丁跃浇, 邹俊超, 唐 鉴



基于CAN总线的新能源车载空调标定软件的设计

丁跃浇1, 邹俊超2, 唐 鉴2

(1. 湖南理工学院 机械工程学院, 湖南 岳阳 414006; 2. 湖南理工学院 信息与通信工程学院, 湖南 岳阳 414006)

针对传统车载空调标定软件的操作复杂、通用性差、适用人群有限等缺点, 采用CAN总线的网络互连方式来组织车载空调标定系统, 使用标定软件对空调、变频器内的各参数进行在线标定、实时监测. 使用C#设计的标定软件平台, 界面简洁, 操作方便, 通用性强. 该软件不仅为汽车空调控制系统提供了准确、实时的通信保证, 而且也为系统检测提供了有利的保障.

新能源; CAN总线; 车载空调; 标定

0 引言

跟随着新时代的脚步, 新能源的开发与利用越来越成为当今社会高科技产品发展的主潮流. 在交通行业中, 也就表现为新能源汽车越来越成为汽车行业的发展方向. 新能源汽车的发展顺应时代的潮流, 更代表了客户对汽车的高需求和高要求. 新能源汽车空调以及其控制系统同样有着广阔的发展前景[1].

传统的汽车空调产品一般采用手动修改程序、调试控制参数, 而且还要打开车盖进行参数的标定. 参数表示形式一般是十六进制的, 适用人群受限[2]. 本文设计的基于CAN总线的新能源车载空调标定软件, 采用实时处理模式, 可对汽车空调各项标定参数实现在线监测, 与规定参数范围进行对比后对有误控制参数进行标定, 并且标定软件界面简洁、操作简单, 参数采用人们熟悉的十进制表示, 适用于更多的用户. 另一方面, 传统空调系统更多的是使用LIN、RS485等通信方式, 简单但可靠性低[3], 而本文的汽车空调系统采用了CAN通信方式, 这是一个业界上比较先进的通信方式, CAN总线技术具有抗干扰能力强、实时性强、传输距离较远、抗电磁干扰能力强、成本低等优点[4].

1 总体性能分析

1.1 新能源车载空调系统设计特色

系统相对于传统的汽车空调控制系统具有更多优势.

1) 环保性. 该系统使用电能或油电混合, 绿色环保, 能有效改善汽车尾气排放所造成的环境污染问题. 使用能源来源广, 易于补充.

2) 创新性. 该系统存在一个室外冷凝机, 传统汽车空调系统中是没有室外冷凝风机的, 因为室外机在不用时外部可能会有雨雪或冰之类的东西附着在翅片上, 影响换热. 本设计解决了这个问题, 进而使汽车空调系统在冬天能更好地运转、有更好的除霜效果.

3) 网络互连性. 该系统采用LIN总线、RS485总线以及CAN总线相互结合的网络互连方式, 其中以CAN总线为主, 该技术可以连接汽车里的所有电子设备, 实现数据共享以及智能控制.

1.2 标定软件功能设计

上位机标定软件的设计主要实施以下功能: 能够精确对空调、变频器内部参数进行单项或多项标定[5]; 能够精确对空调、变频器内部参数进行读取; 实时在线监测重要数据, 衡量空调的一些关键指标.

根据对系统需求的分析, 本车载空调标定软件主要包括以下几大功能模块: 读取功能模块、标定功能模块、通信功能模块. 读取功能模块主要完成从下位机读取EPROM数据并且对读取的参数进行校正, 判断所标定的参数是否正确; 标定功能模块主要完成由上位机将EPROM数据写入下位机等功能; 通信功能模块主要完成上位机与下位机的通信设置, 包括设备类型和CAN通道线的选择、工作模式、波特率、报文ID、帧类型、设备类型号、设备索引号的设置等等, 实现与下位机通信的功能. 标定软件主要功能模块如图1所示.

图1 系统功能模块图

2 CAN总线协议

2.1 CAN网卡的选择

一般上位机与下位机CAN网络是采用CAN适配卡进行通信的. 常见的CAN适配卡有ISA 总线和PCI总线两种. ISA总线传输速率低, 而PCI-CAN卡虽然性能高、功能强, 但需要频繁地拆卸, 给使用带来很大的不便.

采用USB总线接口的USB-CAN网卡克服了上述不足, 且能与USB1.1总线兼容, 支持CAN2.0B协议. 其最高传输速率为1Mbps, 最高帧流量为5000帧/s, 硬件缓存可存储1000帧网络信息. 此外, USB- CAN网卡还具有体积小、即插即用等特点[6].

2.2 网络通讯协议

本系统采用CAN2.0 SAE-J1939规范(29位)设计, 速率为250Kbps, 多字节数据发送时, 采用低字节先发, 高字节后发的规定. CAN总线网络报文结构见表1.

表1 CAN总线网络报文结构

2.2.1通讯数据帧定义

通过对系统整体性能进行分析, 考虑到涉及的参数数据量比较大, 为了减少参数变量定义的复杂度以及数据帧的开销, 此通讯协议不为每个控制变量都设定相应的帧ID, 而是采用帧ID结合数据段的方法

实现各变量数据的存取. 例如主板与面板采用不同的帧ID加以区分, 而这两种板块里的各种标定参数以数据域中的2-3位进行区分. 这种协议可以有效地减少电控单元存储的开销成本. 上位机负责根据事先规定好的各控制参数的地址, 对相对应的控制参数进行数值的写入与读取, 依据事先约定好的格式将参数通过CAN适配卡发布到下位机网络上. 表2给出了通讯数据帧格式的定义示例.

