一种混合动力汽车CAN网络系统

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一种混合动力汽车CAN网络系统\n技术领域\n[0001] 本发明涉及汽车局域网领域，尤其涉及一种混合动力汽车CAN网络系统。\n背景技术\n[0002] 随着电子信息技术与网络技术的快速发展，汽车已经不是一个个机械零件的简单的组合体，其电子化程度越来越高；为了能够降低成本和简化线速连接，各汽车制造商纷纷采用各种总线控制技术，达到汽车电子控制模块之间数据交换的目的，CAN总线是最主要的总线协议之一，由于其具有传输速率高，成本低以及可靠的错误处理和检错机制等特点，在汽车工业中受到广泛应用。\n[0003] 现有提供了一种混合动力汽车CAN网络系统，由传统动力子网、混动子网和标定诊断子网三路通讯子网构成，三路通讯子网分别与若干节点连接，传统动力子网、混动子网和标定诊断子网通过整车控制器进行信息交互，也即整车控制器为网关，其中诊断设备通过标定诊断子网向整车控制器发出诊断请求信号，整车控制器将诊断请求信号发送到各节点，各节点接收到诊断请求信号后再通过整车控制器将错误信息和故障序列反馈给诊断设备，完成节点诊断。但是现有的诊断设备利用网关间接去诊断与汽车CAN总线连接的各节点，存在以下问题：一、由于网关本身是一个节点且又集成通信模块作为网关，已经较为复杂，若再利用网关作为诊断信号的转发器会造成网关设计复杂；二、由于需要网关转发诊断信号会增加诊断流程。\n发明内容\n[0004] 为解决现有技术混合动力汽车CAN网络系统中的诊断设备利用网关间接去诊断与汽车CAN总线连接的各节点，最终会造成网关设计复杂且增加诊断流程的问题。\n[0005] 一方面，本发明实施例提供了一种混合动力汽车CAN网络系统，包括车身CAN、动力CAN、混合CAN和诊断接口，\n[0006] 所述车身CAN和动力CAN之间以车身控制器为网关进行信息交互，所述动力CAN和混合CAN之间以混合动力电子控制模块为网关进行信息交互；\n[0007] 所述车身CAN包括车身CAN总线和与所述车身CAN总线连接的第一组节点，所述动力CAN包括动力CAN总线和与所述动力CAN总线连接的第二组节点，所述混合CAN包括混合CAN总线和与所述混合CAN总线连接的第三组节点；\n[0008] 所述诊断接口分别与所述车身CAN、动力CAN和混合CAN的总线连接。\n[0009] 本发明混合动力汽车CAN网络系统中诊断接口与车身CAN总线、动力CAN总线和混合CAN总线连接，当需要诊断各自CAN上的节点时，诊断设备直接通过诊断接口对与CAN总线连接的各节点进行故障诊断，这样对各节点直接诊断相对现有的通过网关间接诊断节点来说，不需要经过和利用网关，进而减少诊断流程，且降低网关的设计复杂度；另外本发明公开的混合动力汽车CAN网络系统采用三条CAN总线，相对于现有技术的两条CAN总线来说，每条CAN总线上连接的节点较少，进而单条CAN总线上的负载降低，增加了CAN总线的使用寿命。\n[0010] 进一步地，本发明所述的混合动力汽车CAN网络系统中，所述车身CAN总线为具有第一传输速度的CAN总线，且所述车身CAN总线上传输危险等级为第三等级的报文；\n[0011] 所述动力CAN总线为具有第二传输速度的CAN总线，且所述动力CAN总线上传输危险等级为第二等级的报文；\n[0012] 所述混合CAN总线为具有第三传输速度的CAN总线，且所述混合CAN总线上传输危险等级为第一等级的报文；\n[0013] 其中，所述第一传输速度小于所述第二传输速度，所述第二传输速度小于或等于所述第三传输速度；所述第三等级小于所述第二等级，所述第二等级小于所述第一等级。\n[0014] 进一步地，本发明所述的混合动力汽车CAN网络系统中，所述车身CAN总线上同一时间传输的报文数量符合第一阈值；所述动力CAN总线上同一时间传输的报文数量符合第二阈值；所述混合CAN总线上同一时间传输的报文数量符合第三阈值；\n[0015] 其中，所述第一阈值大于所述第二阈值，所述第二阈值小于或等于所述第三阈值。