專利名稱：一種實現(xiàn)純電動轎車車門車窗電子控制單元CANopen協(xié)議的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于汽車電子技術領域，具體涉及到純電動轎車車門車窗電子控制單元 CANopen協(xié)議的設計問題，根據(jù)CANopen協(xié)議的要求設計各電子控制單元的NMT、PDO、SDO 報文，并定義各電子控制單元的對象字典。
背景技術：
純電動轎車車門車窗控制系統(tǒng)是車載網(wǎng)絡中重要的組成部分，它完成了車門、車窗、后視鏡的電動控制和本地/遠程控制，體現(xiàn)了人們對汽車在安全性、舒適性和方便性等許多方面的要求。目前車門車窗控制系統(tǒng)通常采用CAN總線技術，但是由于CAN總線只定義了物理層及數(shù)據(jù)鏈路層，用戶必須要自定義應用層的協(xié)議，這不但帶給用戶相當多的困難， 而且使不同廠商間的CAN設備彼此無法互通。目前運用于CAN網(wǎng)絡的應用層協(xié)議主要包括CANopen、SAE J1939、DeviceNet 和CANKingdom。CANopen是由從事工業(yè)控制的CiA組織開發(fā)的，它主要它采用對象字典結構，將CAN網(wǎng)絡中通訊數(shù)據(jù)的組建和傳輸進行標準化，并給用戶很大的自由度，允許用戶隨時添加自己所需要的新功能。SAE J1939協(xié)議主要用于重型卡車控制系統(tǒng)，并使用了 CAN2. O擴展協(xié)議，針對于重型卡車系統(tǒng)的通訊要求對標識符進行了重新定義，但是數(shù)據(jù)報文中包含了數(shù)據(jù)的類型和格式信息，通訊效率不高。DeviceNet和CANopen —樣采用對象字典結構，不過DeviceNet的定義更為復雜和嚴格，有嚴格層次定義，節(jié)點開發(fā)成本較高。 CANKingdom采用通用模塊化的設計方法使得各種模塊都能很容易地接入CANKingdom網(wǎng)絡當中，但是其ID是由King節(jié)點通過算法動態(tài)分配的，相同ID沒有幀結構，并不適合車載網(wǎng)絡的應用。與其它應用層協(xié)議相比，CANopen是一個完全開放的協(xié)議，開發(fā)者可以免費獲得協(xié)議授權，支持CAN1. O基本和CAN2. O擴展協(xié)議，支持從20kbps到IMbps的多種傳輸速率， 擁有和OSI兼容的基本架構，具有高度的靈活性，適合于汽車車載網(wǎng)絡。本發(fā)明解決純電動轎車車門車窗電子控制單元應用層協(xié)議問題，分析純電動轎車車門車窗電子控制單元通訊方案，然后根據(jù)CANopen協(xié)議要求設計各電子控制單元的NMT、 PDO、SDO報文，最后定義各電子控制單元的對象字典的來存儲該電子控制單元的設備描述及設備網(wǎng)絡狀態(tài)的所有參數(shù)。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是純電動轎車車門車窗電子控制單元CANopen協(xié)議的設計問題，根據(jù)CANopen協(xié)議的要求設計各電子控制單元的NMT、PDO、SDO報文，并設計各電子控制單元的對象字典。本發(fā)明所采用的技術方案是通過設計純電動轎車車門車窗系統(tǒng)各電子控制單元 CAN總線通信方案，根據(jù)CANopen協(xié)議要求設計各電子控制單元的NMT、PD0、SD0報文，設計各電子控制單元的對象字典的來存儲該電子控制單元的設備描述及設備網(wǎng)絡狀態(tài)的所有參數(shù)。本發(fā)明的效果和益處是本發(fā)明提出了純電動轎車車門車窗電子控制單元的 CANopen應用層協(xié)議設計方法，提高了電子控制單元的兼容性和通用性。本文采用德國 Vector公司開發(fā)的CANoen軟件及其CANopen組件來進行車身控制系統(tǒng)CANopen協(xié)議的建模仿真，測得總線的負載率為3. 25%，峰值負載率也是3. 25%，屬于較好的總線運行情況。


