基于CAN总线的电动汽车用通讯电路

摘要

本发明提供一种基于CAN总线的电动汽车用通讯电路，所述通讯电路包括CAN收发器及与CAN收发器电连接的信号控制电路；CAN收发器，用于传输电动汽车的整车控制器主控单元及附属控制单元之间的通讯数据；信号控制电路，用于对所述通讯数据整流滤波，滤除通讯数据中的干扰信号；所述CAN收发器至少包括一个不带唤醒功能的第一CAN收发器和一个带唤醒功能的第二CAN收发器，所述第一CAN收发器与第二CAN收发器分别与一个信号控制电路连接，所述技术方案的可扩展性强，能够适应电动汽车高强度、高复杂度的通讯要求。

权利要求

1.一种基于CAN总线的电动汽车用通讯电路，其特征在于：所述电动汽车用通讯电路包括CAN收发器及与CAN收发器电连接的信号控制电路；

CAN收发器，用于传输电动汽车的整车控制器主控单元及附属控制单元之间的通讯数据；

信号控制电路，用于对所述通讯数据整流滤波，滤除通讯数据中的干扰信号；

所述CAN收发器至少包括一个不带唤醒功能的第一CAN收发器和一个带唤醒功能的第二CAN收发器，所述第一CAN收发器与第二CAN收发器分别与一个信号控制电路连接，分别用于传输整车控制器主控单元与附属控制单元之间的通讯数据；

每个所述信号控制电路包括两个分别由电阻和电感串接而成的第一支路和第二支路，所述第一支路一端用于与CAN收发器的引脚CANH相连接，所述第二支路一端用于与CAN收发器的引脚CANL相连接，第一支路和第二支路的另一端分别与CAN总线相连接；

当所述电动汽车为纯电动汽车时，所述汽车上的附属控制单元包括车身控制单元、在线诊断单元及变速器控制单元，所述第一CAN收发器的引脚TXD、RXD与整车控制器主控单元相连接，引脚CANH、CANL与分别与信号控制电路的两个支路的一端相连接，所述两个支路的另一端分别通过CAN总线与车身控制单元、在线诊断单元及变速器控制单元相连接；

当所述电动汽车为混合动力汽车时，所述电动汽车上的附属控制单元包括车身控制单元、发动机管理单元、在线诊断单元及变速器控制单元，所述第一CAN收发器的引脚TXD、RXD与整车控制器主控单元相连接，引脚CANH、CANL与分别与信号控制电路的两个支路的一端相连接，所述两个支路的另一端分别通过CAN总线与车身控制单元，发动机管理单元、在线诊断单元及变速器控制单元相连接。

2.根据权利要求1所述的基于CAN总线的电动汽车用通讯电路，其特征在于，所述第一支路和第二支路分别并接一个电阻，电阻的另一端通过电容接地。

3.根据权利要求2所述的基于CAN总线的电动汽车用通讯电路，其特征在于，所述第一支路和第二支路分别并接一个反向串联的稳压二极管组合，所述二极管组合的另一端接地。

4.根据权利要求1所述的基于CAN总线的电动汽车用通讯电路，其特征在于，所述电动汽车上的附属控制单元还包括电机控制单元，电池管理模块单元，所述第二CAN收发器的引脚TXD、RXD与整车控制器主控单元相连接，引脚CANH、CANL与分别与信号控制电路的两个支路的一端相连接，所述两个支路的另一端分别通过CAN总线与电机控制单元，电池管理模块单元相连接。

5.根据权利要求4所述的基于CAN总线的电动汽车用通讯电路，其特征在于，所述第二CAN收发器还设有与整车控制器主控单元电连接的引脚 及引脚EN；

当引脚 及引脚EN同时输入高电平信号时，第二CAN收发器处于正常模式；

当引脚 及引脚EN同时输入低电平信号时，第二CAN收发器处于待机模式；

当引脚 输入高电平信号，引脚EN输入低电平信号时，第二CAN收发器处于只听模式；

当引脚 输入低电平信号，引脚EN输入高电平信号时，第二CAN收发器处于睡眠模式。

6.根据权利要求5所述的基于CAN总线的电动汽车用通讯电路，其特征在于，所述第二CAN收发器还设有引脚WAKE及引脚INH，所述引脚WAKE与引脚INH分别与整车控制器主控单元连接，所述引脚INH用于当CAN总线上收到唤醒信号时唤醒整车控制器主控单元，所述WAKE引脚用于整车控制器主控单元发送唤醒信号唤醒CAN收发器由睡眠模式进入正常模式。

