基于CAN总线的燃料电池城市客车通信网络研究

摘要

燃料电池电动汽车FCEV(Fuel-cell electric vehicle)的动力源采用燃料电池代替了传统的内燃机，可有效的减少能源消耗，且燃料电池汽车排放物为水，属于无污染车辆，在未来有着广泛的应用前景。燃料电池城市客车FCCB(Fuel-cellCity Bus)最有可能率先实现产业化，因此本文选择燃料电池城市客车作为研究对象。为了解决燃料电池城市客车各控制器之间的信息交换，需要一个智能化的通信网络，CAN总线以其突出的实时性、可靠性和灵活性等优点成为最佳选择。本文以燃料电池城市客车为应用平台，通信标准依照CAN2.0B和J1939协议，根据汽车实际工况和控制要求，设计了一个完整的通信网络。 论文介绍了燃料电池城市客车的主要结构，对燃料电池城市客车的关键技术进行了分析研究。介绍了当前汽车车载网络中具有普遍意义的CAN总线的特点及其分层结构、报文传输等技术规范，同时分析了面向汽车网络的J1939协议的原理和内容，研究了J1939的编码定义规则。 在研究燃料电池城市客车的动力系统的基础上，分析了各控制单元的功能，构建了五个CAN节点的网络拓扑结构，包括整车控制器模块、燃料电池控制器模块、电机控制器模块、超级电容控制器模块和LED显示单元，依据J1939协议对FCCB通信系统网络节点的源地址和报文进行了详细定义。 构建了课题研究所需要的软硬件平台：(1)基于ARM完成高速CAN节点的硬件设计，包括电源部分、CAN接口部分和微控制器部分。(2)在基于ARM芯片内建CAN控制器和FullCAN专家函数库的基础上，进行了CAN高速节点的软件设计，并对节点在缓冲区配置和验收过滤设置方面进行了研究。 在ADS1.2集成开发环境下建立CAN通信方案，并进行程序的调试、编译和下载。最后采用周立功公司的CANstarter-II开发套件完成了ARM芯片的CAN节点通信试验。试验结果表明，设计的CAN节点间的数据通信可靠，且符合预先的滤波设置，满足设计要求。 论文最后总结归纳了本课题研究的结论和创新点，对进一步研究和探讨提出了展望。

目录

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论文说明：图表目录

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致谢

第一章绪论

1.1课题研究的背景及意义

1.2燃料电池城市客车及CAN通信网络国内外发展概况

1.2.1国外发展概况

1.2.2国内发展概况

1.3课题来源及本文研究的主要内容

第二章燃料电池城市客车与CAN总线协议

2.1引言

2.2燃料电池城市客车主要结构

2.3燃料电池城市客车关键技术

2.3.1燃料电池系统

2.3.2超级电容

2.3.3电机及电机控制器技术

2.3.4整车通信网络技术

2.3.5整车控制系统设计技术

2.4 CAN总线协议

2.4.1 CAN总线的特点

2.4.2 CAN总线技术规范

2.4.3 CAN总线的报文传输

2.5 SAE J1939 协议

2.5.1 SAE J1939编码定义规则

2.5.2网络管理层

2.5.3应用层

2.6本章小结

第三章 燃料电池城市客车报文定义

3.1引言

3.2燃料电池城市客车的动力系统结构

3.3 FCCB控制模块组成

3.3.1整车控制器模块

3.3.2燃料电池控制器模块

3.3.3电机控制器模块

3.3.4超级电容控制器模块

3.3.5 LED显示单元

3.4 FCCB通信网络拓扑结构

3.4.1 CAN总线系统的一般结构

3.4.2 FCCB通信网络拓扑结构

3.4.3网络通信的硬件要求

3.5 FCCB通信系统网络报文定义

3.5.1总线通讯速率、报文结构及网络地址分配

3.5.2整车控制器模块

3.5.3燃料电池控制器模块

3.5.4电机控制器模块

3.5.5超级电容控制器模块

3.5.6 LED显示单元

3.6本章小结

第四章CAN总线节点硬件软件设计

4.1引言

4.2基于ARM芯片的节点硬件设计

4.2.1微控制器的选择

4.2.3 CAN总线驱动器TJAl050电路

4.3基于ARM芯片的节点软件设计

4.3.1内建CAN控制器的原理

4.3.2 FullCAN函数库

4.3.3在ADS1.2集成开发环境下建立CAN通信方案

4.3.4波特率的计算

4.3.5全局ID的验收过滤设置

4.3.6初始化程序设计

4.3.7接收子程序设计

4.3.8发送子程序设计

4.4本章小结

第五章FCCB通信系统网络节点的通信试验

5.1引言

5.2 CANstarter—Ⅱ开发套件系统连接

5.3通讯试验流程设计

5.3.1试验流程设计

5.3.2试验过程中的注意事项

5.4试验过程

5.4.1 ZLGCANTest测试软件

5.4.2 CAN循环发送试验

5.4.3 CAN接收发送实验

5.4.4 CAN滤波试验

5.5本章小结

第六章结论与展望

6.1全文总结

6.2论文创新点

6.3研究展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间公开发表的学术论文