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摘要：为保证车辆稳定运行，参考ISO11898标准及SAE J1939标准，开发纯电动轿车的CAN网络系统。设计了纯电动轿车CAN网络的拓扑结构、物理层协议、数据链路层及信号交互层协议、应用层协议及测试规范。按照从仿真分析到实车测试的顺序对所开发的CAN网络进行试验验证。结果表明，设计的CAN网络系统满足相关协议要求，能够在纯电动车上可靠运行，开发流程与方法适用于纯电动轿车CAN网络系统。
关键词：纯电动轿车；CAN总线；拓扑
0 前言
CAN是控制器局域网络（Controller Area Network, CAN）的简称，由德国BOSCH公司开发，并最终成为国际标准（ISO11898）。 在北美和西欧，CAN总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线，并且拥有以CAN为底层协议专为大型货车和重工机械车辆设计的J1939协议。近年来，其所具有的高可靠性和良好的错误检测能力受到重视，被广泛应用于汽车计算机控制系统。
1 功能需求分析及网络拓扑设计
纯电动车的动力单元及组合仪表需要CAN网络通讯，因此设定应用CAN模块的单元有整车控制器VCU、电机控制器PCU、电池管理系统BMS、充电器CHR和组合仪表CLUSTER。
设计的纯电动轿车CAN网络拓扑结构如图1所示，终端电阻选用阻值为120欧姆的电阻固定在CAN线两个最远端，用于吸收信号反射。
2 协议的制定
CAN通讯的架构符合OSI（开放式系统互联）参考模型，相应的CAN网络的物理层、数据链路层及网络层都已形成了国际标准，如ISO11898-1标准规定了CAN通讯的物理层和数据链路层的要求，OSEK标准规定了网络管理层的要求，而应用层一般由主机厂根据集体需求自行设计。
结合ISO11898等汽车行业标准，本文制定了CAN网络通讯协议和测试规范，内容包括物理层、数据链路层、信号交互层及网络管理层。
为与充电站CAN网络的波特率保持一致，因此设定整车CAN网络波特率为250kbit/s，数据帧采用29为扩展帧格式，该模式支持CAN2.0B协议。采样点设为75%。
本文设计的应用层CAN通讯协议定义了报文名称、报文ID、报文长度、报文发送类型、报文发送周期以及信号内容等，报文ID、长度等信息见表1，报文信号内容有控制信号、状态信号及故障信息。
图1 纯电动轿车CAN网络拓扑结构
表1 CAN网络应用层报文信息
3仿真分析
本文应用Vector公司生产的仿真工具CANoe进行仿真分析，首先用CANdb++软件建立数据库dbc文件，便于信号解析。用CANoe中设置仿真环境，发送报文，如图2所示。
根据仿真结果得出：负载率为9.04%，如图6所示。
图2 仿真测得总线负载率
4 CAN网络实车测试
用CANoe监测总线负载，负载率测得为11.43%，满足协议的要求。
5 结论
本文按照拓扑设计、协议开发、仿真分析和实车验证的流程完成CAN网络系统开发。利用CANoe对所设计的CAN网络进行仿真分析，仿真与实车测试表明，该CAN网络系统能够满足相关标准和测试规范要求，具有良好的安全性和可靠性，适用于纯电动轿车的CAN网络系统开发。
图3 整车CAN网络负载率测试
参考文献
[1]ISO 11898-1.Part 1 : Data Link Layer and Physical Signalling[S].2003.
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[4]SAE J1939-71.Vehicle Application Layer[Z].SAE INTERNATIONAL, 2003.
[5]邬宽明.CAN总线原理和应用系统设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，1996
论文作者:张希,沙伟,陶冉
论文发表刊物:《基层建设》2018年第24期
论文发表时间:2018/10/16
标签：网络论文; 报文论文; 协议论文; 拓扑论文; 系统论文; 轿车论文; 信号论文; 《基层建设》2018年第24期论文;