一种基于CAN总线的液压混合动力车控制系统的制作方法

本发明涉及一种基于CAN总线的液压混合动力车控制系统，适用于机械领域。

背景技术：

随着社会的发展，发展节能环保车辆成汽车工业发展的一个重要方向。液压混合动力车辆，以液压蓄能器和变量泵/马达为核心组成的液压辅助驱动单元即刹车能量回收与利用系统与车辆原有驱动系统共同驱动车辆,在降低汽车尾气排放的污染和节能方面的巨大优势，使其具有很好的应用前景。而CAN总线具有实时性高、检错和纠错机制强、连接简单，可扩展性强等特点，十分适合液压混合动力车辆的复杂的动力匹配和车载网络的安全的要求。

技术实现要素：

本发明提出了一种基于CAN总线的液压混合动力车控制系统，基于CAN总线技术，采用CAN2.0B通讯协议对该系统进行设计，其硬件核心选用采用PC/104计算机＋CAN通信卡组成的系统,液压辅助驱动单元关键节点采用DSP芯片TMS320LF2407 构成的系统。该系统具有较高的通讯可靠，实时保证了车辆的安全性和最佳的能源匹配。

本发明所采用的技术方案是：所述液压混合动力车辆的控制系统是基于现场总线的分布式嵌入式控制系统，即以体积较小的PC104工控机为上位机，对系统实现高层次的优化控制与管理；对变量泵/马达动力源重要节点采用TMS320LF2407A数字信号处理器（DSP）作为节点控制器（下位机）保证及时地进行故障检测和处理以及进行快速复杂的平滑算法，另外，TMS320LF2407A的CAN控制器支持CAN2.0B协议，可进行编程位定时和编程中断配置，有总线唤醒功能和自动回复远程请求功能；其他节点采用单片机作为下位机。在车辆的总线布局空间内采用 250kbps波特率，主要采用主从应答式的通讯方式，这样做尽管导致了信道利用率降低，但却能很好的保证上位机与动力源关键节点之间通讯数据的实时传递。系统的网络节点主要有：上位机节点、发动机节点、变量泵/马达节点、油门踏板/制动踏板节点、附件节点等。

所述控制系统的液压辅助驱动单元节点的结构主要由DSP芯片、电源电路、ADC接口电路、CAN总线接口电路、PWM 输出驱动电路、I/O接口电路等组成。

所述液压泵/液压马达关键节点采用了DSP芯片，具有运算速度高，能耗低的优点，该芯片内置CAN控制器。TMS320LF2407A的CAN控制器支持CAN2.0B协议，可以在标准模式和扩展模式下工作，以邮箱的形式发送和接收数据，对接收邮箱配置接收屏蔽字。该控制器可以进行编程位定时和编程中断配置，有总线唤醒功能和自动回复远程请求功能。当出现发送错误和丢失仲裁时，可以自动重发，并且有总线错误诊断功能，还可以在自测试模式下工作。

所述控制系统节点整体软件方案将软件建设为三层：主循环前台程序、中断处理后台程序和功能模块后台程序，这种方法可以将各个功能模块相对独立起来，这对程序的调试非常有利。对于嵌入式控制器来说，软件部分是其核心。软件的设计应该在保证系统稳定性的基础上做到功能的完善性、系统的可维护性和模块化编程。本车的软件基于的就是这样的设计方式，软件以前后台的软件方式运行。在前台运行系统的主循环，主要包括控制策略的软件实现和各子模块的软件控制；后台是各中断处理程序和基于物理层的控制。相互间提供良好的接口，这样可以使软件易于修改。

所述控制系统的油门/制动踏板节点的控制器采用8051兼容芯片P89C54UFPN，采用先进CMOS工艺的单片位微控制器是80C51，CPU时钟频率可达33MHz，片上带有16K的FLASH，256 字节的SARAM，可分别寻址程序存储器、数据存储器各64K空间，双DPTR寄存器；3个16位定时器；4个8位I/O口；全双工增强型UART；串行编程（ISP）。软件主要由3部分子程序组成：初始化子程序；安全处理的子程序；接收数据子程序。

