CAN協(xié)議車載網(wǎng)絡若干關鍵理論研究.pdf

1、安全、節(jié)能、環(huán)保以及汽車智能化的需求推動了汽車電子技術飛速發(fā)展，網(wǎng)絡化成為近年來汽車電子領域最為重要的發(fā)展趨勢。車載網(wǎng)絡是基于分布式控制理念采用數(shù)字化網(wǎng)絡作為汽車電子系統(tǒng)互連的手段，實現(xiàn)汽車控制系統(tǒng)的高效集成、實時協(xié)作以及可靠的綜合性能監(jiān)控，是汽車電子系統(tǒng)網(wǎng)絡化設計的平臺、汽車智能化的關鍵?？刂破骶钟蚓W(wǎng)絡CAN協(xié)議是最先被國際ISO組織標準化的車載網(wǎng)絡協(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)絡的關鍵理論及

2、其應用對于汽車進一步電子化、網(wǎng)絡化、智能化具有十分重要的技術意義和經(jīng)濟意義。
　　 CAN總線已經(jīng)成為當今最成功的車載網(wǎng)絡標準，被廣泛應用于現(xiàn)代汽車控制中，但由于汽車應用環(huán)境的復雜性，CAN協(xié)議車載網(wǎng)絡的安全（容錯）性、實時性、可靠性以及帶寬資源利用能力至今仍未能滿足實際要求與發(fā)展需要。因此，除解決汽車強電磁干擾問題和網(wǎng)絡本身電氣故障外，如何提高網(wǎng)絡的高效集成、如何針對不同應用設計網(wǎng)絡調度算法提高網(wǎng)絡實時性與靈活性、如何分析網(wǎng)絡

3、性能以保證網(wǎng)絡可調度性與可靠性、如何提高帶寬資源利用率，以及如何實現(xiàn)網(wǎng)絡分析方法的可視化等問題都是CAN協(xié)議車載網(wǎng)絡有待深入研究和解決的關鍵理論問題。
　　 本文開展了CAN協(xié)議車載網(wǎng)絡若干關鍵理論及其應用的研究，取得了一下成果：
　　 1．車載網(wǎng)絡系統(tǒng)的開發(fā)是一個分布式系統(tǒng)工程問題，涉及到節(jié)點開發(fā)、系統(tǒng)集成，信息交換、時間同步、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)場總線集成理論基礎

4、上，提出了基于CAN協(xié)議的多層次車載網(wǎng)絡集成策略，并在文獻所提的總線級系統(tǒng)開發(fā)流程基礎上，進一步提出了CAN協(xié)議車載網(wǎng)絡級系統(tǒng)Ⅴ字型系統(tǒng)工程開發(fā)方法，完善了整車網(wǎng)絡級系統(tǒng)的系統(tǒng)集成策略。
　　 2．面對汽車車身電子系統(tǒng)網(wǎng)絡要求高擴展靈活性，高帶寬資源利用效率和軟實時特性，對比研究了單信號幀裝載與組合信號幀裝載RM調度算法方案，并針對經(jīng)典RMA分析指標不具備評價網(wǎng)絡擴展靈活性指標問題，提出擴展靈活性因子，理論分析和仿真實驗證明了組

5、合信號幀裝載RM調度可擴展靈活性、帶寬資源可利用裕度、信息實時性均優(yōu)于單信號幀裝載方案。
　　 3．面對汽車動力傳動系統(tǒng)網(wǎng)絡要求嚴格實時協(xié)同、閉環(huán)時間觸發(fā)以及高速容錯特性，針對經(jīng)典CAN方案不具備時間觸發(fā)功能導致的信息協(xié)同能力差、傳輸不具有確定性、容錯性差等問題，研究了時間觸發(fā)的CAN(TTCAN)方案，并針對TTCAN系統(tǒng)矩陣構建多維復雜性問題，提出基于調度表的AL調度算法；進一步針對閉環(huán)時間觸發(fā)應用，提出周期最糟糕抖動評價指

6、標，經(jīng)對比驗證了所提方案在周期性信息傳輸確定性、實時性、容錯性以及帶寬資源利用方面優(yōu)于經(jīng)典CAN方案。
　　 4．在3、4研究工作基礎上，面對汽車整車網(wǎng)絡不同應用，分別研究了單一TTCAN網(wǎng)絡方案和CAN-TTCAN雙網(wǎng)組網(wǎng)方案，針對前者提出混合調度算法及相應分析理論，針對后者提出分網(wǎng)調度策略，并導出了相應性能分析方案，理論分析結果表明單一TTCAN網(wǎng)絡調度能力強，資源利用率高，集成度好；雙網(wǎng)方案結構信息間沖突機率小、成本較低。

7、
　　 5．針對經(jīng)典CAN協(xié)議擴展靈活性好、傳輸確定性差，TTCAN傳輸確定性強、靈活性差此類不平衡問題，為結合兩方案優(yōu)點，本文深入研究了柔性時間觸發(fā)CAN(FTTCAN)協(xié)議原理，引入動態(tài)規(guī)劃概念，設計了基于規(guī)劃的調度策略，通過理論分析和實驗驗證了該方案在保證信息傳輸實時性能的前提下，具有擴展靈活性和確定性兼顧的平衡性、綜合性特點。
　　 6．針對調度算法及性能分析理論過于復雜、難以應用問題，本文采用了可視化技術，針對