新能源汽车电控系统通信协议与故障管理的实现

发布时间：2017-08-15 13:02

  本文关键词：新能源汽车电控系统通信协议与故障管理的实现

  更多相关文章： 新能源汽车 CAN SAE J1939 故障管理 多核单片机

【摘要】：新能源汽车的发展是推动传统汽车产业战略转型和建设资源节约型、环境友好型社会的重要举措。与传统汽车相比,新能源汽车的电控系统更加复杂,且关联性更强,因此对数据通信的实时性要求更高。CAN总线以其高通信速率、抗干扰等性能为电控系统提供了统一的信息传输通道。但是CAN协议只定义了物理层和数据链路层,并没有定义所交换数据的物理意义。若要建立完整的通信系统,各个电控系统需要遵循统一的参数定义标准来实现数据的通信和解析,因此本文采用SAE J1939通信协议为传输的数据制定统一标准。为了降低通信协议设计与移植的复杂性,提高新能源汽车电控系统开发的效率,本文对SAE J1939通信协议进行了研究与设计。同时,本文对故障信息的管理系统进行了研究,从而减小故障漏判与误判的概率,提高故障系统的可靠性。首先,本文对SAE J1939通信协议标准进行了简要的介绍,并以协议栈的形式实现SAE J1939通信协议。协议栈包括了硬件抽象层、数据链路层、传输层、网络管理层、应用层及诊断。其中硬件抽象层是直接调用硬件系统的CAN模块驱动,这便于SAE J939通信协议栈在不同硬件系统的移植。其次,将设计的SAE J1939通信协议以软件中间件的形式移植于本文设计的上位机测量系统和基于多核单片机F28M35设计的快速原型电子控制单元(RP-ECU)中。其中上位机测量系统还包括监测界面、数据库和CAN驱动模块。RP-ECU中基于F28M35的CAN模块设计了CAN接口的硬件电路和驱动程序。再次,对基于多核单片机的故障信息管理系统进行了研究。故障信息的管理包括控制核与通信核之间的通信机制、故障信息的确认、故障路径的管理、故障存储区的设计以及故障信息的通信。最后,根据新能源汽车具体应用实例搭建了系统测试平台,并基于该平台对SAE J1939通信协议和故障信息管理系统进行了测试。测试结果表明:本文设计的SAE J1939通信协议能够实现数据的实时稳定传输,故障信息管理系统可以对故障信息进行合理的管理。
【关键词】：新能源汽车 CAN SAE J1939 故障管理 多核单片机
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.7;U463.6
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第一章 绪论12-21
• 1.1 研究背景及意义12-14
• 1.1.1 课题的研究背景12-13
• 1.1.2 课题的研究意义13-14
• 1.2 国内外研究现状14-17
• 1.2.1 汽车通信网络的国内外研究现状14-16
• 1.2.2 SAE J1939通信协议的国内外研究现状16-17
• 1.2.3 故障管理的国内外研究现状17
• 1.3 本文的主要内容和创新点17-20
• 1.3.1 本文的主要研究内容17-19
• 1.3.2 本文的创新点19-20
• 1.4 本文的结构安排20-21
• 第二章 通信协议的介绍21-35
• 2.1 CAN总线协议的介绍21-23
• 2.1.1 CAN总线的工作原理21
• 2.1.2 CAN总线的特点21-22
• 2.1.3 CAN协议的数据帧结构22-23
• 2.2 SAE J1939通信协议的介绍23-34
• 2.2.1 SAE J1939通信协议的数据单元24-26
• 2.2.1.1 协议数据单元PDU24-25
• 2.2.1.2 J1939报文25-26
• 2.2.1.3 J1939消息26
• 2.2.2 SAE J1939通信协议的分层结构26-30
• 2.2.2.1 物理层26
• 2.2.2.2 数据链路层26-27
• 2.2.2.3 网络层27
• 2.2.2.4 网络管理层27-29
• 2.2.2.5 应用层29-30
• 2.2.2.6 应用层诊断30
• 2.2.3 SAE J1939多包传输机制30-32
• 2.2.4 通信数据的定义与解析32-34
• 2.3 本章小结34-35
• 第三章 SAE J1939通信协议的实现35-52
• 3.1 SAE J1939通信协议的总体设计35-36
• 3.2 SAE J1939通信协议栈的实现36-51
• 3.2.1 硬件抽象层（HAL）36-37
• 3.2.1.1 数据单元的实现36-37
• 3.2.1.2 接口函数的实现37
• 3.2.2 数据链路层（DL）37-39
• 3.2.2.1 数据单元的实现38
• 3.2.2.2 接口函数的实现38-39
• 3.2.3 传输层（TL）39-46
• 3.2.3.1 数据单元的实现39-41
• 3.2.3.2 接口函数的实现41-46
• 3.2.4 网络管理层（NML）46-50
• 3.2.4.1 数据单元的实现47
• 3.2.4.2 接口函数的实现47-50
• 3.2.5 应用层（AL）50-51
• 3.2.5.1 数据单元的实现50
• 3.2.5.2 接口函数的实现50-51
• 3.3 本章小结51-52
• 第四章 SAE J1939协议软件中间件的集成52-66
• 4.1 SAE J1939协议软件中间件在测量系统中的集成52-58
• 4.1.1 上位机测量系统的需求概述52-53
• 4.1.1.1 实现目标53
• 4.1.1.2 开发环境的选择53
• 4.1.2 上位机测量系统的界面设计53-54
• 4.1.3 上位机测量系统的数据库设计54-56
• 4.1.3.1 创建数据库55-56
• 4.1.3.2 数据库的操作56
• 4.1.4 上位机测量系统的CAN底层驱动56-58
• 4.1.5 J1939协议在上位机测量系统的集成58
• 4.2 SAE J1939协议软件中间件在RP-ECU中的集成58-65
• 4.2.1 RP-ECU的硬件结构59-62
• 4.2.1.1 MCU的简介60-61
• 4.2.1.2 CAN模块的硬件电路61-62
• 4.2.2 RP-ECU的CAN驱动程序的实现62-63
• 4.2.3 SAE J1939协议在RP-ECU中的集成63-65
• 4.3 本章小结65-66
• 第五章 故障管理系统的设计66-82
• 5.1 故障管理系统的总体设计66-67
• 5.2 处理器内部通信67-69
• 5.3 故障信息的管理69-79
• 5.3.1 故障信息的确认70-77
• 5.3.1.1 故障路径70-71
• 5.3.1.2 故障的去抖动方式71-74
• 5.3.1.3 故障路径的管理74-77
• 5.3.2 故障存储区的设计77-79
• 5.4 故障信息的通信79-81
• 5.4.1 数据单元的实现79-80
• 5.4.2 接口函数的实现80-81
• 5.5 本章小结81-82
• 第六章 系统测试与分析82-92
• 6.1 新能源汽车电控系统RP-ECU的应用实例82-83
• 6.1.1 电池管理系统的实现82-83
• 6.2 系统测试平台的搭建83-85
• 6.3 SAE J1939通信协议的测试85-90
• 6.3.1 SAE J1939协议通信功能的黑盒测试85-88
• 6.3.1.1 地址管理功能的测试85-87
• 6.3.1.2 数据解析功能的测试87-88
• 6.3.2 SAE J1939通信功能的白盒测试88-90
• 6.4 故障管理系统的测试90-91
• 6.4.1 故障管理功能的测试90-91
• 6.5 本章小结91-92
• 结论与展望92-94
• 本文工作总结92-93
• 未来工作展望93-94
• 参考文献94-98
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果98-99
• 致谢99-100
• 附件100

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