7.根据权利要求1所述的基于CAN总线的电动汽车用通讯电路，其特征在于，所述CAN收发器还包括一个带唤醒功能的第三CAN收发器，所述第三CAN收发器分别与整车控制器主控单元及一个信号控制电路电连接。

说明书

基于CAN总线的电动汽车用通讯电路

技术领域

[0001] 本发明属于电动汽车电气设备控制领域，尤其涉及一种电动汽车的设备保护装置及其工作方法。

背景技术

[0002] 目前各类微型控制器在汽车控制领域的应用越来越广泛，汽车电子化程度越来越高。为降低成本和简化线束连接，各汽车制造商纷纷采用各种总线控制技术，达到实现汽车众多的电子控制单元之间复杂的实时数据交换的目的，CAN总线是其中最主要的总线协议之一，由于其具有传输速率高、成本低以及可靠的错误处理和检错机制等特点，所以很自然地在汽车工业中受到广泛应用。

[0003] 目前现有技术中汽车上的CAN通讯网络，其网络节点主要包括自动变速器控制单元、发动机电喷控制单元、ABS系统控制单元、车身控制单元等。网络负载低，通讯要求不高，仅有一层诊断子网，网络拓扑结构过于单一，可扩展性不强，而且在电路实现上，现有的通讯电路在CAN总线上一般没有任何保护措施，在这种情况下，当总线负载增大时，总线上的压降以及在信号干扰比较严重的情况下，总线会出现不稳定的情况，并且在信息量大的时候这种缺陷会体现的越来越明显，对整车的安全性有非常大的影响。然而对于电动汽车专用领域，其网络节点数比传统汽车的节点数要多，比常规车身网络速度高、稳定性、可靠性要求更严格，同时集成传统子网络、电动子网络(包括纯电动子网络及混合动力子网络)、标定、诊断子网络为一体，常规的CAN总线通讯网络很难适应电动汽车的高强度、高复杂度的通讯要求。

发明内容

[0004] 本发明旨在解决现有技术中CAN通讯网络拓扑结构过于单一，可扩展性不强，通讯电路没有保护的技术问题，提供一种基于CAN总线的电动汽车用通讯电路，适应电动汽车高强度、高复杂度的通讯要求。

[0005] 本发明提供一种基于CAN总线的电动汽车用通讯电路，所述电动汽车包括整车控制器主控单元及电动汽车上的附属控制单元，所述电动汽车用通讯电路包括CAN收发器及与CAN收发器电连接的信号控制电路；

[0006] CAN收发器，用于传输电动汽车的整车控制器主控单元及附属控制单元之间的通讯数据；

[0007] 信号控制电路，用于对所述通讯数据整流滤波，滤除通讯数据中的干扰信号；

[0008] 所述CAN收发器至少包括一个不带唤醒功能的第一CAN收发器和一个带唤醒功能的第二CAN收发器，所述第一CAN收发器与第二CAN收发器分别与一个信号控制电路连接，分别用于传输整车控制器主控单元与附属控制单元之间的通讯数据。

[0009] 优选地，每个所述信号控制电路包括两个分别由电阻和电感串接而成的第一支路和第二支路，所述第一支路一端用于与CAN收发器的引脚CANH相连接，所述第二支路一端用于与CAN收发器的引脚CANL相连接，第一支路和第二支路的另一端分别与CAN总线相连接。

