摘 要：本文基于DSP 的開發(fā)平臺(tái)，設(shè)計(jì)了電動(dòng)汽車電機(jī)控制器節(jié)點(diǎn)的通信程序。為了有效地監(jiān)控電動(dòng)汽車及各子系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了電動(dòng)汽車CAN 總線的應(yīng)用層協(xié)議和監(jiān)控系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)表明，該監(jiān)控系統(tǒng)能通過CAN 總線與其它節(jié)點(diǎn)通信，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線數(shù)據(jù)監(jiān)控和故障診斷。

關(guān)鍵詞：CAN 總線；電動(dòng)汽車；TMS320LF2407

Design and Development of a Test Platform for the Electric Vehicle
Yao Zhen Xie Guo-lin Li You-xin Liu Fang-ming
Luo Zhu-wen Deng Xian-quan
（1. Guangdong University of Technology, Guangzhou, Guangdong, china,
510006; 2. Shenzhen Wuzhoulong Automobile Co., Ltd. Shenzhen,
Guangdong, china, 518116）
Abstract: Based on the DSP platform, the author designs a communication
program for motor controller. In order to control and monitor the dynamic
system and other subsystems of an electric vehicle (EV) effectively, the monitor
system and EV CAN bus application layer protocol are developed. It is proved in
the condition of lab that the monitor system can be used to communicate with
other nodes of the car through the CAN bus so as to realize the on-line data
monitoring and fault diagnosis.
Key Words: Controller Area Network, Electric Vehicle, TMS320LF2407

1 前言
電動(dòng)汽車中的電控單元多、內(nèi)部空間小、環(huán)境干擾大，對(duì)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(yùn)行特性，極高的可靠性和獨(dú)特
的設(shè)計(jì)，特別適合電動(dòng)汽車各電子控制單元之間的通信。為了更好地在實(shí)驗(yàn)
室進(jìn)行研究，建立了一個(gè)功能比較完善的試驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)，能夠?qū)AN 總線系
統(tǒng)及其網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行研究。首先，基于DSP 的開發(fā)設(shè)計(jì)了電機(jī)控制器節(jié)點(diǎn)的
通信程序。其次，深入了解CAN 總線在電動(dòng)汽車中的應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)了CAN
總線的應(yīng)用層協(xié)議。最后，為檢驗(yàn)設(shè)計(jì)協(xié)議的可行性，利用VB6.0 開發(fā)了電
動(dòng)汽車的監(jiān)控系統(tǒng)，并為監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)建立了數(shù)據(jù)庫(kù)，方便管理數(shù)據(jù)。

2 電機(jī)控制器節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)
針對(duì)電動(dòng)汽車電機(jī)控制器的特點(diǎn)，選用TI 公司的TMS320LF2407 芯片作
為電機(jī)控制器的處理器。采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，編寫了電機(jī)控制器節(jié)點(diǎn)的
通信程序，可方便移植到基于DSP 的電機(jī)控制器或其他控制單元中。在電動(dòng)汽車的CAN 總線系統(tǒng)中，電機(jī)控制器的實(shí)時(shí)性要求高，屬于高速節(jié)點(diǎn)，波特率設(shè)為1 兆波特。電機(jī)控制器節(jié)點(diǎn)主要是接收總線上傳來的電機(jī)工作模式、SOC、車速、加速踏板位置和制動(dòng)踏板位置等控制信息，同時(shí)發(fā)送電機(jī)的工作溫度、電機(jī)故障、工作狀態(tài)等實(shí)時(shí)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(shí)發(fā)送一次。

3 電動(dòng)汽車監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
在實(shí)驗(yàn)室模擬電動(dòng)汽車CAN 總線系統(tǒng)，以PC 機(jī)（帶USB-CAN 模塊）作
為電動(dòng)汽車的總控制器。利用CAN-bus 通用測(cè)試軟件的運(yùn)行機(jī)制和工作原
理，設(shè)計(jì)了基于PC 機(jī)的電動(dòng)汽車CAN 總線技術(shù)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(tái)（帶USB-CAN 模塊的PC 機(jī)）對(duì)電機(jī)控制器、電池
控制器以及離合控制器進(jìn)行監(jiān)控。運(yùn)行主界面如圖1 所示。能根據(jù)需要在
CAN 總線中收發(fā)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)總線各節(jié)點(diǎn)的監(jiān)視和控制。例如，電機(jī)參數(shù)，
包括SOC、車速、故障等級(jí)、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(kuò)展需要，提供創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)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(huì)被記錄到Microsoft Access 數(shù)據(jù)
庫(kù)中，可以用表格形式實(shí)時(shí)顯視，還可以通過輸出按鈕由軟件Excel 打開。