\n[0016] 进一步地，本发明所述的混合动力汽车CAN网络系统中，所述车身控制器包括打包单元，所述打包单元用于将从车身CAN总线和/或动力CAN总线上接收到的报文打包后发出；\n[0017] 所述混合动力电子控制模块包括控制算法单元，所述控制算法单元用于将从车身动力CAN总线和/或混合CAN总线上接收到的预定报文加入控制算法处理后发出。\n[0018] 进一步地，本发明所述的混合动力汽车CAN网络系统中，所述第一组节点的每个节点与所述车身CAN总线之间设有第一匹配组件，所述第一匹配组件包括第一阻尼元件和第二阻尼元件，所述第一阻尼元件连接在所述第一组节点的每个节点和车身CAN_H总线之间，所述第二阻尼元件连接在所述第一组节点的每个节点和车身CAN_L总线之间；\n[0019] 所述第二组节点中物理位置间隔最远的两个节点分别与所述动力CAN总线之间设有第二匹配组件，所述第二匹配组件包括第四阻尼元件、第五阻尼元件和第一电荷存储元件，其中所述第四阻尼元件和所述第五阻尼元件串联后连接于动力CAN_H总线与动力CAN_L总线之间，所述第一电荷存储元件一端连接在所述第四阻尼元件和所述第五阻尼元件之间，另一端接地；\n[0020] 所述第三组节点中物理位置间隔最远的两个节点与所述混合CAN总线之间设有第二匹配组件，所述第二匹配组件包括第四阻尼元件、第五阻尼元件和第一电荷存储元件，其中所述第四阻尼元件和所述第五阻尼元件串联后连接于混合CAN_H总线与混合CAN_L总线之间，所述第一电荷存储元件一端连接在所述第四阻尼元件和所述第五阻尼元件之间，另一端接地。\n[0021] 进一步地，本发明所述的混合动力汽车CAN网络系统中，所述第三组节点的每个节点与混合CAN总线之间设置有保护电路；\n[0022] 所述保护电路包括光耦隔离元件、第三阻尼元件和第二电荷存储元件，所述光耦隔离元件连接在所述第三组节点的每个节点与所述混合CAN总线之间，所述第三阻尼元件和所述第二电荷存储元件串接后连接于混合CAN屏蔽总线与地之间。\n[0023] 进一步地，本发明所述的混合动力汽车CAN网络系统中，所述车身CAN总线采用容错CAN总线，所述动力CAN总线和混合CAN总线采用高速CAN总线。\n[0024] 进一步地，本发明所述的混合动力汽车CAN网络系统中，所述第一组节点包括仪表模块、倒车雷达模块、空调模块、车身控制器、音箱模块和座椅记忆模块；\n[0025] 所述第二组节点包括发动机电子控制模块、车身控制器、变速箱电子控制模块、制动电子控制模块、牵引力电子控制模块、助力转向模块、安全气囊模块，混合动力电子控制模块和胎压模块；\n[0026] 所述第三组节点包括混合动力电子控制模块、前电机电子控制模块、后电机电子控制模块、电池管理模块、电源转换模块和充电模块。\n[0027] 进一步地，本发明所述的混合动力汽车CAN网络系统中，所述的诊断接口为符合国际通用标准的诊断接口。\n附图说明\n[0028] 图1是本发明实施例提供的混合动力汽车CAN网络系统示意图；\n[0029] 图2是本发明实施例提供的混合动力汽车CAN网络系统中第一匹配组件与第一组节点和车身CAN总线的连接示意图；\n[0030] 图3是本发明实施例提供的混合动力汽车CAN网络系统中第二匹配组件与第二组节点和动力CAN总线的连接示意图；\n[0031] 图4是本发明实施例提供的混合动力汽车CAN网络系统中保护电路与第三组节点和混合CAN总线的连接示意图。\n[0032] 其中，1、车身CAN总线；2、动力CAN总线；3、混合CAN总线；4、诊断接口；5、第一组节点；51、仪表模块；52、倒车雷达模块；53、空调模块；54、音箱模块；55、座椅记忆模块；6、第二组节点；61、牵引力电子控制模块；62、制动电子控制模块；63、变速箱电子控制模块；\n64、发动机电子控制模块；7、第三组节点；71、电源转换模块；72、电机电子控制模块；73、电池管理模块；74、充电模块；8、控制部；9、光耦隔离元件；10、车身控制器；11、混合动力电子控制模块。\n具体实施方式\n[0033] 为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。