基于CANoe的混合动力电动车TTCAN建模与仿真.pdf

### 基于CANoe的混合动力电动车TTCAN建模与仿真 #### 概述 本文档探讨了如何利用时间触发CAN总线（TTCAN）协议来优化混合动力电动车（HEV）中的控制器网络通信。研究的核心在于设计一种能够有效支持分布式控制或实时控制的串行总线技术，并通过在CANoe网络仿真系统中实现该协议来验证其性能。 #### TTCAN协议的设计 ##### 网络结构和信息帧定义 研究的混合动力电动车控制器网络包含多个关键组件： - **上位控制器（HCU）**：负责整体协调和管理其他控制器的工作； - **发动机控制单元（ENG）**：控制内燃机的工作状态； - **采集显示模块（DCU）**：收集和显示车辆运行的相关数据； - **电机控制单元（IPU）**：控制电动机的工作状态； - **电池管理单元（BCM）**：监测和管理电池组的状态。 这些组件构成了整个控制器网络结构，如图1所示。每个控制器之间通过CAN总线进行通信，其中TTCAN协议被用来确保通信的实时性和确定性。 ##### 系统矩阵设计方法 为了更好地支持独占窗（Exclusive Window）和仲裁窗（Arbitration Window）的调度，设计了一种系统矩阵。这种方法使得TTCAN能够在保持通信实时性的同时，有效地处理不同类型的通信需求。周期型信息通过独占窗发送，而事件型信息则通过仲裁窗发送，这样可以最小化周期性信息的抖动，并确保事件型信息在必要时能够得到及时传输。 #### CANoe的二次开发 ##### 应用层和会话层模型的添加 为了在CANoe仿真环境中实现TTCAN协议，进行了必要的二次开发工作。这包括增加了应用层和会话层模型，以便更准确地模拟实际的通信过程。这种扩展不仅增强了仿真系统的功能，还使得研究人员能够更加细致地分析协议的性能。 ##### 仿真分析 通过对所设计的TTCAN协议进行仿真分析，可以评估其在不同条件下的表现。仿真结果显示，周期型信息具有良好的实时性，并且抖动很小；相比之下，事件型信息的实时性受到仲裁窗调度的影响较大。这意味着在设计系统矩阵时需要特别考虑如何平衡这两类信息的需求。 #### 实车试验验证 为了进一步验证仿真结果的有效性，进行了实车试验。试验结果与仿真结果一致，证实了所设计的TTCAN协议在实际应用场景中的可行性和有效性。 #### 结论 本文提出了一种基于TTCAN协议的混合动力电动车控制器网络设计方案，并通过在网络仿真系统CANoe中的二次开发以及实车试验进行了验证。结果显示，该方案能够有效提高通信的实时性和可靠性，特别是对于周期型信息。然而，对于事件型信息而言，还需要进一步优化仲裁窗的调度策略以提高其实时性能。未来的研究可以集中在改进仲裁窗的调度算法，以更好地满足混合动力电动车控制器网络的需求。