车载FlexRay总线通信机制优化研究

发布时间：2020-11-14 21:33

　　 人们生活水平在不断提高的同时,对汽车的舒适性、安全性以及可靠性寄予了更高的期望。越来越多的车载电子控制单元被配置到车体上以提高车辆性能,满足使用需求。当前车辆数据通信总量较大,其中的安全关键数据帧所占比例不断增加;同时线控系统(X-by-Wire)在车辆上应用的呼声也越来越高,这些都对车载网络的带宽、数据传输实时性和通信可靠性提出了更加严苛的要求。被称为“下一代车载网络”的FlexRay总线以其高带宽、消息传输的确定性、灵活性和高可靠性等优势较好地迎合了当前车载总线的发展需求。当前FlexRay总线已经应用在一些较高级车型的辅助网络系统中,但是尚未在车辆主干网络和线控系统中得到量产化应用。究其原因,除了通信协议较为复杂以外,FlexRay总线的通信机制在应用推广和部分细节方面还需要作出进一步的优化设计:1)FlexRay总线现有的通信机制对于发生传输错误的数据帧采用拒绝接收的处理方式,从而避免数据帧传输错误引发的控制故障,提高容错性;这种处理方式等同于有条件的主动丢帧,无法对传输错误的数据帧进行及时修复,会造成信息缺失,不能满足对容错性和可靠性要求苛刻的线控系统的通信需求;2)当前的FlexRay总线缺少完全适用的网络管理方案,按照AUTOSAR规范针对FlexRay总线提出的网络管理服务框架,节点加入网络或者因故障退出网络会影响其他节点的协同运行。本文主要针对上述FlexRay总线通信机制在进一步应用推广过程中的适用性不足之处进行优化设计:1)提出一种基于动态段传输的快速重传机制(Prompt ReTransmission Mechanism,PRTM),以改善FlexRay机制对于错误静态帧的处理方式,使其在尽可能短的时间内得到重传;2)结合:FlexRay通信协议特点,优化了基于汽车开放系统架构(Automotive Open System Architecture,AUTOSAR)标准的网络管理机制,完善节点加入网络和因故障退出网络的处理方案,进一步提高网络控制系统的可靠性。上述两方面优化设计方案的可行性均在自行搭建的实验系统中得到验证,优化效果较明显,为FlexRay网络面向车载主干网络及线控系统的应用起到了促进作用。
【学位单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U463.67
【部分图文】：

车的辅助网络中已经被采用。??专利申请量在时间和地域上的分布情况在一定程度上反映了?ＦｌｅｘＲａｙ总线的??研究情况。其中，历年ＦｌｅｘＲａｙ总线相关专利申请量情况如图１－１所示??：Ｉ———————．．．．．．．—???—————．．．．—．．．．．．———??量？?／?＼??§?ｚ?－入?／?＼??１０?Ｔ?————————．．．．．广———??５?ｉ?Ｘ??〇?－—＿＿＿＿＿＿＿？?：?：?：?：?＾??：?ｒ－?＇?！??１９９８?１９９９?２０００?２００１?２００２?２００４?２００５?２００６?２００７?２００８?２００９?２０１０?２０１１?２０１２?２０１３?２０１４??年份??图１－１车载ＦｌｅｘＲａｙ总线领域历年专利申请量［１５】??Ｆｉｇｕｒｅｌ－１?Ｐａｔｅｎｔ?ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｆｉｅｌｄ?ｏｆ?Ｉｎ－Ｖｅｈｉｃｌｅ?ＦｌｅｘＲａｙ?ｏｖｅｒ?ｔｈｅ?ｙｅａｒｓ［１５１??２００２年以前，由于汽车行业主要对ＣＡＮ总线进行研究，ＦｌｅｘＲａｙ相关专利几??乎为零；在２００２年至２０１１年期间，ＨｅｘＲａｙ相关专利申请量整体上以一个较快的??速度持续增长，ＦｌｅｘＲａｙ总线技术在社会各界的研宄中不断发展；从２０１１年往后，??年度专利申请量开始下降是因为ＦｌｅｘＲａｙ总线技术规范己经相继制定，技术渐趋成??熟

