古茂兢 陳華春

摘 ?要：本文在介紹電動(dòng)大巴車與充電弓充電的過程中，提出了一種無線充電數(shù)據(jù)通訊方案，方案基于CAN轉(zhuǎn)Wi-Fi的方式，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)大巴車的CAN數(shù)據(jù)與充電弓的CAN數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，解決以往用戶需要人力拖拉充電槍，達(dá)到了增強(qiáng)大巴車的充電效率便捷性，提升用戶充電體驗(yàn)的效果。

關(guān)鍵詞：充電弓;新能源大巴;CAN轉(zhuǎn)Wi-Fi技術(shù);充電數(shù)據(jù)無線通信

中圖分類號(hào)：TN929.5 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2019）16-0062-03

Abstract：The article introduces the electric bus charging and bow charging process，this paper proposes a wireless charging data communication scheme，scheme based on CAN turn Wi-Fi way，realizes the electric bus CAN data and charging of bow CAN data networking，to solve the problem that users need to drag charging guns by manpower in the past，it achieves the effect of enhancing the charging efficiency and convenience of buses and enhancing the charging experience of users.

Keywords：charging bow;new energy bus;CAN to Wi-Fi technology;wireless communication with charging data

0 ?引 ?言

近年來，新能源大巴車越來越普及，而新能源大巴車的充電體驗(yàn)就會(huì)越來越重要了?，F(xiàn)有的電動(dòng)大巴充電主要利用雙槍直流快速充電，即充電樁引出兩條充電槍，同時(shí)對(duì)大巴車進(jìn)行充電，如圖1所示。但是該充電模式具體會(huì)有幾個(gè)缺點(diǎn)：（1）充電槍、線重，不便于插拔，影響用戶體驗(yàn);（2）需要拖拉和調(diào)整充電樁槍頭，充電過程繁瑣。由于這種充電模式過于繁瑣、人工化嚴(yán)重，于是充電弓的方案就由此產(chǎn)生。

充電弓的出現(xiàn)，主要目的就是解決現(xiàn)有的雙充電槍在對(duì)大巴車充電時(shí)，由于需要拖拉充電槍線而導(dǎo)致的充電用戶任務(wù)重、體驗(yàn)差的問題，增強(qiáng)大巴車的便捷性，提高大巴充電效率，提升用戶體驗(yàn)。并且可以通過Wi-Fi方案，實(shí)現(xiàn)大巴車與充電弓數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)，達(dá)到控制充電弓下降，進(jìn)行接觸式充電的效果。

1 ?實(shí)現(xiàn)充電弓無線通信方案原理

1.1 ?充電弓的工作原理

充電弓主要包括充電機(jī)電源模塊、控制模塊以及第一無線傳輸模塊，大巴車主要包括BMS（電池管理系統(tǒng)）以及第二無線傳輸模塊。與傳統(tǒng)充電樁充電的相同點(diǎn)在于，兩者都是通過充電機(jī)與BMS之間的充電握手配置等階段完成充電過程，而不同點(diǎn)在于，充電弓的第一無線通訊模塊與大巴車的第二無線通訊模塊可以配對(duì)進(jìn)行無線通訊，完成充電配置，使充電弓下降并進(jìn)行接觸式充電，不需要進(jìn)行人工插拔干預(yù)等繁瑣過程，如圖2所示。

電動(dòng)汽車傳感器多用CAN總線，因此CAN總線傳輸?shù)男盘?hào)與工業(yè)以太網(wǎng)信號(hào)不兼容，為了將電動(dòng)汽車內(nèi)傳輸?shù)男盘?hào)與充電弓的信號(hào)進(jìn)行Wi-Fi通信，可用CAN轉(zhuǎn)Wi-Fi模塊使兩者建立無線通信橋梁，實(shí)現(xiàn)充電配對(duì)的建立，增強(qiáng)大巴車充電的便捷性，提高大巴車充電效率，提升用戶充電體驗(yàn)。

