车用动力主干网FlexRay数据结构及编解码过程研究

摘要

动力主干网通信网技术是先进发动机控制领域的热点课题。未来汽车的动力总成将使用更多的传感器、传动装置及电控单元。它们发出的信息、控制命令以及相关要求越来越繁多和苛刻,目前的使用的CAN网络己难以完全满足这些要求,因此需要开发更强大的网络通信协议。本文基于为下一代车内网设计的FlexRay协议,在国内外专家学者的研究基础上,利用数字通信传输技术,结合计算机语言,通过对与该协议相关领域的分析研究,开发了FlexRay动力系主干通信仿真系统。它以发动机转速采集为应用背景,包括控制参数获取、数据采集、标准通信帧生成、信息码元校验、实际发送位流编码添加和接收位流解码等软件模块组成,重点研究如何实现协议详细数据结构及通信控制,为我国自主开发下一代车内网控制系统的目标迈出第一步,在理论研究和工程开发上都有较大意义。 本研究前两章分析车内网的重要性,FlexRay技术的研究现状,结合动力机械电控,讲述了本课题的研究意义,并综合先进发动机控制、车内网通信和信息编码与传送理论,根据FlexRay的特点及内部机制设计了形成协议数据结构和实现通信编、解码功能的解决方案,并通过实验台架采集发动机运转参数作为FlexRay的通信负载,实现FlexRay动力系主干网的功能。第四章详细分析该网络基本通信单元-FlexRay标准帧的格式,研究由标准帧生成信道上最终通信位流的编解码原理。对动、静态通信段帧组件进行算法设计并加以编程实现和结果分析,将采集到的内燃机转速信号处理为FlexRay协议标准通信帧。按FlexRay协议对发送帧加以重新编码,添加各种通信控制编码后置于信道上供通信控制器调用；编写接收端的接码程序,将接收到的位流还原为发动机参数以供ECU使用。FlexRay对通信位流的校验方式相比传统总线进行了加深和扩展,本文第五章对此作了深入研究,提出了CRC模型算法并实现了FlexRay循环冗余校验。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1动力主干网络及车内通信概述

1.2现有车用通信网介绍

1.2.1 A类网络标准

1.2.2 B类网络标准

1.2.3 C类网络标准

1.3 FlexRay主干网技术介绍

1.4国内外FlexRay技术发展现状

1.5本课题研究的目的和意义

1.6本课题研究的主要内容

1.7本章小结

第二章FlexRay发动机测控应用及协议控制机制实现的总体设计方案

2.1引言

2.2 FlexRay主干网(backbone)协议的特性简介

2.1.1强大的容错特性

2.1.2较高的传输速率、带宽和灵活的网络拓扑

2.1.3灵活的媒体访问控制

2.1.4良好的组合兼容性

2.3 FlexRay作为动力系主干网的应用部署

2.4本论文实现FlexRay协议通信过程的解决方案

2.5本章小结

第三章FlexRay通信单元格式及信息控制手段研究

3.1引言

3.1.1 FlexRay通信循环组成

3.1.2 FlexRay动、静态段的媒体访问(MAC)控制方式简介

3.2 FlexRay帧格式研究与实现

3.2.1通信帧各组成字段

3.2.2本文标准帧及相关参数数据结构的C语言模型建立

3.3通信位流编解码机理分析

3.3.1帧编码原理

3.3.2帧解码原理

3.4本文对通信位流的处理思路

3.5本章小结

第四章通信节点组帧与编、解码功能实现

4.1引言

4.2 Flexray负载段数据采集方案

4.2.1发动机转速信号的采集原理

4.2.2协议负载段赋值

4.3 Flexray通信节点帧组件生成的软件实现

4.3.1节点在动态通信段的组帧程序实现

4.3.2节点在静态通信段的组帧程序实现

4.4本文实现节点对通信位流处理机制的方案

4.4.1 FlexRay通信位流生成程序设计与编写

4.4.2 FlexRay接收位流解码识别为标准帧功能的设计与编写

4.5本章小结

第五章通信码元数据保护机理的设计与实现

5.1引言

5.2数字通信系统及检、纠错技术介绍

5.2.1检、纠错功能在数字通信系统中的作用

5.2.2检、纠错码的基本思想

5.3 FlexRay协议数据校验模型的研究与设计

5.3.1 CRC编码技术的原理

5.3.2 FlexRay的CRC编码的本质及检错性能分析

5.3.3 FlexRay协议CRC模型算法研究与设计

5.4本文执行FlexRay循环冗余校验的软件设计

5.4.1头段CRC校验模型及实现

5.4.2全帧CRC校验模型及实现

5.5本章小结

第六章FleXRay动力系通信平台设计及性能分析

6.1引言

6.2 FlexRay通信平台运行可靠性测试

6.3 FlexRav平台基于发动机台架的通信实验

6.4本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