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純電動客車VCU下線檢測儀控制策略設(shè)計

2020-03-31 08:21:28·  來源：《純電動客車VCU下線檢測儀控制策略設(shè)計》  作者：東風(fēng)襄陽旅行車有限公司  
　
本文以某公司的純電動客車為對象，介紹其整車控制器（VCU）下線檢測儀的控制策略設(shè)計。VCU是整個汽車的大腦，主要作用是通過接收操作指令和根據(jù)車輛的各種狀態(tài)信
本文以某公司的純電動客車為對象，介紹其整車控制器（VCU）下線檢測儀的控制策略設(shè)計。VCU是整個汽車的大腦，主要作用是通過接收操作指令和根據(jù)車輛的各種狀態(tài)信息，合理地控制電機(jī)以及整車上各個部件的平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，驅(qū)動車輛正常行駛。因此純電動客車的性能與VCU的控制質(zhì)量和控制策略密不可分。VCU下線檢測儀為檢測VCU下線裝車前的最后一道環(huán)節(jié)，是把控VCU是否合格的重要手段。

1 整車控制器硬件信號分布

VCU的主要輸入輸出環(huán)有CAN總線信號?數(shù)字輸入信號?數(shù)字輸出信號?模擬量輸入信號和PWM輸出信號等。因此，上位機(jī)要對這些信號逐一檢測并作出分析報告，當(dāng)VCU收到上位機(jī)發(fā)出的檢測指令時需要作出相應(yīng)的輸入輸出指示，以此判斷整車控制器各路信號的輸入?輸出是否正常。

以某型號VCU為例，該控制器采用飛思卡爾的MPC5604 芯片，該芯片是基于Power Architecture 架構(gòu)的32 位單片機(jī)，它滿足汽車和工業(yè)功能安全應(yīng)用的最高功能安全標(biāo)準(zhǔn)，在汽車控制領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。
 
圖1 為VCU下線檢測儀功能組成示意圖。其基本思路為：通過廣播式CAN通訊，將指定協(xié)議的報文廣播到CAN總線上，然后VCU根據(jù)協(xié)議作出相應(yīng)回復(fù)，機(jī)載板卡再對回復(fù)進(jìn)行判斷，然后將結(jié)果反饋給上位機(jī)，上位機(jī)將結(jié)果顯示出來，以達(dá)到檢測的目的。上位機(jī)與VCU有著相同的協(xié)議，上位機(jī)發(fā)送報文及VCU反饋報文的周期均為100ms。

2 VCU軟件控制策略設(shè)計

2.1 對數(shù)字輸入信號的檢測

VCU的數(shù)字輸入信號分為高電平輸入與低電平輸入，控制策略為：上位機(jī)通過CAN廣播的報文發(fā)送檢測指令，同時將板卡引腳信號置高或置低，VCU收到報文指令，并檢測引腳接收到的高低電平信號，通過CAN廣播將引腳接收到的狀態(tài)信息發(fā)送給上位機(jī)，上位機(jī)根據(jù)接收到的報文與實際輸出進(jìn)行比對，判斷當(dāng)前VCU引腳硬件的數(shù)字輸入是否正常，如圖2 所示。

 
具體實施步驟如下：

1）上位機(jī)發(fā)送報文指令，同時根據(jù)報文將相應(yīng)的引腳置高或置低。報文ID 為0x1801A1B1，8 字節(jié)數(shù)據(jù)分別為：

 
其中，Mode 為上位機(jī)檢測的模式，Mode=0x01 為數(shù)字輸入檢測，Mode=0x02 為模擬量輸入檢測；Chan?nel 為VCU與板卡對應(yīng)的通道號；Enable 為板卡輸入檢測使能信號。

2）VCU收到報文指令后，對輸入引腳進(jìn)行檢測，并將檢測后的引腳狀態(tài)信息通過CAN報文發(fā)送給上位機(jī)，該報文數(shù)據(jù)樣例為：

