基于CAN/LIN总线的电动汽车车身网关设计

论文摘要

近年来全球能源危机日益严重,电动汽车凭借其节能、环保、噪音小等优点,正在逐步取代传统燃油汽车。随着现代汽车功能的多元化发展,车内电控单元不断增加,传统的单层CAN总线结构已经不能满足实际需求,多层CAN/LIN混合组网结构成为车身控制网络的主流。网关控制器作为整车控制网络的信息交换中心,其性能对整个网络有着重要影响,是多网络技术的核心。本文研究了传统汽车车身网络控制技术,与新兴电动汽车电子控制网络相结合,设计了一种基于CAN/LIN总线技术的电动汽车中央控制网关。在此基础上以CAN/LIN网关为核心,以SAE对汽车网络的划分为标准,以J1939协议为基础构建了一个包括高速CAN网络、低速CAN网络和LIN网络的电动汽车车身控制网络。该网络由中央控制单元、驱动电机控制单元、液晶显示单元、电池管理单元和车内舒适系统构成,具有结构简单、成本低和稳定性高等特点。介绍网关的基本工作原理和系统结构,提出基于CAN/LIN总线的车身网关功能定义和整体设计方案,针对电动汽车特点制定了基于SAEJ1939的CAN应用层协议。CAN/LIN网关在硬件架构上采用了NXP基于ARM968E-S内核的ARM控制器（LPC2919/01）和CAN接收器（CTM1050T）。CAN节点采用STC89C52系列单片机,完成了电动机控制节点和状态显示节点的电路板制作和程序设计。最后将各节点与网关组合起来,借助硬件节点与仿真软件相结合的方法对整个通信网络的关键性能进行测试分析,在调试过程中对设计中存在的不足进行优化和改善。实验结果表明CAN、LIN节点与网关软硬件工作稳定,实现了网关的报文转发和模拟电动机控制、车身控制台和门锁控制节点的功能,对车身控制中的其他部分有着借鉴意义,为整车控制网络平台和其他功能节点提供了参考模型。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景和目的
• 1.2 汽车网络技术概述
• 1.2.1 汽车网络技术的分类
• 1.2.2 目前国内外研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 CAN/LIN 总线技术
• 2.1 CAN 总线技术
• 2.1.1 CAN 总线的分层结构
• 2.1.2 CAN 的特点
• 2.1.3 CAN 报文传输协议
• 2.2 LIN 总线技术
• 2.2.1 LIN 总线特点
• 2.2.2 LIN 报文传输协议
• 2.3 本章小结
• 第3章 CAN/LIN 网络应用层协议制定
• 3.1 SAEJ1939 协议
• 3.2 SAEJ1939 消息帧格式
• 3.3 基于SAEJ1939 的电动汽车应用层协议制定
• 3.3.1 报文优先级（P）的定义
• 3.3.2 节点源地址（SA）
• 3.3.3 参数组编号（PGN）
• 3.3.4 报文帧格式及类型制定
• 3.4 本章小结
• 第4章 车身CAN/LIN 网关设计
• 4.1 车身CAN/LIN 网络总体构成
• 4.2 CAN/LIN 网关硬件电路的方案设计
• 4.2.1 CAN/LIN 网关控制器选型
• 4.2.2 CAN/LIN 网关硬件电路设计
• 4.3 CAN/LIN 网关软件设计
• 4.3.1 主监控程序
• 4.3.2 接收中断子程
• 4.3.3 数据发送子程序
• 4.3.4 数据处理
• 4.4 本章小结
• 第5章 CAN/LIN 节点设计与系统测试
• 5.1 CAN 节点总体功能
• 5.1.1 CAN 节点硬件电路设计
• 5.1.2 CAN 节点初始化
• 5.1.3 模拟CAN 节点功能设计
• 5.2 LIN 从机节点总体功能
• 5.2.1 LIN 从机节点电路设计
• 5.2.2 模拟LIN 从机节点功能设计
• 5.3 系统功能测试
• 5.3.1 检测系统
• 5.3.2 测试分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