电动汽车CAN网络系统的设计与实现

发布时间：2017-04-27 01:10

  本文关键词：电动汽车CAN网络系统的设计与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着国内汽车拥有量快速、持续地增加,汽车给人们生活带来了一些不利的影响,例如大城市里经常出现交通堵塞,以及汽车尾气造成的空气污染。另外,近年来由于全世界范围内汽车工业发展和汽车消费需求的增长,对能源的需求也在不断上升。汽车制造商们一直在寻求一种基于新能源的动力系统,要求这样的能源不造成空气污染,且易于寻找。电动汽车逐渐发展起来,成为一个新的趋势。相比传统汽车,电动汽车更加清洁,而且电能易于补充。然而,相比传统汽车,电动汽车拥有更多更复杂的电子电器系统,譬如更多的电子传感器、电子控制单元、执行器等,各零部件、系统之间关联性更强,数据交换和协调控制机制愈加复杂,对实时性和可靠性提出了较高的要求;同时,由于电动车完全依靠电池驱动,对能量消耗极为敏感,需要高效率的能耗管理机制。因此,研究如何提高电动汽车控制系统的通讯性能和电池能耗管理是一项非常紧迫的任务。本文研究了传统汽车上各系统之间进行信息交互以及能耗管理上的缺陷,提出了一种基于CAN总线的汽车分布式车用网络。该网络系统充分利用总线技术的高速率和实时性,在双绞线上传递大量的电气参数信息和控制信息,避免在不同的电子电器系统之间分别架设复杂的电气线路,极大地减少了电子电器系统的线束、线缆连接,直接导致整车重量大幅降低,从而使得油耗也相应变小。并且,利用网络系统的智能化、自动化工作模式切换功能,将当前没有工作需求的电气系统及时关闭,切断能源消耗源,大幅减少整车能耗,提高了电动车续航里程。同时,该网络系统还提供高可靠性,支持对常见线路故障的容错机制。当出现低等级故障时,整车网络通讯不受任何影响,可保持正常通讯。当出现高等级故障时,出故障的电气系统自动脱离网络,不影响网络上的其他电气系统的正常通讯。本文根据电动汽车总线网络系统的功能目标,提出了一种基于CAN总线的分布式架构,并着重分析了汽车在不同电源模式下网络管理的需求和通讯应用层需求,为系统详细设计指明了方向。在提出系统相关需求后,简明介绍了为实现系统功能的对应硬件电路设计,其中包括MCU的外围通讯接口电路设计、通讯控制收发器型号选等。完成硬件设计后,系统详细介绍系统软件的设计与实现,按照软件分层结构化设计的原则和方针,重点对软件网络管理模块和应用层模块进行了详细的设计。其中,网络管理用于协调通讯的唤醒与睡眠。应用层模块用于通讯报文数据收发。通讯控制模块用于通讯初始化设置、通讯报文的发送和接收等。在系统设计实现之后,对系统进行了测试验证。试验表明,本文提出的电动汽车CAN网络系统实现了分布式控制系统的高效、可靠数据通讯和协同控制,并且实现了网络管理的机制,很好的改善了以往电动汽车设计中的通讯控制问题和能量消耗问题。
【关键词】：车用网络 唤醒睡眠 通讯应用层
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-21
• 1.1 研究背景12-15
• 1.1.1 电动汽车发展的重大机遇12-13
• 1.1.2 电动汽车CAN网络研究的背景13-15
• 1.2 车用网络技术的起因和发展15-18
• 1.2.1 车用网络技术的起因15
• 1.2.2 车用网络技术的发展15-18
• 1.3 CAN总线在汽车上的应用现状18-20
• 1.3.1 CAN总线在传统汽车上的应用18-19
• 1.3.2 CAN总线在电动汽车上的应用19-20
• 1.4 本文的研究工作与论文结构20-21
• 第二章 CAN网络系统开发关键技术21-32
• 2.1 CAN总线原理21-27
• 2.1.1 CAN总线的基本概念21
• 2.1.2 CAN总线的性能特点21-22
• 2.1.3 CAN总线的分层结构22-24
• 2.1.4 CAN总线的报文传送和帧定义24-27
• 2.1.5 CAN总线网络负载率27
• 2.2 CAN总线的主要元器件27-28
• 2.3 CAN网络系统拓扑结构28-29
• 2.4 CAN网络管理策略29-30
• 2.5 CAN通讯应用层30-31
• 2.6 本章小结31-32
• 第三章 电动汽车CAN网络系统的需求分析32-38
• 3.1 系统目标32
• 3.2 系统需求分析32-37
• 3.2.1 网络拓扑需求32-33
• 3.2.2 网络性能需求33-34
• 3.2.3 网络管理需求34-35
• 3.2.4 网络应用层需求35-37
• 3.3 本章小结37-38
• 第四章 电动汽车CAN网络系统的硬件和软件设计38-57
• 4.1 系统硬件设计38-43
• 4.1.1 网络拓扑结构设计38-41
• 4.1.2 网络节点的硬件设计41-42
• 4.1.3 硬件设计小结42-43
• 4.2 系统软件设计43-57
• 4.2.1 系统软件总体设计43-44
• 4.2.2 网络管理的设计44-50
• 4.2.3 应用层的设计50-55
• 4.2.4 软件设计小结55-57
• 第五章 电动汽车CAN网络系统的实现和测试验证57-78
• 5.1 软件开发和运行环境57-58
• 5.1.1 开发方式57
• 5.1.2 开发环境57
• 5.1.3 编程语言57-58
• 5.2 网络管理的实现58-64
• 5.2.1 代码文件结构58-59
• 5.2.2 数据结构59-61
• 5.2.3 功能函数实现61-64
• 5.3 通讯应用层的实现64-73
• 5.3.1 代码文件结构64
• 5.3.2 数据结构64-65
• 5.3.3 模块函数实现65-73
• 5.4 系统的测试验证73-77
• 5.4.1 搭建测试环境73-75
• 5.4.2 执行网络系统测试75-77
• 5.5 本章小节77-78
• 第六章 总结与展望78-80
• 6.1 工作总结78-79
• 6.2 后续研究工作展望79-80
• 致谢80-81
• 参考文献81-83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 李忠利;宋艳芳;郭志军;杨茵;;基于CAN总线的车身电器控制系统网络实验台设计[J];电子设计工程;2010年05期

2 刘新亮,张建武,陈兆能;汽车控制器局域网络技术及应用[J];汽车工程;1998年02期

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本文编号：329615