轿车信息集中控制系统的关键技术研究

论文题目: 轿车信息集中控制系统的关键技术研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 机械设计及理论

作者: 金海松

导师: 李刚炎

关键词: 轿车信息集中控制系统,控制规则,实时性,可靠性

文献来源: 武汉理工大学

发表年度: 2005

论文摘要: 现代轿车电子控制单元多为相互独立的系统,各单元间又往往存在着关联性和时序性的控制需求。如何对这些电子控制系统实施有效、有序和安全方便的集中控制,综合利用它们的信息己成为将电子技术应用于轿车上和轿车技术发展迫切需要解决的理论和应用问题。 本文以多个项目为支撑,特别是在法国洛林国家信息及其应用研究实验室(LORIA:Laboratoire Lorrain de Recherche en Informatique et ses Applications)实验室的技术支持下,针对轿车电子控制系统存在的问题,立足于提高轿车整体性能,基于将轿车中各种独立的功能系统关联信息集中传递和控制的思路,采用当前先进的车载网络,研究轿车信息集中控制系统(CICCS:Car InformationCentral Control System)及其主要关键技术。 在研究CICCS定义、特征和构建准则的基础上,构建CICCS的总体结构和节点结构,通过比较分析,确定了CICCS结构中的网关模型。 提出了CICCS的控制方法——基于规则和分级递阶的控制方法。对于带有轿车信息集中控制器的CICCS两种方法都可以采用;而对于在网关中没有集成轿车信息集中控制功能的系统,只能采用分级递阶控制方法。 在对轿车行驶外控因素进行分类分析的基础上,对交通环境进行了分类,建立了CICCS控制规则的层次结构;在对制动过程进行合理的分解后,研究了轿车直线行驶和坡路行驶时的安全制动距离:提出了轿车撞车、火灾事件的控制规则;以环型交叉路口和非环型交叉路口为例,研究了轿车转向的控制规则,从而说明了CICCS控制规则的产生过程与主要方法。 在对CICCS实时性分析的基础上,结合Bosch公司开发的供不同等级网络通信用的通用工作负荷特性表,设计了若干状态下CICCS需要传递的信息;分别采用RM算法和DM算法分配信息优先级,依此计算出系统的worst-case响应时间,并进行了对比分析。结果显示,当高速CAN(ControllerArea Network)上的速率达到500Kbit/s,低速CAN上的速率达到100 Kbit/s时,不论是采用RM(Rate Monotonic)算法还是采用DM(Deadline Monotonic)算法,所有的信息都能满足其截止期要求。 采用分布式实时系统的可靠性技术分析了CICCS的故障类别和可靠性要求,提出了CICCS的可靠性体系,得出了CICCS的可靠度计算公式。 选用Kvaser Navigator作为CICCS性能分析仿真平台,面向事例,对CICCS进行了实时性和可靠性仿真。其结果验证了CICCS的可行性、实时性和可靠性。对比了下坡行驶时驾驶员和CICCS制动的安全制动距离。计算结果显示,在同等条件下,采用CICCS制动能明显改善轿车的制动情况。

论文目录:

摘要

Abstract

目录

第1章 概述

1.1 轿车功能控制系统和轿车信息集中控制系统

1.2 课题研究的目的和意义

1.3 课题的国内外研究现状

1.3.1 汽车电子控制系统的研究现状

1.3.2 车载网络的研究现状

1.3.3 轿车信息集中控制系统的研究现状

1.4 本文的课题支撑和主要工作

第2章 轿车信息集中控制系统的结构

2.1 轿车信息集中控制系统概述

2.2 轿车信息集中控制系统的主要特征和构建准则

2.3 CICCS的网络平台——控制器局域网络(CAN)

2.4 基于CAN的CICCS结构

2.4.1 CICCS的结构模式

2.4.2 基于CAN的CICCS总体结构

2.4.3 基于CAN的CICCS中节点结构

2.4.4 基于CAN的CICCS网关结构

2.5 本章小结

第3章 轿车信息集中控制系统的控制方法

3.1 基于规则的轿车信息集中控制系统控制方法

3.1.1 基于规则的系统

3.1.2 基于规则的轿车信息集中控制系统控制方法

3.2 轿车信息集中控制系统分级递阶控制方法

3.2.1 分级递阶智能控制系统

3.2.2 轿车信息集中控制系统分级递阶控制模型

3.2.3 轿车信息集中控制系统分级递阶控制模型控制方法

3.3 本章小结

第4章 轿车信息集中控制系统的若干控制规则

4.1 轿车行驶的外控因素分析

4.1.1 道路交通的影响因素

4.1.2 交通环境的分类

4.2 轿车信息集中控制系统控制规则的层次结构

4.3 若干状态下轿车的安全制动规则

4.3.1 制动过程的分解

4.3.2 直线行驶时的安全制动距离

4.3.3 坡道行驶时的安全制动距离

4.4 轿车撞车、火灾事件的控制规则

4.5 轿车转向行驶状态的控制规则

4.5.1 车辆实现正常转向的条件

4.5.2 轿车转向全过程的分解

4.5.3 转向准备阶段的控制规则

4.5.4 转向起始阶段的控制规则

4.5.5 匀速转向阶段的控制规则

4.5.6 转向回正阶段的控制规则

4.5.7 转向结束阶段的控制规则

4.6 城市交叉路口轿车转向的控制规则

4.6.1 非环型交叉路口轿车转向的控制规则

4.6.2 环型交叉路口转向事件的控制规则

4.7 本章小结

第5章 轿车信息集中控制系统的实时性

5.1 轿车信息集中控制系统的实时性概述

5.1.1 实时系统

5.1.2 实时应用中任务的特征

5.2 轿车信息集中控制系统的实时性分析

5.2.1 轿车功能控制系统的实时性分析

5.2.2 轿车信息集中控制系统的网络实时性分析

5.3 本章小结

第6章 轿车信息集中控制系统的可靠性

6.1 轿车信息集中控制系统可靠性研究的理论基础

6.1.1 轿车信息集中控制系统的可靠性定义

6.1.2 系统可靠性函数

6.2 轿车信息集中控制系统的可靠性体系

6.2.1 系统的损害和可靠性方法

6.2.2 系统的可靠性参数特性

6.2.3 系统的可靠性要求分类模型

6.3 轿车信息集中控制系统的可靠性研究

6.3.1 轿车信息集中控制系统中的故障类别和可靠性问题

6.3.2 轿车信息集中控制系统的可靠性计算

6.3.3 轿车信息集中控制系统的保密性

6.4 本章小结

第7章 轿车信息集中控制系统的面向事例的性能分析

7.1 轿车信息集中控制系统的性能仿真平台

7.1.1 主窗口

7.1.2 程序编辑器

7.1.3 数据库编辑器

7.2 轿车信息集中控制系统面向事例的实时性仿真

7.3 轿车信息集中控制系统面向事例的可靠性仿真

7.4 下坡行驶时驾驶员和CICCS制动的安全制动距离对比

7.4.1 驾驶员控制下坡行驶时的安全制动距离

7.4.2 下坡行驶时CICCS制动的安全制动距离

7.5 本章小结

第8章 全文总结与展望

8.1 全文总结

8.2 研究展望

参考文献

致谢

附录一

附录二

附录三

附录四

附录五

附录六

附录七

攻读学位期间发表的论文

发布时间: 2005-10-11

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