一种用于地铁车辆制动系统的CAN通信方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于地铁车辆制动系统的CAN通信方法及装置，其中装置包括双路CAN总线、若干个电制动通信单元和与电制动通信单元数量相同的驱动电路单元；方法为：从所有电制动通信单元中，取其中1个作为主节点电制动通信单元，其余均作为从节点电制动通信单元；主节点电制动通信单元，在主控周期内按顺序将所有轮询帧发送给所有从节点电制动通信单元；从节点电制动通信单元在接收到针对自身的轮询帧后，将与轮询帧相应的状态帧反馈给主节点电制动通信单元。本发明专利技术装置和方法，有效降低了CAN总线的占用率和通信负荷，从而增强了通信可靠性和地铁制动安全性。

A CAN Communication Method and Device for Metro Vehicle Braking System

The invention discloses a CAN communication method and device for braking system of Metro vehicles, which includes a dual CAN bus, several electric braking communication units and driving circuit units with the same number of electric braking communication units. The main node electro-braking communication unit transmits all polling frames to all slave nodes electro-braking communication units in sequence in the main control cycle; after receiving polling frames for itself from the slave node electro-braking communication unit, the corresponding state frames of polling frames are fed back to the main node electro-braking communication unit. The device and method of the invention effectively reduces the occupancy rate and communication load of the CAN bus, thereby enhancing the communication reliability and the braking safety of the subway.

【技术实现步骤摘要】
一种用于地铁车辆制动系统的CAN通信方法及装置
本专利技术属于CAN通信领域，具体涉及一种用于地铁车辆制动系统的CAN通信方法及装置。
技术介绍
随着铁路机车的日开数逐步增加，保障机车安全运行是重中之重的任务之一。虽然传统CAN总线通信装置可以实现基本的节点通信功能，但其设计过程中并没有考虑到实际地铁车辆制动节点之间的高通信负载率，也不能保证通信装置在机车这种强电磁干扰环境下依然能够正常工作。传统变换器也有保护措施，但其设计过程中并没有考虑到地铁制动系统通信节点的负荷要求，采用的是主动式通信方式，即各节点每隔一个通信周期(如20ms)主动将自身信息发送至CAN总线，其中主节点接收5个从节点的全部状态信息，5个从节点接收主节点的控制信息，这种通信方式的总线占用率较高，无法避免通信装置在各类突发情况(例如网络通塞、负荷过载)下的数据丢包和总线错误现象，这给地铁安全运行留下了隐患。由于地铁制动系统在车辆运行时需实时保证CAN通信装置各部分工作稳定可靠，确保各个通信节点畅通，实时同步制动信息，因此有必要提出一种用于地铁车辆制动系统的可降低通信负载率的CAN通信装置及方法。
技术实现思路
