车用FlexRay网络应用原型系统的研究与实现

论文摘要

FlexRay是下一代车用网络的主流协议，它具有传输速率快和实时性强的特点，能够满足汽车对安全性和操控性的苛刻要求。目前整个汽车行业对FlexRay技术的研究和推广程度非常有限，相关应用也非常有限，本文以FlexRay协议为基础，提出了实现车用FlexRay网络原型系统的方法，并对FlexRay网络进行了性能测试和评估。首先，对车用网络和FlexRay技术进行分析，全面总结了车用网络产生、发展和成熟的历程，介绍了车用网络的基本类别、典型特征、研究现状及发展趋势，分析了作为下一代主流车用网络的FlexRay网络的特性、应用领域和研究现状，研究了FlexRay协议的数据编码与解码方式、数据帧结构、媒体访问方式和时钟同步等机制。其次，以车用网络和FlexRay技术为基础，提出了FlexRay网络节点的设计方法，先采用MC9S12XF512和TJA1080搭建了FlexRay网络节点硬件平台，再利用Codewarrior编写FlexRay网络节点底层驱动程序。以节点的软硬件设计为基础，提出了构建车用FlexRay网络应用原型系统的方案，采用四个子节点作为控制汽车四个车轮的电子控制单元，主节点作为总控节点，通过监控各子节点的状态，实现车轮转速、加速度、温度、胎压等状态信息的监控，通过采集和分析监控过程中的数据，实现网络传输速率、安全性和实时性的测试和评估。最后，以网络应用原型系统为平台，对FlexRay网络的实时性、可靠性和数据传输速率进行了测试；以CAN网络为参照，对FlexRay网络的性能进行了有效评估。FlexRay是一种高速、实时、可靠的车用网络通信协议，符合下一代车用网络的发展需求，对FlexRay协议进行合理配置能有效地将其应用于车用网络中，提高整车性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 研究内容
• 1.3 本文主要工作
• 1.4 本文结构
• 第2章 相关研究
• 2.1 引言
• 2.2 车用网络综述
• 2.2.1 车用网络发展背景
• 2.2.2 车用网络特点和分类
• 2.2.3 车用网络研究现状
• 2.2.4 车用网络发展趋势
• 2.3 FlexRay技术综述
• 2.3.1 FlexRay技术简介
• 2.3.2 FlexRay技术的特性
• 2.3.3 FlexRay技术的应用领域
• 2.3.4 FlexRay技术的研究现状
• 2.4 FlexRay网络原型系统综述
• 2.4.1 VECTOR
• 2.4.2 ETAS
• 2.4.3 Intrepid
• 2.5 本章小结
• 第3章 车用FlexRay网络通信协议分析
• 3.1 引言
• 3.2 FlexRay网络拓扑结构
• 3.2.1 总线型网络拓扑结构
• 3.2.2 星型网络拓扑结构
• 3.2.3 混合型网络拓扑结构
• 3.3 FlexRay协议数据编码与解码
• 3.3.1 编码与解码
• 3.3.2 帧编码
• 3.4 FlexRay协议数据帧结构
• 3.4.1 数据帧格式
• 3.4.2 数据帧的头部段
• 3.4.3 数据帧的负载段
• 3.4.4 数据帧的尾部段
• 3.5 FlexRay协议媒体访问方式
• 3.5.1 静态段通信
• 3.5.2 动态段通信
• 3.6 FlexRay协议时钟同步机制
• 3.7 本章小结
• 第4章 FlexRay网络节点硬件设计
• 4.1 引言
• 4.2 硬件设计工具和平台
• 4.3 节点硬件选型
• 4.3.1节点核心MC9S12XF512
• 4.3.2 FlexRay收发器TJA1080
• 4.3.3 其他硬件模块
• 4.4 节点硬件整体框架设计
• 4.5 节点硬件详细设计
• 4.5.1 节点最小系统设计
• 4.5.2 FlexRay收发器模块设计
• 4.5.3 USB接口模块设计
• 4.5.4 节点其他输入输出模块设计
• 4.5.5 CAN收发器模块设计
• 4.5.6 节点PCB图设计
• 4.6 本章小结
• 第5章 FlexRay网络节点软件驱动设计
• 5.1 引言
• 5.2 软件开发工具和平台
• 5.3 节点驱动程序的功能和结构分析
• 5.4 节点驱动程序详细设计
• 5.4.1 主文件模块设计
• 5.4.2 时钟模块驱动设计
• 5.4.3 FlexRay模块驱动设计
• 5.4.4 USB模块驱动设计
• 5.4.5 中断模块驱动设计
• 5.4.6 通用I/O端口的设计
• 5.5 本章小结
• 第6章 原型系统应用及网络性能评估
• 6.1 引言
• 6.2 原型系统的实现及应用
• 6.3 应用的仿真实验
• 6.3.1 实验方案设计
• 6.3.2 实验数据的帧结构
• 6.4 网络性能评估
• 6.4.1 性能评估指标
• 6.4.2 网络性能评估分析
• 6.4.3 CAN数据对比分析
• 6.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A （攻读硕士学位期间所发表的学术论文）
• 附录B （攻读硕士学位期间所参与科研项目）
• 致谢