圖1是本發(fā)明總體設計流程示意圖；圖2是純電動轎車車門車窗系統(tǒng)拓撲結構；圖3是各電子控制單元通訊關系圖；圖4是左前門電子控制單元TPDOl報文與對象字典的映射示意圖；圖5是中央電子控制單元通過SDO訪問左前門電子控制單元對象字典示意圖。
具體實施例方式以下結合技術方案和附圖詳細敘述本發(fā)明的最佳實施例。本發(fā)明公開了一種實現(xiàn)純電動轎車車門車窗電子控制單元CANopen協(xié)議的方法， 包括如下步驟1、純電動轎車車門車窗電子控制單元的CAN總線通信方案純電動轎車車門車窗控制系統(tǒng)包括中央電子控制單元、左前門電子控制單元、右前門電子控制單元、左后門電子控制單元和右后門電子控制單元，它們之間采用CAN總線進行通信。各電子控制單元控制對象主要包括車窗和門鎖，其中左前門電子控制單元和右前門電子控制單元分別還包括對左后視鏡和右后視鏡。其拓撲結構如圖2所示。各電子控制單元之間通訊關系如圖3所示，其中中央電子控制單元是整個車門車窗控制系統(tǒng)的核心，中央電子控制單元接收其余電子控制單元的狀態(tài)，并發(fā)送控制命令。左前門電子控制單元集合的控制按鍵包括門鎖控制按鍵、所有車窗控制鍵和后視鏡控制按鍵等。左前門電子控制單元通過CAN總線把按鍵控制命令和本地狀態(tài)信息傳送給中央電子控制單元并接收中央電子控制單元的控制命令。右前門電子控制單元接收來自中央控制單元的CAN總線指令，發(fā)送本地狀態(tài)信息和門鎖控制指令。左右后門電子控制單元只接收來自中央電子控制單元的指令和發(fā)送本地狀態(tài)信息。2、各電子控制單元NMT報文的設計NMT報文提供網(wǎng)絡管理功能，主要內容包括節(jié)點初始化、預操作、操作和停止四種狀態(tài)管理。該服務是采用主從通信方式進行，包括一個NMT主節(jié)點和若干NMT從節(jié)點。本發(fā)明設計中央電子控制單元為NMT主節(jié)點，其余四個車門電子控制單元為NMT從節(jié)點，中央電子控制單元通過NMT報文來控制其余四個電子控制單元的狀態(tài)。實現(xiàn)網(wǎng)絡管理還需定義每個節(jié)點的標識符Node_ID，本發(fā)明中各電子控制單元的Node_ID(節(jié)點標識符)如表1所示。表1各電子控制單元Node-ID分配
節(jié)點中央電子控制單元左前門電子控制單元右前門電子控制單元左后門電子控制單元右后門電子控制單元Node-IDOlHOAHOBHOCHODH本發(fā)明采用節(jié)點保護機制，間隔固定時間中央電子控制單元向其它電子控制單元發(fā)出節(jié)點狀態(tài)請求的遠程幀報文，其它電子控制單元收到該請求后返回節(jié)點狀態(tài)報文，中央電子控制單元通過該狀態(tài)報文監(jiān)視其它電子控制單元。3、各電子控制單元PDO報文的設計過程數(shù)據(jù)對象PDO報文用來傳輸實時數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳送限制在1到8個字節(jié)，數(shù)據(jù)從一個生產者傳到一個或多個消費者。PDO包括TPDO和RPDO兩種。TPDO用來發(fā)送報文，RPDO 用來接收報文，一個TPDO對應一個RPDO。