\n[0034] 本发明中缩写“CAN”的英文全称为“Controller Area Network”，中文意思为“控制器局域网络”；缩写“BCAN”的英文全称为“Body Controller Area Network”，中文意思为“车身控制器局域网络”；缩写“PCAN”的英文全称为“Power Controller Area Network”，中文意思为“动力控制器局域网络”；缩写“HCAN”的英文全称为“Hybrid Controller Area Network”，中文意思为“混合控制器局域网络”；缩写“CAN_H”的英文全称为“Controller Area Network_High”，中文意思为“高位控制器局域网络”；缩写“CAN_L”的英文全称为“Controller Area Network_Low”，中文意思为“低位控制器局域网络”；单位“Kb/s”的中文意思为“1千字节每秒”；其中英文“Shield”的中文意思为“屏蔽线”；缩写“UDS”的英文全称为“Unified diagnostic services”，中文意思为“统一诊断服务”；缩写“SAE”的英文全称为“Society of Automotive Engineers”，中文意思为“美国机动车工程师学会”[0035] 本发明所述混合动力汽车CAN网络系统主要用于实现混合动力汽车上各节点提供的报文的传输和交互，进而实现对各节点的智能化管理；其中网关用于将不同CAN总线上传输的报文进行转换以实现不同网络互连；所述CAN总线包括CAN_H总线、CAN_L总线和CAN_Shield总线，其中与CAN总线连接的节点所需的报文通过CAN总线进行传输。\n[0036] 以下通过实施例对本发明进行进一步的说明。\n[0037] 本实施例用于说明本发明公开的混合动力汽车CAN网络系统，如图1、图2、图3和图4所示，所述混合动力汽车CAN网络系统包括车身CAN、动力CAN、混合CAN和诊断接口4，所述车身CAN和动力CAN之间以车身控制器10为网关进行信息交互，所述动力CAN和混合CAN之间以混合动力电子控制模块11为网关进行信息交互；所述车身CAN包括车身CAN总线1和与车身CAN总线1连接的第一组节点5，所述动力CAN包括动力CAN总线2和与动力CAN总线2连接的第二组节点6，所述混合CAN包括混合CAN总线3和与混合CAN总线3连接的第三组节点7；所述诊断接口4分别与所述车身CAN总线1、动力CAN总线2和混合CAN总线3连接。\n[0038] 诊断接口4与车身CAN总线1、动力CAN总线2和混合CAN总线3连接，当需要诊断各节点时，诊断设备直接通过诊断接口4对与CAN总线连接的各节点进行故障诊断（即诊断接口与各节点之间直接通过硬线连接，没有中间部件），这样对各节点直接诊断相对现有的通过网关间接诊断节点来说，不需要经过和利用网关，减少诊断流程，且降低网关的设计复杂度；另外本发明公开的混合动力汽车CAN网络系统采用三条CAN总线，相对于现有技术的两条CAN总线来说，每条CAN总线上连接的节点较少，进而单条CAN总线上的负载降低，增加了CAN总线的使用寿命。\n[0039] 进一步地，所述的诊断接口4为符合国际通用标准的诊断接口，这样可以满足硬件以及软件的通用性以及可扩展性。\n[0040] 进一步地，作为一种优选实施方式，车身CAN总线1上传输危险等级为第三等级的报文，车身CAN总线1传输的报文为第一组节点5传输到车身CAN总线1上的报文，第一组节点5其主要为一些供娱乐和舒适相关的节点；动力CAN总线2上传输危险等级为第二等级的报文，动力CAN总线2传输的报文为第二组节点6传输到动力CAN总线2上的报文，第二组节点6主要为一些跟汽车制动相关的节点；混合CAN总线3上传输危险等级为第一等级的报文，混合CAN总线3传输的报文为第三组节点7传输到混合CAN总线3上的报文，第三组节点7主要为一些提供车辆动力的节点。报文的危险等级是根据报文与汽车安全性关联度确定的，所述第三等级小于所述第二等级，所述第二等级小于所述第一等级；根据节点携带的报文的危险性将节点化为三个大类，每个大类连接不同的CAN总线，这样方便网络管理。