本发明的有益效果是：基于CAN总线技术，采用CAN2.0B通讯协议对该系统进行设计，其硬件核心选用采用PC/104计算机＋CAN通信卡组成的系统，液压辅助驱动单元关键节点采用DSP芯片TMS320LF2407构成的系统。该系统具有较高的通讯可靠，实时保证了车辆的安全性和最佳的能源匹配。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的基于CAN总线通讯的车辆控制系统组成简图。

图2是本发明的液压泵/液压马达节点的电路方案示意图。

图3是本发明的液压泵/液压马达关键节点的主程序框架图。

图4是本发明的采用8051兼容芯片P89C54UFPN构成的节点原理框图。

图5是本发明的P89C54UFPN 芯片中的A/D模块初始化程序的流程图。

图中：1.制动踏板；2.油门踏板；3.电磁阀；4.高压蓄能器；5.变量泵/马达；6.低压蓄能器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1，液压混合动力车辆的控制系统是基于现场总线的分布式嵌入式控制系统，即以体积较小的PC104工控机为上位机，对系统实现高层次的优化控制与管理；对变量泵/马达动力源重要节点采用TMS320LF2407A数字信号处理器（DSP）作为节点控制器（下位机）保证及时地进行故障检测和处理以及进行快速复杂的平滑算法，另外，TMS320LF2407A的CAN控制器支持CAN2.0B协议，可进行编程位定时和编程中断配置，有总线唤醒功能和自动回复远程请求功能；其他节点采用单片机作为下位机。在车辆的总线布局空间内采用 250kbps波特率，主要采用主从应答式的通讯方式，这样做尽管导致了信道利用率降低，但却能很好的保证上位机与动力源关键节点之间通讯数据的实时传递。系统的网络节点主要有：上位机节点、发动机节点、变量泵/马达节点、油门踏板/制动踏板节点、附件节点等。

如图2，控制系统的液压辅助驱动单元节点的结构主要由DSP芯片、电源电路、ADC接口电路、CAN总线接口电路、PWM输出驱动电路、I/O接口电路等组成。

液压泵/液压马达关键节点采用了DSP芯片，具有运算速度高，能耗低的优点，该芯片内置CAN控制器。TMS320LF2407A 的 CAN 控制器支持CAN2.0B协议，可以在标准模式和扩展模式下工作，以邮箱的形式发送和接收数据，对接收邮箱配置接收屏蔽字。该控制器可以进行编程位定时和编程中断配置，有总线唤醒功能和自动回复远程请求功能。当出现发送错误和丢失仲裁时，可以自动重发，并且有总线错误诊断功能，还可以在自测试模式下工作。

如图3，节点整体软件方案将软件建设为三层：主循环前台程序、中断处理后台程序和功能模块后台程序，这种方法可以将各个功能模块相对独立起来，这对程序的调试非常有利。对于嵌入式控制器来说，软件部分是其核心。软件的设计应该在保证系统稳定性的基础上做到功能的完善性、系统的可维护性和模块化编程。本车的软件基于的就是这样的设计方式，软件以前后台的软件方式运行。在前台运行系统的主循环，主要包括控制策略的软件实现和各子模块的软件控制；后台是各中断处理程序和基于物理层的控制。相互间提供良好的接口，这样可以使软件易于修改。

如图4、图5，控制系统的油门/制动踏板节点的控制器采用8051兼容芯片P89C54UFPN，P89C54UFPN是Philips公司生产的一种8位单片机芯片其特点是内核采用先进CMOS工艺的单片位微控制器是80C51，CPU时钟频率可达33MHz，片上带有16K的FLASH，256 字节的SARAM，可分别寻址程序存储器、数据存储器各64K空间，双DPTR寄存器；3个16位定时器；4个8位I/O口；全双工增强型UART；串行编程（ISP）。软件主要由3部分子程序组成：初始化子程序；安全处理的子程序；接收数据子程序。