FlexRay总线静态段参数优化及其在线控制动中的应用

发布时间：2017-10-09 19:06

  本文关键词：FlexRay总线静态段参数优化及其在线控制动中的应用

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【摘要】：新能源汽车是《中国制造2025》实施纲领的十大重点领域之一,其中,纯电动汽车的发展,使汽车内部电子控制单元数量需求不断增长,同时,人们对汽车驾驶安全性和舒适性的要求也越来越高。过去的主动安全系统主要包括传统液压制动和防抱死制动系统,虽然目前已广泛应用于车辆上,但理论上并未达到最佳制动效果。由线控技术构建的汽车安全性能的电子控制系统,可极大地提高驾驶安全性和可靠性,为纯电动汽车在制动性能上带来根本性变革。基于以上事实,传统车载网络由于带宽不足、通信速率慢、容错性差等问题已不能满足日益苛刻的驾驶要求。FlexRay总线作为近年新兴的车载网络,具有高带宽、高传输速率、双通道冗余容错机制等特点,能够满足线控系统的高可靠性和高实时性要求,具有广阔的应用前景,能为汽车电子技术和纯电动汽车提供更大的发展空间。本文在详细分析FlexRay车载网络协议规范的基础上,首先阐述了网络带宽利用率对车载网络性能的影响,并以最大化网络带宽利用率为目标提出了一种FlexRay总线静态段参数优化模型,该模型能有效提高数据传输速率。通过使用三种参数优化方法对多组信号数目不同、数据长度不同的系统示例在CANoe软件中进行系统仿真对比实验,结果表明该参数优化模型能显著提高带宽利用率。将所提出的静态段参数优化模型应用于线控制动系统,搭建了线控制动系统硬件架构。分析线控制动系统具体功能需求,对系统的静态段参数进行优化配置并在优化的静态段参数基础上设计集群全局参数和节点参数。使用错误模型对优化的线控制动通信系统进行可靠性设计与分析,理论上验证通信系统可靠性。以系统通信集群协议参数为基础设计仿真模型数据库,通过CANoe.FlexRay仿真软件对线控制动系统通信模型进行功能建模和仿真。设计了由五个节点组成的线控制动FlexRay总线硬件控制平台,并对节点ECU软件进行设计,包括锁相环时钟模块配置、协议参数寄存器配置和消息缓存配置等,充分保证通信系统消息收发正确无误。构建了基于FlexRay总线的线控制动系统通信测试平台。五个节点的通信数据由LCD和OLED显示器实时显示,之后将设计好的真实节点通过FlexRay总线硬件接口卡与PC机仿真软件相连,通过半实物和全硬件测试观察通信系统数据帧传输过程中有无错误帧、漏帧等情况。最后使用示波器对通信网络物理波形进行波形完整性分析。测试结果表明,网络系统通信良好,满足最初的设计要求。
【关键词】：FlexRay 线控制动 带宽利用率 静态段 参数优化
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.6;TP273
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 研究背景与意义10-11
• 1.2 FlexRay总线国内外研究现状和发展趋势11-13
• 1.2.1 FlexRay总线国外研究现状和发展趋势11-12
• 1.2.2 FlexRay总线国内研究现状和发展趋势12-13
• 1.3 FlexRay总线在线控系统中的应用13-14
• 1.4 论文主要研究内容与组织结构14-16
• 第2章 FlexRay总线静态段参数优化16-33
• 2.1 FlexRay总线通信协议简介16-24
• 2.1.1 FlexRay节点结构16-17
• 2.1.2 FlexRay电气信号17
• 2.1.3 FlexRay网络拓扑结构17-18
• 2.1.4 FlexRay总线通信协议操作控制18-24
• 2.2 静态段参数优化方法研究24-28
• 2.2.1 网络带宽利用率25
• 2.2.2 静态段参数优化数学模型的设计25-27
• 2.2.3 静态段负载数据长度及时隙长度优化计算27-28
• 2.3 数值实验验证28-32
• 2.3.1 仿真测试软件CANoe简介28-29
• 2.3.2 数值实验验证与结果分析29-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第3章 静态段参数优化模型在线控制动中的应用研究33-43
• 3.1 FlexRay车载网络线控制动系统硬件架构设计33-36
• 3.1.1 线控制动系统介绍33-34
• 3.1.2 基于FlexRay总线的线控制动系统硬件架构设计34-36
• 3.2 线控制动系统通信集群协议参数优化设计36-40
• 3.2.1 线控制动网络通信系统关键参数优化计算36-38
• 3.2.2 线控制动系统通信集群协议参数配置38-40
• 3.3 线控制动网络通信系统可靠性设计与分析40-42
• 3.3.1 可靠性分析简介40
• 3.3.2 错误模型40-41
• 3.3.3 基于错误模型的线控制动系统可靠性设计与分析41-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第4章 基于FlexRay总线的线控制动系统仿真及实现43-60
• 4.1 线控制动系统网络通信仿真模型搭建43-49
• 4.1.1 线控制动系统数据库设计43-46
• 4.1.2 基于FlexRay总线的线控制动系统仿真模型46-47
• 4.1.3 线控制动系统仿真及结果分析47-49
• 4.2 FlexRay总线物理节点简介49-51
• 4.2.1 MC9S12XF512单片机49-50
• 4.2.2 收发器芯片TJA108050-51
• 4.3 FlexRay总线节点软件设计51-58
• 4.3.1 FlexRay锁相环时钟配置52-53
• 4.3.2 FlexRay中断初始化53-54
• 4.3.3 芯片初始化54-55
• 4.3.4 线控制动系统消息发送和接收子程序55-58
• 4.4 本章小结58-60
• 第5章 基于FlexRay总线的线控制动系统通信测试60-69
• 5.1 FlexRay总线系统通信测试60-64
• 5.1.1 FlexRay总线线控制动系统测试平台60-61
• 5.1.2 FlexRay总线系统半实物仿真测试61-63
• 5.1.3 FlexRay总线系统全硬件测试63-64
• 5.2 FlexRay总线系统测试数据结果分析64-68
• 5.2.1 CANoe.FlexRay通信数据分析64-66
• 5.2.2 帧位流的时域波形分析66-68
• 5.3 本章小结68-69
• 结论与展望69-71
• 参考文献71-76
• 致谢76-77
• 附录A （攻读学位期间参与的科研项目）77

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本文编号：1001876