一種基于大學生方程式賽車的整車通信系統(tǒng)的實現(xiàn)方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及大學生電動方程式賽車的整車通信的方法。
【背景技術】
[0002] Formula SAE(FSAE)是一項面向大學生的綜合性工程教育賽事，由國際汽車工程 師學會(SAE International)于1978年開辦，賽事遍及全世界15個國家。賽前車隊通常用8 至12個月的時間設計、建造、測試和準備賽車，預期做出一輛制成本低廉、易于維修、可靠性 好同時美觀、舒適，零部件也有通用性的賽車。現(xiàn)已成為具有全球影響力的世界性大學生工 程設計競賽，被譽為"學術界的F1"。
[0003] 中國大學生方程式汽車大賽(FSC):
[0004] 中國在2010年引入這一國際賽事，國內大學與相關行業(yè)人士積極參與其中。比賽 要求各參賽隊按照賽事規(guī)則和賽車制造標準，自行設計和制造方程式類型的小型單人座休 閑賽車，并攜該車參加全部或部分賽事環(huán)節(jié)。比賽過程中，參賽隊伍不僅要闡述設計理念， 還要由評審裁判對該車進行若干項性能測試項目。
[0005] 現(xiàn)有的其他車隊的電動賽車，多采用單電機驅動方案，設計上基于現(xiàn)有技術，與國 外賽車相比性能均不是十分優(yōu)秀，也未取得較好成績，因此造一輛具有前瞻性方案，性能優(yōu) 越的賽車是當務之急。我校賽車雖是第一年造車及參賽，卻前瞻性地采用了國內少見的雙 電機驅動動力總成方案，獨立開發(fā)了整車通信系統(tǒng)，具備創(chuàng)新性和技術性，將具備一定競爭 力。
[0006] -般的整車通信方法都是用于商業(yè)化的整車生產上面，而我們是要求獨立自主的 設計建造一輛雙電機后輪驅動的賽車，所以一般的整車上的通信技術不適用與賽車設計上 面，原因有兩點：一是整車的通信技術是由專業(yè)的生產廠商所生產，很難從廠商那里直接買 過來，廠商不愿意為電動賽車專門設計一套通信方案，二是一般整車上用的通信技術及方 案是非常復雜的，而且包含了許多電動賽車上不需要用到的功能，而且如果直接從廠商那 里買來也不能直接應用，而是要經過修改，但是修改的難度很大，廠商是一體開發(fā)研究的， 修改起來幾乎就相當于從新設計，所以不適用與電動賽車上。

【發(fā)明內容】

[0007] 本發(fā)明要克服現(xiàn)有技術缺乏適用于電動賽車的通訊技術的缺點，提供一種基于大 學生方程式賽車的整車通信系統(tǒng)的實現(xiàn)方法。
[0008] 本發(fā)明設計了方程式電動賽車的整車通信網絡，基于CAN總線網絡通信協(xié)議規(guī)范， 制定CAN總線通信的應用層協(xié)議，使用圖形化編程軟件LabVIEW設計編寫總線通信程序。該 設計簡單實用，且完全滿足電動賽車的使用要求，也更加適合電動賽車的設計目標，而且升 級更新方便，可以為我們下一年的通信方案留下足夠大的升級空間。
[0009] -種基于大學生方程式賽車的整車通信系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，所述方法包括以下步 驟：
[0010] (1)首先，確定本次純電動賽車需要采集的數(shù)據(jù)，即確定整車需要配置的所有傳感 器以及數(shù)量。
[0011] (2)根據(jù)需求確定使用CAN總線通信的模塊包括整車控制器、電池管理器、電機控 制器、方向盤轉角傳感器和三軸加速度&陀螺儀這5類模塊。
[0012] (3) CAN總線優(yōu)先級的制定，具體步驟如下：
[0013] (3.1)首先整車控制器作為整車的控制中心，為了能夠進行整車的協(xié)調控制，必須 要具備整個通信網絡的最高優(yōu)先級，所以把控制器設定為最高優(yōu)先級。
[0014] (3.2)其次是電池管理器，作為整車的能量來源，同時具有較高的輸出電壓和輸出 電流，具有一定的危險性，所以必須要讓駕駛員時時刻刻知道電池的運行狀況，以便能在危 險發(fā)生時，及時進行處理。
[0015] (3.3)然后是整車的動力系統(tǒng)控制中心一一電機控制器。在接收到整車控制器的 命令之后，必須要在短時間內對電機進行操控，以達到相應的運行要求。同時，電機控制器 要與整車控制器進行實時通信，使得駕駛員能對電機的運轉狀況有著詳細的了解。
