一种基于大学生方程式赛车的整车通信系统的实现方法

摘要

一种基于大学生方程式赛车的整车通信系统的实现方法，包括：确定本次纯电动赛车需要采集的数据；根据需求确定使用CAN总线通信的模块；CAN总线优先级的制定：制定各个模块的协议标识符ID；CAN总线协议的制定，根据使用要求，定制总线协议；CAN通信程序开发设计；CAN总线通信测试及分析。

主权项

一种基于大学生方程式赛车的整车通信系统的实现方法，所述方法包括以下步骤：(1)确定本次纯电动赛车需要采集的数据，即确定整车需要配置的所有传感器以及数量；(2)根据需求确定使用CAN总线通信的模块包括整车控制器、电池管理器、电机控制器、方向盘转角传感器和三轴加速度&陀螺仪这5类模块；(3)CAN总线优先级的制定，具体步骤如下：(3.1)、首先整车控制器作为整车的控制中心，为了能够进行整车的协调控制，必须要具备整个通信网络的最高优先级，所以把控制器设定为最高优先级；(3.2)、其次是电池管理器，作为整车的能量来源，同时具有较高的输出电压和输出电流，具有一定的危险性，所以必须要让驾驶员时时刻刻知道电池的运行状况，以便能在危险发生时，及时进行处理；(3.3)、然后是整车的动力系统控制中心——电机控制器；在接收到整车控制器的命令之后，必须要在短时间内对电机进行操控，以达到相应的运行要求；同时，电机控制器要与整车控制器进行实时通信，使得驾驶员能对电机的运转状况有着详细的了解；(3.4)、根据赛事规则的要求，对整车的制动可靠性有着极高的要求，因此，定义了优先级从高到低的顺序依次为制动油压传感器、方向盘转角传感器、车轮转速传感器、三轴加速度传感器、陀螺仪角速度、陀螺仪角位移；(4)制定各个模块的协议标识符ID(接收和发送)(5)CAN总线协议的制定，根据使用要求，定制总线协议；(6)CAN通信程序开发设计，具体步骤如下：(6.1)、CAN总线接收程序的开发设计开发流程说明：(S1)在每一次应用程序的使用之前，必须要对CAN网络进行对象配置，包括哪个接口,波特率等等初始参数；通过ncConfigCANNet.vi这个子程序对每个目标对象进行配置；(S2)当配置好所有的对象之后，只有通过ncOpen.vi这个子程序打开对象，这个函数接收一个对象名称之后，返回一个后续调用NI‑CAN函数的句柄；(S3)之前的两步操作为使用CAN通信的必要操作，目的是配置好CAN总线交互界面，之后，CAN总线上的通信数据将会开始通信；(S4)在通信开始后，整车控制器将会接收到CAN总线上的数据，然后通过ncGetAttr.vi子程序获取对象属性，开始接收数据；(S5)在接收到数据之后，需要通过一个子程序ncReadNetMult.vi开始读取数据，并对数据进行解读；(S6)最后，当完成CAN设备的访问之后，需要使用ncClose.vi子程序关闭对象接口，同时，显示在通信过程中出现的错误；(6.2)、CAN总线数据处理程序，当总线接收到数据之后，数据帧仍然以簇的形式存在，因此，需要先按名称将簇解绑之后，提取出簇中对应的各项内容，包括时间标志、帧ID、帧类型、数据长度以及数据字节，然后才能够开始进行数据的翻译；(6.3)、CAN总线发送程序，CAN总线发送程序与CAN总线接收程序流程基本相同，仍旧需要先进行配置对象以及打开对象；由于是事件触发型，因此需要先进行判断是否需要写数据，当需要写数据时，则通过子程序ncWriteNet.vi写入数据或者发送远程帧，最后，当数据帧发送完成之后，关闭对象并显示错误；(7)CAN总线通信测试及分析(7.1)、CAN通信网络的硬件连接，CAN通信网络中，整车控制器上的硬件主要为NI‑9853高速CAN模块，双端口高速CAN模块，端口1为内部供电，端口2为外接供电；且能以1Mb/s的速率发射/接收所有总线载荷；在CAN通信网络中，传输线缆的形势对CAN通信传输也有很大的影响；通常，CAN总线采用差分信号传输方式，以双绞线作为物理层，需要有2根线作为差分信号线(CAN_H、CAN_L)；如果使用屏蔽双绞线，屏蔽层应被连接到CAN_Shield或外壳；(7.2)、CAN通信测试，本次纯电动赛车的CAN通信测试主要是在PC端进行检测，因此，需要一款USB‑CAN的总线适配器；本次选取的是CANalyst‑II分析仪，这款分析仪带有USB2.0接口和2路CAN接口的CAN分析仪，具备CAN总线协议分析功能，支持SAE J1939、DeviceNet、CANopen、iCAN以及自定义高级协议分析功能；采用该接口适配器，PC可以通过USB接口连接一个标准CAN网络，应用于构建现场总线测试实验室、工业控制、智能楼宇、汽车电子等领域中，进行数据处理、数据采集、数据通讯；按照要求将各个模块挂接到总线上，实物连接；同时，通过USB接口将CANalyst‑II分析仪连接到电脑，设置传输速率为500kbps(整车通信速率)，点击启动设备，便可以开始进行CAN通信测试；(7.3)、存储的CAN接收文件中，一共有八千多帧数据帧，数据量庞大，不可能进行一一分析，而且不必要进行如此耗时的工作，因为每个周期内，能够接收所有发送的数据帧；所以，从中随意截取3个周期的数据进行分析，便能够满足分析要求；先对每个传输周期进行检查，是否出现数据帧未传输的情况；检查结果未发现有数据帧丢失；再对传输数据进行校验，3个周期内数据传输均没有错误；最后观察数据传输顺序，发现并不是按照优先级高的数据先进行传输；分析其原因为在刚开始供电时，每个传感器的上电时间不同，这时候，最先供电的传感器先发送数据帧，所以传感器的上电时间决定了数据帧的发送顺序；又由于总线的负载率较低，且传感器数量较少，因此，需要总线对优先级判别的情况不常见，所以在一定的总线传输周期内，各个传感器的传输时间也已经固定，也就基本形成了上述的数据帧传输顺序。