转速控制模式)、Dischrage(主动放电模式)及OffsetCal(偏移角标定模式)等。若电机***采用传统控制方式，一般来讲主要的控制指令有Enable(使能)、Motor mode(电动模式)、Generator mode(发电模式)、Rotation direction(正转或反转)及OffsetCal(偏移角标定模式)等。无论采用哪种电机***控制方式，若要得到期望的电机转矩或转速，均需发出相应的转矩或转速指令值。此处需要说明的是，本发明实施例所提供的上述控制策略或模式，并不是对本发明适用的控制策略或模式的限制。
此外，本领域技术人员应当知晓，本发明实施例提供的上述通信控制方法及相应的实施方案，均可以适用于其它原理相类似的多***或多部件对于CAN通信实时性、可靠性要求很高的场合。
最后应当说明的是，本发明实施例提供的上述技术方案及附图，仅用于对本发明的进一步说明而非限制。本领域普通技术人员应当知悉，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种分布式驱动电动汽车的通信控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
VCU将对应多个驱动电机的控制指令，封装至同一CAN报文；
VCU通过通信网络将所述CAN报文发送至所述多个驱动电机；
所述多个驱动电机分别接收所述CAN报文；
所述多个驱动电机分别对所述CAN报文中对应自身电机的控制指令进行识别并响应。
2.根据权利要求1所述的分布式驱动电动汽车的通信控制方法，其特征在于，所述控制指令封装至所述CAN报文的数据段。
3.根据权利要求2所述的分布式驱动电动汽车的通信控制方法，其特征在于，所述控制指令封装至所述CAN报文的数据段的Byte1至Byte8中任一位置。
4.根据权利要求3所述的分布式驱动电动汽车的通信控制方法，其特征在于，所述CAN报文的数据段还包含校验信息，所述校验信息包括：计数校验信息以及数据正确性校验信息。
5.根据权利要求4所述的分布式驱动电动汽车的通信控制方法，其特征在于，所述CAN报文的数据段还包括对应其它控制器的控制指令，所述其它控制器包括电池管理***以及充电***。
6.根据权利要求5所述的分布式驱动电动汽车的通信控制方法，其特征在于，所述CAN报文的数据段中还包含所述控制指令的接收方信息，所述驱动电机或者所述其他控制器根据所述接收方信息，识别并响应对应自身的控制指令。
7.根据权利要求1所述的分布式驱动电动汽车的通信控制方法，其特征在于，所述多个驱动电机为同一驱动轴上的左轮驱动电机和右轮驱动电机；
或者，所述多个驱动电机为多个驱动轴上的多个左轮驱动电机和多个右轮驱动电机。
8.根据权利要求1所述的分布式驱动电动汽车的通信控制方法，其特征在于，所述控制指令为“转速值+模式”控制指令；
或者，所述控制指令为“转矩值+模式”控制指令。
9.根据权利要求8所述的分布式驱动电动汽车的通信控制方法，其特征在于，所述“模式”包括：等待模式、转矩控制模式、转速控制模式、主动放电模式、偏移角标定模式、使能模式、电动模式、发电模式、正转或反转模式以及偏移角标定模式。
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