[0016] (3.4)根據(jù)賽事規(guī)則的要求，對整車的制動可靠性有著極高的要求，因此，定義了 優(yōu)先級從高到低的順序依次為制動油壓傳感器、方向盤轉角傳感器、車輪轉速傳感器、三軸 加速度傳感器、陀螺儀角速度、陀螺儀角位移。
[0017] (4)制定各個模塊的協(xié)議標識符ID(接收和發(fā)送）
[0018] (5)CAN總線協(xié)議的制定，根據(jù)使用要求，定制總線協(xié)議。
[0019] (6) CAN通信程序開發(fā)設計，具體步驟如下：
[0020] (6.1)、CAN總線接收程序的開發(fā)設計開發(fā)流程說明：
[0021] (S1)在每一次應用程序的使用之前，必須要對CAN網絡進行對象配置，包括哪個接 口，波特率等等初始參數(shù)。通過ncConfigCANNet.vi這個子程序對每個目標對象進行配置。
[0022] (S2)當配置好所有的對象之后，只有通過ncOpen. vi這個子程序打開對象，這個函 數(shù)接收一個對象名稱之后，返回一個后續(xù)調用NI-CAN函數(shù)的句柄。
[0023] (S3)之前的兩步操作為使用CAN通信的必要操作，目的是配置好CAN總線交互界 面，之后，CAN總線上的通信數(shù)據(jù)將會開始通信。
[0024] (S4)在通信開始后，整車控制器將會接收到CAN總線上的數(shù)據(jù)，然后通過 ncGetAttr. vi子程序獲取對象屬性，開始接收數(shù)據(jù)。
[0025] (S5)在接收到數(shù)據(jù)之后，需要通過一個子程序ncReadNetMult. vi開始讀取數(shù)據(jù)， 并對數(shù)據(jù)進行解讀。
[0026] (S6)最后，當完成CAN設備的訪問之后，需要使用ncClose.vi子程序關閉對象接 口，同時，顯示在通信過程中出現(xiàn)的錯誤。
[0027] (6.2)、CAN總線數(shù)據(jù)處理程序，當總線接收到數(shù)據(jù)之后，數(shù)據(jù)幀仍然以簇的形式存 在，因此，需要先按名稱將簇解綁之后，提取出簇中對應的各項內容，包括時間標志、幀ID、 幀類型、數(shù)據(jù)長度以及數(shù)據(jù)字節(jié)，然后才能夠開始進行數(shù)據(jù)的翻譯。
[0028] (6.3)、CAN總線發(fā)送程序，CAN總線發(fā)送程序與CAN總線接收程序流程基本相同，仍 舊需要先進行配置對象以及打開對象。由于是事件觸發(fā)型，因此需要先進行判斷是否需要 寫數(shù)據(jù)，當需要寫數(shù)據(jù)時，則通過子程序ncWriteNet. vi寫入數(shù)據(jù)或者發(fā)送遠程幀，最后，當 數(shù)據(jù)幀發(fā)送完成之后，關閉對象并顯示錯誤。
[0029] (7)、CAN總線通信測試及分析
[0030] (7.1 )、CAN通信網絡的硬件連接，CAN通信網絡中，整車控制器上的硬件主要為NI-9853高速CAN模塊，雙端口高速CAN模塊，端口 1為內部供電，端口 2為外接供電。且能以IMb/s 的速率發(fā)射/接收所有總線載荷。在CAN通信網絡中，傳輸線纜的形勢對CAN通信傳輸也有很 大的影響。通常，CAN總線采用差分信號傳輸方式，以雙絞線作為物理層，需要有2根線作為 差分信號線(CAN_H、CAN_L)。如果使用屏蔽雙絞線，屏蔽層應被連接到CAN_Shield或外殼。
[0031] (7.2)、CAN通信測試，本次純電動賽車的CAN通信測試主要是在PC端進行檢測，因 此，需要一款USB-CAN的總線適配器。本次選取的是CANalyst-II分析儀，這款分析儀帶有 USB2.0接口和2路CAN接口的CAN分析儀，具備CAN總線協(xié)議分析功能，支持SAE J1939、 DeviceNet、CANopen、iCAN以及自定義高級協(xié)議分析功能。采用該接口適配器，PC可以通過 USB接口連接一個標準CAN網絡，應用于構建現(xiàn)場總線測試實驗室、工業(yè)控制、智能樓宇、汽 車電子等領域中，進行數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通訊。按照要求將各個模塊掛接到總線上， 實物連接。同時，通過USB接口將CANalyst-II分析儀連接到電腦，設置傳輸速率為500kbps (整車通信速率），點擊啟動設備，便可以開始進行CAN通信測試。