基于CAN通信的電動汽車上位機系統(tǒng)開發(fā)

戈小中， 童曉輝， 徐 希

(東風悅享科技有限公司， 武漢 430000)

電動汽車樣車的快速調(diào)試以及售后疑難故障處理是其生產(chǎn)企業(yè)面臨的難點問題。目前多數(shù)電動汽車生產(chǎn)企業(yè)采用的上位機[1-4]只能對單一的零部件狀態(tài)進行監(jiān)控分析且功能單一[5-7]。為了解決該問題，本文開發(fā)一種整車級上位機系統(tǒng)，能夠?qū)φ囁蠧AN節(jié)點的數(shù)據(jù)進行采集顯示，并且能夠與多個核心零部件進行數(shù)據(jù)交互，跨零部件進行數(shù)據(jù)分析。

1 上位機系統(tǒng)設計

1) 上位機的語言選擇。LabVIEW是虛擬儀器的一種，是實現(xiàn)計算機與儀器結合的優(yōu)秀編程語言。LabVIEW又被稱為G語言，以圖形化語言簡化傳統(tǒng)編程語言的編寫過程，實現(xiàn)編程過程圖形化和模塊化，程序不但更容易編寫，并且方便閱讀和修改。所以，本文選擇LabVIEW作為實現(xiàn)上位機軟件的編程語言。

2) 功能分析及整車要求。結合整車CAN節(jié)點數(shù)據(jù)流，分析各CAN網(wǎng)絡回路負載率，構建整車CAN網(wǎng)絡架構圖。本上位機在遵循SAE J1939通訊協(xié)議規(guī)范的基礎上，兼顧整車上位機功能開發(fā)企業(yè)通用版的通訊協(xié)議規(guī)范，并基于企業(yè)通用的網(wǎng)絡架構圖進行開發(fā)，采用網(wǎng)關進行數(shù)據(jù)匯集輸出。各關鍵零部件(如整車控制器、電機控制器、BMS、組合儀表等)硬件具備CAN通訊數(shù)據(jù)接收、儲存以及發(fā)送功能。

3) 上位機軟件設計。該上位機的程序設計主要包括：①整車CAN節(jié)點數(shù)據(jù)接收及數(shù)據(jù)處理模塊設計，程序框圖如圖1所示；②核心零部件參數(shù)修改及數(shù)據(jù)發(fā)送模塊設計，程序框圖如圖2所示。

圖2 核心零部件參數(shù)修改及數(shù)據(jù)發(fā)送設計框圖

4) 上位機界面設計。上位機通過CAN卡設備與整車OBD診斷口連接通信，界面上有通信接口的選擇、通信CAN卡設備選擇、波特率選擇等；主界面包含電池系統(tǒng)參數(shù)顯示及修改按鈕等；點擊主界面上的按鈕，進入不同的子界面。上位機主界面架構如圖3所示。

圖3 上位機主界面架構框圖

5) 上位機功能實現(xiàn)。采用該上位機系統(tǒng)，可以監(jiān)控整車所有CAN節(jié)點數(shù)據(jù)，進行核心零部件(如整車控制器、電機控制器、BMS、組合儀表等)相關數(shù)據(jù)更改、不同零部件參數(shù)關聯(lián)分析、整車VIN碼刷寫等。整車系統(tǒng)參數(shù)顯示及更改界面如圖4所示。

圖4 整車系統(tǒng)參數(shù)顯示及更改界面

2 快速樣車調(diào)試

電池、電機、電控聯(lián)調(diào)是電動汽車調(diào)試的難點，也是調(diào)試過程快慢的決定因素。本文介紹的上位機系統(tǒng)基于全車CAN節(jié)點數(shù)據(jù)開發(fā)，包含三電聯(lián)調(diào)及其他零部件調(diào)試需要監(jiān)控的內(nèi)容。

1) 電池監(jiān)控界面。對電池系統(tǒng)的狀態(tài)進行監(jiān)控，包括電池組合方式、電池SOC、單體最高電壓、單體最高溫度、充電時充電插座溫度、整車絕緣電阻值等項目，并能動態(tài)監(jiān)控電池電壓、電流。當監(jiān)控的數(shù)據(jù)和控制策略與技術協(xié)議要求有差異時，及時反映給電池廠家對相關參數(shù)進行修改處理。

2) 電驅(qū)系統(tǒng)監(jiān)控界面。對電驅(qū)動系統(tǒng)的狀態(tài)進行監(jiān)控，包括電機溫度、電機控制器溫度、電機交流側(cè)電流、整車需求扭矩、電機實際扭矩、電機轉(zhuǎn)速、主動放電等項目,并能動態(tài)監(jiān)控電機實際扭矩和電機實際轉(zhuǎn)速。當監(jiān)控的數(shù)據(jù)和控制策略與技術協(xié)議要求有差異時，及時反映給電驅(qū)動廠家對相關參數(shù)進行修改處理。