[0010] 优选地，所述第一支路和第二支路分别并接一个电阻，电阻的另一端通过电容接地。

[0011] 优选地，所述第一支路和第二支路分别并接一个反向串联的稳压二极管组合，所述二极管组合的另一端接地。

[0012] 优选地，所述第一支路和第二支路分别还并接有一个电容，电容的另一端接地。

[0013] 优选地，当所述电动汽车为纯电动汽车时，所述汽车上的附属控制单元包括车身控制单元、在线诊断单元及变速器控制单元，所述第一CAN收发器的引脚TXD、RXD与整车控制器主控单元相连接，引脚CANH、CANL与分别与信号控制电路的两个支路的一端相连接，所述两个支路的另一端分别通过CAN总线与车身控制单元、在线诊断单元及变速器控制单元相连接；

[0014] 当所述电动汽车为混合动力汽车时，所述汽车上的附属控制单元包括车身控制单元、发动机管理单元、在线诊断单元及变速器控制单元，所述第一CAN收发器的引脚TXD、RXD与整车控制器主控单元相连接，引脚CANH、CANL与分别与信号控制电路的两个支路的一端相连接，所述两个支路的另一端分别通过CAN总线与车身控制单元，发动机管理单元、在线诊断单元及变速器控制单元相连接。

[0015] 优选地，所述电动汽车上的附属控制单元还包括电机控制单元，电池管理模块单元，所述第二CAN收发器的引脚TXD、RXD与整车控制器主控单元相连接，引脚CANH、CANL与分别与信号控制电路的两个支路的一端相连接，所述两个支路的另一端分别通过CAN总线与电机控制单元，电池管理模块单元相连接。

[0016] 优选地，所述第二CAN收发器还设有与整车控制器主控单元电连接的引脚 及引脚EN；

[0017] 当引脚 及引脚EN同时输入高电平信号时，第二CAN收发器处于正常模式；

[0018] 当引脚 及引脚EN同时输入低电平信号时，第二CAN收发器处于待机模式；

[0019] 当引脚 输入高电平信号，引脚EN输入低电平信号时，第二CAN收发器处于只听模式；

[0020] 当引脚 输入低电平信号，引脚EN输入高电平信号时，第二CAN收发器处于睡眠模式。

[0021] 优选地，所述第二CAN收发器还设有引脚WAKE及引脚INH，所述引脚WAKE与引脚INH分别与整车控制器主控单元连接，所述引脚INH用于当CAN总线上接收到唤醒信号时唤醒整车控制器主控单元，所述WAKE引脚用于整车控制器主控单元发送唤醒信号唤醒CAN收发器由睡眠模式进入正常模式。

[0022] 优选地，所述CAN收发器还包括一个带唤醒功能的第三CAN收发器，所述第三CAN收发器分别与整车控制器主控单元及一个信号控制电路电连接。

[0023] 以上所述技术方案，通过在混合动力车辆系统中增加了至少两个CAN收发器用于控制整车控制器与不同的电动汽车上的附属控制单元进行通讯，两个CAN收发器分别独立与整车控制器主控单元及一个信号控制电路电连接，大大提高了整车系统通信的数据量，使整车控制器与电动汽车上其他控制器的通讯更加快速便捷，提高了整车控制的性能。而且通过信号控制电路可有效滤除通讯过程中的数据干扰信号，对通讯电路进行了有效保护，可适应电动汽车高强度、高复杂度的通讯要求。

附图说明

[0024] 图1是本发明基于CAN总线的电动汽车用通讯电路一种实施例的模块组成图；

[0025] 图2是本发明基于CAN总线的电动汽车用通讯电路在电动汽车上通讯连接示意图；

[0026] 图3是本发明基于CAN总线的电动汽车用通讯电路的不带唤醒功能的通讯电路结构示意图；

[0027] 图4是本发明基于CAN总线的电动汽车用通讯电路的带唤醒功能的通讯电路结构示意图。

具体实施方式

[0028] 为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0029] 如图1所示，本发明提供一种基于CAN总线的电动汽车用通讯电路，本申请中所述的电动汽车是指具有电动模式的汽车，包括纯电动汽车和具有电动模式的混合动力汽车，本申请中所述的混合动力汽车均指具有电动模式的混合动力汽车。本发明所涉及电动汽车包括整车控制器主控单元10及电动汽车上的附属控制单元40，这里所述的附属控制单元包括除整车控制器之外的电动汽车上的其他控制单元，如车身控制单元、发动机管理单元(混合动力汽车上具有该单元，纯电动汽车则无此单元)、在线诊断单元、变速器控制单元、电机控制单元，电池管理模块单元等。所述通讯电路包括CAN收发器20及与CAN收发器20电连接的信号控制电路30，所述CAN收发器20传输两个相互进行通讯的通讯单元之间的通讯数据，所述信号控制电路30用于对所述通讯数据进行整流滤波，滤除通讯数据中掺杂的干扰信号。