1.2 ?充電弓實(shí)現(xiàn)Wi-Fi通信框架

在電動(dòng)大巴的充電過程中，充電弓與電動(dòng)大巴的通信主要利用CAN轉(zhuǎn)Wi-Fi模塊。

ZLG致遠(yuǎn)電子的CANWiFi-200T是一款高性能工業(yè)級(jí)Wi-Fi與CAN-bus的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換設(shè)備，它內(nèi)部集成了2路CAN-bus接口、1路以太網(wǎng)接口以及1路Wi-Fi接口，自帶成熟的TCP/IP協(xié)議，用戶利用它可以輕松完成CAN-bus網(wǎng)絡(luò)和Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通，進(jìn)一步拓展CAN-bus網(wǎng)絡(luò)范圍。

在每個(gè)充電弓上配置一個(gè)CANWiFi作為AP熱點(diǎn)，每個(gè)充電站場中所有充電弓的AP熱點(diǎn)名稱以及密碼都不一樣，將充電弓獨(dú)立在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)里面。當(dāng)車需要充電時(shí)，將車停在空閑的充電弓下方，大巴車根據(jù)選擇的充電弓的Wi-Fi名稱和密碼，將大巴車上的CANWiFi（作為Station終端）里面的Wi-Fi名稱和密碼修改為充電弓的Wi-Fi名稱和密碼，如圖3所示。這個(gè)時(shí)候就可實(shí)現(xiàn)大巴車與充電弓的Wi-Fi連接，即可實(shí)現(xiàn)充電數(shù)據(jù)無線傳輸。在充電過程中，用戶可通過駕駛艙中的屏幕實(shí)時(shí)查看電池容量、電壓、電流等參數(shù)，并可對(duì)充電故障實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證充電安全。

2 ?充電系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)方案分析

Wi-Fi通訊只將物理通道連通，CANWiFi-200T里面使用的TCP/IP協(xié)議進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)。其中使用的最多的是傳輸控制協(xié)議和用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議這兩種方式。而針對(duì)這兩種方式哪種更適合充電弓和新能源大巴車，下面通過分析這兩種方式的原理去對(duì)比效果。

2.1 ?傳輸控制協(xié)議

傳輸控制協(xié)議（TCP，Transmission Control Protocol）是面向連接的協(xié)議，其主要內(nèi)容是，在正常數(shù)據(jù)通訊的前提下，就需要跟對(duì)應(yīng)的主機(jī)建立可靠的連接，一個(gè)TCP連接必須經(jīng)過三次握手，才能建立正常通訊的鏈路。通過完成這三次握手，兩個(gè)主機(jī)就可以正常地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。斷開TCP連接要進(jìn)行四次握手。

通過以上分析，TCP使用面向連接的通信方式，為了提高數(shù)據(jù)通信的可靠性，額外在通訊有效數(shù)據(jù)之外添加了一套復(fù)雜的驗(yàn)證流程，從而加大了網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載和系統(tǒng)的開銷，降低了通訊的效率。

2.2 ?用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議

用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（UDP，User Data Protocol）是一個(gè)非連接的協(xié)議，傳輸數(shù)據(jù)之前源端和終端不需要建立連接，當(dāng)源端需要進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，就直接抓取來自應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)，并以最快的速度將該數(shù)據(jù)上傳到網(wǎng)絡(luò)。

UDP吞吐量不受擁擠控制算法的調(diào)節(jié)，只受應(yīng)用軟件生成數(shù)據(jù)的速率、傳輸帶寬、源端和終端主機(jī)性能的限制。UDP在使用過程中盡最大努力交付，但發(fā)送端的鏈路層不保證可靠交付，因此發(fā)送主機(jī)不需要維持復(fù)雜的鏈接狀態(tài)表（表中有許多參數(shù)）。因此，UDP一般適用于實(shí)時(shí)性高的場合。