 
其中，Mode 和Channel 含義如上所述；xx3 為該通道的狀態(tài)反饋；xx4 與xx5 為模擬輸入信號輸出值。

3）當(dāng)板卡收到VCU發(fā)出的有效報文后，將報文解析并與板卡輸出狀態(tài)信息對比判斷后，將結(jié)果顯示在上位機(jī)上。

4）上位機(jī)板卡對VCU引腳逐一進(jìn)行檢測，直至將VCU所有的輸入引腳全部都檢測完。

2.2 對CAN通訊信號的檢測

VCU的CAN信號分為三路，分別為CANA?CANB 和CANC。CAN信號由VCU主動連續(xù)發(fā)送報文進(jìn)行檢測。CANA 信號線路發(fā)送的報文ID 為0x0CFF00EF，數(shù)據(jù)格式如式（2）所示，其中A_Counter表示CANA 的計數(shù)器，上位機(jī)對該報文的末尾計數(shù)器進(jìn)行檢測。若10個周期的計數(shù)發(fā)現(xiàn)計數(shù)器還未更新，則認(rèn)為該CAN通訊故障。CANB 和CANC 的檢測方式同CANA。

2.3 對模擬輸入信號的檢測

模擬信號的檢測流程與數(shù)字輸入信號類似，但VCU返回的報文解析后為該引腳的電壓值，并且板卡發(fā)送的是一個模擬量的值。VCU檢測后將該值發(fā)送給上位機(jī)，上位機(jī)校驗后顯示該模擬量是否正確。由于通常情況下模擬量的檢測有誤差，因此規(guī)定板卡的模擬量與VCU檢測到的模擬量之間相差±3% 以內(nèi)。如圖3 所示。

 
VCU返回報文格式，如式（2）所示，其中，xx4 為低字節(jié)，xx5 為高字節(jié)，規(guī)定偏移量為0，分辨率為0.01。則報文與實際數(shù)據(jù)E 之間的計算關(guān)系為：

E=（xx5xx4）×0.01 （3）

當(dāng)VCU收到上位機(jī)發(fā)來的模擬量測試信號報文后，VCU將所測得的電壓值根據(jù)式（3）轉(zhuǎn)換成報文發(fā)送給上位機(jī)，上位機(jī)以±3% 的誤差分析報文，將檢測的結(jié)果顯示在上位機(jī)上。

2.4 對PWM 輸出信號的檢測

VCU輸出PWM 信號通常用于控制各散熱風(fēng)扇的運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)風(fēng)扇的無極調(diào)速。在VCU控制程序中占空比和周期（頻率）是其最重要的兩個參數(shù)，因此測試板卡只需要對VCU發(fā)出波形的占空比和周期進(jìn)行檢查即可完成對VCU硬件引腳的測試，如圖4 所示。

 
1）上位機(jī)發(fā)送控制指令報文，ID 為0x18FFA1B1，報文為：

07 82 33 xx1 xx2 xx3 xx4 00（4）

其中，xx1 表示測試VCU引腳對應(yīng)的通道號，xx2?xx3 分別表示PWM 波形的頻率的低字節(jié)和高字節(jié)，xx4 表示PWM 的使能信號。

2）當(dāng)VCU收到上位機(jī)發(fā)來的允許使能測試報文后，將根據(jù)報文中對應(yīng)的通道和頻率輸出PWM波形。

3）上位機(jī)板卡接收到PWM 信號后，測量對應(yīng)通道的占空比與頻率，以±3% 的誤差為基準(zhǔn)，然后判斷VCU輸出波形是否合格，將結(jié)果顯示在上位機(jī)上。

2.5 對數(shù)字輸出信號的檢測

VCU的輸出信號通常用于驅(qū)動某些低壓器件和一些需要硬線控制的電器件，例如接觸器?打氣泵控制使能?主接觸器控制使能等。如圖5 所示，測試步驟如下：

 
1）上位機(jī)首先發(fā)送報文，報文ID 為0x1802A1B1，報文為：

01 Channel xx1 xx2 00000000（5）

其中，Channel 為VCU與板卡對應(yīng)的通道號；xx1為引腳空位字節(jié)，0x00表示將當(dāng)前通道置低，0x01 表示將當(dāng)前引腳置高；xx2 為使能控制字節(jié)，0x01 表示將該引腳輸出，0x00不使能該引腳。

2）上位機(jī)發(fā)送控制指令后，檢測該引腳輸出是否與實際一致。

3 結(jié)束語

本文介紹了一種VCU下線檢測儀的控制策略設(shè)計，其中涉及到常用的5 種信號的測試，重點說明了通過CAN報文將收到的信息與目標(biāo)值進(jìn)行匹配校驗的檢測方法，并且將數(shù)字量輸入檢測?模擬輸入信號檢測與CAN信號檢測的信息內(nèi)容包含在同一ID 中，盡可能節(jié)省CAN總線資源，便于后期擴(kuò)展。
 
 
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