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发表于 28-5-2015 22:30:21 | 显示全部楼层 |阅读模式

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1.1论文目的
本研究从汽车局域网入手,主要研究了国内外汽车局域网CAN总线的发展与现状;对在当今国际汽车行业中应用最广的CAN总线原理和应用进行研究与吸收,系统地研究CAN协议网络分层模型及拓扑结构和CAN协议技术规范;分析CAN物理层与数据链路层协议。利用PC机和CAN接口卡,建立电动汽车CAN总线仿真环境:在基于PC机的CAN总线仿真环境中,研究整车控制系统网络通讯应用层协议,制定基本通信协议,简历通信矩阵,实现CAN网络的仿真。
1.2论文意义
汽车电子的发展要求一种合理的总线技术提高整车的性能。CAN 总线是 Bosch 公司在 1986年为解决汽车中众多的测量元件与执行器之间的数据交换而开发的一种现场总线。它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络[1]。我国对汽车 CAN 总线的研究起步较晚,目前研究的重点放在对汽车CAN 总线网络系统的研发与应用上。仿真整车控制器、电机、电池几个主要系统的CAN网络,其意义在于通过网络仿真,对通信协议和通信控制进行优化,排除初期设计的错误,提供CAN网络的开发效率,降低开发成本,降低实验阶段的风险。
1.3国内外研究现状分析
1.3.1国际研究现状
1.  作为一种重要的现场总线,CAN也在朝标准化的方向完善和发展。目前,已经出现了CAN协议的国际标准化150心1511898(通信速率小于等于IMbps)和150心IS(通信速率小于等于125kbps)。CAN协议被国际标准化组织承认,进一步促进了CAN总线在各种测控领域中的应用。目前,集成有CAN协议的器件不断推出,应用范围同时迅速扩大。CANBus是德国 Bosch 公司及几个半导体集成电路制造商开发出来的,起初是专门为汽车工业设计的,目的是为了节省接线的工作量。世界上一些著名的汽车制造厂商,如 BENZ(奔驰)、BMW(宝马)、PORSCHE(保时捷)、ROLLS-ROYCE(劳斯莱斯)和 JAGUAR(美洲豹)等都采用了 CAN 总线来实现汽车内部控制系统与各检测和执行机构间的数据通信[2]。如今,由于 CAN 总线本身的特点,其应用范围目前已不再局限于汽车行业,而向自动控制、航空航天、航海、过程工业、机械工业、纺织机械、农用机械、机器人、数控机床、医疗器械及传感器等领域发展,CAN 已被公认为是几种最有前途的现场总线之一。其典型的应用协议有:SAE J1939、ISO11783、CANOpen、CANaerospace、DeviceNet、NMEA 2000 等。
2.  由不同的制造商提供的教程、函数库、初学者手册、主机接口、I/O 模板和工具等相关产品降低了 CAN 总线网络的使用成本。从 1989 年开始,使用 CAN 数据链路层协议的低成本控制器芯片并且与微控制器简单的连接应用就已出现。如今已经有大量的生产商的多种 CAN 协议控制器芯片投入使用。这样,大量具有丰富功能的 CAN 芯片和器件的支持克服用户定制的困难,同时也进一步的降低了CAN 现场总线网络环境通讯协议研究与实现CAN 总线的开发和使用成本[3]。
3.  CAN 在欧洲轿车生产的普及使得现阶段的 CAN 芯片应用的寿命可达 10 年以上。而应用在其它较为高层次的市场,例如医疗电子和消费电子等领域,将继续增加 CAN 产品的销量并且为今后的使用起推动作用。
1.3.2国内研究现状
电动汽车是未来汽车的发展方向,是解决汽车所带来的能源和环境问题的主要措施,发展电动汽车具有优化我国能源结构,降低汽车排放污染的重要作用,目前己经上升到维护国家能源安全和国民经济可持续的战略高度。国家在“八五”“九五”攻关计划成果的基础上,投入近十亿元资金启动了“十五”863电动车重大专项,体现了国家对该领域创新研究的高度重视。