2.3 ?網(wǎng)絡(luò)方案結(jié)論

該套系統(tǒng)是基于國標(biāo)協(xié)議的通訊系統(tǒng)，對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性要求比較高（國標(biāo)協(xié)議的物理層推薦使用的是有線的CAN線纜，并沒有考慮到在中間環(huán)節(jié)加入相對(duì)不穩(wěn)定的無線物理連接）。具體體現(xiàn)在當(dāng)前系統(tǒng)通訊過程中通訊雙方中的任意一方在發(fā)出數(shù)據(jù)后5s內(nèi)未收到對(duì)方的應(yīng)用應(yīng)答數(shù)據(jù)，即判斷為整個(gè)流程失?。词?s后通訊恢復(fù)，也無法按正常流程繼續(xù)進(jìn)行）。結(jié)合實(shí)際情況，使用UDP方案更符合這個(gè)項(xiàng)目的實(shí)際需求。

3 ?充電弓無線通訊的方案實(shí)現(xiàn)

根據(jù)以上的分析，該套系統(tǒng)中CANWiFi-200T實(shí)現(xiàn)的功能為將充電弓與電動(dòng)大巴車的CAN報(bào)文通過Wi-Fi方式進(jìn)行交互通訊。

將某一個(gè)充電弓站點(diǎn)的充電弓里面的CANWiFi-200T設(shè)置為AP（熱點(diǎn)），同一個(gè)充電弓的站點(diǎn)AP名稱和密碼都不一樣，實(shí)現(xiàn)每個(gè)弓都在自己獨(dú)立Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)里。電動(dòng)大巴車設(shè)置為Station（終端），當(dāng)車停在某個(gè)充電弓下準(zhǔn)備充電時(shí)，大巴車的系統(tǒng)通過CAN口發(fā)送某些特定報(bào)文去修改CANWiFi-200T中的Wi-Fi名稱和密碼，使其與該充電弓一致。Wi-Fi配對(duì)成功之后，說明該Wi-Fi鏈路已經(jīng)建立成功了。

Wi-Fi鏈路成功，即該電動(dòng)大巴車與充電弓的物理鏈接通道已經(jīng)建立完成。傳輸數(shù)據(jù)，還是要根據(jù)TCP/IP協(xié)議進(jìn)行的。根據(jù)上文的分析，建議使用UDP方式。使每個(gè)充電弓的CANWiFi-200T的IP地址和本地端口，以及目標(biāo)IP和目標(biāo)端口（電動(dòng)大巴車的IP地址和本地端口）一致;每個(gè)電動(dòng)大巴車的IP地址和本地端口，以及目標(biāo)IP和目標(biāo)端口（充電弓的IP地址和本地端口）一致。UDP的配對(duì)成功之后，電動(dòng)大巴車和充電弓之間就可以實(shí)現(xiàn)報(bào)文傳輸。

由于報(bào)文能夠進(jìn)行交互的前提是網(wǎng)絡(luò)鏈路的建立已經(jīng)完成，因此，通過電動(dòng)大巴車與充電弓CAN握手交互報(bào)文，可以判斷該網(wǎng)絡(luò)是否完成建立。

4 ?結(jié) ?論

由于新能源公交車的應(yīng)用越來越廣泛，用戶和生產(chǎn)商對(duì)充電方式以及充電體驗(yàn)會(huì)越來越重視。本文提出了充電弓與新能源大巴車通過Wi-Fi方式將CAN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)互聯(lián)的技術(shù)架構(gòu)以及實(shí)現(xiàn)原理，通過該方案實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化充電，改善用戶的充電體驗(yàn)。同時(shí)也可以通過將CAN報(bào)文鏈接云的方式，實(shí)時(shí)監(jiān)控汽車所在位置以及車輛狀況（電池余量），并監(jiān)控充電弓空閑狀態(tài)，使司機(jī)能夠更加快速地找到充電位置。

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作者簡介：古茂兢（1990-），男，漢族，廣東茂名人，技術(shù)支持工程師，本科，研究方向：嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì);陳華春（1989-），男，漢族，廣西玉林人，技術(shù)支持工程師，本科，研究方向：嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)。