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混合动力电动汽车车载网络CANopen协议及其应用研究

2020-12-08阅读(418)

混合动力电动汽车车载网络CANopen协议及其应用研究

论文摘要

燃油汽车对石油消耗和环境污染日益严重的今天,融合了内燃机汽车和电动汽车优点的混合动力电动汽车（Hybrid Electric Vehicles,HEV）,是解决排污和能源问题最具现实意义的途径之一。另外,汽车内部电子控制器件的不断增加使网络化的汽车整体控制成为当前汽车电子产业的主要发展方向之一。CAN（Controller Area Network）总线由于其低成本、高可靠性、高抗干扰能力和高实时性等特点,成为汽车内部控制网络的主要载体。作为CAN总线的应用层协议之一,CANopen具有高度的灵活性和可配置性,成为电动汽车和混合动力汽车控制网络的首选标准协议。本课题的研究目的就是设计并实现混合动力电动汽车的CANopen协议。本文首先概要介绍了车载总线网络的发展,对CAN总线以及CANopen高层协议进行了分析;以串联式混合动力电动汽车（SHEV）为对象,对其驱动系统结构进行了分析,构建了基本的CANopen网络框架。其次在基于eCos嵌入式实时操作系统的PowerPC处理器硬件平台上,设计实现了串联式混合动力电动汽车动力总成控制器的CANopen从节点协议栈,其中对象字典的构建采用主索引定位,子索引确定对象的思想设计,提高了搜索效率,加快了对象字典的读写速度。然后在CANopen协议中引入了网络动态调度算法-最早时限优先级调度算法（Earliest Deadline First,EDF）,实现了CANopen协议与高级调度算法的有效结合。实验结果表明,该方法提高了网络带宽利用率和整个网络信息的实时性,降低了网络负载。最后,给出了基于CANoe环境的CANopen网络系统开发与测试的方法,并对建立的CANopen从站进行了一致性和实时性测试。测试结果表明,本文所设计的CANopen从站协议栈基本符合CANopen应用层协议标准（CiA DS301）;并且从站的数据更新率达到2kHz,满足混合动力汽车车载网络对实时性的要求。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 目录
  • 第1章 绪论
  • 1.1 课题的研究背景
  • 1.1.1 车载总线的发展
  • 1.1.2 CAN总线应用现状
  • 1.1.3 CANopen协议的发展及研究现状
  • 1.1.4 分布式控制网络中动态调度算法
  • 1.2 课题的任务及意义
  • 1.3 论文结构
  • 第2章 CANopen协议分析及HEV网络框架
  • 2.1 CANopen协议介绍
  • 2.1.1 CAN总线协议概述
  • 2.1.2 CANopen应用层协议
  • 2.2 混合动力电动汽车体系结构
  • 2.2.1 混合动力电动汽车分类
  • 2.2.2 串联式HEV动力系统结构
  • 2.2.3 串联式混合动力汽车动力系统构成
  • 2.3 CANopen网络框架及通信参数
  • 2.3.1 串联式HEV控制系统结构
  • 2.3.2 混合电动汽车控制网络通讯参数
  • 2.4 本章小结
  • 第3章 CANopen从站的设计与实现
  • 3.1 硬件平台
  • 3.2 基于MPC565 的eCos移植
  • 3.2.1 eCos开发环境建立
  • 3.2.2 eCos引导程序的移植
  • 3.2.3 eCos的配置和安装
  • 3.3 CANopen从站总体框图
  • 3.4 CANopen协议驱动层
  • 3.5 CANopen协议栈的实现
  • 3.5.1 数据类型定义
  • 3.5.2 协议相关的基本定义
  • 3.5.3 状态机和网络管理
  • 3.5.4 对象字典建立
  • 3.5.5 SDO通讯对象
  • 3.5.6 PDO通讯对象
  • 3.5.7 节点状态的维护
  • 3.5.8 其他通讯对象
  • 3.6 HEV动力总成控制器协议
  • 3.7 CANopen从站功能测试
  • 3.8 本章小结
  • 第4章 EDF算法在HEV控制网络中的应用研究
  • 4.1 CAN总线仲裁机制
  • 4.2 EDF调度算法介绍
  • 4.3 改进的EDF算法
  • 4.4 EDF调度算法与CANopen协议的结合
  • 4.4.1 CANopen网络消息模型
  • 4.4.2 PDO报文标识符分配
  • 4.4.3 EDF调度算法实现
  • 4.4.4 EDF算法在混合动力汽车CANopen网络中的应用
  • 4.4.5 EDF调度算法测试
  • 4.5 本章小结
  • 第5章 CANopen网络系统的开发与测试
  • 5.1 CANoe开发工具介绍
  • 5.1.1 利用CANoe开发CANopen网络系统的方法
  • 5.1.2 CANoe仿真测试的意义
  • 5.2 CANopen从站的一致性测试
  • 5.2.1 从站协议级测试
  • 5.2.2 通信级测试
  • 5.3 利用CANoe工具测试CANopen从站的实时性
  • 5.4 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 附录
  • 攻读硕士学位期间所发表的学术论文
  • 致谢

    • 相关论文文献

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