[0030] 如图2所示，本发明所述的CAN收发器20至少包括一个不带唤醒功能的第一CAN收发器21和一个带唤醒功能的第二CAN收发器22，所述第一CAN收发器21与第二CAN收发器22分别与一个信号控制电路连接，即第一CAN收发器与一个信号控制电路31相连接，第二CAN收发器22与一个信号控制电路32相连接，所述两个信号控制电路的结构是相同的，所述第一CAN收发器21及所述第二CAN收发器22分别用于传输整车控制器主控单元10与附属控制单元40之间的通讯数据。所述第一CAN收发器21用于整车控制器主控单元
10与车身控制单元、发动机管理单元(混合动力汽车上具有该单元，纯电动汽车则无此单元)、在线诊断单元及变速器控制单元等之间的高速数据通讯；所述第二CAN收发器22用于整车控制器主控单元10与电机控制单元，电池管理模块单元等的高速数据通讯，这里所述的电机控制单元包括电动汽车上的前驱电机控制单元和后驱电机控制单元。

[0031] 进一步地，本发明的CAN收发器20还包括一个用于与整车控制器主控单元10电连接的第三CAN收发器23，该第三CAN收发器23也与一个信号控制电路电连接。第三CAN收发器23的结构23与第二CAN收发器的结构22相同，第三CAN收发器23连接的信号控制电路33与上面所述的分别与第一CAN收发器20及第二CAN收发器22连接的信号控制电路31、32的结构也是相同的。这里所述的第三CAN收发器23暂时空置，即预留该路CAN收发器通讯电路用于扩展，增加了系统的灵活性与可扩展性，为未来电动汽车上所安装的其他硬件系统及外设升级提供了便捷。

[0032] 本发明上述实施例所提供的至少两路CAN通讯电路同时工作可以提供更大的通信宽带，能够完成更加复杂及数据量庞大的通信任务，在整体的性能上不仅实现了传统的CAN通信网络中难以达到高速通讯的需求，而且通过外围电路大大提高的CAN网络的可靠性，用以应对电动汽车中更加复杂的环境以及提高了电动汽车可能遇到的各种恶劣环境下CAN通讯的稳定性。

[0033] 下面，本发明将对各路CAN通讯电路的具体结构组成及功能一一进行详述。

[0034] 结合图3及图4所述，本发明的信号控制电路包括两个分别由电阻和电感串接而成的第一支路和第二支路，所述第一支路一端用于与CAN收发器的引脚CANH相连接，所述第二支路一端用于与CAN收发器的引脚CANL相连接，第一支路和第二支路的另一端分别与CAN总线相连接。

[0035] 图3中，信号控制电路的其中一条支路由电阻R5及电感L1串接而成，另一条支路由电阻R6及电感L2串接而成，第一CAN收发器21通过该两条支路接收电动汽车上附属控制单元40发送来的通讯数据并将该通讯数据传送给整车控制单元，同时第一收发器21通过该两条支路接收整车控制单元发送的通讯数据并将该通讯数据传送给车辆上的附属控制单元40，所述两条支路通过电阻和电感的组合设置可以用以滤除通讯数据中的共模信号干扰，净化整车控制器与电动汽车上附属控制单元40的通讯数据，保证通讯电路工作的高效性和稳定性。

[0036] 优选地，所述图3中所述的第一支路和第二支路分别并接一个60Ω的电阻，电阻的另一端通过电容接地。据ISO 11898，CAN通讯电路中的额定的总线负载是60Ω，因此每条CAN总线的末端都端接一个电阻，所述电阻优选为120Ω的电阻，为了改善CAN高速总线系统的电磁兼容性能，用两个60Ω电阻R7、R8相互串接后接在两个支路之间，并从所述电阻R7与电阻R8相连接的一端引出一条线与一个电容C3连接，电容C3的另一端接地。

