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商用汽车CAN网络开发

作 者: 马继周
导 师: 吴伟; 潘景文
学 校: 西安石油大学
专 业: 机械工程
关键词: CAN总线 商用汽车 应用层协议 网络拓扑结构
分类号: TP273
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
下 载: 3次
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内容摘要


随着控制、计算机、通信、网络等技术的发展,汽车的电子化、智能化、网络化已成为现代汽车发展的重要标志。随着消费者对汽车功能和性能要求的日益提高,汽车正在逐渐由机械系统向电子系统转换,目前全球汽车电子产业面临着高速增长的机遇。在国外,一辆普通轿车中电子系统的成本已占到总成本的30%,而在高级轿车上该比例会更高。随着电子控制系统数量和复杂性的提高,控制设备之间的数据通信变得越来越重要,分布式控制系统通过网络进行交互控制逐渐成为众多汽车生产商电子电气控制的系统方案。数据传输量的增加、安全性和可靠性要求的提高及成本对汽车车载网络系统提出了新的要求。传统的点对点控制方式已无法满足现代汽车的通信要求,不但布线复杂、昂贵,而且可靠性差、维护成本高、重量大。针对传统控制方式存在的问题,德国博士公司的CAN总线控制技术应运而生,凭借其优异的表现被广泛应用。为了应对某商用车厂对车载CAN总线控制系统应用的需求,解决网络拓扑结构对整车线束布线的局限性,本论文以SAE J1939协议的汽车CAN总线控制系统设计与测试作为研究内容,制定出了基于SAE J1939协议的网络拓扑结构和CAN应用层协议。实验的方法是,首先系统分析了CAN总线协议的特点和实现该技术的要求,并对CAN总线的应用层协议规范SAE J1939进行分析;然后对总线网络拓扑结构的进行设计,并利用仿真技术对双星型网络拓扑结构进行了系统的分析。在此基础上,又从模块的信号定义、信息发送周期选择、报文优先级分配以及节点地址定义等几个方面设计制定出了一套具有良好扩展性的汽车CAN应用层协议。为了验证CAN总线系统设计方案和所制定的CAN应用层协议的可行性,以及测试网络的性能,本研究又对CAN总线控制模块和CAN网络系统进行了CAN模块的一致性测试试验和实车的网络测试试验。测试的结果进一步验证了本研究中CAN总线控制系统的实时性、可靠性和稳定性,同时证明了本课题设计方案的可行性。本课题的研究,将为实现具有自主知识产权的商用汽车CAN线控制技术的产品化积累了一定的试验数据和经验,具备继续研究开发的意义。本项目的实施,将具有广阔的社会需求和巨大的经济效益。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章 文献综述  7-16
  1.1 CAN总线在汽车电子技术中的应用  7-8
  1.2 CAN总线在国内汽车技术中应用  8
  1.3 CAN总线的特点  8-9
  1.4 CAN总线通信原理分析  9-11
    1.4.1 数据帧  10
    1.4.2 远程帧  10
    1.4.3 错误帧  10
    1.4.4 超载帧  10-11
    1.4.5 帧间空间  11
  1.5 CAN总线协议的分层结构  11-12
  1.6 J1939通信协议的概况  12-14
    1.6.1 J1939通信协议的特点  12-13
    1.6.2 J1939通信协议的框架  13-14
  1.7 研究的目的和意义  14-15
  1.8 研究的主要内容  15-16
第二章 网络拓扑设计及优化  16-22
  2.1 网络拓扑结构形式  16-17
    2.1.1 星型网络拓扑  17
    2.1.2 总线型网络拓扑  17
  2.2 网络拓扑结构设计  17-18
  2.3 网络拓扑结构仿真模型  18-19
  2.4 网络拓扑结构仿真分析结果  19-21
    2.4.1 所有节点发送报文  19-20
    2.4.2 脱离总线的节点发送报文  20
    2.4.3 断开一个终端节点  20-21
  2.5 小结  21-22
第三章 基于SAEJ1939的应用层协议设计  22-36
  3.1 SAE J1939协议的分析和研究  22-25
    3.1.1 协议信息类型  22
    3.1.2 协议通信方式  22-23
    3.1.3 节点的名称和地址  23-24
    3.1.4 信息传送和接收  24
    3.1.5 SAE J1939网络管理  24-25
  3.2 CAN总线应用层协议制定  25-36
    3.2.1 CAN总线应用层协议设计原则  25-26
    3.2.2 CAN总线应用层协议的信号定义  26-29
    3.2.3 CAN总线应用层协议的报文信息发送周期  29-31
    3.2.4 CAN总线应用层协议的报文信息优先级定义  31-32
    3.2.5 CAN总线应用层协议节点地址的定义  32
    3.2.6 信息发送方式的选择  32
    3.2.7 报文编码和数据定义  32-36
第四章 CAN总线系统仿真与测试分析  36-49
  4.1 模块一致性测试  36-43
    4.1.1 CAN节点隐性电平测试  36-38
    4.1.2 CAN节点显性电平测试  38-39
    4.1.3 信号沿测试  39-41
    4.1.4 总线传输速率测试  41-42
    4.1.5 采样点测试  42-43
  4.2 整车系统测试  43-48
    4.2.1 CAN总线隐性电平测试  43-45
    4.2.2 CAN总线显性电平测试  45-47
    4.2.3 报文延时测试  47-48
  4.3 小结  48-49
结论  49-50
研究展望  50-51
致谢  51-52
参考文献  52-54
攻读硕士研究生期间取得的研究成果  54-55
详细摘要  55-60

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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