基于CAN总线的纯电动汽车整车控制器节点的设计与研究

发布时间：2020-05-23 00:53

【摘要】：随着人们生活水平的不断提高,汽车已经成为了人们最主要的交通工具,但同时也带来了能源消耗以及环境污染等一系列的问题,而纯电动汽车作为解决能源及环境问题的重要方向越来越受到重视。纯电动汽车大多数控制单元之间是通过CAN总线实现通信的,而整车控制器作为电动汽车整车控制系统的枢纽,其消息能否进行及时有效的传递、处理将直接影响到整车控制系统的性能。因此,有必要对整车控制器CAN通信节点进行深入研究,从而保证整车控制器中的消息能够及时、有效的发送。本文以纯电动汽车整车控制器为研究对象,对CAN总线调度算法进行研究分析并将其应用于整车控制器节点的消息调度,另外还对整车控制器应用程序在线更新方式进行了深入研究,利用更为有效的方式实现了整车控制器应用程序的在线更新。本文主要内容为:(1)分析了CAN总线的通信机制以及消息调度策略,结合静态调度算法和动态调度算法,设计了一种混合调度算法,利用指数分区的方式对消息截止期进行分区编码,通过分级调度在保证高优先级消息传输实时性的基础上减少了低优先级消息的时延;利用Simulink/Truetime工具箱建立了控制系统网络调度模型,仿真实验结果表明:混合调度算法能够降低消息的延时,提高控制系统的实时性。(2)对整车控制器在线更新引导程序CAN Bootloader进行了设计,在程序中采用了EEPROM标志位判断的方式,避免了外接开关方式导致的密封性差以及延时等待方式导致的实时性差等问题,并加入了错误检测机制,对整车控制器在线更新过程中出现的错误进行及时检测、定位。(3)对整车控制器节点的通信框架以及通信协议进行了设计,并进行了可调度性分析;设计了该节点CAN通信硬件,并将混合调度算法应用于整车控制器节点通信软件设计中;搭建通信测试实验平台,利用CAN Bootloader对整车控制器应用程序进行在线更新,并利用电池管理系统主控板节点和整车控制器节点进行通信实验,实验表明:CAN Bootloader能够对整车控制器应用程序进行快速、有效的更新,基于混合调度算法的整车控制器节点能正常完成通信,从而验证了混合调度算法在整车控制器节点上应用的可行性。
【图文】：

关系图,位速率,总线传输,关系图

通过相应的 CAN 总线接口来与现场总线进行连接的，虽然 CAN 总线具有较高的通信速率，随着传输距离的增加其速率也受到一定的限制。CAN 总线节点间的最大传输速度与节点间的传输距离之间的关系如图 2.2 所示。图 2.2 CAN 总线传输速度与位速率关系图由图 2.2 可知，CAN 总线的传输速率与 CAN 总线节点间的距离存在着一定的线性关系。随着传输距离的增大，CAN 总线的传输速率会变得越来越慢，当超过一定距离的时候，CAN 总线的传输速率会立刻降低到 0。当节点间的传输距离在 40m 范围内时，CAN 总线的传输速率将会达到最大 1M/s，受总线自身因素的制约，当再减小传输距离，传输速率将维持在 1M/s 左右。CAN2.0 技术规范分为 CAN2.0A 和 CAN2.0B 两部分。CAN2.0A 传输的消息帧长度为 11 位标识符

关系图,消息帧,总线

图 2.2 CAN 总线传输速度与位速率关系图由图 2.2 可知，CAN 总线的传输速率与 CAN 总线节点间的距离存在着一线性关系。随着传输距离的增大，CAN 总线的传输速率会变得越来越慢，当一定距离的时候，CAN 总线的传输速率会立刻降低到 0。当节点间的传输距 40m 范围内时，CAN 总线的传输速率将会达到最大 1M/s，受总线自身因素约，当再减小传输距离，传输速率将维持在 1M/s 左右。CAN2.0 技术规范分为 CAN2.0A 和 CAN2.0B 两部分。CAN2.0A 传输的消长度为 11 位标识符，称为标准帧格式；CAN2.0B 传输的消息帧长度为 29 位符，称为扩展帧。CAN 总线中是通过一个标识符扩展位来对消息进行标识的标准帧格式中为显性电平，，在扩展帧中为隐形电平[27]。帧结构如图 2.3 所示
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U469.72

【参考文献】