FlexRay总线在工程车辆中的应用研究

第8卷第4期

2010年12月中 国 工 程 机 械 学 报CH INESE JOU RNAL OF CON ST RUCT ION M ACH INERY Vol.8No.4 Dec.2010

作者简介:卞永明(1965-),男,教授,工学博士.E -mail:ymbianmail@

FlexRay 总线在工程车辆中的应用研究

卞永明,蒋 佳,徐新明,朱利静,赵芳伟,金 本

(同济大学机械工程学院,上海 201804)

摘要:首先介绍了电气化改装后的全电力驱动装载机的结构及其控制系统,并且描述了改装后装载机的主要技

术指标,接着讨论了F lex Ray 总线在全电力驱动装载机上应用的可行性和主要方案,最后对主控制器结构和分

控制器结构分别给出了对应的设计和控制方案.从而为FlexRay 总线在工程车辆领域的应用提供了一定的理论

和实验方法.

关键词:F lex Ray 总线;电力驱动;工程车辆

中图分类号:T H 243 文献标识码:A 文章编号:1672-5581(2010)04-0495-05

Application research of FlexRay communication

protocol in engineering vehicle

BIAN Yon g -m in g ,JIANG Jia ,XU Xin-m in g ,ZHU Li-jin g ,ZHAO Fan g -w ei ,J IN Ben

(College of Me cha nica l Enginee ring,T ongji University,Sha nghai 201804,China )

Abstract :The s tructure and co ntro l system of full electric driven loader after electrified mo dificatio n are intro -duced firstly.The main technical param eters o f the m odified loader are d escrib ed.The feasib ility o f the application and majo r programm e o f the FlexRay comm unication protoco l in full electric driven loader are d iscussed.Finally,the correspo nd ing d esigning and controlling schemes are given to the main co ntroller and minor co ntro ller,which provid e solid theory and experiment suppo rt for the F lex Ray application in engineering vehicle.

Ke y words :FlexRay;electric drive;engineering vehicle

FlexRay 是戴姆勒克莱斯勒公司的注册商标.2000年Flex Ray 联盟成立,到2009年共有7个核心成员:宝马、博世、戴姆勒、飞思卡尔、通用、恩智浦半导体和大众.Flex Ray 是继CAN 和LIN (Lo cal Inter -connect Netw or k)之后的最新研发成果,可以有效地管理多重安全和舒适功能,譬如,FlexRay 适用于线控操作(X -by -Wire).相对于其他车载通信协议,FlexRay 有更灵活的数据通信方式,更快的数据传输速率,更全面的拓扑选择,更完善的容错机制.因此,Flex Ray 总线已经被广泛应用于各种乘用车辆[1,2]

.

随着线控技术越来越多地应用于车载控制系统,传统的机械液压控制机构已经逐步被替代.目前,线控制动系统、线控转向系统和线控油门控制系统已经被应用于许多厂商的汽车设计中,使汽车操控的性能得以大大提高,发动机的燃油经济型、乘坐舒适性以及驾驶安全性都得到了很大程度的改善.为了适应这个趋势,同时研究FlexRay 总线在全电力驱动工程车辆中的性能,本文主要对Flex Ray 总线在全电力驱动装载机上的工程应用进行了研究.1 全电驱动装载机简介

本文所介绍的全电力驱动装载机是在常林ZL15B 轮式装载机的基础上进行电气化改造的.该装载机动力源由原先的柴油发动机改为3台永磁同步电机,分为前桥和后桥驱动.前桥的2个车轮分别通过减速机构与2个驱动电机连接,后桥通过1个差速器与驱动电机连接.其具体的结构如图1所示.采用减速驱动型电动轮可以简化传动系统,提高传动效率,使整车布置灵活,简化了传统复杂的机械和液压结构,提

中 国 工 程 机 械 学 报第8卷

高了系统的稳定性和可靠性.

原有装载机的机械控制系统全部被电气控制系统所代替,使用1个整车控制器通过CAN总线控制3台电机驱动器.整体结构为:整车控制器是控制系统的主控制器,电子脚踏板作为装载机的加速装置,产生的模拟信号由整车控制器采集,经A/D转换、标定等处理后,通过CAN总线将控制信号发送给永磁同步电机驱动器,驱动车轮运动.同时,电机的转速、扭矩、温度和控制器温度等状态参数也通过CAN总线,发送给带有CAN接口的显示器,实时显示相关参数.具体的控制系统结构如图2所示.

图1 装载机电力驱动轮Fig.1 Electric driven wheels o f

loader

图2 装载机电控系统结构图

Fig.2 Electric control system structure o f lo ader

图3 使用FlexRay总线的装载机控制系统结构框图

Fig.3 C on trol sys tem struc ture o f lo ad er us ing Fle xRay

2 Fle xRay总线在全电驱动装载机中的应用

FlexRay总线是1个为满足未来车载通信系统高可靠性、高速率的要求和线控系统要求的总线通信标准,能够适应任何恶劣的车载环境,为各种车辆的电控系统提供了1个优秀的通信通道.它的最大特点就是在非常高的通信速率的同时,保证了系统非常高的可靠性要求和冗余度要求.该总线还可以对每个节点加装总线监控器来监测节点的运行状态,保证总线的运行状态不受其他错误节点的影响[3].因此,对于工况非常恶劣的全电驱动装载机,Flex Ray总线比

CAN总线更能满足其电控系统对通信总线实时性、可

靠性和高通信速率的要求.

本控制系统选用NXP公司的LPC2294型ARM7

作为整个系统的主控制器,在其外部外扩1个Frees-

calse公司的M FR4310型通信控制器作为FlexRay总

线控制器,在电子脚踏板和3个永磁同步电机控制器

上使用Freescale公司的M C9S12XF512作为控制芯

片.电子脚踏板仍然作为装载机的速度控制装置,其产

生的模拟信号被MC9S12XF512通过A/D模块转化

为数字信号,然后通过Flex Ray总线传送给ARM

(Advanced Reduced Instruction Set Computer M a-

hines)主控制器,ARM主控制器经过数据处理后将动

作指令通过FlexRay总线发送给3个电机控制器节

点,控制电机的启动和停止状态.本系统将2个

FlexRay通道全部启动,1个作为主控通道,1个作为

备用冗余通道.具体的控制系统结构如图3所示.

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