\n[0041] 进一步地，作为一种优选实施方式，所述车身CAN总线1为具有第一传输速度的CAN总线，所述动力CAN总线2为具有第二传输速度的CAN总线，所述混合CAN总线3为具有第三传输速度的CAN总线；其中，由于与车身CAN总线1连接的第一组节点5为舒适和娱乐等相关的节点，因此对报文的传输速度要求不高，可以选用较小传输速度的CAN总线，本实施例所述第一传输速度为125Kb/s，当然也可以根据实际情况做适应性调整；由于与动力CAN总线2和混合CAN总线3连接的第二、第三组节点为制动和提供动力相关的节点，因此对报文的传输速度要求较高，本实施例所述第二传输速度和所述第三传输速度相等，都为500Kb/s，当然也可以根据实际情况做适应性调整，例如将第三传输速度调整为稍大于第二传输速度。将携带报文危险等级较低的节点与传输速度较低的CAN总线连接，将携带报文危险等级较高的节点与传输速度较高的CAN总线连接；这样不但实现网络的分层化管理，还能够保证危险等级较高的报文能及时送达，避免因报文延迟带来交通事故等。\n[0042] 进一步地，由于汽车上的部分节点携带的报文与汽车安全性关联度较高，需要及时传送，为了防止因报文传送延迟造成安全事故，作为一种优选实施方式，本发明车身CAN总线1上同一时间传输的报文数量需符合第一阈值，其中第一阈值为车身CAN总线1自身能传输的最大报文数量的百分之五十，车身CAN总线1上同一时间传输的报文数量小于或等于自身能传输的最大报文数量的百分之五十为车身CAN总线1上同一时间传输的报文数量符合第一阈值。动力CAN总线2上同一时间传输的报文数量需符合第二阈值，其中第二阈值为动力CAN总线2自身能传输的最大报文数量的百分之三十，动力CAN总线2上同一时间传输的报文数量小于或等于自身能传输的最大报文数量的百分之三十为动力CAN总线2上同一时间传输的报文数量符合第二阈值。混合CAN总线3上同一时间传输的报文数量需符合第三阈值，其中第三阈值为混合CAN总线3自身能传输的最大报文数量的百分之三十，混合CAN总线3上同一时间传输的报文数量小于或等于自身能传输的最大报文数量的百分之三十为混合CAN总线3上同一时间传输的报文数量符合第三阈值。另外第一阈值、第二阈值和第三阈值可以做适应性的调整。\n[0043] 通过对每条CAN总线上同一时间传输报文数量的限制，保证报文在CAN总线上传输时不会因为同一时间传输报文数量过大造成报文传输延迟，进而避免因同一时间传输报文数量缘故引发汽车安全事故。\n[0044] 进一步地，作为一种优选实施方式，所述车身控制器10包括打包单元（未用图示出），所述打包单元用于将从车身CAN总线1和/或动力CAN总线2上接收到的报文打包后发出；例如当车身控制器10从动力CAN总线2上接收到一手刹信号，车身控制器10直接把该信号和其它要转发的信号一起打包成一帧报文发送到动力CAN总线2上，车身控制器10只进行简单的打包发送，可以简化该车身控制器10的复杂程度。其中车身控制器10本身也是车身CAN和动力CAN上的节点，即车身控制器10同时属于第一组节点5和第二组节点\n6。\n[0045] 所述混合动力电子控制模块11包括控制算法单元（未用图示出），所述控制算法单元用于将从车身动力CAN总线2和/或混合CAN总线3上接收到预定的报文加入控制算法处理后发出。例如，混合动力电子控制模块11从混合CAN总线3上接收到电池荷电状态信号后，会将该信号加入控制算法，对该信号进行非线性偏移处理得出相应的电池荷电状态信号打包发送到动力CAN总线2上；通常由于电池的电量不可能真正的到达0%，如果放电到0%将对电池伤害很大，当电池的电量剩余到一定程度时如10%，汽车就不能再使用电池，但需要将电池荷电状态信号在仪表上显示，但是如果仪表显示电池的电量还剩10%，驾驶员会认为电池还有电量而车辆无法行驶是其它原因造成，因此混合动力电子控制模块11会将电池10%的电量进行非线性偏移处理得到0%后再输出，这样可以避免驾驶员错误认识；\n混合动力电子控制模块11中加入的相关控制算法还可以进行其它方式处理，例如线性偏移等；另外将相关算法加入到混合动力电子控制模块11中，其它各节点中就不用再加入相关算法，这样汽车各节点的设计相对简化。预定报文是一些需要做算法处理的报文。