为降低地铁电制动系统的节点通信负载率，提高CAN通信稳定性，本专利技术提供一种用于地铁车辆制动系统的CAN通信方法及装置。为实现上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种用于地铁车辆制动系统的CAN通信方法，包括：从所有电制动通信单元中，取其中1个作为主节点电制动通信单元，其余均作为从节点电制动通信单元；主节点电制动通信单元，在主控周期内按顺序将所有轮询帧发送给所有从节点电制动通信单元；其中，每个轮询帧均相应针对各自的从节点电制动通信单元；从节点电制动通信单元在接收到针对自已的轮询帧后，将与轮询帧相应的状态帧反馈给主节点电制动通信单元。在该CAN通信方法中，每个从节点电制动通信单元，仅在接收到针对自己的轮询帧时，回复相应的状态帧，若接收的轮询帧不是针对自已时不作回应，避免了从节点电制动通信单元接收到任何轮询帧都要经CAN总线同时回复自身状态帧，而是有一定时间差，有效降低了CAN总线的占用率和通信负荷。进一步地，每个从节点电制动通信单元包括若干个不同的状态帧；从节点电制动通信单元根据每个状态帧的重要程度和时序要求，对状态帧的反馈周期进行设置，且按状态帧的反馈周期将状态帧反馈给主节点电制动通信单元。从节点电制动通信单元的反馈周期可以根据实不用状态帧的重要程度和时序要求进行设置，而不是主动式的固定最小周期，避免从节点电制动通信单元主动式地以固定最小周期频繁向CAN总线反馈状态帧，进一步降低CAN总线占用率和通信负载。进一步地，反馈周期tj的取值为16ms、32ms、64ms或128ms。进一步地，从所有从节点电制动通信单元中，取其中1个作为备用主节点电制动通信单元；当所有从节点电制动通信单元在预设时长内未接收到当前的主节点电制动通信单元的轮询帧时，备用主节点电制动通信单元替换当前的主节点电制动通信单元，作为新的主节点电制动通信单元。该方案通过选取从节点电制动通信单元作为备用切换，替代主节点电制动通信单元的硬件冗余功能提高了组网通信装置的可靠性，避免了主节点意外故障导致的整个网络瘫痪。进一步地，所述主控周期为20ms，所述预设时长为1s。本专利技术还提供一种用于地铁车辆制动系统的CAN通信装置，包括双路CAN总线、若干个电制动通信单元和与电制动通信单元数量相同的驱动电路单元；每个驱动电路单元分别与对应的1个电制动通信单元连接，且均与双路CAN总线连接。进一步地，所述驱动电路单元包括隔离电路、CAN控制器和浪涌保护电路，所述电制动通信单元包括通信节点微控制器；所述隔离电路的两侧分别与通信节点微控制器和CAN控制器连接，所述CAN控制器还经所述流涌保护电路与所述双路CAN总线连接。在驱动电路单元设置隔离电路可实现高压电气隔离，浪涌保护电路可实现浪涌电流保护、电磁干扰防护等功能。进一步地，所述地铁车辆制动系统采用电控空气制动系统。进一步地，所述隔离电路包括第一光耦合器U19、第二光耦合器立U22、电阻R40、电阻R41、电阻R44、电容C41、电容C42、电容C44、电容C46，所述CAN控制器包括CAN总线接口芯片，所述浪涌保护电路包括保护电感芯片U21、电阻R42、电阻R43、电阻R45、电容C43、双路CAN总线保护芯片D4；所述第一光耦合器U19的输出端与通信节点微控制器的接收端口连接，还通过上拉电阻R40接电源VCC，还通过电容C41接系统地；第一光耦合器U19的直流电源端接电源VCC，还通过电容C42接系统地；第一光耦合器U19的接地端接系统地，第一光耦合器U19的正极端Anode接电源+5VB3，负极端Cathode与CAN控制器的接收端连接；所述第二光耦合器U22的输出端与CAN控制器的发送端连接，还通过上拉电阻R44接电源+5VB3，还通过电容C46接CAN地GNDB3；第二光耦合器U22的直流电源端接电源+5VB3，还通过电容C44接CAN地GNDB3；第二光耦合器U22的直流地端接CAN地GNDB3，第二光耦合器U22的正极端Anode接电源VCC，3脚负极端Cathode与通信节点微控制器的发送端连接；所述CAN控制器的直流电源端VCC接电源+5VB3，直流地端GND接CAN地GNDB3；所述保护电感芯片U21包括电感L1和电感L2；电感L1和电感L2的一端分别接CAN控制器的CANL端和CANH端；电感L1和电感L2的另一端分别与双路CAN总线保护芯片D4的端口PIN1和PIN2连接，还分别通过电阻R42和电阻R43均与电容C43连接，电容C43的另一端接CAN地GNDB3；电阻R45接CAN控制器的电阻端RS，双路CAN总线保护芯片D4的端口PIN3接CAN地GNDB3。所述第一光耦合器U19和第二光耦合器U22的型号为6N137，所述CAN控制器的型号为82C250，所述双路CAN总线保护芯片D4的型号为NUP2105，所述保护电感芯片U21的型号为AT45B。