[0037] 进一步地，图3中所述第一支路和第二支路分别并接一个反向串联的稳压二极管组合，所述二极管组合的另一端接地。如图3所示，二极管D1和二极管D2反向串接后形成一个二极管组合，该二极管组合的一端与第一支路CAN_H连接，另一端接地；二极管D3和二极管D4反向串接后形成另一个二极管组合，该二极管组合的一端与第二支路CAN_L连接，另一端接地。这里所述的该种优选方案，能够有效提高电路中通讯数据传输的稳定性并且能有效消除通讯数据中的静电干扰，保证通讯数据的精确性。

[0038] 更近一步地，图3中所述第一支路和第二支路分别还并接有一个电容，电容的另一端接地。第一支路CAN_H通过电容C2接地，第二支路CAN_L通过电容C4接地，该种设置方案进一步滤除所述通讯数据的干扰信号，进一步保证了数据传输的稳定性和精确性。

[0039] 图3中，第一CAN收发器21引脚CANH及引脚CANL通过信号控制电路的两条支路分别与CAN总线连接，第一CAN收发器还通过引脚TXD与引脚RXD与整车控制器主控单元10电连接，本实施例所述的CAN通讯电路负责整车控制器与车身控制单元、发动机管理单元(混合动力汽车上具有该单元，纯电动汽车则无此单元)、在线诊断单元及变速器控制单元之间的数据传输通讯，即第一CAN收发器21通过信号控制电路CAN总线连接，CAN总线又与车身控制单元、发动机管理单元(混合动力汽车上具有该单元，纯电动汽车则无此单元)、在线诊断单元及变速器控制单元相连接，整车控制器主控单元10通过图3中所示CAN_TXD和CAN_RXD两个引脚控制第一CAN收发器21工作，该收发器在整车控制器主控单元10的控制下负责整车控制器与车身控制单元、发动机管理单元(混合动力汽车上具有该单元)、在线诊断单元及变速器控制单元之间进行数据通讯，并通过信号控制电路对通讯数据进行滤波整流处理。

[0040] 结合图4所示，图4中所示的信号控制电路的结构与图3中信号控制电路的结构相同，该部分的信号控制电路也包括两条支路，第一条支路由电阻R12及电感L3串接而成，第二条支路由电阻R13及电感L4串接而成，而且第一条支路两端分别连接第二CAN收发器22的引脚CANH及CAN总线，第二条支路的两端分别连接第二CAN收发器22的引脚CANL及CAN总线。

[0041] 优选地，根据图3中的信号控制电路的设置方式，以上所述的第一条支路并接有60Ω电阻R16、电容C5及反向二极管组合D5及D6；所述第二条支路并接有60Ω电阻R17、电容C7及反向二极管组合D7及D8。

[0042] 图4中所示实施例的CAN通讯电路负责整车控制器与电机控制单元，电池管理模块单元之间的数据传输通讯，即第二CAN收发器22通过信号控制电路与CAN总线连接，CAN总线又与电机控制单元，电池管理模块单元相连接，整车控制器主控单元10通过图4中所示CAN_TXD和CAN_RXD两个引脚控制第二CAN收发器22工作，该收发器在整车控制器主控单元10的控制下负责整车控制器与电机控制单元，电池管理模块单元之间进行数据通讯，并通过信号控制电路对通讯数据进行滤波整流处理。

[0043] 优选地，所述第二CAN收发器21还设有引脚 及引脚EN，该两个引脚分别与整车控制器主控单元10电连接，所述第二CAN收发器21具有四种不同的工作模式：

[0044] 正常模式：即第二CAN收发器处于正常工作模式，用于CAN通讯，负责整车控制器与附属控制单元40的数据通讯传输，从引脚TXD输入的数字位流被转换成相应的模拟总线信号，同时第二CAN收发器22监控CAN总线，将模拟的总线信号转换成相应的数字位流并在RXD输出。通过控制引脚 及引脚EN同时输入高电平，可控制第二CAN收发器进入该正常模式。

