电动汽车动力系统CAN网络协议设计与仿真测试

摘要

由于电动汽车与传统汽车在动力系统上的差异，已经成功应用于传统汽车的CAN协议不能完全适用于电动汽车，电动汽车CAN协议尚未形成统一的标准；电动汽车动力系统是整车关键所在，对CAN控制系统的实时性有严格的要求，将实时性等CAN性能评价指标量化对于理论分析和工程应用都具有重要意义。针对以上问题，以电动汽车动力系统CAN网络协议为设计中心，从网络的数学建模、仿真分析以及台架实验等方面完成了以下工作： ①引入了CAN数据帧传输的数学模型，以数学计算公式的形式量化了CAN网络性能评价指标；基于数学模型分析了影响CAN网络实时性的因素；建立了CAN网络性能评价指标与实时性之间的数学关系；从网络、节点和CAN帧三个层面提出了电动汽车CAN网络协议的设计策略。 ②分析了电动汽车动力系统CAN的结构和控制器节点的功能需求；针对周期型控制消息，基于非抢优RM调度算法提出了通信周期的设计约束条件和方法；基于SAE J1939协议的预留空间加以拓展和补充，设计了电动汽车动力系统CAN应用层协议。 ③基于CANoe设计了电动汽车动力系统CAN网络全虚拟仿真模型，仿真验证了CAN协议在逻辑上的正确性，并预测了网络负载率；设计了物理节点半实物自动化仿真测试模型，通过CAPL程序编写测试脚本、自动生成测试报告，验证了物理节点在控制逻辑上的正确性和良好的实时性。 ④以电动汽车动力系统实验台架为平台，进行了基于CAN的自动换档实验和状态故障监测实验，测试了物理CAN网络的负载率和CAN帧通信周期。证明了所设计的CAN协议在物理环境下的正确性和可靠性，以及良好的扩展性；动力系统CAN网络在台架实验中实时性表现良好。 从仿真和测试两方面论证了设计的电动汽车CAN协议的正确性，对于CAN协议的拓展具有实际意义；对比分析了数学模型、仿真模型和台架测试三者在CAN网络性能预测和评估问题上的相对误差，数学模型计算结果比台架测试结果高出约8.20%；仿真结果比台架测试结果低约1.51%。证明了仿真模型对CAN网络性能评估准确性更好，数学模型在CAN网络设计之初，用于定性分析网络性能具有一定的价值。三种方法联合对比论证，提高了分析结果的准确性。

目录

声明

第1章 引言

1.1 研究背景与研究意义

1.2 电动汽车CAN网络研究现状

1.3 研究内容及技术路线

第2章 电动汽车CAN网络控制系统理论分析

2.1 电动汽车CAN网络控制系统结构

2.2 CAN通信基本原理

2.3 基于数学模型的CAN数据帧传输分析

2.4 基于数学模型的CAN实时性问题分析

2.5 电动汽车CAN网络协议设计策略

2.6 本章小结

第3章 电动汽车动力系统CAN网络协议设计

3.1 电动汽车动力系统CAN网络

3.2 CAN网络控制系统通信周期设计

3.3 动力系统CAN通信矩阵设计

3.4 本章小结

第4章 电动汽车动力系统CAN网络仿真及分析

4.1 CANoe辅助开发环境

4.2 基于CANoe的动力系统CAN网络全虚拟仿真

4.3 基于CANoe的动力系统CAN网络半实物仿真

4.4 仿真模型与数学模型结果对比分析

4.5 本章小结

第5章 电动汽车动力系统CAN网络测试及分析

5.1 电动汽车动力系统台架实验环境

5.2 电动汽车动力系统CAN网络功能测试及分析

5.3 电动汽车动力系统CAN网络性能测试及分析

5.4 本章小结

第6章 结论

6.1 研究总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间获得与学位论文相关的成果