整车低压拓扑架构设计规范

整车低压拓扑架构规范 编制： 审核： 批准： 目录 文件变更日志 前言 一、 规范性引用文件 二、 客车低压电气系统简介 三、 整车系统结构示意图 四、 电气系统整体配置框图 五、整车通信网络 文档变更日志 版本 日期 编制 变更理由/变更内容 备注 V1.1 20180717   初稿                                                     前言 本设计规范意在规定新能源客车整车低压拓扑架构设计规范。 本规范由上海万象汽车制造有限公司技术中心电气技术部负责起草。 本设计规范适用于上海万象汽车制造有限公司生产的车辆。 一、规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。 GB50054-2011  《低压配电设计规范》 IEC112:1979    《固体绝缘材料在潮湿条件下的相对起痕指数和耐痕指数的测定方法》? GB7251.1-2005  《低压成套开关设备和控制设备?第1部分?型式试验和部分型式试验成套设备》? GB7251.2-2006  《低压成套开关设备和控制设备?第2部分：对母线干线系统（母线槽）的特殊要求》? GB?14048.1-2006?《低压开关设备和控制设备?第1部分：总则》? GB?14048.2-2008?《低压开关设备和控制设备?低压断路器》? GB?14048.3-2008?《低压开关设备和控制设备?第3部分：开关、隔离器、隔离开关以及熔断器组合电器》? GB?14048.7-2006T  《低压开关设备和控制设备?第7-1部分?辅助器件?铜导体的接线端子排》? GB50150-2006  《电气装置安装电气设备交接试验标准》? GB4208-2008?    《外壳防护等级》? DB31/T 306-2015  《公交客车通用技术要求》 以上标准如有不一致处以标准较高者为准 二、客车低压电气系统简介 汽车低压电气系统主要包括：低压配电盒、CAN总线仪、整车低压线路及其整车控制原理。整车由发电机、蓄电池提供电源，发电机不工作时，由蓄电池供电，发动机启动后，由发电机供电，发电机向用电设备供电的同时，也给蓄电池充电。再通过配电盒输送电压给用电器使用。 三、整车系统结构示意图 四、电气系统整体配置框图 整车以车辆管理单元（VMU）作为主控制单元，以电机驱动控制单元（PMU）、电池管理系统（BMU）、CVT和发动机ECU及相关控制电器作为从控制单元，以发动机、电动机和蓄电池组作为控制对象。 车辆管理单元是整车控制的核心，以整车的性能最优为目标，控制车辆的运行状态、能源分配，协调和发挥各部分的优势。其功能如下： （1）汽车驱动控制功能根据驾驶员的要求以及相应的车辆运行状态、工况，计算驱动转矩，控制电机驱动控制系统和发动机控制系统满足工况要求。 （2）制动能量回馈控制根据制动踏板的开度、车辆行驶状态、电池管理系统的信息，确定制动模式和制动力矩。 （3）整车能量管理控制能量消耗，对蓄电池、辅助动力源和车载其他动力系统统一管理，提高整车能量利用率，增加续驶里程。 （4）故障诊断及保障提供安全和诊断服务，充电和驱动时的安全保障，故障的诊断监控车辆温度、冷却系统、车辆的运行状态监视主要设备的过电流、过电压、欠电压、过热，必要时切断主断路器。 （5）车辆状态监视通过通讯网络采集车辆状态信息，通过人机界面显示给司机。 （6）通讯管理整车通讯的主节点，接收来自电机驱动控制单元、发动机控制单元、电池管理系统、人机界面的所有信息，发送电机设定转速、设定力矩、正反转信息，各个部件的启动停止命令，车辆的工作模式和整车的运行状况等。 五、整车通信网络 对于混合动力汽车，很多部分都由独立的电子控制器进行控制。为了将整个电动汽车内各系统进行统一管理，实现数据共享和相互之间协同工作，我们采用CAN总线进行数据传递。 CAN网络是现场总线技术的一种，它是一种架构开放、广播式的新一代网络通信，称为控制器局域网现场总线。CAN网络原本是德国BOSCH公司为欧洲汽车市场所开发的。CAN推出之初是用于汽车内部测量和执行部件之间的数据通信。在现代轿车的设计中，汽车都采用了CAN总线进行控制器的联网。 CAN总线的特点如下： （1）数据传输距离远，传输速率高 根据物理层实现的不同最远传输距离可达10km，最高传输速率可达1Mbit/s。 （2）多主、广播式通信 CAN通信网络没有网络地址之分，各个主设备的通信采用广播式通信。网络中各个节点都可以发送和接收报文，节点根据报文的标识符决定接收或屏蔽该报文。原理上网络可连接节点数量不限，但局限于物理层实现。 （3）CSMA/CD+AMP总线访问仲裁机制 CAN总线采用CSMA/CD+AMP总线访问仲裁机制。各个节点实时对总线信号进行监测，当总线出现空闲时，节点才允许发送数据。而当总线上同时有超过两个节点同时传送报文时，则采用“无损逐位仲裁”的方法来仲裁总线控制权，优先级高的报文拥有最高优先权，没有来得及发送的报文则等待并重新发送。报文的优先级由报文的标识符决定。这样拥有较高优先级的报文会赢得仲裁并能够保证在一定时间内发送成功，从而保证了通讯的实时性。 （4）高安全性，可靠的错误检测和处理机制 CAN总线通信网络节点发送的报文遭到破坏后，可自动重发。节点在错误严重的情况下具有自动切断的功能。 整车控制系统主要由6个部分7个节点构成，6个部分是：车辆管理单元、电池管理系统、电机驱动控制单元、CVT与发动机控制单元、人机界面和状态传感器。7个节点是：车辆管理单元、电池管理系统、电机驱动控制单元、CVT与发动机控制单元、加速踏板、制动踏板和人机界面。其中车辆控制单元是主节点，其他节点为从节点。 整车控制系统网络拓扑图如下所示： HEVCAN总线节点表： 节点 发送信息 接收信息 电机驱动控制单元 电机转速、扭矩、温度；电枢电流、电压、报警信号和错误代码等 电机设定转速、加速、制动、正反转、启动停止命令等 CVT与发动机ECU 发动机转速、扭矩、功率；CVT当前速比、CVT极限位置 发动机空燃比、点火系统等在各种工况下的控制 电池管理系统 电池电压、温度、充放电电流、功率强度、剩余电量、报警信息等 启动停止命令等 车辆管理单元 电机设定转速、设定扭矩、正反转、发动机设定转速、设定扭矩；各个部件的启动停止命令；车辆工作模式和整车的运行状况等 来自电机驱动控制单元、CVT与发动机ECU、电池管理系统、人机界面的所有信息 人机界面 自身的状态 接收总线上所有信息 加速踏板 驾驶员加速指令 —————— 制动踏板 驾驶员制动指令 ——————       CAN通信原理 现场总线是一种开放式实时系统，它只具有简化的网络结构，而与 OSI 不完全保持一致。按照 OSI 基准模型，CAN 结构划分为两层：数据链路层和物理层。 物理层应给出系统的电气规约：总线负载、传送速率（波特率）、物理信号定义、总线故障检测方法、电缆选择、系统的机械和电气接口等。 数据链路层需给出报文结构（帧格式）的定义，在遵循 CAN2.0A/B 的基础上，仲裁场必须遵循 SAE J1939 标准，对于标定监测系统其数据场还必须遵循 CCP 协议。 CAN 系统中，数据在节点间发送和接收以四种不同类型的帧形式出现和控制，其中：数据帧将数据由发送器传至接收器；远程帧由节点发送，以请求发送具有相同标识符的数据帧；出错帧可由任何节点发送，以检测总线错误，而超载帧用于提供先前和后续数据帧或远程帧之间的附加延时。此外，数据帧和远程帧以帧间空间同先前帧隔开。 因出错帧和超载帧由硬件（集成芯片）自动发送，设计员直接面临的是数据帧和远程帧，而汽车控制通信网络中远程帧的使用甚少，因此我们只要研究与设计数据帧结构。 数据帧由 7 个不同的位场组成：即帧起始、仲裁场、控制场、数据场、CRC 场、应答场、帧结束。数据场长度可为 0。CAN 协议具有标准信息帧和扩展信息帧两种格式，区别在于标准帧采用 11 位标识符（ID）,而扩展帧采用 29 位标识符。标准格式和扩展格式数据帧如图所示。 各个位场定义如下： （1） SOF（帧起始）：标志总线空闲状态，并使所有站点同步； （2）仲裁场：标准格式帧的 RTR 位为远程请求位，可用于要求数据。扩展格式帧的 SRR位为替代远程请求位，IDE 为扩展标识位； （3) 控制场：共 6 位，DLC 告知随后的数据域的长度。 （4）数据场：共 0～64 位，即 8 个字节，包含将要传输的数据。 （5）校验场：共 16 位，包含一个检测字，用于自动检测传输错误。 （6）应答场：共 2 位，当其它节点接收正确时，给出信号。 （7）EOF（帧结束）：共 7 位，标志通信结束。 