[0045] 只听模式：实现只听的性能。该模式下的第二CAN收发器只允许从CAN总线接收报文，不允许发送报文到CAN总线，第二CAN收发器21在引脚TXD上的数字位流都被忽略，这样，可以防止节点影响CAN总线。通过控制引脚 输入高电平，引脚EN输入低电平就可以控制第二CAN收发器进入只听模式。

[0046] 待机模式：在待机模式下第二CAN收发器22可以达到低功耗。此时第二CAN收发器22的功率消耗比正常模式或只听模式下有明显的下降，在待机模式中第二CAN收发器22不能发送和接收常规的CAN报文，但第二CAN收发器22仍能监控CAN总线上的CAN报文。通过控制引脚 输入和引脚EN输入低电平就可以控制第二CAN收发器进入待机模式。

[0047] 睡眠模式：在睡眠模式下第二CAN收发器22也可以实现低功耗，此模式下的电流消耗与待机模式下是一致的，但是第二CAN收发器22的引脚INH此时处于悬空状态(待机模式下此引脚呈现高电平)，能彻底关断与外部的联系，该模式下的第二CAN收发器22不能发送和接收常规的CAN报文，也不能监控CAN总线上的CAN报文。通过控制引脚 输入低电平，引脚EN输入高电平就可以控制第二CAN收发器进入睡眠模式。

[0048] 进一步地，所述睡眠模式通过进入睡眠命令启动，它主要是用于使第二CAN收发器22进入睡眠模式，在第二CAN收发器22接收到进入睡眠命令时，第二CAN收发器立即被禁能，然后第二CAN收发器22进入睡眠模式。

[0049] 所述第二CAN收发器22还设有引脚WAKE及引脚INH，所述引脚WAKE与引脚INH分别与整车控制器主控单元10连接，所述引脚INH用于当CAN总线上收到唤醒信号时唤醒整车控制器主控单元10，所述WAKE引脚用于整车控制器主控单元10发送唤醒信号唤醒CAN收发器由睡眠模式进入正常模式。其具体工作方式如下：当CAN总线上收到唤醒信号时，所述引脚INH用于发出一个高电平唤醒整车控制器主控单元10，整车控制器主控单元10再反过来给WAKE引脚一个唤醒信号来唤醒CAN收发器由睡眠模式进入正常模式。正常模式下第二CAN收发器22可以通过总线CANH和CANL发送和接收数据，而当整车控制器主控单元和第二CAN收发器22同时处于睡眠模式的时候，如果CAN总线上监听到一个唤醒命令，则在第二CAN收发器22的引脚INH上发出一个高电平信号唤醒整车控制器主控单元10，整车控制器主控单元10再通过引脚WAKE发送唤醒命令给第二CAN收发器22，使得第二CAN收发器22由睡眠模式进入正常模式，此时就能唤醒CAN通信控制器，以此来实现整车控制器与充电机之间的通信。本实施例中所述的这个唤醒功能主要是预留给充电机，对于电动汽车，需要利用CAN唤醒整车控制器用以与充电机做接口给所述电动汽车进行充电。

[0050] 另外，本实施中所述的第三CAN收发器23的结构23与第二CAN收发器的结构22相同，也具有上述实施例中所述的功能及引脚，第三CAN收发器23连接的信号控制电路33与上面所述的与第二CAN收发器22连接的信号控制电路的结构也是相同的，具体元器件的参数设置可根据具体的应用的通讯情形确定。

[0051] 本发明上述的技术方案，首先在稳定性方面，与传统的CAN网络通信结构相比较，能有效提高通信的数据量，使整车控制器与电动汽车上的附属控制单元40之间的通讯更加快速便捷，并且为未来所要增加的功能预留了端口，有效降低了以后开发过程中的升级成本。

[0052] 其次在电路实现上，引进电感消除共模信号干扰，提高了CAN总线上信号传输的稳定性，并且在总线上采用稳压二极管组合，更进一步提高了总线的稳定性。

[0053] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。