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电动汽车动力系统CAN网络协议设计与仿真测试
| 论文题名： | 电动汽车动力系统CAN网络协议设计与仿真测试 |
| 关键词： | 电动汽车;动力系统;CAN协议;仿真测试;性能分析 |
| 摘要： | 由于电动汽车与传统汽车在动力系统上的差异，已经成功应用于传统汽车的CAN协议不能完全适用于电动汽车，电动汽车CAN协议尚未形成统一的标准；电动汽车动力系统是整车关键所在，对CAN控制系统的实时性有严格的要求，将实时性等CAN性能评价指标量化对于理论分析和工程应用都具有重要意义。针对以上问题，以电动汽车动力系统CAN网络协议为设计中心，从网络的数学建模、仿真分析以及台架实验等方面完成了以下工作： ①引入了CAN数据帧传输的数学模型，以数学计算公式的形式量化了CAN网络性能评价指标；基于数学模型分析了影响CAN网络实时性的因素；建立了CAN网络性能评价指标与实时性之间的数学关系；从网络、节点和CAN帧三个层面提出了电动汽车CAN网络协议的设计策略。 ②分析了电动汽车动力系统CAN的结构和控制器节点的功能需求；针对周期型控制消息，基于非抢优RM调度算法提出了通信周期的设计约束条件和方法；基于SAE J1939协议的预留空间加以拓展和补充，设计了电动汽车动力系统CAN应用层协议。 ③基于CANoe设计了电动汽车动力系统CAN网络全虚拟仿真模型，仿真验证了CAN协议在逻辑上的正确性，并预测了网络负载率；设计了物理节点半实物自动化仿真测试模型，通过CAPL程序编写测试脚本、自动生成测试报告，验证了物理节点在控制逻辑上的正确性和良好的实时性。 ④以电动汽车动力系统实验台架为平台，进行了基于CAN的自动换档实验和状态故障监测实验，测试了物理CAN网络的负载率和CAN帧通信周期。证明了所设计的CAN协议在物理环境下的正确性和可靠性，以及良好的扩展性；动力系统CAN网络在台架实验中实时性表现良好。 从仿真和测试两方面论证了设计的电动汽车CAN协议的正确性，对于CAN协议的拓展具有实际意义；对比分析了数学模型、仿真模型和台架测试三者在CAN网络性能预测和评估问题上的相对误差，数学模型计算结果比台架测试结果高出约8.20%；仿真结果比台架测试结果低约1.51%。证明了仿真模型对CAN网络性能评估准确性更好，数学模型在CAN网络设计之初，用于定性分析网络性能具有一定的价值。三种方法联合对比论证，提高了分析结果的准确性。 |
| 作者： | 朱体刚 |
| 专业： | 动力机械及工程 |
| 导师： | 杜常清 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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