古茂兢 陈华春
摘 要：本文在介绍电动大巴车与充电弓充电的过程中，提出了一种无线充电数据通讯方案，方案基于CAN转Wi-Fi的方式，实现电动大巴车的CAN数据与充电弓的CAN数据进行联网，解决以往用户需要人力拖拉充电枪，达到了增强大巴车的充电效率便捷性，提升用户充电体验的效果。
关键词：充电弓;新能源大巴;CAN转Wi-Fi技术;充电数据无线通信
中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：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
近年来，新能源大巴车越来越普及，而新能源大巴车的充电体验就会越来越重要了。现有的电动大巴充电主要利用双枪直流快速充电，即充电桩引出两条充电枪，同时对大巴车进行充电，如图1所示。但是该充电模式具体会有几个缺点：（1）充电枪、线重，不便于插拔，影响用户体验;（2）需要拖拉和调整充电桩枪头，充电过程繁琐。由于这种充电模式过于繁琐、人工化严重，于是充电弓的方案就由此产生。
充电弓的出现，主要目的就是解决现有的双充电枪在对大巴车充电时，由于需要拖拉充电枪线而导致的充电用户任务重、体验差的问题，增强大巴车的便捷性，提高大巴充电效率，提升用户体验。并且可以通过Wi-Fi方案，实现大巴车与充电弓数据联网，达到控制充电弓下降，进行接触式充电的效果。
1 实现充电弓无线通信方案原理
1.1 充电弓的工作原理
充电弓主要包括充电机电源模块、控制模块以及第一无线传输模块，大巴车主要包括BMS（电池管理系统）以及第二无线传输模块。与传统充电桩充电的相同点在于，两者都是通过充电机与BMS之间的充电握手配置等阶段完成充电过程，而不同点在于，充电弓的第一无线通讯模块与大巴车的第二无线通讯模块可以配对进行无线通讯，完成充电配置，使充电弓下降并进行接触式充电，不需要进行人工插拔干预等繁琐过程，如图2所示。
电动汽车传感器多用CAN总线，因此CAN总线传输的信号与工业以太网信号不兼容，为了将电动汽车内传输的信号与充电弓的信号进行Wi-Fi通信，可用CAN转Wi-Fi模块使两者建立无线通信桥梁，实现充电配对的建立，增强大巴车充电的便捷性，提高大巴车充电效率，提升用户充电体验。
1.2 充电弓实现Wi-Fi通信框架
在电动大巴的充电过程中，充电弓与电动大巴的通信主要利用CAN转Wi-Fi模块。
ZLG致远电子的CANWiFi-200T是一款高性能工业级Wi-Fi与CAN-bus的数据转换设备，它内部集成了2路CAN-bus接口、1路以太网接口以及1路Wi-Fi接口，自带成熟的TCP/IP协议，用户利用它可以轻松完成CAN-bus网络和Wi-Fi网络的互联互通，进一步拓展CAN-bus网络范围。
在每个充电弓上配置一个CANWiFi作为AP热点，每个充电站场中所有充电弓的AP热点名称以及密码都不一样，将充电弓独立在一个网络里面。当车需要充电时，将车停在空闲的充电弓下方，大巴车根据选择的充电弓的Wi-Fi名称和密码，将大巴车上的CANWiFi（作为Station终端）里面的Wi-Fi名称和密码修改为充电弓的Wi-Fi名称和密码，如图3所示。这个时候就可实现大巴车与充电弓的Wi-Fi连接，即可实现充电数据无线传输。在充电过程中，用户可通过驾驶舱中的屏幕实时查看电池容量、电压、电流等参数，并可对充电故障实时监控，保证充电安全。
2 充电系统无线网络方案分析
Wi-Fi通讯只将物理通道连通，CANWiFi-200T里面使用的TCP/IP协议进行传输数据。其中使用的最多的是传输控制协议和用户数据报协议这两种方式。而针对这两种方式哪种更适合充电弓和新能源大巴车，下面通过分析这两种方式的原理去对比效果。
2.1 传输控制协议
