基于CAN总线的车用仪表系统的设计与研究

发布时间：2017-10-18 21:08

  本文关键词：基于CAN总线的车用仪表系统的设计与研究

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【摘要】：在驾驶员与汽车进行信息交互的过程中,汽车仪表作为其重要的接口和显示界面,对汽车的行驶安全起着及其重要的作用。近年来,随着汽车的机械系统结构以及汽车电子技术的不断发展,需要显示在汽车仪表板上的信息量会不断的增多,传统机械指针式的汽车仪表越来越不能满足现有数据量传输的要求,一种基于控制器局域网(CAN)总线的车用仪表控制系统克服了传统仪表的不足,通过编程可实现将汽车内部复杂的参数形象地显示出来,实现硬件的在环仿真与测试。本文在研究了CAN总线技术理论的基础上,通过对汽车仪表的功能需求进行了分析,建立了仪表系统网络结构图,运用Matlab/Simulink平台建立各个节点的算法模型,实现真实仪表系统的控制与测试。同时运用CANoe工具实现汽车虚拟仪表系统的设计。针对真实的CAN网络系统,将其仪表系统进行虚拟化建模,在此基础上把若干真实的节点引入到该虚拟系统中,并通过实验的方法测试验证了该系统设计的可行性。本文的主要工作如下:(1)根据车载网络技术的特点和网络传输方式,结合汽车车身结构的演变、汽车电子技术、汽车仪表系统的国内外发展状况,总结出仪表控制系统未来的发展趋势。对CAN总线传输协议进行深入研究,主要的内容包括了CAN网络的分层结构、组网方式和CAN报文数据帧格式。(2)通过采用经典V型的产品开发流程,根据实验室的硬件控制器,建立仪表控制系统的网络结构图,在最终方案的基础上,对该仪表系统控制方式进行设计。软件设计主要是各ECU节点的控制算法设计,主要包括发动机管理控制系统EMS、整车控制单元VCU和变速箱控制单元TCU。(3)在CANoe的开发环境下,设计了可视化仪表系统的操作界面,并能够实时查看各报文信息的当前值。结合本文设计的真实CAN网络控制系统,运用CANoe硬件VN1610进一步搭建了系统的测试平台,对仪表控制系统的手动控制功能与自动控制功能进行了在线测试。测试的结果表明,该仪表控制系统能够实时反映车辆的工作状况,并且具有较好的移植性,满足设计要求。本文研究的CAN网络仪表控制系统为车用仪表系统的研发提供了良好的范例。
【关键词】：控制器局域网总线 仪表系统 测试与验证 CANoe仿真
【学位授予单位】：上海工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.7;TP273
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 绪论12-21
• 1.1 汽车结构的发展趋势12-14
• 1.2 汽车电子技术的发展14-16
• 1.3 汽车仪表技术发展16-17
• 1.4 课题研究的目的和意义17-18
• 1.5 本文的研究内容与章节安排18-21
• 第二章 CAN总线技术21-25
• 2.1 CAN总线简介21-22
• 2.1.1 CAN总线的概念21
• 2.1.2 CAN总线的特点21-22
• 2.2 CAN总线技术规范22-24
• 2.2.1 CAN的分层结构22-23
• 2.2.2 CAN报文帧类型格式23-24
• 2.3 本章小结24-25
• 第三章 系统的总体方案设计25-33
• 3.1 系统的设计原则25-26
• 3.2 系统的总体结构26-29
• 3.2.1 典型汽车网络拓扑结构26-27
• 3.2.2 总线系统V型开发流程27
• 3.2.3 仪表系统总体结构27-29
• 3.3 系统的开发环境29-32
• 3.3.1 汽车仪表的选用29-31
• 3.3.2 控制器硬件性能参数31-32
• 3.3.3 软件开发环境32
• 3.4 本章小结32-33
• 第四章 仪表系统各节点的控制策略设计33-46
• 4.1 发动机控制单元的算法设计33-38
• 4.1.1 控制算法总体结构33-35
• 4.1.2 电子节气门的PID算法设计35-37
• 4.1.3 基于EMS单元的标定实验37-38
• 4.2 变速箱控制单元算法的设计38-40
• 4.2.1 变速箱控制算法的总体设计39
• 4.2.2 变速箱速度仿真模型的设计39-40
• 4.3 整车控制单元的算法设计40-43
• 4.3.1 整车控制器算法的总体结构40-41
• 4.3.2 自动测试程序的设计41-43
• 4.4 仪表控制系统的测试43-45
• 4.4.1 仪表系统的手动测试过程43-44
• 4.4.2 仪表系统的自动测试过程44-45
• 4.5 本章小结45-46
• 第五章 CANoe仿真平台的建立46-60
• 5.1 系统仿真工具CANoe简介46-47
• 5.2 仪表控制系统仿真模型建立47-54
• 5.2.1 DBC通讯数据库的建立47-48
• 5.2.2 虚拟节点拓扑结构的建立48-50
• 5.2.3 使用CAPL语言编写程序50-53
• 5.2.4 控制面板Panel的创建53-54
• 5.3 仪表系统仿真调试及结果分析54-57
• 5.4 仪表系统的实时在线仿真调试实验57-59
• 5.4.1 仪表系统的在线自动测试实验57-58
• 5.4.2 仪表系统的在线手动测试实验58-59
• 5.5 本章小结59-60
• 第六章 总结与展望60-62
• 6.1 本文工作总结60-61
• 6.2 本文展望61-62
• 参考文献62-65
• 附录65-68
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果68-69
• 致谢69-70

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本文编号：1057147