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1、沈阳工业大学硕士学位论文CAN总线与J1939协议在燃料电池电动公交车上的实现姓名：申朝申请学位级别：硕士专业：计算机应用技术指导教师：曾碚凯20070103沈阳工业大学硕士学位论文摘 要为解决电动公交车各控制器之间的信息交换问题。从CAN总线的起源和发展来看，cN无疑是最佳的选择。与一般的通信总线相比，cN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。本文以燃料电池电动公交车为应用平台，通信标准遵照CN2oB及J1939协议，根据燃料电池电动公交车复杂的计算机控制结构及实际的工况要求，设计了一个比较完整的通信系统。首先分析了cN作为主流现场总线的重要作用和技术特点，讨论了cAN应用在燃料电
2、池电动公交车上的巨大潜力和发展前景。针对电动公交车总线系统的通信机制，提出了合理有效的仲裁解决方案。同时，详细地分析了位定时技术的基本原理和设定方法，并对CAN总线传输过程中的延迟时间做出计算。深入剖析了J1939协议的基本格式和通信原理，通过与CN协议比较，突出了其在应用层的重要作用：通过对电动公交车的通信单元分析，结合J1939协议，制定了电动公交车上通信节点间的具体应用协议。对电动公交车的实际工况要求进行了独特性分析，提出了电动公交车cAN总线通信系统的完整框架，同时，分析了主要模块的功能，设计出一种基于光纤介质的双环冗余网络结构，提出了具体的实现方案。研究了CAN总线的四种主要的拓扑结
3、构，通过分析cAN的协议标准，定义了电动公交车上光纤通信的协议规则，设计了一种适合于电动公交车的C盎N总线节点，同时进行了相应的硬件结构和软件的设计。最后，给出了基于TI公司的DSP芯片T煅320F2812的系统改进方案，并对方案的具体细节做了比较深刻的阐述。最后，针对设计的电动公交车CAN通信系统进行可行性测试实验，得到了比较理想的结果，充分证明了系统的可行性和有效性。该方案在电动公交车总线控制、信息传输等方面，有着广泛的应用价值。关键词：C州总线，光纤，电动公交车，协议，现场总线C州总线与J1939协议在燃料电池电动公交车上的实现1k Applic撕0n ofCAN-BUS锄d J1939
4、 iIl FlCeU-Elec雠ic B璐m油幻lVe lbe班otllem bc拥啪蛹锄。崎s ofeI。c吨bI|s协a呛hange砒眦蝴0n，戤咖啦tothe蕊咖柚d de、rel0呻mtof：怂hls，itis位b耐幽妇枞dom，L C删丑p训wiIh g既删a呱mmic幽n bl骂tbc“加皿mmi喇ofCANbI玛is鬻a埘魄蒯虹me锄d n饮iblc1k p印口丽lh删捌eII锄融b啦矗印plic舐pl删研m，哪印ond咖nd戤d c0血细m蕾o CAN2OB and J1939舯砌。吐錾coing to吐圮哪pIi俐蝴脚c(删鼬m咖锄d achlal删蜘i伽of如el啪d吨bI
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9、留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的论文在解密后应遵循此规定)躲忙一名：弛吼牡沈阳工业大学硕士学位论文11课题来源本学位论文基于沈阳骐骥电动车研究所合作项目“新型燃料电池电动公交车”，主要是研究cAN总线技术及J1939协议在燃料电池电动公交车上的具体实现。同时，课题中的很多实践工作还得到了华晨金杯汽车公司的大力支持，实验结果非常满意。12课题的背景121燃料电池电动汽车的国内外动态 随着世界石油资源的逐渐减少，国际油价持续攀升，电动汽车的发展日益受人关注。燃料电池汽
10、车，即以燃料电池作为动力系统的汽车，具有节能、转换效率高、不需要石油燃料、排放达到零污染、车辆性能接近内燃机汽车、结构简单及运行平稳的优点，近年来成为新的聚焦点【“。世界各大汽车公司已相继推出以甲酵或汽油为燃料的燃料电池汽车，但在关键技术上还没有取得全面突破。早在1964年，美国通用汽车就有了第一个燃料电池实验，并在1968年生产出第一辆可使用的燃料电池车。美国加州是世界上汽车排放标准最严厉的地区，但经过13年环保及环保车辆的探索实践后，于近期表示不再积极鼓励发展纯电动汽车，而转向了燃料电池。目前，很多世界知名汽车公司正在大力宣传和研究燃料电池汽车，可以预料燃料电池将成为未来几年美国的开发热点
