Abstract
Abstract
Vehicle Road Train (VRT) is the solution to reduce energy consumption, improve transport efficiency, reduce transportation costs and traffic safety. Engine speed control is one of the core technology of Vehicle Road Train (VRT).
The speed consistance of all individual vehicle is the key to VRT functioning. Vehicle speed is decided by the engine speed. The consistancy of engine speed in each vehicle unit is the control target for Vehicle Road Train speed control. Each vehicle in the VRT, including all electronic control units on it, is essential components of VRT, and reliable data transmission between them is the basis of the engine speed control. CAN bus can the transimit data between vehicles in the VRT and can make those data useful to all ECUs.
The main contents are as follows:
⑴ Based on systematic study, an Engine speed control system is designed;
(2) Design a control system based on fuzzy variable structure PID method, and a DC motor is used to simulate engine for evaluation of the control performance;
(3) A SAEJ1939 based communication network is designed for data transmission between the respective units of the VRT;
(4) For EMC consideration, anti-electromagnetic measures used in hardware circuit and software filtering technology is added in software to further improve the accuracy of the data processing. That is to strengthen the controller stability.
(5) The application layer software is designed based on the NI board with Labview. The motor transient response curve can be obtained form Labview interface, and the performance of the controller can be further adjusted through the transient response curve.
The system has been tested in forms of unit and as an integrated system, the results show system works stably with satisfactory performance.
Key words ： Engine , CAN-BUS, Vehicle Road Train, Labview
II
万方数据目录
目录
摘要...................................................................................................................................................IABSTRACT...................................................................................................................................II
第一章绪论...................................................................................................................................1
1
.1课题的研宄背景和意义.....................................................................................................1.2汽车队列技术应用现状.....................................................................................................2
1
1
.2.1汽车队列技术...............................................................................................................2
1.2.2发动机转速控制技术..................................................................................................31.2.3车载网络技术...............................................................................................................51.3汽车队列技术的发展趋势.................................................................................................51.4总结........................................................................................................................................5
第二章系统方案与整体结构论述...........................................................................................72.1系统的需求分析..................................................................................................................72.2控制系统的优点和可行性.................................................................................................82.3系统整体实现的方案........................................................................................................112.3.1转速控制器的方案设计...........................................................................................112.3.2通信网络设计方案....................................................................................................132.3.3电源系统的设计方案................................................................................................152.3.4滤波器的理论设计....................................................................................................192.4本章小结.............................................................................................................................21第三章汽车队列的车间网络设计.........................................................................................223.1适用说明.............................................................................................................................223.2网络拓扑结构.....................................................................................................................233.3各层协议遵循的标准说明...............................................................................................243.3.1物理层..........................................................................................................................243.3.2数据链路层.................................................................................................................263.3.3应用层..........................................................................................................................293.4各个节点的设置说明........................................................................................................353.5本章小结............................................................................................................................37III
