FlexRay网络通信协议在车载系统中的应用与研究

摘要

随着现代汽车内部电子控制单元(ECU)数量的不断增多，采用传统车载网络导致了车内连线复杂、通信速率慢和安全性差等问题。FlexRay总线技术作为下一代汽车网络总线的标准，具有通信速率快、安全性高、容错性强以及确定性好的优势，将其用作车载数据主干网，可以解决目前车载网络中带宽不足和通信速率慢等问题。在汽车向智能化、高速化发展的今天，线控驱动系统作为一种提高汽车性能的重要手段，结合具有高速性、高容错安全性及高实时性等特点的FlexRay总线技术，能为汽车带来更加优秀的性能，具有广阔的应用前景。
　　本文针对FlexRay总线特性及其在车载线控驱动系统中的应用进行研究，分析了FlexRay通信协议规范;研究了FlexRay网络时间特性中静态段时隙长度对总线周期长度的影响及消息发送的时间费用问题，提出了一种将数据打包和分割的时隙长度配置的优化方法;讨论了动态段消息ID值和节点的pLatestTx值对消息的发送和响应时间的影响，并在提出消息发送的最坏响应时间的基础上，给出了一种基于整数线性规划的动态段时隙长度设置的优化方法。
　　在对FlexRay通信协议和时间特性深入理解的基础上，设计了以FlexRay总线为数据主干网的四轮独立电驱动汽车网络架构;分析了电动汽车的差速问题，建立了电子差速控制模型，并对FlexRay网络集群参数进行配置;完成了以TMS320F28335和MFR4310为核心的FlexRay网络中央控制器节点及电机控制器节点的软、硬件设计;搭建了硬件网络测试平台，对系统进行了测试与分析。通过系统测试验证了本文设计的总线控制节点组成的FlexRay通信网络物理层时序的正确性，及FlexRay总线在电子差速控制系统中应用的可行性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 车载网络技术概述

1．2．1 车载网络的分类与对比

1．2．2 车载网络发展趋势

1．3 FlexRay总线概述

1．3．1 FlexRay总线的特性

1．3．2 FlexRay总线的应用领域

1．3．3 研究现状

1．4 本文研究的主要内容及论文结构

2 FlexRay网络通信协议研究

2．1 基本概念

2．2 节点结构

2．3 FlexRay协议电气信号定义

2．4 网络拓扑结构

2．4．1 总线型拓扑结构

2．4．2 星形拓扑结构

2．4．3 混合型拓扑结构

2．5 协议操作控制

2．5．1 编码和解码

2．5．2 帧格式

2．5．3 媒体访问控制

2．5．4 唤醒和启动

2．5．5 时钟同步

2．6 FlexRay节点的运行状态

2．7 本章小结

3 FlexRay总线网络时间特性研究与优化

3．1 FlexRay总线静态段特性分析及优化

3．1．1 静态段时间特性分析

3．1．2 静态段消息优化配置

3．1．3 静态段有效带宽利用率

3．2 FlexRay总线动态段特性分析及优化

3．2．1 动态段时间特性分析

3．2．2 消息的帧ID值和节点的pLatestTx值分析

3．2．3 动态段的最坏响应时间分析

3．3 本章小结

4 基于FlexRay总线的四轮独立电驱动汽车网络架构设计

4．1 四轮独立电驱动汽车概述

4．2 车载网络总体设计方案

4．3 基于FlexRay总线的电子差速控制系统

4．3．1 电子差速系统概念

4．3．2 电子差速控制模型

4．3．3 FlexRay通信系统架构设计

4．4 FlexRay集群参数配置

4．4．1 通信时隙分配

4．4．2 协议参数配置

4．5 本章小结

5 FlexRay总线控制节点的设计与实现

5．1 中央控制器节点的设计与实现

5．1．1 中央控制器硬件设计

5．1．2 中央控制器软件设计

5．2 电机控制器节点的设计与实现

5．2．1 电机控制器硬件设计

5．2．2 电机控制器软件设计

5．3 本章小结

6 FlexRay总线系统测试与分析

6．1 FlexRay网络测试平台

6．1．1 FlexRay仿真与调试工具

6．1．2 测试平台与硬件实物

6．2 FlexRay网络时序验证

6．3 电子差速控制实验

6．4 本章小结

7 总结和展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间的研究成果

致谢