纯电动汽车车门车窗控制系统CANopen协议设计与实现

摘要

目前由于车辆增多，汽车尾气排放增多，我国面临着石油短缺和环境污染的严峻挑战，急需开发新能源来应对能源安全。本着环保和节能的目标，纯电动汽车的研发得到了国家的高度重视，并且随着技术的进步和政策的支持，纯电动汽车的发展具有重要的现实意义。车门车窗控制网络是纯电动汽车车载网络中重要的组成部分，它主要包括中央、左前、左后、右前、右后五个电子控制单元，主要实现对车门、门锁、后视镜等单元的控制。目前车门车窗控制网络通常采用CAN总线技术，但是CAN总线只是一种针对物理层及数据链路层的底层协议，应用层的协议需开发者自行定义用。CANopen作为一种真正开放的CAN高层协议，在工业控制和自动化领域获得了广泛应用，并可进一步推广到汽车领域。本论文的研究目的就是设计并实现纯电动汽车车门车窗控制系统的CANopen协议。
　　 本论文首先分析了纯电动汽车车门车窗控制系统CAN网络构成，介绍了中央电子控制单元、左前门电子控制单元、右前门电子控制单元、左后门电子控制单元和右后门电子控制单元的功能。其次详细说明了CANopen应用层协议，包括对象字典、网络管理报文对象(NMT:NetworkManagement)、过程数据对象(PDO:ProcessDataObject)、服务数据对象(SDO:ServiceDataObject)、特殊功能对象等通信对象的定义、标识符的分配。然后根据车门车窗控制系统控制需求设计了各电子控制单元的对象字典(OD:ObjectDictionary)、网络管理报文对象、过程数据对象、服务数据对象、特殊功能对象。接着基于WinCE5.0嵌入式操作系统开发了CANopen协议栈，包括:对象字典的读写模块、NMT控制模块、SDO报文处理模块和PDO报文处理模块。最后提出了纯电动汽车车门车窗控制系统测试方案，实现了CANopen协议及协议栈测试。其中协议测试利用CANoe软件进行CANopen协议仿真，采用CAPL语言编写程序模拟真实节点功能，运用PanelEditor软件编辑控制面板，验证了协议的可行性。协议栈测试采用EPC-8900I-W设计CANopen从站和CANoe软件设计的CANopen主站管理界面，测试了NMT、SDO、PDO报文通信及CAN总线负载，并采用力科示波器WaveRunner44MXi-A进行了实时报文观测。结果表明纯电动汽车车门车窗控制系统CANopen协议设计合理，并实现了NMT、SDO、PDO报文通信，满足系统控制需求。

目录

声明

学位论文的主要创新点

摘要

第一章 绪论

1．1 论文的研究背景

1．1．1 汽车车载网络技术

1．1．2 CAN总线技术

1．1．3 CAN总线应用层协议

1．1．4 CANopen协议研究现状

1．2 论文的研究目的和意义

1．3 论文的研究内容和章节安排

第二章 纯电动汽车车门车窗控制网络CANopen协议设计

2．1 车门车窗控制网络的拓扑结构

2．2 车门车窗控制网络的控制方案

2．2．1 中央电子控制单元控制方案

2．2．2 左前门电子控制单元控制方案

2．2．3 右前门电子控制单元控制方案

2．2．4 左右后门电子控制单元控制方案

2．3 CANopen协议

2．4 对象字典

2．5 CANopen通信对象

2．5．1 网络管理对象

2．5．2 服务数据对象

2．5．3 过程数据对象

2．5．4 预定义报文或者特殊功能对象

2．6 CANopen预定义主/从连接集

2．7 CANopen设备的基本功能

2．8 车门车窗控制系统CANopen协议设计

2．8．1 网络管理NMT设计

2．8．2 服务数据对象SDO设计

2．8．3 过程数据对象PDO设计

2．8．4 对象字典设计

2．9 本章小结

第三章 纯电动汽车车门车窗控制网络CANopen协议实现

3．1 硬件平台

3．2 WinCE5.0嵌入式操作系统

3．3 CANopen协议栈的整体结构

3．4 协议栈对象字典的实现

3．5 协议栈通信功能的实现

3．5．1 状态机

3．5．2 PDO报文处理

3．5．3 SDO报文处理

3．5．4 NMT报文处理

3．6 本章小结

第四章 纯电动汽车车门车窗控制网络CANopen协议测试

4．1 CANoe软件概述

4．2 CANoe开发步骤

4．3 CANopen协议测试

4．3．1 采用CANeds建立对象字典

4．3．2 采用ProCANopen配置对象字典

4．3．3 车门车窗控制CAPL程序设计

4．3．4 采用Panel Editor编辑控制面板

4．3．5 各电子控制单元报文通信测试

4．4 CANopen协议栈测试

4．4．1 NMT报文测试

4．4．2 SDO报文测试

4．4．3 PDO报文测试

4．4．4 CAN总线负载测试

4．4．5 CANopen报文波形观测

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

附录

致谢