本發(fā)明中純電動轎車車門車窗電子控制單元PDO報文的定義如表2所示，其中中央電子控制單元包含4個TPDO和7個RPD0，其中4個TPDO分別用來發(fā)送對其余四個電子控制單元的控制命令包括車窗控制命令、門鎖控制命令，對于左前門和右前門電子控制單元還包括后視鏡控制命令，4個RPDO用來接收其余四個電子控制單元的狀態(tài)信息包括車窗狀態(tài)、門鎖狀態(tài)、車窗電機電流、門鎖電機電流、車窗控制自動/電動和故障代碼等，對于左前門和右前門電子控制單元還包括后視鏡狀態(tài)，2個RPDO用來接收左前門電子控制單元發(fā)送的按鍵控制命令和門鎖控制命令，1個RPDO用來接收右前門電子控制單元發(fā)送的門鎖控制命令；左前門電子控制單元包含3個TPDO和1個RPD0，其中3個TPDO分別用來發(fā)送按鍵控制命令、本地狀態(tài)信息和門鎖控制命令，1個RPDO用來接收中央電子控制單元發(fā)送的控制命令；右前門電子控制單元包含2個TPDO和1個RPD0，其中2個TPDO分別用來發(fā)送門鎖命令與狀態(tài)信息，1個RPDO用來接收中央電子控制單元發(fā)送的控制命令；左右后門電子控制單元各包含1個TPDO用來發(fā)送狀態(tài)信息，1個RPDO用來接收中央電子控制單元發(fā)送的控制命令。本發(fā)明定義中央電子控制單元4個TPDO的COB-ID依次為181H-184H，左前門電子控制單元3個TPDO的COB-ID依次為18AHJ8AH和38AH，右前門電子控制單元2個 TPDO的COB-ID依次為18BH和^BH,左右后門電子控制單元TPDO的COB-ID分別為18CH 和18DH。各電子控制單元RPDO的COB-ID和所接收的TPDO報文的COB-ID —致。表2各電子控制單元PDO報文的設計
權利要求
1.一種實現(xiàn)純電動轎車車門車窗電子控制單元CANopen協(xié)議的方法，包括(1)純電動轎車車門車窗電子控制單元的CAN總線通信方案；(2)純電動轎車車門車窗電子控制單元NMT報文的設計；(3)純電動轎車車門車窗電子控制單元PDO報文的設計；(4)純電動轎車車門車窗電子控制單元SDO報文的設計；(5)純電動轎車車門車窗電子控制單元對象字典的設計。
2.根據(jù)權利要求1所述的純電動轎車車門車窗電子控制單元CANopen協(xié)議，其特征在于純電動轎車車門車窗控制系統(tǒng)中各電子控制單元采用CAN總線通信，中央電子控制單元是整個車門車窗控制系統(tǒng)的核心，中央電子控制單元接收其余電子控制單元的狀態(tài)，并發(fā)送控制命令；左前門電子控制單元的控制按鍵，包括門鎖控制按鍵、8個車窗控制鍵、后視鏡控制按鍵等，左前門電子控制單元通過CAN總線把按鍵控制命令和本地狀態(tài)信息傳送給中央電子控制單元并接收中央電子控制單元的控制命令；右前門電子控制單元接收來自中央電子控制單元的CAN總線指令，發(fā)送本地狀態(tài)信息和門鎖控制指令；左右后門電子控制單元只接收來自中央電子控制單元的指令和發(fā)送本地狀態(tài)信息。
3.根據(jù)權利要求1所述的純電動轎車車門車窗電子控制單元CANopen協(xié)議，其特征在于各電子控制單元根據(jù)CANopen協(xié)議要求設計了 NMT報文，中央電子控制單元為NMT主節(jié)點，其余四個電子控制單元為NMT從節(jié)點，中央電子控制單元采用節(jié)點保護機制來維護節(jié)點狀態(tài)，設置保護時間為300ms，時間間隔為500ms。