传输控制协议（TCP，Transmission Control Protocol）是面向连接的协议，其主要内容是，在正常数据通讯的前提下，就需要跟对应的主机建立可靠的连接，一个TCP连接必须经过三次握手，才能建立正常通讯的链路。通过完成这三次握手，两个主机就可以正常地进行数据传输。断开TCP连接要进行四次握手。
通过以上分析，TCP使用面向连接的通信方式，为了提高数据通信的可靠性，额外在通讯有效数据之外添加了一套复杂的验证流程，从而加大了网络的负载和系统的开销，降低了通讯的效率。
2.2 用户数据报协议
用户数据报协议（UDP，User Data Protocol）是一个非连接的协议，传输数据之前源端和终端不需要建立连接，当源端需要进行数据传输时，就直接抓取来自应用程序的数据，并以最快的速度将该数据上传到网络。
UDP吞吐量不受拥挤控制算法的调节，只受应用软件生成数据的速率、传输带宽、源端和终端主机性能的限制。UDP在使用过程中尽最大努力交付，但发送端的链路层不保证可靠交付，因此发送主机不需要维持复杂的链接状态表（表中有许多参数）。因此，UDP一般适用于实时性高的场合。
2.3 网络方案结论
该套系统是基于国标协议的通讯系统，对数据实时性要求比较高（国标协议的物理层推荐使用的是有线的CAN线缆，并没有考虑到在中间环节加入相对不稳定的无线物理连接）。具体体现在当前系统通讯过程中通讯双方中的任意一方在发出数据后5s内未收到对方的应用应答数据，即判断为整个流程失败（即使5s后通讯恢复，也无法按正常流程继续进行）。结合实际情况，使用UDP方案更符合这个项目的实际需求。
3 充电弓无线通讯的方案实现
根据以上的分析，该套系统中CANWiFi-200T实现的功能为将充电弓与电动大巴车的CAN报文通过Wi-Fi方式进行交互通讯。
将某一个充电弓站点的充电弓里面的CANWiFi-200T设置为AP（热点），同一个充电弓的站点AP名称和密码都不一样，实现每个弓都在自己独立Wi-Fi网络里。电动大巴车设置为Station（终端），当车停在某个充电弓下准备充电时，大巴车的系统通过CAN口发送某些特定报文去修改CANWiFi-200T中的Wi-Fi名称和密码，使其与该充电弓一致。Wi-Fi配对成功之后，说明该Wi-Fi链路已经建立成功了。
Wi-Fi链路成功，即该电动大巴车与充电弓的物理链接通道已经建立完成。传输数据，还是要根据TCP/IP协议进行的。根据上文的分析，建议使用UDP方式。使每个充电弓的CANWiFi-200T的IP地址和本地端口，以及目标IP和目标端口（电动大巴车的IP地址和本地端口）一致;每个电动大巴车的IP地址和本地端口，以及目标IP和目标端口（充电弓的IP地址和本地端口）一致。UDP的配对成功之后，电动大巴车和充电弓之间就可以实现报文传输。
由于报文能够进行交互的前提是网络链路的建立已经完成，因此，通过电动大巴车与充电弓CAN握手交互报文，可以判断该网络是否完成建立。
4 结 论
由于新能源公交车的应用越来越广泛，用户和生产商对充电方式以及充电体验会越来越重视。本文提出了充电弓与新能源大巴车通过Wi-Fi方式将CAN网络数据互联的技术架构以及实现原理，通过该方案实现自动化充电，改善用户的充电体验。同时也可以通过将CAN报文链接云的方式，实时监控汽车所在位置以及车辆状况（电池余量），并监控充电弓空闲状态，使司机能够更加快速地找到充电位置。
参考文献：
[1] 周立功.项目驱动——CAN-bus现场总线基础教程 [M].北京：北京航空航天大学出版社，2012.
[2] 兰少华，杨余旺，吕建勇.TCP/IP网络协议 [M].北京：清华大出版社，2006.
[3] 邬宽明.CAN总线原理和应用系统设计 [M].北京：北京航空航天大学出版社，2002.
作者简介：古茂兢（1990-），男，汉族，广东茂名人，技术支持工程师，本科，研究方向：嵌入式系统设计;陈华春（1989-），男，汉族，广西玉林人，技术支持工程师，本科，研究方向：嵌入式系统设计。