圖1 電動(dòng)汽車監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行界面

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(duì)信息處理
的規(guī)范，而一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中離不開人機(jī)交互的應(yīng)用進(jìn)程，所以必須由
用戶定義應(yīng)用層協(xié)議。根據(jù)電動(dòng)汽車運(yùn)行的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了監(jiān)控系統(tǒng)的通信協(xié)
議。大體上將電動(dòng)汽車上各電子控制單元（ECU）分為高速和低速節(jié)點(diǎn)兩大
類。其中高速節(jié)點(diǎn)包括電機(jī)控制器、發(fā)動(dòng)機(jī)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(shè)置較高的優(yōu)先級(jí)。低速節(jié)點(diǎn)
包括空調(diào)系統(tǒng)、儀表顯示系統(tǒng)、車燈系統(tǒng)等。表1 給出了電動(dòng)汽車各節(jié)點(diǎn)之
間接收及發(fā)送的信號(hào)類型。根據(jù)電動(dòng)汽車各節(jié)點(diǎn)之間接收及發(fā)送的數(shù)據(jù)，對(duì)各節(jié)點(diǎn)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(jī)控制器節(jié)點(diǎn)發(fā)送的8 個(gè)字節(jié)分別定義為：電機(jī)轉(zhuǎn)速（雙字節(jié)）、電機(jī)轉(zhuǎn)矩（雙字節(jié)）、工作溫度（單字節(jié)）、錯(cuò)誤等級(jí)及代碼（單字節(jié)）、工作模式（單字節(jié)）還有一個(gè)字節(jié)作為備用。表1 電動(dòng)汽車各節(jié)點(diǎn)之間接收及發(fā)送的數(shù)據(jù)明。例如在電機(jī)控制器節(jié)點(diǎn)發(fā)送的8 個(gè)字節(jié)分別定義為：電機(jī)轉(zhuǎn)速（雙字節(jié)）、電機(jī)轉(zhuǎn)矩（雙字節(jié)）、工作溫度（單字節(jié)）、錯(cuò)誤等級(jí)及代碼（單字節(jié)）、工作模式（單字節(jié)）還有一個(gè)字節(jié)作為備用。
表1 電動(dòng)汽車各節(jié)點(diǎn)之間接收及發(fā)送的數(shù)據(jù)

3.3 監(jiān)控系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)
監(jiān)控系統(tǒng)是要完成對(duì)各節(jié)點(diǎn)的監(jiān)控，按照設(shè)計(jì)需求，可將整個(gè)設(shè)計(jì)分為五個(gè)設(shè)計(jì)窗體，包括主窗體、電機(jī)控制器監(jiān)控窗體、電池控制器監(jiān)控窗體、離合控制器監(jiān)控窗體和創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)窗體，并進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。其中創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)窗體可根據(jù)需要方便創(chuàng)建監(jiān)控窗口，設(shè)置節(jié)點(diǎn)ID 號(hào)和監(jiān)控變量。監(jiān)控系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)流程圖如圖2 所示。

圖2 監(jiān)控系統(tǒng)程序流程圖

4 監(jiān)控系統(tǒng)的測(cè)試
完成了PC 機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)后，為了驗(yàn)證程序是否正常工作，同時(shí)為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)的下位機(jī)DSP 數(shù)據(jù)采集與通信程序的正確性。在這里將DSP數(shù)據(jù)采集與通信程序和PC 機(jī)程序聯(lián)合起來進(jìn)行調(diào)試。將雙方的波特率設(shè)為1M 波特。DSP 節(jié)點(diǎn)的測(cè)試程序包含A/D 采樣（模擬加速踏板位置）和通信程序，DSP 運(yùn)行后由定時(shí)中斷（20ms）進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及處理，將信號(hào)通過CAN總線上傳到上位機(jī)（PC 機(jī)）。另一方面，DSP 自動(dòng)判斷是否有PC 機(jī)發(fā)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(jī)接收到數(shù)據(jù)后，進(jìn)行處理并交給監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行顯示。電機(jī)控制器節(jié)點(diǎn)的測(cè)試界面如圖3 所示。

圖3 電動(dòng)控制器的測(cè)試界面

5 結(jié)論
為適合電動(dòng)汽車監(jiān)控的需求，組建了基于CAN 總線的電動(dòng)汽車仿真測(cè)試平臺(tái)，配備專業(yè)測(cè)試儀器后可組建CAN-BUS 實(shí)驗(yàn)室。該系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)展性，可方便增加需要監(jiān)控的汽車電子控制單元（ECU）。此外，通過VB 與ACCESS 技術(shù)的良好銜接，具有數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)保存，為后期的數(shù)據(jù)處理提供條件。為了保證各個(gè)消息能及時(shí)被相關(guān)節(jié)點(diǎn)采集并處理，需要對(duì)消息的調(diào)度策略進(jìn)行深入研究，進(jìn)一步優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)管理，特別是網(wǎng)絡(luò)故障診斷以及處理機(jī)制。