国内相关专家吴森等基于 J1939协议,设计了混合动力客车整车控制系统的通信协议。以襄阳市新能源专线phev整车控制系统为例,基于 J1939协议,设计了电动汽车整车控制系统的 CAN总线通信协议。实现紧凑高效的控制网络[4]。
谢晖等针对XL纯电动轿车,基于CAN总线,提出了分布式控制系统拓扑结构,开发了应用层协议,并构建基于CAN总线的硬件在环系统,验证了纯电动车CAN总线系统的实时性与可靠性[5]。
Li Ran 等针对纯电动车上 CAN 总线网络的通信结构,根据 SAE J1939 应用层协议,设计了纯电动车控制系统的软件和硬件[6]。
Wang dafang等基于J1939协议,采用微控制器V85070F3239,在电动车上实现了CAN总线通信设计[7]。
在电动车中应用的电控单元设计方面,樊鑫等设计了基于 CAN 总线的电动车空调系统,并设计了其通信协议[8]。Darren Lim 等介绍了一种基于CAN总线的分布式电池管理系统,并对所提出的结构进行了建模和测试,验证是否满足电池管理容量的需求及总线网络流量的要求[9]。
在CAN网络的调度算法及优先级分配方法方面,吕伟杰等提出了一种时间触发的固定优先级算法,并将该算法用于纯电动汽车总线模型(包括动力总成控制器、电机控制器、动力电池组管理系统和监控终端),验证了该算法的性能[10]。王利民等在不破坏仲裁准则的基础上分析了 CAN 总线的优先级规则的,提出了动态优先级的分配方法,并建立的数学模型,通过仿真实验验证了动态优先级分配方法能改善性能网络速度[11]。
在 CAN 总线在电动车上的应用方面,朱正礼等对CAN总线应用于电动轿车做了初步的研究,根据电动轿车的特点,完成了CAN总线技术在电动轿车上的设计与应用研究[12]。董珂等针对混合动力电动车的功能需求及其特点,研究CAN总线的应用技术,在CAN2.0B的基础上,设计了兼容OSEK-NM和CCP(CAN Calibration Protocol)协议的通信协议,实现了CAN总线在混合动力电动汽车上的应用[13]。
在通信协议及其设计方面,李芳等设计了适合三种电动汽车的动力总成系统网络拓扑结构,制定了 CAN 总线通信协议,明确的规定了网络各节点的源地址分配、参数组定义等,并对协议的有效性进行了验证[14]。
2.基本内容和技术方案
2.1基本内容:
2.1.1.        CAN 网络的基本概述:
CAN总线是Bosch公司在1986年为解决汽车中众多的测量与执行仪器之间的数据交换而开发的一种现场总线。CAN 总线是为解决汽车监控系统中的诸多复杂技术和难题而设计的数字信号通信协议,它属于总线式串行通信网络。由于采用了许多新技术和独特的设计思想,与同类产品相比, CAN 总线在数据通信方面具有可靠、实时和灵活的优点。
2.1.2.        CANoe基本介绍:
CANoe是德国Vector公司开发的一款功能非常强大的CAN总线开发测试软件,可以实现真实总线的实时监控,半实物仿真和全虚拟总线的仿真。它包含CAN网络数据库编辑器CANdb++,虚拟节点CANPL语言编程,用户自定义面板组件Panel Generator以及一些集成的调试监控组件,能满足各种开发测试的需要[15]。
2.1.3.        基于canoe的电动汽车can网络仿真:
建立数据库
编写CAPL语言程序
CAN网络的仿真和测试
监控,改善网络负载率
2.2技术方案
1. 纯电动车 CAN 总线通信协议设计,根据纯电动车 CAN 网络中各个节点的功能要求,按照 CAN 总线的分层模型,重点研究设计基于 SAE J1939 协议的应用层协议,建立各节点之间正常通信,实现虚拟仿真,并对通信矩阵进行优化。
2. 建立纯电动车 CAN 总线网络仿真模型利用总线开发工具CANoe,根据所设计的 CAN 网络结构及其通信协议,建立纯电动车 CAN 网络架构的仿真模型,为后续验证 CAN 网络的合理性及对网络负荷率的监测提供准确可靠的模型。