表2 通讯数据帧格式

2.2.2 系统内的CAN通信流程

该系统采用中断方式接受数据, 只有与标识符匹配的报文才能进入缓冲器, 不符合要求的报文将被屏蔽于接收缓冲器之外, 从而减少CPU处理报文的负担[6]. 当要进行参数的标定或读取时, 首先由上位机通过USB-CAN卡发送命令到单片机上, 单片机通过获取的数据帧中的数据段第一个字节判断是读命令还是写命令, 如果是读命令, 就把相应地址对应的EPROM存储的值发送给上位机; 如果是写命令, 单片机就根据数据段的第二个字节获知所要标定参数的地址, 并把要标定的数据发送到相应的控制参数上. 通讯子程序流程图如图2所示.

图2 通讯子程序流程图

3 标定软件的实现

本新能源车载空调标定软件是在C#环境下并结合Ecan动态链接库编写的.

3.1 通信功能模块的实现

通信功能模块主要完成串口通信的基本设置, 包含设备类型和CAN通道的选择、工作模式、波特率、帧类型、设备类型号、设备索引号的设置等. 首先利用结构体INIT_CONFIG()实现CAN的初始化, 包括验收码、屏蔽码、滤波方式等参数的设置, 再利用函数OpenDevice()和InitCAN()实现设备类型和索引号的设置以及设备的初始化, 最后利用函数StartCAN()启动设备. 这样就完成了设备的基本通信设置.

3.2 读取功能模块的实现

读取功能模块主要完成从下位机读取EPROM数据并对读取的参数进行校正, 判断所标定的参数是否正确. 首先对CAN_OBJ()结构体进行实例化, CAN_OBJ()结构体主要是对报文ID、帧类型、数据长度、发送帧类型、报文的数据等参数进行定义. 再调用Receive()函数从下位机读取数据, 并把读取的数据与先前标定的数据进行一对一对比, 从而判断所标定的参数是否正确. 最后利用Timer控件每隔1ms调用Receive()函数一次, 实现对下位机一些参数进行实时监控. 其中读取功能模块主要流程如图3所示, CAN_ OBJ()结构体主要代码如下:

3 读取功能模块流程图

3.3标定功能模块的实现

标定功能模块主要完成由上位机将EPROM数据写入下位机等功能. 首先利用结构体CAN_OBJ()对报文ID、帧类型、数据长度、发送帧类型、报文的数据等参数进行设置, 然后调用函数Transmit()完成数据的发送. 典型代码如下:

frameinfo = new CAN_OBJ(); //定义frameinfo对象并实例化

frameinfo.SendType = 0; //发送帧类型的选择

frameinfo.data = new byte[8]; //传输数据的初始化

ECANDLL.Transmit(1, 0, 0, ref frameinfo, mLen); //调用Transmit()函数完成数据的发送

总体功能界面如图4所示.

图4 标定软件主要功能界面

4 总结

本文以CAN总线技术为基础, 在综合考虑通用化和个性化设计情况下, 基于C#平台设计了上位机标定软件, 充分利用了C#强大的数据处理功能以及良好的人机交互界面, 为系统参数的读取、标定和检测提供了保障, 另外也为用户提供了良好的用户体验. 目前, 该车载空调标定软件已投入市场.

[1] 钟文京. 新能源汽车空调系统技术研究[J]. 电子技术与软件工程, 2015(21): 248~250

[2] 李智杰, 李超智. 基于汽车CAN总线概述及其故障检测方法探讨[J]. 电气传动自动化, 2015(2): 38~43

[3] 王国伟, 施树春. RS-485总线在汽车地衡计量系统中的应用[J]. 自动化仪表, 2008, 29(6): 33~36

[4] 杨建军. CAN总线技术在汽车中的应用[J]. 上海汽车, 2007(6): 32~34

[5] 郭丽红, 郝慧珍. 汽车空调通用平台标定软件的设计[J]. 南京工程学院学报: 自然科学版, 2012, 10(4): 52~56

[6] 孙 伟, 张云龙, 袁大宏. 基于CAN总线的电控发动机标定系统的研制[J]. 汽车技术, 2004(09): 11~14

Design of New Energy Vehicle Air Conditioning Calibration Software Based on CAN Bus

Ding Yuejiao1, Zou Junchao2, Tang Jian2

(1. College of Mechanical Engineering, Hunan Institute of Science and Technology, Yueyang 414006, China; 2. College of Information and Communication Engineering, Hunan Institute of Science and Technology, Yueyang 414006, China)

According to the traditional vehicle air conditioning calibration software of complicated operation, poor universality, suitable crowd disadvantages, using CAN bus network interconnection method to organize vehicle air conditioning calibration system, calibration software is designed for on-line calibration and real-time monitoring of the parameters of the air conditioning and inverter. The calibration platform is designed with the C#. The user interface is clear, simple, easily manipulative and strong versatility. This software not only provides an accurate and real-time communication guarantee for the automotive air conditioning control system, but also provides a favorable guarantee for the detection of the system.

new energy,CAN bus, vehicle air conditioning, calibration

2017-09-21

丁跃浇(1967− ), 男, 湖南临湘人, 湖南理工学院机械工程学院教授. 主要研究方向: 工业控制、智能控制

TP311

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1672-5298(2017)04-0024-04