4.根據(jù)權利要求1所述的純電動轎車車門車窗電子控制單元CANopen協(xié)議，其特征在于各電子控制單元根據(jù)CANopen協(xié)議要求設計了 PDO報文，中央電子控制單元包含4個 TPDO和7個RPD0，其中TPDO分別用來發(fā)送對其余四個電子控制單元的控制命令包括車窗控制命令、門鎖控制命令，對于左前門和右前門電子控制單元還包括后視鏡控制命令，4個 RPDO用來接收其余四個電子控制單元的狀態(tài)信息包括車窗狀態(tài)、門鎖狀態(tài)、車窗電機電流、門鎖電機電流、車窗控制自動/電動和故障代碼等，對于左前門和右前門電子控制單元還包括后視鏡狀態(tài)，2個RPDO用來接收左前門電子控制單元發(fā)送的按鍵控制命令和門鎖控制命令，1個RPDO用來接收右前門電子控制單元發(fā)送的門鎖控制命令；左前門電子控制單元包含3個TPDO和1個RPD0，其中TPDO分別用來發(fā)送按鍵控制命令、本地狀態(tài)信息和門鎖控制命令，RPDO用來接收中央電子控制單元發(fā)送的控制命令；右前門電子控制單元包含2 個TPDO和1個RPD0，其中TPDO分別用來發(fā)送門鎖命令與狀態(tài)信息，RPDO用來接收中央電子控制單元發(fā)送的控制命令；左右后門電子控制單元各包含1個TPDO用來發(fā)送狀態(tài)信息， 1個RPDO用來接收中央電子控制單元發(fā)送的控制命令。
5.根據(jù)權利要求1所述的純電動轎車車門車窗電子控制單元CANopen協(xié)議，其特征在于各電子控制單元根據(jù)CANopen協(xié)議要求設計了 SDO報文，中央電子控制單元為SDO客戶端包含4個SDO來訪問其余四個控制單元，其余四個電子控制單元為SDO服務器分別包含1 個SDO ；中央電子控制單元發(fā)送COB-ID分別為60AH、60BH、60CH、60DH，接收COB-ID分別為 58AH、58BH、58CH、58DH ；其它電子控制單元發(fā)送 COB-ID 分別為 58AH、58BH、58CH、58DH,接收 COB-ID分別為60AH、60BH、60CH、60DH。SDO采用加速傳送機制，最多傳輸4字節(jié)數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權利要求1所述的純電動轎車車門車窗電子控制單元CANopen協(xié)議，其特征在于各電子控制單元根據(jù)CANopen協(xié)議要求設計了相應的對象字典，包括各電子控制單元對象字典索引值在1000H跟IFFra之間的條目的定義，其中只有NMT主節(jié)點即中央電子控制單元定義1F80H-1F89H之間的條目，其它電子控制單元不定義；各電子控制單元PDO報文的通訊參數(shù)、映射參數(shù)、數(shù)據(jù)存儲區(qū)定義，其中數(shù)據(jù)存儲區(qū)的索引區(qū)間為7000H-7500H ；各電子控制單元SDO報文在對象字典中的定義，中央電子控制單元為SDO客戶端，它定義索引值為1280H-1283H的條目，其它電子控制單元為SDO服務器定義索引值為1200H的條目。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種實現(xiàn)純電動轎車車門車窗電子控制單元CANopen協(xié)議的方法，包括(1)純電動轎車車門車窗電子控制單元的CAN總線通信方案；(2)純電動轎車車門車窗電子控制單元NMT報文的設計；(3)純電動轎車車門車窗電子控制單元PDO報文的設計；(4)純電動轎車車門車窗電子控制單元SDO報文的設計；(5)純電動轎車車門車窗電子控制單元對象字典的設計。本發(fā)明提出了純電動轎車車門車窗電子控制單元的CANopen應用層協(xié)議設計方法，提高了電子控制單元的兼容性和通用性，獲得了較好的數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?br> 文檔編號H04L12/40GK102497355SQ20111037269
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月22日 優(yōu)先權日2011年11月22日
發(fā)明者劉芳舒, 孟永強, 李鴻強 申請人:天津工業(yè)大學