万方数据目录
第四章发动机转速控制系统的算法设计..............................................................................384.1发动机转速控制及常用算法..........................................................................................384.2控制系统的设计................................................................................................................394.3控制器的软件设计............................................................................................................434.4本章小结.............................................................................................................................44第五章控制系统的实现.........................................................................................................455.1基于CAN总线的网络设计...........................................................................................455.1.1网络硬件设计.............................................................................................................455.1.2网络软件设计.............................................................................................................465.2数据采集系统和数据输出系统设计.............................................................................475.2.1A/D输入电路设计.....................................................................................................475.2.2 D/A输出电路设计....................................................................................................485.3控制器性能测试系统设计...............................................................................................485.3.1测试系统的硬件设计................................................................................................495.3.2测试系统的软件设计................................................................................................495.4控制器电源的防EMC设计...........................................................................................495.5电路的电平匹配设计........................................................................................................505.6本章小结.............................................................................................................................51第六章系统集成与测试...........................................................................................................526.1控制性能测试.....................................................................................................................536.2控制器抗EMC测试.........................................................................................................546.3结论.....................................................................................................................................55第七章工作总结与展望.........................................................................................................56参考文献.......................................................................................................................................57顏................................................................................................................................................59作者在攻读硕士期间科研成果................................................................................................60IV
万方数据第一章绪论
第一章绪论
1.1课题的研究背景和意义
(1)汽车队列的研宄背景和意义
随着经济的发展，机动车数量的增加，而道路的宽度和道路的数量对很多城市已 经是饱和状态[1]。许多国家都面临着严重的交通问题。如何大幅度提高路网通行能力 和道路安全，已是当前汽车面临的最大问题之一。
现代城市里大规模活动所涉及的客流集中高密度传输更是一个复杂问题。各类体 育比赛、演唱会、博览会等等都会引起大规模客流的集中输送要求，而校园、游乐场 所、大企业中也常常出现不均匀客物流输送任务的要求。这些客流的基本特点是集中、 大规模、不均匀。
要满足这种类型的输送需求，目前常规的方法，比如世博会、运动会等是配备或 者调用大量大客车，除了社会成本大以外，还需要大量司机，而且大客车有安全行驶 距离要求，道路的使用效率也不高。同时，对输送资源（包括车辆、道路和司机等） 的规划和配置会非常困难，因为要考虑资源的使用效率。简单地说就是资源配置难题: “忙的时候，多少也不够，闲的时候，一点也用不着”。
举例来说，刚刚闭幕的2
011
年深圳世界大学生运动会，就动用了 1600辆新能源
大客车完成输送客流任务。除了车辆以外，还需要数千司机，而且客车行驶需要安全 车距，按保守计算（考虑城市交通，车速比较低），平均车距1资源空耗就是约2
0
0
米[2][3][4]，这样道路
公里。资源的利用效率潜力巨大。
灵活、可靠的汽车队列技术可以使车辆输送能力灵活配置，通过减少司乘人员和 充分利用道路空间，能够减少能源消耗，提高输送效率，降低运输成本的同时并保障 交通安全。同时，通过车间的通信协议和系统设计、通过车辆动态信息和安全信息的 监控[5]，最大限度地保障行驶与交通安全。
此外，通过对汽车队列行驶时空气动力学研宄分析和仿真[6]，发现汽车队列行驶 可以降低车辆受到的阻力，降低汽车的燃料消耗，节约能源。
公路队列开发目标是把独立车辆连接组合成汽车队列，通过汽车电子技术应用和 现代通信技术和智能控制技术[7]，实现灵活、可靠、经济智能的车辆集群，以高效、 经济的手段，在短时间内完成大规模人流物流的输送。这样可以提高车辆、司机和道 路的使用效率。
(2)发动机转速控制的意义
发动机转速控制器是整个车辆的动力之源，发动机性能的好坏直接影响着车辆的
1
万方数据汽车队列中发动机转速控制系统的设计与实现
动力性能。发动机从机械式发动机向电控式发动机的发展，直接使发动机的尾气排放 量降低很多。所以要想实现汽车队列中的各个车辆之间车速跟随性好，同时降低尾气 排放量，就要从控制发动机转速角度来控制汽车列队中各个车辆的车速。
(3)车辆网络的意义
车辆网络是车辆电子技术高速发展的代表，是传统技术和新兴计算机网络技术相 互结合的结晶。电子技术和信息技术在汽车中的广泛应用：ABS、燃油电子喷射、电 子行驶稳定系统等融合了电子、电气、机械行业为代表的现代汽车技术的快速发展。 汽车内部通讯网络因为与现代汽车技术和电子技术具有广泛的联系，以致在汽车工业 中得到广泛的应用。
1.2汽车队列技术应用现状
汽车队列技术是多个学科门类的交叉学科，它与汽车动力学、内燃机学、汽车电 子、车载网络、控制理论和机械等相关学科具有紧密的联系。
1.2.1汽车队列技术
国外对汽车队列的研宄起步比较早，相关技术也发展的比较快。
德国、美国和瑞典等汽车工业发达国家对汽车列队相关技术的研宄投入了很大的 人力物力。在汽车的车间通信，汽车转弯，汽车制动方面和车辆运行的稳定上取得了 很大的进步。相关技术的论文数量和相关专利的数量也在快速增长。由于汽车队列全 世界仍旧处于初始发展阶段，所以汽车队列的类型和技术使用比较多样。目前世界上 一般具有如下几种类型的汽车队列：第一种队列中的车辆单元之间没有连接，车辆单 元之间的通讯方式为无线通信，例如沃尔沃公布的汽车队列技术；第二种就是队列中 各个车辆单元之间采用的是硬链接，但是只有第一车具有动力装置，例如澳大利亚的 矿山中运送铁矿石的车辆；第三种就是队列中各个车辆单元之间采用的是硬链接，队 列中的每个车辆单元是一辆完整的车。汽车队列是当前汽车工业领域一项新技术，且 商业前景十分可观，相关技术的研宄大多是依托于商业汽车厂家，因此商业机密性比 较强，当前能查到的相关文章比较少。例如文献[8]是沃尔沃汽车厂申请的关于汽车队 列中车队行进控制系统的专利。这项专利介绍了队列中的各个车辆单元之间在没有硬 链接的情况下，通过无线通信方式实现信息交换的方法，队列中各个车辆单元之间的 相互保持的距离长度，控制车辆速度的控制方法等技术。例如文献[9]对汽车队列的车 间距离进行了研宄，对车间距离的控制算法进行仿真，具有比较好的控制效果，缺点 是只是仿真研宄，并没有用实物对算法进行验证。汽车队列的车辆安全性是汽车队列
2
万方数据