基地FlexRay总线的线控转向控制系统设计研究

摘要

转向系作为汽车底盘的重要组成部分，对整车操纵稳定性、安全性等有直接影响。虽然近年来转向系统已经获得长足的发展，但仍旧没有摆脱传统的机械结构，限制了汽车性能的进一步提高。所以人们希望能够将线控转向(Steer by Wire)技术应用于汽车转向系统，实现转向系力传递特性和角传递特性的任意设计。
　　 采用线控转向之后，电信号成为驾驶员和汽车之间的唯一连接中介，若出现故障，汽车就会处于完全失控的状态，将驾驶员置于极其危险的境地，故对线控转向的安全性提出了更高的要求。因线控转向技术目前仍不够成熟，也考虑到驾驶员的安全，故还未在实车上进行实验。为尽可能接近实际情况，提高仿真精度，目前主要采用将待测元件嵌入硬件在环系统的方法。综合考虑成本和实验室条件等因素，本文采用NI公司Labview RT和Carsim RT模块搭建硬件在环系统。
　　 控制系统作为线控转向的中枢，决定整个系统的转向效果和对汽车性能的改善程度。线控转向控制系统由方向盘控制节点和转向执行控制节点组成。线控转向若想真正在汽车上应用，实现产业化，就要求两控制节点之间的传输总线必须具有传输速率快、时间特性好、可靠性高的特点。
　　 文中对基于FlexRay总线的线控转向控制系统完成硬件设计和软件设计。硬件设计方面，选择Freescale公司开发的MC9S12XF512作为主处理器，因其内部同时集成FlexRay通信控制器和CAN通信控制器，故同时设计基于FlexRay和CAN总线通信的控制系统，总线驱动器分别选择NXP公司的TJA080A和TJA1040，并完成电路设计。
　　 双移线试验工况能够很好的反映转向系对操纵稳定性的影响，令所设计线控转向系统在硬件在环中完成此实验。通过对比FlexRay和CAN两种方案，发现:基于FlexRay总线的线控转向车辆响应更加趋近参考值，基于CAN总线的线控转向时间响应滞后、超调量大，不能满足要求。再将基于FlexRay的线控转向与Carsim中采用传统转向的汽车模型比较，发现:基于FlexRay的线控转向，操纵稳定性得到改善，减轻了驾驶员负担，达到了预期设计目的。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的提出

1．2 线控转向中的关键技术

1．2．1 传感器技术

1．2．2 容错技术

1．2．3 总线技术

1．2．4 电源技术

1．3 汽车总线技术的发展

1．3．1 汽车网络的发展和分类

1．3．2 LIN

1．3．3 CAN

1．3．4 高速实时特性的总线

1．4 FlexRay总线

1．4．1 FlexRay总线的产生和发展

1．4．2 FlexRay总线的主要特点和应用

1．5 线控转向技术国内外发展现状

1．5．1 国外线控转向的发展

1．5．2 国内线控转向技术的发展

1．6 本文主要研究内容

第2章 FlexRay总线通信协议规范研究

2．1 FlexRay电气物理层规范

2．1．1 FlexRay网络基本组成要素

2．1．2 电气信号

2．1．3 网络拓扑结构

2．2 编码和解码

2．2．1 帧编码

2．2．2 特征符编码

2．2．3 帧格式

2．2．4 有效负载数据段

2．2．5 帧尾

2．3 媒体接入控制

2．3．1 通信周期

2．3．2 静态段

2．3．3 动态段

2．3．4 符号窗和网络空闲时间

2．4 唤醒与启动

2．4．1 通信集群的唤醒

2．4．2 通信集群的启动

2．5 时钟同步

2．6 本章小结

第3章 HIL线控转向硬件设计方案

3．1 HIL线控转向系统的组成

3．2 实验台架

3．3 数据采集系统

3．4 HIL转向系统设计

3．4．1 转向驱动系统

3．4．2 路感模拟系统

3．4．3 轮胎回正系统

3．5 硬件容错设计

3．6 本章小结

第4章 HIL线控转向软件设计方案

4．1 实时软件仿真平台构建

4．1．1 汽车动力学仿真软件Carsim-RT

4．1．2 实时系统Labview-RT

4．2 主动前轮转向

4．2．1 线性二自由度车辆模型

4．2．2 基于稳态控制的最佳传动比

4．2．3 全状态反馈控制策略

4．3 软件容错

4．4 HIL线控转向数据传递关系

4．5 本章小结

第5章 线控转向控制系统设计和实验

5．1 线控转向控制系统的功能

5．2 控制节点芯片选型

5．2．1 主处理器MC9S12XF512

5．2．2 FlexRay总线驱动器TJA1080A

5．2．3 CAN收发器TJA1040

5．3 控制系统硬件电路设计

5．3．1 主处理器MC9S12XF512最小系统设计

5．3．2 FlexRay总线驱动器电路设计

5．3．3 CAN总线收发器电路图设计

5．3．4 A／D信号调理电路

5．4 FlexRay通信软件设计

5．4．1 模块初始化

5．4．2 通信集群参数配置

5．4．3 消息缓冲器配置

5．4．4 数据的收发分析

5．5 CAN通信软件设计

5．5．1 CAN通信控制器初始化

5．5．2 发送子程序

5．5．3 接收子程序

5．6 实验验证

5．7 本章小结

结论

参考文献

致谢

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