11、。在国内，从20世纪50年代开始，中国一直进行燃料电池相关技术的研究，但直到20世纪90年代，全球环境署支持在中国进行燃料电池公共汽车示范，中国才对其产生了浓厚兴趣，希望能够在2008年奥运会(绿色环保奥运)和2010年上海世界博览会使燃料电池汽车真正投入运营。目前，中国有60个机构在从事燃料电池的研究。同济大学要在今后几年研制出5至7辆燃料电池汽车，该计划得到了政府的资助。还有计划准备生产几辆最新的小型客车和公共汽车。以燃料电池为动力的船也正处于试验阶段。2005年9月，中国研发的燃料电池汽车采用电一电混合驱动方案，在整车操控性能、行驶性能、安全性能、燃料利用率等方面均得到较大提高。2006
12、年5月，在北京召开的世界氢能大会上，中国自主研发的燃料电池轿车和客车样车与世界领先的奔驰公司的样车同堂展示，引起了广泛关注。CN总线与J1939协议在燃料电池电动公交车上的实现122 C削总线技术的起源与发展自上世纪90年代以来，有几种现场总线技术已经逐渐发展成熟，并在一些特定的应用领域显示了自己的影响和优势嘲，它们是：可寻址远程变换器数据链路(HA髓)、控制器局部网(C槲)、局部操作网络(L脯)、过程现场总线(PF18临)和基金会现场总线(FF)，这些现场总线各具特色，对于现场总线技术的发展发挥着各自的重要作用嘲。clN总线是最早出现的现场总线之一20世纪年代Bosch公司为解决汽车系统中各
13、个电子单元之间的通信问题开发了cN总线标准这种串行总线用2根或l根电线把汽车里的各个电子设备连接起来，相互可以传递信息。采用c州总线避免了电子模块闻大量繁复的连线，比如仪表板上车速、发动机转速、油量和发动机温度的指示就不需要连接不同的线缆到对应的传感器，而只需要接入c|N总线，就可以从总线上获取相应信息网。CN的卓越表现使汽车制造商们纷纷开发并使用基于cAN和数据采集设备的测试系统。国际标准组织将C州总线接纳为ISo ll跚标准NI公司在其标准虚拟仪器测试平台上推出cN控制器系列，支持多种cN总线的协议，其中包括高速c州、低速容错clN和单线cAN既埘。可以预测，cAN总线的普及将不会太远。1
14、23分布式控制系统和cN总线技术的特点控制系统的发展，就模式与形态而言，经历了独立单元控制，集中控制，分布式控制等几个阶段。在独立控制阶段，各控制单元之间是孤立的，不存在信息交换，由人工来协调各个控制单元的工作。在集中控制网络模型中，中央控制器承担网络通信处理，采集数据的接受、数据处理计算、产生控制指令并下传等控制系统中的绝大部分的工作，传感罂只负责采集现场数据并根据指令上传给中央处理器，执行器则根据指令执行动作。在集中控制系统中，中央处理器处理所有的网络通信，通信量大，容易产生瓶颈，因而对控制器要求较高。同时，每个集中控制系统都有自己独特的输德出和处理要求，开发和安装费用昂贵，扩展困难，实现
15、和测试的时闯长，系统问难于实现“融合”。随着控制系统的复杂性的提高，控制对象的相对分散，电动汽车作为一个复杂的系统，需要把控制任务分成各个子系统，形成分布式的控制系统，其带来的优点为(111棚：(1)提高了系统的可靠性。(2)降低了系统接线的复杂程度和接线费用，同时降低了信号的干扰和失真。沈阳工业大学硕士学位论文(3)提高了效率。(4)系统配置灵活，易于扩充和修改。(5)节省投资。分布式系统消除了集中控制造成危险集中的缺点，同时也改善了单个控制器功能单一的局限性。随着技术的发展，分布式系统将越来越多被应用到复杂的控制系统中。而在汽车设计中，为迸一步减少车身线束，方便故障诊断，满足主要电子控制单
16、元或系统间大量数据信息实时交换的需要，使汽车各方面性能趋于最佳状态，基于CAN总线的分布式网络常被用于数据交换15，峋CAN(c叫舡ollef ArN娟硎()即控制器局域网络，最初是由德国Bch公司为汽车监控、控制系统而设计的。它能有效支持分布式控制和实时控制的串行通信网络，由于其高性能、高可靠性及独特的设计，越来越受到工业界的重视，已被应用于汽车、机器人、数控机床、医疗器械、自动化仪表等很多领域并特别适合基于单片机的分布式控制系统。CAN已被公认为几种最有前途的现场总线之一，与一般的通信总线相比，CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。其特点可概括如下【17例：(1)cN为多主方式工作，网络上任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息，而不分主从，通信方式灵活，无须占地址等节点信息
