CAN協(xié)議車載網(wǎng)絡(luò)若干關(guān)鍵理論研究.pdf

1、安全、節(jié)能、環(huán)保以及汽車智能化的需求推動(dòng)了汽車電子技術(shù)飛速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)化成為近年來汽車電子領(lǐng)域最為重要的發(fā)展趨勢(shì)。車載網(wǎng)絡(luò)是基于分布式控制理念采用數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)作為汽車電子系統(tǒng)互連的手段，實(shí)現(xiàn)汽車控制系統(tǒng)的高效集成、實(shí)時(shí)協(xié)作以及可靠的綜合性能監(jiān)控，是汽車電子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)的平臺(tái)、汽車智能化的關(guān)鍵?？刂破骶钟蚓W(wǎng)絡(luò)CAN協(xié)議是最先被國(guó)際ISO組織標(biāo)準(zhǔn)化的車載網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，是汽車電子系統(tǒng)互連最為有效的手段之一。因此深入研究CAN協(xié)議車載網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵理論及

2、其應(yīng)用對(duì)于汽車進(jìn)一步電子化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化具有十分重要的技術(shù)意義和經(jīng)濟(jì)意義。
　　 CAN總線已經(jīng)成為當(dāng)今最成功的車載網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代汽車控制中，但由于汽車應(yīng)用環(huán)境的復(fù)雜性，CAN協(xié)議車載網(wǎng)絡(luò)的安全（容錯(cuò)）性、實(shí)時(shí)性、可靠性以及帶寬資源利用能力至今仍未能滿足實(shí)際要求與發(fā)展需要。因此，除解決汽車強(qiáng)電磁干擾問題和網(wǎng)絡(luò)本身電氣故障外，如何提高網(wǎng)絡(luò)的高效集成、如何針對(duì)不同應(yīng)用設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)調(diào)度算法提高網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性與靈活性、如何分析網(wǎng)絡(luò)

3、性能以保證網(wǎng)絡(luò)可調(diào)度性與可靠性、如何提高帶寬資源利用率，以及如何實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析方法的可視化等問題都是CAN協(xié)議車載網(wǎng)絡(luò)有待深入研究和解決的關(guān)鍵理論問題。
　　 本文開展了CAN協(xié)議車載網(wǎng)絡(luò)若干關(guān)鍵理論及其應(yīng)用的研究，取得了一下成果：
　　 1．車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的開發(fā)是一個(gè)分布式系統(tǒng)工程問題，涉及到節(jié)點(diǎn)開發(fā)、系統(tǒng)集成，信息交換、時(shí)間同步、功能協(xié)作和成本等多方面的因素，而且這些因素之間互相影響和制約。本文在分析現(xiàn)場(chǎng)總線集成理論基礎(chǔ)

4、上，提出了基于CAN協(xié)議的多層次車載網(wǎng)絡(luò)集成策略，并在文獻(xiàn)所提的總線級(jí)系統(tǒng)開發(fā)流程基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出了CAN協(xié)議車載網(wǎng)絡(luò)級(jí)系統(tǒng)Ⅴ字型系統(tǒng)工程開發(fā)方法，完善了整車網(wǎng)絡(luò)級(jí)系統(tǒng)的系統(tǒng)集成策略。
　　 2．面對(duì)汽車車身電子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)要求高擴(kuò)展靈活性，高帶寬資源利用效率和軟實(shí)時(shí)特性，對(duì)比研究了單信號(hào)幀裝載與組合信號(hào)幀裝載RM調(diào)度算法方案，并針對(duì)經(jīng)典RMA分析指標(biāo)不具備評(píng)價(jià)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展靈活性指標(biāo)問題，提出擴(kuò)展靈活性因子，理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)證明了組

5、合信號(hào)幀裝載RM調(diào)度可擴(kuò)展靈活性、帶寬資源可利用裕度、信息實(shí)時(shí)性均優(yōu)于單信號(hào)幀裝載方案。
　　 3．面對(duì)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)要求嚴(yán)格實(shí)時(shí)協(xié)同、閉環(huán)時(shí)間觸發(fā)以及高速容錯(cuò)特性，針對(duì)經(jīng)典CAN方案不具備時(shí)間觸發(fā)功能導(dǎo)致的信息協(xié)同能力差、傳輸不具有確定性、容錯(cuò)性差等問題，研究了時(shí)間觸發(fā)的CAN(TTCAN)方案，并針對(duì)TTCAN系統(tǒng)矩陣構(gòu)建多維復(fù)雜性問題，提出基于調(diào)度表的AL調(diào)度算法；進(jìn)一步針對(duì)閉環(huán)時(shí)間觸發(fā)應(yīng)用，提出周期最糟糕抖動(dòng)評(píng)價(jià)指

6、標(biāo)，經(jīng)對(duì)比驗(yàn)證了所提方案在周期性信息傳輸確定性、實(shí)時(shí)性、容錯(cuò)性以及帶寬資源利用方面優(yōu)于經(jīng)典CAN方案。
　　 4．在3、4研究工作基礎(chǔ)上，面對(duì)汽車整車網(wǎng)絡(luò)不同應(yīng)用，分別研究了單一TTCAN網(wǎng)絡(luò)方案和CAN-TTCAN雙網(wǎng)組網(wǎng)方案，針對(duì)前者提出混合調(diào)度算法及相應(yīng)分析理論，針對(duì)后者提出分網(wǎng)調(diào)度策略，并導(dǎo)出了相應(yīng)性能分析方案，理論分析結(jié)果表明單一TTCAN網(wǎng)絡(luò)調(diào)度能力強(qiáng)，資源利用率高，集成度好；雙網(wǎng)方案結(jié)構(gòu)信息間沖突機(jī)率小、成本較低。

7、
　　 5．針對(duì)經(jīng)典CAN協(xié)議擴(kuò)展靈活性好、傳輸確定性差，TTCAN傳輸確定性強(qiáng)、靈活性差此類不平衡問題，為結(jié)合兩方案優(yōu)點(diǎn)，本文深入研究了柔性時(shí)間觸發(fā)CAN(FTTCAN)協(xié)議原理，引入動(dòng)態(tài)規(guī)劃概念，設(shè)計(jì)了基于規(guī)劃的調(diào)度策略，通過理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方案在保證信息傳輸實(shí)時(shí)性能的前提下，具有擴(kuò)展靈活性和確定性兼顧的平衡性、綜合性特點(diǎn)。
　　 6．針對(duì)調(diào)度算法及性能分析理論過于復(fù)雜、難以應(yīng)用問題，本文采用了可視化技術(shù)，針對(duì)