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 楼主| 发表于 28-5-2015 22:31:55 | 显示全部楼层

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摘要
电控技术是纯电动车的关键技术之一,纯电动汽车除了要继承传统内燃机汽车原有的汽车电子技术外,如电子防滑控制系统、安全气囊等,还要根据自身的特点,研发出适合自身的电子单元如电池管理单元等,随着电子控制系统的增多,对系统之间的合作及可靠性的要求增加,采用 CAN 总线通信技术,不仅可以实现电控单元之间的数据信息共享,还能提高数据传输的可靠性及实时性。
本文从纯电动车整车 CAN 网络角度出发,研究了其整车 CAN 网络结构。首先,根据某纯电动车的特点及 CAN 总线网络的功能需求和实时性需求,研究并设计了其整车的 CAN 总线网络架构,分为两个子网络:高速 CAN 子网络,包括整车控制器、电机控制器等节点;低速 CAN 网络,包括车身舒适系统及仪表,其中仪表控制器作为网关。确定了网络节点之间的通信流程及通信内容。然后基于 J1939 协议,设计了纯电动车 CAN 总线网络的通信协议,其中重点设计了应用层协议,包括优先级分配、源地址分配、参数组定义、数据场参数信息定义等。接着,利用总线开发工具 CANoe,建立了 CAN 网络仿真模型,为后续验证 CAN通信协议提供了依据。最后,通过 RMA 方法进行 CAN 网络的实时性分析,并利用仿真模型进行了仿真测试分析。
通过对实时性分析及仿真测试结果的分析,可以得出:本文设计的电动车CAN 网络结构及其通信协议满足系统的通信需求,实时性好且总线通信情况良好。本文将基于 SAE J1939 协议的 CAN 网络设计应用到某纯电动汽车的研发中,并取得了较好的效果,具有很好工程应用价值。
关键词: 纯电动车;CAN总线;通信协议;CAN网络模型;仿真
 
Abstract
Electronic control technology is one of the key technologies of electric vehicle, in addition to original automobile electronic technology in the traditional ICE vehicle, such as ABS, air bags, etc., pure electric vehicle also develop electronic units such as battery management unit, etc. according to its own characteristics. Along with the increase in electronic control systems, the requirement of the cooperation and reliability between the systems are also increased, the CAN-bus communication technology can effectively solve this problem, it can not only realize data sharing, but also improve the reliability and real-time performance of data transmission.
This paper researches on CAN network structure of the pure vehicle in terms of its CAN network as a whole. First of all, according to the characteristics of a pure electric vehicle and real-time and function requirements of a CAN bus network, researches and designs of the vehicle CAN bus network architecture, which contains two sub networks: one is high-speed CAN sub network, it includes motor control unit etc., the other is low-speed CAN sub network, it includes the body comfortable system and the instrument controller which is take as a gateway, and determines the communication process and content between network nodes. Then based on the J1939 protocol, designs CAN network communication protocols, in which the application layer protocol is the key, it includes the priority assignment, source address distribution, parameter definition etc. Then, establishes the CAN network simulation model using the CANoe, which provides a basis for the validation for the CAN communication protocol. Finally, analyses the real-time performance through the RMA method, and make a test for the CAN network by using the model simulation.
Results from the analysis for the CAN network show that the CAN network structure and communication protocol designed for the electric vehicle meet the communication requirements, have good real-time performance. This paper design the CAN network based on J1939 protocol for a pure electric vehicle, and achieved good effect, which states that it has the very good project application significance.
Key Words: Electric Vehicle; CAN Bus; Communication Protocol; CAN Network Model; Simulation
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    [LV.1]初来乍到

    发表于 6-6-2015 13:41:44 | 显示全部楼层
    CAN 网络仿真模型,仿真测试分析,还可以再详细说说,认真听课!
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    3-7-2015 14:44
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    [LV.2]偶尔看看I

    发表于 17-6-2015 14:21:46 | 显示全部楼层
    论文有些乱啊。
    1、国内研究现状资料有些老了;
    2、论文的重点讲各种协议及CAN协议,还是重点讲CANoe,我觉得LZ应该结合整车开发项目中,各种协议的应用、和CANoe的各种功能应用来写论文,比如需求定义阶段,CANoe可以先仿真,比如后期验证确认阶段,CANoe可以用做测试等等,然后再引出CANoe的各种功能介绍;

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    [LV.2]偶尔看看I

    发表于 27-6-2015 18:59:26 | 显示全部楼层
    这么多的么会啊防守反击
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