基于CAN总线的电动汽车车灯控制系统研究

论文摘要

车灯控制系统是保证汽车安全行驶的重要系统之一。传统的车灯控制系统多采用继电器进行独立控制,使得车内线束过多且布线复杂,从而造成了严重的电磁干扰,导致系统的可靠性下降。针对上述问题,本文以电动汽车车灯为控制对象,利用德国Vector公司的CANoe网络集成开发环境,设计了基于CAN总线的电动汽车车灯控制系统。该系统利用CAN总线技术取代了传统线束,降低了车灯故障率,延长了车灯的使用寿命。本文针对双轮独立驱动电动汽车的特点,设计了电动汽车总成系统的网络拓扑结构。以SAE J1939协议为参考,制定了适应于双轮独立驱动电动汽车的总成系统的CAN总线通讯协议。论文详细给出了报文优先级、节点源地址、参数组号和协议数据的定义过程。本文设计了一种电动汽车车灯控制网络,该网络主要由3个节点组成,分别为主控节点、前车灯节点和后车灯节点。利用CANoe对该网络进行了建模与仿真,仿真结果验证了设计方案的合理性。本文采用模块化的软、硬件设计思想,对硬件系统的电磁兼容性以及软件的可靠性进行了研究。针对车灯负载的特点,本文采用智能功率开关提高了系统的可靠性。利用CANoe的半物理仿真功能,高效率地完成了主控节点和两个车灯节点的硬件电路的设计以及相应软件的设计,实现了基于CAN总线的车灯控制网络的设计。本文所设计的方案在电动汽车车灯控制系统试验平台上进行了详细的试验调试。利用CANoe对该系统进行测试,测试结果表明,该设计在数据传输波特率达到250Kb/s的情况下,数据传输稳定、准确、可靠。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及选题意义
• 1.2 汽车网络技术综述
• 1.2.1 汽车网络技术的发展历史
• 1.2.2 汽车网络技术的作用
• 1.2.3 汽车网络的拓扑结构
• 1.3 汽车网络的分类及其主流总线
• 1.3.1 LIN总线
• 1.3.2 CAN总线
• 1.3.3 FlexRay总线
• 1.3.4 MOST总线
• 1.4 我国汽车网络及车灯控制系统的发展状况
• 1.5 主要工作
• 第二章 CAN协议技术规范
• 2.1 CAN网络的分层结构
• 2.2 CAN总线的报文及其帧格式
• 2.2.1 CAN总线报文的数据帧
• 2.2.2 CAN总线报文的远程帧
• 2.2.3 CAN总线报文的错误帧
• 2.2.4 CAN总线报文的超载帧
• 2.2.5 CAN总线报文的帧间空隙
• 2.3 CAN总线中的错误处理
• 2.4 位定时要求
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于SAE J1939的电动汽车CAN网络协议设计
• 3.1 SAE J1939协议综述
• 3.2 SAE J1939编码定义规则
• 3.3 双轮独立驱动电动汽车总成系统网络拓扑结构
• 3.4 双轮独立驱动电动汽车总成系统总线通信协议
• 3.4.1 报文优先级（P）的定义
• 3.4.2 节点源地址（SA）的定义
• 3.4.3 参数组号（PGN）的定义
• 3.4.4 协议数据（DATA）的定义
• 3.5 本章小结
• 第四章 车灯控制系统的仿真
• 4.1 系统仿真分析工具CANoe简介
• 4.2 车灯控制系统完全数字仿真
• 4.2.1 需求分析
• 4.2.2 利用CANdb++建立CAN数据库
• 4.2.3 用面板编辑器（Panel）设计控制面板
• 4.2.4 建立系统的仿真拓扑结构
• 4.2.5 使用CAPL语言编写节点程序
• 4.2.6 网络的仿真与调试
• 4.2.7 仿真结果分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 车灯控制系统的硬件设计
• 5.1 车灯控制网络的组成
• 5.2 车灯控制系统的硬件设计
• 5.2.1 MCU模块电路设计
• 5.2.2 CAN通讯模块电路设计
• 5.2.3 电源模块电路设计
• 5.2.4 开关控制模块电路设计
• 5.2.5 功率驱动模块电路设计
• 5.3 电磁兼容性设计
• 5.3.1 电动汽车电磁环境的组成
• 5.3.2 抑制电磁干扰的方法
• 5.4 本章小结
• 第六章 车灯控制系统的软件设计
• 6.1 节点的程序设计
• 6.1.1 节点的初始化
• 6.1.2 节点发送程序
• 6.1.3 节点接收程序
• 6.2 软件可靠性设计
• 6.3 本章小结
• 第七章 车灯控制系统的实现与测试
• 7.1 车灯控制系统半物理网络仿真
• 7.2 车灯控制系统完全物理网络测试
• 第八章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在读硕士期间参加课题和发表论文