CAN的分层结构： 标准格式和扩展格式数据帧： CAN报文格式： CAN扩展帧格式 SOF 11位标识符 SRR IDE 18位扩展标识符 J1939格式 帧起始位 优先权3位 R位（保） 数据页DP PF格式6位 SRR位 扩展标识 PF2位 PS格式8位 源地址8位 CAN 1 2～4 5 6 7～12 13 14 1516 17~24 25~32 帧位置 28～26 25 24 23～18 1716 15～8 7～0                       优先级(P) : 3位，它共分为8级(即0到7)，其中0最高，7最低。一般面向控制的信息优先级为3，面向数据的信息优先级为6。在系统中，要求响应速度越快的控制子系统其控制信息优先级越高。 保留位(R) :1位，此位清零，留待SAE将来使用。 数据页(DP) : 1位，分为0页和1页。DP用来做数据页的选择，目前参数群编号PGN(包括保留位、数据页、PDU格式和特定PDU四个部分)大部分定义在0页，1页供将来扩展使用。 源地址(SA): 8位，网络中一个特定的源地址仅匹配一个装置以确保CAN标识符的唯一性。 数据域:CAN数据帧只有8个字节的数据域，因此如果所要发送的数据超过8字节，就应该分成几个数据帧来分批发送。数据域的第一个字节从1开始作为报文的序号，后7个字节用来存放数据，所以PDU1格式和PDU2格式一共最多可以发送255 X 7 =1785个字节的数据，报文被接收以后按序号重新组合成原来的数据。当传递速率大于10次/S时，则不允许多帧发送。 一个J1939协议报文单元 PRIORITY R DP PDUFORMAT PDUSPECIFIC SOURCEADDRESS DATAFIELD 3 1 1 8 8 8 0～64               CN2004B DATA定义格与ID定义 输出点 接受点 字节1 字节2 字节3 字节4 字节5 字节6 字节7 字节8 CAN200B_ID定义 VCU MCU 电机期望转速 电机期望转矩 电机状态指令 电机期望速比     0C8000004H VCU ECU 发动机期望转速 发动机期望转矩 发动机状态指令 发动机期望速比     0C8000002H VCU TCU 期望油门开度 最速指令             0C8000203H VCU BCU 电池状态指令 最大放电电流指令 最大充电电流指令 SOC上限 SOC下限 D6     0C8000214H VCU ACU ACU状态指令               0D0000284H VCU CCU 期望传动比 最速指令             0C800010AH VCU DCU 当前车速 SOC 车辆当前工作模式 车辆状态     0D000E71DH MCU VCU 电机实际转速 电机实际转矩 电机当前速比 电机状态 电机电压 电机故障信息 0D4041100H ECU VCU 发动机实际转速 发动机实际转矩 发动机当前速比 发动机状态   发动机故障信息 0D4021000H TCU VCU 发动机实际油门开度 电子油门极限位置信息           电子油门故障信息 0D4031400H BCU VCU 电池当前状态 电池当前电流 电池当前电压 电池充放电请求 温度最高点值 温度最低点值   电池故障信息 0D4141200H ACU VCU ACU当前状态         ACU故障信息 0D4841400H CCU VCU CVT当前速比 CVT极限位置信息 CVT极限位置信息         CVT故障信息 0D40A1300H DCU VCU DCU当前状态         DCU故障信息 0D41DE600H                                       ID解析： ID解析 P R DP SA PF PS 2 0 0 00H 00H 04H 2 0 0 00H 00H 02H 2 0 0 00H 02H 03H 2 0 0 00H 02H 14H 4 0 0 00H 02H 84H 2 0 0 00H 01H 0AH 4 0 0 00H E7H 1DH 5 0 0 04H 11H 00H 5 0 0 02H 10H 00H 5 0 0 03H 14H 00H 5 0 0 14H 12H 00H 5 0 0 84H 14H 00H 5 0 0 0AH 13H 00H 5 0 0 1DH E6H 00H