基于CAN通信的电动汽车上位机系统开发

2021-04-23戈小中童晓辉

客车技术与研究 2021年2期

戈小中，童晓辉，徐希

(东风悦享科技有限公司，武汉 430000)

电动汽车样车的快速调试以及售后疑难故障处理是其生产企业面临的难点问题。目前多数电动汽车生产企业采用的上位机[1-4]只能对单一的零部件状态进行监控分析且功能单一[5-7]。为了解决该问题，本文开发一种整车级上位机系统，能够对整车所有CAN节点的数据进行采集显示，并且能够与多个核心零部件进行数据交互，跨零部件进行数据分析。

1 上位机系统设计

1) 上位机的语言选择。LabVIEW是虚拟仪器的一种，是实现计算机与仪器结合的优秀编程语言。LabVIEW又被称为G语言，以图形化语言简化传统编程语言的编写过程，实现编程过程图形化和模块化，程序不但更容易编写，并且方便阅读和修改。所以，本文选择LabVIEW作为实现上位机软件的编程语言。

2) 功能分析及整车要求。结合整车CAN节点数据流，分析各CAN网络回路负载率，构建整车CAN网络架构图。本上位机在遵循SAE J1939通讯协议规范的基础上，兼顾整车上位机功能开发企业通用版的通讯协议规范，并基于企业通用的网络架构图进行开发，采用网关进行数据汇集输出。各关键零部件(如整车控制器、电机控制器、BMS、组合仪表等)硬件具备CAN通讯数据接收、储存以及发送功能。

3) 上位机软件设计。该上位机的程序设计主要包括：①整车CAN节点数据接收及数据处理模块设计，程序框图如图1所示；②核心零部件参数修改及数据发送模块设计，程序框图如图2所示。

图2 核心零部件参数修改及数据发送设计框图

4) 上位机界面设计。上位机通过CAN卡设备与整车OBD诊断口连接通信，界面上有通信接口的选择、通信CAN卡设备选择、波特率选择等；主界面包含电池系统参数显示及修改按钮等；点击主界面上的按钮，进入不同的子界面。上位机主界面架构如图3所示。

图3 上位机主界面架构框图

5) 上位机功能实现。采用该上位机系统，可以监控整车所有CAN节点数据，进行核心零部件(如整车控制器、电机控制器、BMS、组合仪表等)相关数据更改、不同零部件参数关联分析、整车VIN码刷写等。整车系统参数显示及更改界面如图4所示。

图4 整车系统参数显示及更改界面

2 快速样车调试

电池、电机、电控联调是电动汽车调试的难点，也是调试过程快慢的决定因素。本文介绍的上位机系统基于全车CAN节点数据开发，包含三电联调及其他零部件调试需要监控的内容。

1) 电池监控界面。对电池系统的状态进行监控，包括电池组合方式、电池SOC、单体最高电压、单体最高温度、充电时充电插座温度、整车绝缘电阻值等项目，并能动态监控电池电压、电流。当监控的数据和控制策略与技术协议要求有差异时，及时反映给电池厂家对相关参数进行修改处理。

2) 电驱系统监控界面。对电驱动系统的状态进行监控，包括电机温度、电机控制器温度、电机交流侧电流、整车需求扭矩、电机实际扭矩、电机转速、主动放电等项目,并能动态监控电机实际扭矩和电机实际转速。当监控的数据和控制策略与技术协议要求有差异时，及时反映给电驱动厂家对相关参数进行修改处理。

3) 整车控制系统局部界面。对整车挡位、油门信号、制动信号、手刹信号、DC/DC使能状态、打气泵使能状态、动转泵使能状态、水泵使能状态等整车控制器需要采集的信号，以及需要控制的零部件进行监控。当整车控制系统发出了器件工作使能信号，界面上会显示亮绿灯；如果此时器件不工作，则表明该器件或相关线路有问题，便于进行快速检查、处理。

4) 高压附件监控界面。对动转泵、打气泵、电除霜、空调等高压附件系统的运行状态及出现的故障进行监控。当器件出现了故障，会在界面上显示相应的故障码，并根据故障码及时对器件进行维修。

5) 不同零部件参数关联分析界面。可以对不同零部件之间的参数进行关联性显示分析，尤其是在三电联调时，可以监控相关参数，及时发现相关错误。图5显示的是调试时电机的功率与电池的电压电流实时数据关联曲线。通过该图可以看到，电池的电流与电机功率关联对应:若高压附件消耗功率为0，电机功率与电池电流接近正比例关系；若电机功率与电池电流不接近正比例关系，说明电池电流采集或BMS发送电流值存在问题。

6) 整车VIN码刷写监控界面。包括要刷写VIN码的输入窗口、一次发送帧数窗口、发送按钮、整车VIN码显示区等。当整车VIN刷写成功就保存在整车控制器的EEPROM中，然后整车控制器把VIN码按照通讯协议格式发送到整车CAN网络，上位机通过解析将VIN码显示在VIN码显示区。若界面显示的VIN与实际的VIN码不同，则及时进行修改纠正。

图5 调试时电机的功率与电池的电压电流实时数据曲线

3 不同零部件间数据关联分析

本系统的特点是一些关键零部件间能进行数据关联分析，从而解决因零部件之间相互影响导致的电气故障(如数据传导解析错误、高压系统纹波电压叠加过压故障、高压系统纹波电流叠加过流故障等)。下面以一实例进行分析。

故障现象：BMS解析和转发绝缘阻值出现问题，导致整车报绝缘故障，车辆不能正常行驶。故障发生后，因为绝缘故障是电池系统报出的，所以维修人员按流程首先采用电池厂家提供的上位机来监测整车绝缘阻值，发现确实有降到0 Ω的情况，此时怀疑是整车高压系统存在绝缘故障。采用手持式绝缘电阻表检测整车高压系统的绝缘阻值，发现在正常阻值范围内。于是又怀疑车载绝缘模块存在问题。更换车载绝缘模块，发现故障还存在。通过上述一系列无效操作后，再采用本文开发的整车级上位机系统检测，发现是因为BMS解析车载绝缘仪转发的绝缘阻值报文出错导致。维修人员通过本文上位机系统，在“不同零部件关联数据分析界面”将绝缘模块采集的实际绝缘阻值与BMS转发的绝缘阻值进行对照，监测显示如图6所示，很快就判断是BMS程序存在bug导致该故障的产生。通过更新BMS程序，解决了该问题。