型号为6N137光耦合器能提供DC2500V电器隔离，型号为NUP2105的双路CAN总线保护芯片能提供ESD保护和总线错误保护。有益效果本专利技术的相对于现有技术的有益效果为：1，每个从节点电制动通信单元，仅在接收到针对自己的轮询帧时，回复相应的状态帧，若接收的轮询帧不是针对自已时不作回应，避免了从节点电制动通信单元接收到任何轮询帧都要经CAN总线同时回复自身状态帧，而是有一定时间差，有效降低了CAN总线的占用率和通信负荷，从而增强了通信可靠性和地铁制动安全性。2，从节点电制动通信单元的反馈周期可以根据实不用状态帧的重要程度和时序要求进行设置，而不是主动式的固定最小周期，避免从节点电制动通信单元主动式地以固定最小周期频繁向CAN总线反馈状态帧，进一步降低CAN总线占用率和通信负载。3，通过选取从节点电制动通信单元作为备用切换，替代主节点电制动通信单元的硬件冗余功能提高了组网通信装置的可靠性，避免了主节点意外故障导致的整个网络瘫痪。4，隔离电路可实现高压电气隔离，浪涌保护电路可实现浪涌电流保护、电磁干扰防护等功能，而且，双路CAN总线可避免在单路故障时另一路C本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于地铁车辆制动系统的CAN通信方法，其特征在于，包括：从所有电制动通信单元中，取其中任意1个作为主节点电制动通信单元，其余均作为从节点电制动通信单元；主节点电制动通信单元，在主控周期内按顺序将所有轮询帧发送给所有从节点电制动通信单元；其中，每个轮询帧均相应针对各自的从节点电制动通信单元；从节点电制动通信单元在接收到针对自已的轮询帧后，将与轮询帧相应的状态帧反馈给主节点电制动通信单元。

【技术特征摘要】
1.一种用于地铁车辆制动系统的CAN通信方法，其特征在于，包括：从所有电制动通信单元中，取其中任意1个作为主节点电制动通信单元，其余均作为从节点电制动通信单元；主节点电制动通信单元，在主控周期内按顺序将所有轮询帧发送给所有从节点电制动通信单元；其中，每个轮询帧均相应针对各自的从节点电制动通信单元；从节点电制动通信单元在接收到针对自已的轮询帧后，将与轮询帧相应的状态帧反馈给主节点电制动通信单元。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每个从节点电制动通信单元包括若干个不同的状态帧；从节点电制动通信单元根据每个状态帧的重要程度和时序要求，对状态帧的反馈周期进行设置，且按状态帧的反馈周期将状态帧反馈给主节点电制动通信单元。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，反馈周期tj的取值为16ms、32ms、64ms或128ms。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从所有从节点电制动通信单元中，取其中任意1个作为备用主节点电制动通信单元；当所有从节点电制动通信单元在预设时长内未接收到当前的主节点电制动通信单元的轮询帧时，备用主节点电制动通信单元替换当前的主节点电制动通信单元，作为新的主节点电制动通信单元。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述主控周期为20ms，所述预设时长为1s。6.一种应用权利要求1-5任一所述方法的CAN通信装置，其特征在于，包括双路CAN总线、若干个电制动通信单元和与电制动通信单元数量相同的驱动电路单元；每个驱动电路单元分别与对应的1个电制动通信单元连接，且每个驱动电路单元均与双路CAN总线连接。7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述驱动电路单元包括隔离电路、CAN控制器和浪涌保护电路，所述电制动通信单元包括通信节点微控制器；所述隔离电路的两侧分别与通信节点微控制器和CAN控制器连接，所述CAN控制器还经所述流涌保护电路与所述双路CAN总线连接。8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述地铁车辆制动系统采用电控空气制动系统。9.根据权利要求6所述的装置，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄志武，蒋富，张晓勇，武悦，陈彬，刘伟荣，杨迎泽，彭军，李恒，张瑞，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43