3) 整車控制系統(tǒng)局部界面。對整車擋位、油門信號、制動信號、手剎信號、DC/DC使能狀態(tài)、打氣泵使能狀態(tài)、動轉(zhuǎn)泵使能狀態(tài)、水泵使能狀態(tài)等整車控制器需要采集的信號，以及需要控制的零部件進行監(jiān)控。當整車控制系統(tǒng)發(fā)出了器件工作使能信號，界面上會顯示亮綠燈；如果此時器件不工作，則表明該器件或相關線路有問題，便于進行快速檢查、處理。

4) 高壓附件監(jiān)控界面。對動轉(zhuǎn)泵、打氣泵、電除霜、空調(diào)等高壓附件系統(tǒng)的運行狀態(tài)及出現(xiàn)的故障進行監(jiān)控。當器件出現(xiàn)了故障，會在界面上顯示相應的故障碼，并根據(jù)故障碼及時對器件進行維修。

5) 不同零部件參數(shù)關聯(lián)分析界面?？梢詫Σ煌悴考g的參數(shù)進行關聯(lián)性顯示分析，尤其是在三電聯(lián)調(diào)時，可以監(jiān)控相關參數(shù)，及時發(fā)現(xiàn)相關錯誤。圖5顯示的是調(diào)試時電機的功率與電池的電壓電流實時數(shù)據(jù)關聯(lián)曲線。通過該圖可以看到，電池的電流與電機功率關聯(lián)對應:若高壓附件消耗功率為0，電機功率與電池電流接近正比例關系；若電機功率與電池電流不接近正比例關系，說明電池電流采集或BMS發(fā)送電流值存在問題。

6) 整車VIN碼刷寫監(jiān)控界面。包括要刷寫VIN碼的輸入窗口、一次發(fā)送幀數(shù)窗口、發(fā)送按鈕、整車VIN碼顯示區(qū)等。當整車VIN刷寫成功就保存在整車控制器的EEPROM中，然后整車控制器把VIN碼按照通訊協(xié)議格式發(fā)送到整車CAN網(wǎng)絡，上位機通過解析將VIN碼顯示在VIN碼顯示區(qū)。若界面顯示的VIN與實際的VIN碼不同，則及時進行修改糾正。

圖5 調(diào)試時電機的功率與電池的電壓電流實時數(shù)據(jù)曲線

3 不同零部件間數(shù)據(jù)關聯(lián)分析

本系統(tǒng)的特點是一些關鍵零部件間能進行數(shù)據(jù)關聯(lián)分析，從而解決因零部件之間相互影響導致的電氣故障(如數(shù)據(jù)傳導解析錯誤、高壓系統(tǒng)紋波電壓疊加過壓故障、高壓系統(tǒng)紋波電流疊加過流故障等)。下面以一實例進行分析。

故障現(xiàn)象：BMS解析和轉(zhuǎn)發(fā)絕緣阻值出現(xiàn)問題，導致整車報絕緣故障，車輛不能正常行駛。故障發(fā)生后，因為絕緣故障是電池系統(tǒng)報出的，所以維修人員按流程首先采用電池廠家提供的上位機來監(jiān)測整車絕緣阻值，發(fā)現(xiàn)確實有降到0 Ω的情況，此時懷疑是整車高壓系統(tǒng)存在絕緣故障。采用手持式絕緣電阻表檢測整車高壓系統(tǒng)的絕緣阻值，發(fā)現(xiàn)在正常阻值范圍內(nèi)。于是又懷疑車載絕緣模塊存在問題。更換車載絕緣模塊，發(fā)現(xiàn)故障還存在。通過上述一系列無效操作后，再采用本文開發(fā)的整車級上位機系統(tǒng)檢測，發(fā)現(xiàn)是因為BMS解析車載絕緣儀轉(zhuǎn)發(fā)的絕緣阻值報文出錯導致。維修人員通過本文上位機系統(tǒng)，在“不同零部件關聯(lián)數(shù)據(jù)分析界面”將絕緣模塊采集的實際絕緣阻值與BMS轉(zhuǎn)發(fā)的絕緣阻值進行對照，監(jiān)測顯示如圖6所示，很快就判斷是BMS程序存在bug導致該故障的產(chǎn)生。通過更新BMS程序，解決了該問題。

圖6 絕緣模塊采集與BMS解析轉(zhuǎn)發(fā)絕緣阻值

4 結束語

本文開發(fā)的“基于CAN通信的電動汽車上位機系統(tǒng)”采用LabVIEW作為編程語言，簡單易懂且人機界面形象生動、美觀。該上位機可以實現(xiàn)全車CAN節(jié)點數(shù)據(jù)監(jiān)控、關鍵零部件參數(shù)修改、跨零部件系統(tǒng)數(shù)據(jù)關聯(lián)分析等，大大提高了整車調(diào)試及售后判斷問題效率。