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基于CAN总线的汽车控制网络实时性优化研究
| 论文题名： | 基于CAN总线的汽车控制网络实时性优化研究 |
| 关键词： | CAN总线;汽车控制网络;实时性优化;硬件电路;软件程序 |
| 摘要： | 现代汽车工业发展迅速,车辆上的控制机构越来越多、越来越复杂。传统的汽车电控方式使得车身线束数量增加、线路复杂、故障率上升,车内可利用的空间随之变小。利用汽车现场总线技术,建立车体控制局域网,实现对车体电器设备的分布式控制和管理,可以减少车内线束数量,提高系统工作的可靠性和稳定性。车体网络技术已成为汽车电子领域的一个研究热点。 本文对汽车控制系统中CAN总线网络的实时性优化技术进行了研究。主要的研究工作包括以下几个方面: (1)分析了汽车控制网络的发展历程、技术优势以及应用特点,研究了CAN总线应用于汽车控制网络时出现的实时性问题和可靠性问题,并提出了解决策略; (2)设计了拥有高/低速CAN总线的层次化汽车控制网络系统,完成了硬件电路和软件程序的实现,搭建了整个实验平台。该系统中的高速网络连接发动机控制单元、防抱死制动单元和电动助力转向单元三个子系统,低速网络连接车身控制子系统; (3)提出了一套针对汽车控制网络应用的实时性优化方案,并设计了相应的CAN应用层协议。该方案采用了时间触发与分布式优先权队列动态调整相结合的混合调度算法,可有效提升实时性能; (4)建立了汽车CAN控制网络的实时性分析评估模型,从理论分析和实验验证两方面检验了本文优化方案的有效性。 设计的混合调度算法针对网络上数据的周期性与非周期性及其优先权动态变化的特性,利用基于时间触发的矩阵周期调度表管理总线上的报文传输任务。本文算法的优势是:在独占时间窗内传送周期性数据,在仲裁时间窗内传送非周期性数据;对仲裁时间窗内的报文实行优先权动态调整;矩阵周期可用多种优化算法静态构造,也可在网络运行时动态更新。通过这些措施,既解决了标准CAN协议在网络负载繁重情况下低优先级报文无法取得总线控制权而无限延时的问题,又克服了TTCAN技术中静态调度表不能适应网络参数变化以及优先级动态变化的不足,也克服了动态优先级技术不能保证周期性数据传输实时性的缺陷。 实验结果表明,在对网络实时性的优化效率方面,本文方案比单独的TTCAN技术或动态优先权技术效率提升10％以上。 |
| 作者： | 廖晓露 |
| 专业： | 计算机科学与技术 |
| 导师： | 谭怀亮;王海龙 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖南大学 |
| 学位年度： | 2010 |
| 正文语种： | 中文 |
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