２．２编码与解码分析??２．２．１数据帧格式分析??ＦｌｅｘＲａｙ数据巾贞分成三个部分：头部段、负载段和尾部段，图２－１所；ｉＦ为ＦｌｅｘＲａｙ??数据帧格式。??保留位＿??净荷指示位??「空帧指示位??同步帧指示位??启动帧指示位??Ｉ＾??帧头ＣＲＣ计算范围??１?１?１?｜ＴＴｌ?１１?７?１１?６?８?８?８?８?８?８?８??｜?ｈｉ?￣￣￣＾［?Ｔ＾ｌ??Ｒ?＾ｉＳ?Ｓ?ＦＩ：ｅ?ＰＬｅｔａｈｄ?ＨＣＲＣｒ?Ｔ?〇Ｔ?Ｔ?？？？？？？?〇７?ＣＲＣ?ＣＲＣ?ＣＲＣ??卜?头部段?５ｂｙｔｅｓ???负载段?〇－２５４ｂｙｔｅｓ?尾部段?３ｂｙｔｅｓ?—？??图２－１?ＦｌｅｘＲａｙ数据巾贞格式??Ｆｉｇｕｒｅ２－１?ＦｌｅｘＲａｙ?ｆｒａｍｅ?ｆｏｒｍａｔ??数据帧头部段主要包括一些指示位和属性位，用于对数据帧功能进行配置，??其中：??１）

ＦｌｅｘＲａｙ总线米用ＮＲＺ?（Ｎｏｎ－ＲｅｔｕｍｔｏＺｅｒｏ，非归零）编码方法。将数据帕各??部分数据按字节进行划分后，添加特定功能的电平单元，最终在物理层形成一系??列非高即低的电平信号进行传输，图２－２所示为ＦｌｅｘＲａｙ总线帧编码格式。??ｎ：Ｉｊｆｎｉ１＇１?ｐ－：：：：ｔｉｒｎ１＾ｒｉｉ＾?ｒ????????－??????，???????????１???＊？?＾?????—?—？?＊?Ｍ?？?ｆ?Ｍ?￣￣—???＾??ＴＳＳ?ＦＳＳ?ＢＳＳ＾?ＢＳＳ：?＾?．?ＦＥＳ；?＾ＤＴＳ??图２－２?ＦｌｅｘＲａｙ总线巾贞编码格式??Ｆｉｇｕｒｅ２－２?Ｆｒａｍｅ?ｅｎｃｏｄｉｎｇ?ｆｏｒｍａｔ?ｉｎ?ｆｌｅｘｒａｙ?中贞编码格式??其中，传输起始序列（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ?Ｓｔａｒｔ?Ｓｅｑｕｅｎｃｅ，ＴＳＳ）由数个连续低电平信??号构成，表示数据巾贞传输的开始；巾贞起始序列（Ｆｒａｍｅ?Ｓｔａｒｔ?Ｓｅｑｕｅｎｃｅ，ＦＳＳ）是由一??个高电平构成，主要是对ＴＳＳ阶段可能出现的量化偏差进行补偿；字节起始序列??（Ｂｙｔｅ?Ｓｔａｒｔ?Ｓｅｑｕｅｎｃｅ，ＢＳＳ）包括一个高电平和一个低电平，用于向接收节点提供??时序信息，数据帧中的数据信号按照字节进行拆分，每个字节在发送时都需要配??置一个ＢＳＳ位于字节开头部分；巾贞结束序列（ＦｒａｍｅＥｎｄＳｅｑｕｅｎｃｅ，ＦＥＳ）包括一个??低电平和一个高电平
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本文编号：2883973