SWB6105混合动力大客车CAN总线通讯网络设计研究

上海交通大学硕士学位论文SWB6105混合动力大客车CAN总线通讯网络设计研究姓名：颜伟超申请学位级别：硕士专业：车辆工程指导教师：殷承良20050101上海交通大学硕士学位论文SWB6105混合动力大客车CAN总线通讯网络设计研究摘要随着汽车技术的发展，汽车上面采用了越来越多的电子控制单元，作为一种融合了当代多种高新技术的混合动力汽车需要采用更多的电子控制系统，这些复杂的系统控制需要检测及交换大量数据，而且部分数据对控制系统的实时性要求非常高，传统的点对点控制方式不但布线复杂、昂贵，而且可靠性差、重量大、维护成本高，无法满足混合动力汽车的通信要求。CAN总线是德国BOSCH公司于1986年为解决汽车上众多电子设备之间的通信问题而设计的。目前，CAN总线技术在国外汽车上已经有了比较普遍的应用，而在国内却只有少数车辆采用，CAN总线的应用已经显示了其明显的优越性。本论文对CAN总线在SWB6105混合动力客车上的应用做了些具体的研究。SAE车辆网络委员会将汽车数据传输网分为三类，对于C类高速网只有CAN总线能够满足要求。混合动力客车上，控制节点多，动力系统控制的实时性要求高，要求的数据传输速度快，因此必须采用CAN总线控制。而对于车身附件部分的控制，可以采用结构简单的LIN总线实现。I上海交通大学硕士学位论文CAN规范虽然在数据链路层和物理层给出了具体的定义，但是对于应用层却需要用户根据需要进行设计。J1939协议对CAN的29位识别符进行了具体的定义，实现了适用于货车和客车的应用层协议，但是对于混合动力汽车却没有统一的应用层协议，本文基于J1939协议制定了适用于混合动力汽车的应用层协议。为了验证混合动力客车CAN总线协议的可行性，进行了CAN总线的仿真实验。在仿真实验中通过在VectorInformatik公司的CAN开发工具软件CANoe中建立虚拟节点来代替总线协议中的物理节点，在CANoe中建立了仿真总线代替实际总线的方法模拟物理节点上的报文在实际总线上的通信情况。通过三个阶段的仿真，验证了本协议的可行性。为了测试混合动力客车CAN总线的性能，进行了CAN总线的实车实验。在实验中通过CANoe的配套硬件CAN-AC2PCI卡采集混合动力客车CAN总线上的报文收发，并通过CANoe中的trace窗口和graphics窗口实时监视CAN总线上报文的收发情况，在busstatistics窗口中统计总线的负载。通过对实车实验数据的分析，验证了混合动力汽车CAN总线通信的可靠性、实时性。CAN总线在SWB6105混合动力客车上的应用，大大减少了车辆控制中所需的线束数目，使得布线简单，整车重量减轻，同时它高速率的传输性能也保证了车辆控制的实时性。II上海交通大学硕士学位论文本文关于CAN总线的应用对车辆控制具有普遍意义。关键词：混合动力汽车，CAN协议，CAN网络III上海交通大学硕士学位论文RESEARCHANDDESIGNOFCANBUSCOMMUNICATIONNETWORKONSWB6105HYBRIDELECTRICBUSABSTRACTWiththedevelopmentofautomotivetechnology,moreandmoreelectriccontrolunitshavebeenequippedonvehicles.Asavehiclesyncretizedwithmodernhightechnology,hybridelectricvehicleneedmoreECU,thesecomplexsystemcontrolneeddetectingandexchangingvastdata,furthermorepartsofthesedatarequestveryhighrealtimeperformanceforthecontrolsystem.Itisnotonlycomplexlayingandhighcost,butalsohaspoorreliability,highweightandexpensivemaintance,sothetraditioncontrolmodecan’tsatisfytherequestoftheHEVcommunication.CANbuswasdesignedbyBOSCHCorptosolvethecommunicationproblemofECUSonvehiclein1986.Now,CANbusiswideappliedinforeigncar,butseldominChina.ApplicationofCANbushasshownitsadvantage.ThispaperdosomeresearchworkontheapplicationofCANbusinSWB6105hybridelectricbus.NetworkcommitteeofSAEdividestheautomotivedatatransmissionnetworkintothreetypes,onlytheCANbuscansatisfytherequestoftypeC.Therearemanycontrolnodesonhybridelectricbus,andalsoitspowersystemrequesthighreal-timeperformanceandhighdatatransmissionspeed,soitmustuseCANbus.Whereas,thecontrolofbodyaccessoriessectionusethesimpleLINbus.ThedatalinklayerandphysicallayerofCANspecificationhavebeendefinedindetail.However,applicationlayerofCANspecificationneedtobedesignedbyuser.J1939protocolmakesaspecificdefinitionforthe29IV上海交通大学硕士学位论文bitsidentifycodeofCANspecification.Itsuitforlorryandbus,buttheHEVdoesn’thaveauniformapplicationlayerprotocol.Inthispaper,anapplicationlayerprotocolforHEVhasbeendefined.InordertoprovethefeasibilityoftheHEVprotocol,asimulatedexperimentforCANbushasbeendone.Inthesimulatedexperiment,somevirtualnodeswasbuilttosubstitutephysicalnode,andalsoasimulatedbuswasbuilttosubstituterealbus,thesenodesandbusareusedtosimulatetheprocessofthemessagetransmittingontherealbus.Weprovedthefeasibilityoftheprotocolbythreephasessimulated.InordertotesttheperformanceoftheCANbus,aexperimentwasdesignedonthehybridelectricbus.Intheexperiment,aCAN-AC2PCIcardwasusedtocollectionthesignalontheCANbus,withthetracewindowandgraphicswindowofCANoemonitoringthemessagetransmission,andalsothebusstatisticswindowswasusedtocountthebusload.Thereliabilityandreal-timeperformanceoftheCANbuswasprovedbyresult.TheapplicationofCANbususedinSWB6105hybridelectricbusdecreasestheamountofharness,simplifytheharnesslaying,decreasethetotalweight,andthehighspeedtransmissionabilityofCANbusensurethereal-timecontrol.KEYWORDS:HEV,CANprotocol,CANnetworkV上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日上海交通大学硕士学位论文第一章绪论1.1引言随着我国国民经济的快速发展，汽车工业作为支柱型产业得到了飞速发展，各个大型汽车公司的规模不断壮大，汽车年产量不断增加。随着汽车保有量的逐年增加，由此带来的能源问题和环境问题日益严重。从1994年起我国已成为石油纯进口国，大量的石油依靠进口，对我国的国家安全造成了很大的威胁。在环境方面汽车尾气已经成为大气污染的主要来源，它直接威胁着人类的生存。面对如此严峻的问题，各个工业发达国家都不惜投入巨资进行新能源汽车的开发。目前，融合了当代多种高新技术的纯电动汽车（EV，ElectricVehicle）、混合动力汽车（HEV，HybridElectricVehicle）和燃料电池汽车（FCV，FuelCellVehicle）的问世，为解决能源问题和环境问题提供了一个重要途径[1][2]。1.2混合动力汽车简介作为一种“零污染”的汽车，纯电动汽车是取代传统内燃机汽车、满足零排放的昀终选择。但是，目前纯电动汽车在蓄电池的能量、充电时间、价格、寿命等问题仍未得到理想的解决，从而限制着纯电动汽车的发展，造成其无法在近期实现产业化。另一种新能源汽车——燃料电池汽车在近几年发展十分迅速，但它在制造成本、氢能源的制备，加氢站的建设等方面仍存在一些急需解决的问题。在这种情况下，融合了传统发动机汽车和纯电动汽车优点的混合动力汽车异军突起，成为解决能源和环境问题昀具有现实意义的一个途径。因此，自上世纪90年代初期，世界许多著名汽车生产厂商已开始将研究的重点转向了可实施性较强的混合动力汽车的开发。我国政府也对HEV的发展给予了足够的重视，国家科技部在“十五”规划中制定的战略目标是，争取在发展EV、HEV的电池、能量管理系统、驱动控制等关键技术上基本保持与世界同步，并且目前已将HEV的开发列为国家高技术研究发展计划（“863计划”）的重大研究课题之一[3]。混合动力汽车是在一辆汽车上同时配备电力驱动系统和发动机驱动系统的混合驱动汽车，其中的发动机可以是柴油机、汽油机或燃气机。混合动力汽车将发动机、1上海交通大学硕士学位论文电机、能量储存装置（蓄电池、电容）组合在一起，实现它们之间的良好匹配和优化控制，优化的控制策略是实现混合动力汽车低能耗低排放目的关键所在[4][5]，通过优化可充分发挥发