[发明专利]多功能电动汽车CAN总线车载设备模拟器

说明书

技术领域

本发明属于汽车电子领域，具体涉及多功能电动汽车CAN总线车载设备模拟器。

背景技术

电动汽车是汽车发展的一个重要方向，它与内燃机汽车最大不同在于用电动机代替了内燃机，因而需要大容量动力电池和相应充电设备。由于大容量动力电池工作特点和成本高等因素，需要专用的电池管理系统(Battery Management System,BMS)对其进行管理。另一方面，电动汽车是通过几种通信系统相互联接的网络化设备，CAN总线在汽车网络中处于核心地位，车载充电机和BMS都属于CAN总线节点设备。

为了完成车载充电机和BMS等CAN总线节点的开发，目前技术人员一般采用通用CAN总线分析仪，并借助配套的PC机应用软件完成，CAN总线分析仪只提供一个数据转换的通道，PC机应用软件一般没有模拟车载设备的功能，需要用户进行单个CAN总线数据包的编写和发送，非常不方便，而且很难做到CAN总线信号的实时响应。一些大型汽车总线设备模拟器虽然功能较多和实时性较好，但价格非常昂贵，固定安装在试验室，不能携带，而且主要针对内燃机汽车的电控单元(Electronic Control Unit,ECU)，不含电动汽车的车载充电机和BMS设备的模拟。

本发明针对现有技术的不足和电动汽车车载设备模拟的新需求，提出一种硬件成本较低、实时性好、模拟设备的参数可配置和便于携带的车载设备模拟器，并兼有一般CAN总线分析仪和转换器的功能。

发明内容

为了方便广大汽车电子工程师开发电动汽车CAN总线车载设备，要求本发明装置是多功能和方便携带，既有CAN总线设备信号模拟功能，又有一般CAN总线分析仪和转换器的监测和Pass-Through(透明传输)功能；既要求实时性好，又要功耗低和方便携带，还要求固件能升级，以便适合更多的车载设备CAN信号模拟，是一种多功能电动汽车CAN总线车载设备模拟器(以下简称模拟器)。

要实现上述目标，必须应用先进的微处理器技术、电源技术和软件模拟技术来提高性价比、缩小体积和降低功耗，采用的技术方案如下：

一种多功能电动汽车CAN总线车载设备模拟器，其包括USB接口电路、非隔离DC-DC开关电源、单片机及其外围电路、隔离DC-DC开关电源、存储和显示电路、2路CAN总线接口电路。所述单片机分别与USB接口电路、非隔离DC-DC开关电源、存储和显示电路、2路CAN总线接口电路连接；所述USB接口电路分别与非隔离DC-DC开关电源、隔离DC-DC开关电源连接；所述USB接口电路用于获取工作电源并实现与PC机的通信连接；所述隔离DC-DC开关电源与2路CAN总线接口电路连接，为2路CAN总线接口电路供电；所述非隔离DC-DC开关电源为该模拟器除2路CAN总线接口电路以外的其余电路供电。

进一步地，所述单片机主要用于运行车载充电机的设备模型和BMS的设备模型；所述车载充电机的设备模型和BMS的设备模型由模型输入源、模型参数、模型数据结构、模型算法和模型输出宿组成。模型输入源、模型参数和模型输出宿通过PC机来配置，并保存在存储电路中；模型算法按照设置的采样周期来运行，从模型输入源获得数据，按照设备模型对应的方程和模型参数进行计算后，从模型输出宿输出结果，设备模型在CAN总线的输入和输出按照SAE J1939标准数据包进行传输。

进一步优化地，所述单片机针对片上USB外设和片上CAN外设的收发数据中断线程设置外部缓冲区，构成二级缓冲区结构，使片上USB外设和片上CAN外设硬件、内部缓冲区、中断线程、外部缓冲区、主线程形成串联的两级生产者-消费者模型结构，单片机外设和CPU能并行工作。

进一步优化地，车载充电机的设备模型的模型算法采用受控电压源+RC电路模型，该电路模型包含开路电压源、第一内阻、第二内阻、输出电容、输出电压和输出电流。当BMS通过CAN总线告知车载充电机输出所需的充电电压或者充电电流后，车载充电机的模型算法通过调节开路电压，计算出输出电压和输出电流，并告知BMS。

进一步优化地，BMS的设备模型的模型算法采用二阶RC电路模型，该电路模型包含并联电容、并联电阻、串联电容、串联电阻、端电压和端电流。BMS的设备模型算法通过计算得到端电压和端电流随着充电或者放电过程的实时变化。