基于CAN总线的HEV通信系统网络的研究

摘要

本文介绍了作者在串联式混合动力城市车辆CAN总线和车辆网络方面的研究工作。串联式混合动力城市车辆的动力源与传统内燃机汽车相比多了驱动电机，对整车能量进行合理分配才能实现整车控制策略、体现混合动力汽车的优势。使用CAN总线构建整车通信网络，能够将车辆上主要的控制单元联系起来，可靠实时地实现指令传输和参数交换，并根据多能源管理系统预先设定的控制程序，依照控制策略实现动力源的合理分配。 论文结合我国城市公交工况研究了串联式混合动力车辆的动力系统，分析了各控制单元的功能。构建了六个CAN节点的网络拓扑结构，包括多能源管理系统、发动机控制模块、发电机控制模块、驱动电机控制模块、电池管理模块和LED显示单元。深入研究了CAN总线的分层结构和报文传输，同时分析了面向汽车网络的J1939协议的原理和编码定义规则，定义了网络节点的源地址，对HEV通信系统网络报文进行了详细定义。 构建课题研究所需要的软硬件平台，包括以下两部分内容：(1)基于ARM和Freescale分别完成了两类高速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，并对两类节点在硬件方面进行了简单比较。(2)在内建CAN控制器和FullCAN专家函数库的基础上，基于ARM芯片进行了CAN高速节点的软件设计；在msCAN控制器的基础上，基于Freescale芯片进行了CAN高速节点的软件设计，并对这两类节点在缓冲区配置和验收过滤设置方面进行比较。 分别在ADS1.2集成开发环境和HC12(V4.5)CodeWarrior开发环境下建立CAN通信工程，并进行程序的调试、编译和下载。基于周立功公司的CANstarter-Ⅱ开发套件完成ARM芯片的CAN节点通信试验，基于清华大学的MC9S12DG128实验系统完成Freescale芯片的CAN节点通信试验。试验结果表明，CAN节点间能够实现可靠通信并进行报文滤波。 论文最后总结归纳了本课题研究的结论和创新点，对在本课题基础上进行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混合动力汽车CAN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课题来源与主要研究内容

第二章总线协议及网络报文定义的研究

2.1引言

2.2 HEV控制系统总体研究与设计

2.2.1 HEV总体方案设计

2.2.2 HEV控制模块组成

2.3网络拓扑结构

2.3.1总线系统的一般结构

2.3.2 HEV通信网络拓扑结构

2.4 CAN总线协议分析

2.4.1 CAN总线的特点

2.4.2 CAN总线的分层结构

2.4.3 CAN总线的报文传输

2.5 SAE J1939协议研究

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基于J1939通信协议的HEV通信系统网络报文定义

2.6.1多能源管理系统

2.6.2发动机控制模块

2.6.3发电机控制模块

2.6.4驱动电机控制模块

2.6.5电池管理模块

2.6.6 LED显示模块

2.7本章小结

第三章CAN总线节点硬件设计

3.1引言

3.2基于ARM芯片的节点硬件设计

3.2.1微控制器LPC2119电路

3.2.2电源电路

3.2.3 CAN总线驱动器TJA1050电路

3.3基于Freescale芯片的节点硬件设计

3.3.1微控制器MC9S1 2DG128B电路

3.3.2电源电路

3.3.3 CAN总线接口芯片PCA82C250电路

3.4两类节点的硬件比较

3.5本章小结

第四章CAN总线节点软件设计

4.1引言

4.2基于ARM芯片的节点软件设计

4.2.1内建CAN控制器的原理

4.2.2 FullCAN专家函数库

4.2.3在ADS1.2集成开发环境下建立工程

4.2.4波特率的计算

4.2.5全局ID的验收过滤设置

4.2.6初始化程序设计

4.2.7接收子程序设计

4.2.8发送子程序设计

4.3基于Freescale芯片的节点软件设计

4.3.1 msCAN控制器的原理

4.3.2在HC12(V4.5)CodeWarrior开发环境下建立工程

4.3.3验证时钟频率

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发送子程序设计

4.3.8接收子程序设计

4.4两类节点的比较

4.4.1缓冲区配置比较

4.4.2验收过滤设置比较

4.5本章小结

第五章HEV通信系统网络节点的通信试验

5.1引言

5.2基于ARM芯片节点的通信试验

5.2.1 CANstarter-Ⅱ开发套件系统连接

5.2.2试验流程设计

5.2.3试验中要注意的问题

5.2.4试验过程

5.2.5结果分析

5.3基于Freescale芯片节点的通信试验

5.3.1 Freescale开发板系统连接

5.3.2试验流程设计

5.3.3试验中要注意的问题

5.3.4试验过程

5.3.5结果分析

5.4本章小结

第六章结论与展望

6.1全文总结

6.2研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间公开发表的论文