其中混合动力电子控制模块11本身也是动力CAN和混合CAN上的节点，即混合动力电子控制模块11同时属于第二组节点6和第三组节点7。\n[0046] 所述第一组节点5包括仪表模块51、倒车雷达模块52、空调模块53、音箱模块54和座椅记忆模块55；所述第二组节点6包括发动机电子控制模块64、变速箱电子控制模块\n63、制动电子控制模块62、牵引力电子控制模块61、助力转向模块（图中未示出）、安全气囊模块（图中未示出）和胎压模块（图中未示出）；所述第三组节点7包括电机电子控制模块72、电池管理模块73、电源转换模块71和充电模块74；电机电子控制模块72包括前电机电子控制模块和后电机电子控制模块。\n[0047] 进一步地，为了保证各CAN总线的正常运行及稳定性，如图2所示，作为一种优选实施方式，本发明车身CAN总线1与第一组节点5的每个节点之间都设置有第一匹配组件，所述第一匹配组件包括第一阻尼元件R1和第二阻尼元件R2，所述第一阻尼元件R1连接在所述第一组节点5的每个节点和车身CAN_H总线之间，所述第二阻尼元件R2连接在所述第一组节点5的每个节点和车身CAN_L总线之间。其中第一阻尼元件R1和第二阻尼元件R2的值相等，约为500欧姆，车身CAN总线1上的所有第一匹配组件大小与网络的总线长度、网络传输速率、网络电缆特性、网络电缆插接件、网关收发器特性等相关，一般约在120欧姆左右；第一组节点5的每个节点的第一匹配组件的大小的选择采用简单初略的快算方法：即第一组节点5连入网络后，并使整个车身CAN总线上匹配组件的阻尼元件值不小于\n100欧姆，大约为120欧姆。这样可提高网络的电磁兼容能力；如车身CAN总线上连有第一组节点5为四个，采用上述方法，可以初略的算出每个阻尼元件的大小为约500欧姆，最终实际应用值还要考虑电磁兼容性的影响。\n[0048] 进一步地，作为一种优选实施方式，如图3所示，第二组节点6中物理位置间隔最远的两个节点分别与动力CAN总线2之间都设有第二匹配组件，所述第二匹配组件包括第四阻尼元件R4、第五阻尼元件R5和第一电荷存储元件C1，其中第四阻尼元件R4和所述第五阻尼元件R5串联后连接于CAN_H总线与CAN_L总线之间，第一电荷存储元件C1一端连接在第四阻尼元件R4和第五阻尼元件R5之间，另一端接地。\n[0049] 第三组节点7中物理位置间隔最远的两个节点与混合CAN总线3之间都设有第二匹配组件，所述第二匹配组件包括第四阻尼元件R4、第五阻尼元件R5和第一电荷存储元件C1，其中第四阻尼元件R4和所述第五阻尼元件R5串联后连接于CAN_H总线与CAN_L总线之间，第一电荷存储元件C1一端连接在第四阻尼元件R4和第五阻尼元件R5之间，另一端接地。\n[0050] 进一步地，作为一种优选实施方式，如图4所示，第三组节点7的每个节点与混合CAN总线3之间都设置有保护电路；所述保护电路包括光耦隔离元件9、第三阻尼元件R3和第二电荷存储元件C2，所述光耦隔离元件9连接在所述第三组节点7的每个节点与所述混合CAN总线3之间，所述阻尼元件R3和第二电荷存储元件C2串接后连接于混合CAN Shield总线与地之间。其中光耦隔离元件9具体与混合CAN总线3的CAN_H总线和CAN_L总线连接，以及与第三组节点7的每个节点的控制部8连接，当控制部8处理的数据输出后先经过光耦隔离元件9进行转换，转换后的数据形成报文传输到混合CAN总线3上，外界的干扰利用第三阻尼元件R3和第二电荷存储元件C2串接形成的过滤器过滤，最后得到的报文稳定性较好。其中第三阻尼元件R3为1欧姆，第二电荷存储元件C2为0.68微法，当然第三阻尼元件R3和第二电荷存储元件C2的值可以参考SAE标准做适应性调整。\n[0051] 作为一种优选实施方式，本发明中车身CAN总线1采样容错CAN总线，动力CAN总线2和混合CAN总线3采用高速CAN总线，容错CAN总线与普通的低速CAN总线相比，具有物理层容错收发通信功能，高速CAN总线具有更好的实时性。\n[0052] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。\n[0053] 另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。