發動機和變速箱的CAN總線控制

【摘要】本文首先以發動機和變速箱的CAN總線數據為研究對象，針對現有的成熟控制理論和發動機及變速箱的協調CAN總線控制，在國內僅有的CAN總線控制的變速箱控制成熟案例基礎上對發動機、變速箱、設備控制器的CAN總線的集成控制進行介紹和分析，并開展了深入的控討。

【關鍵詞】CAN總線；變速箱；發動機；J1939

【中圖分類號】S219.031 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672—5158（2012）08—0153-01

一、現有系統介紹

主動式鏟運車是動力系統主要包括發動機、變速箱，其協調控制是基于CAN總線通訊來實現，現已通過CAN總線實現了發動機與變速箱的協同控制，擺脫了以往依靠機械式或電氣輸口的輸入控制方式。依托CAN總線發動機及ZF變速箱全開放J1939通信協議標準，根據發動機和變速箱的特性進行集中控制，使各方面專家的成熟控制方案得以實施，在控制其節能和功率控制方面創國內領先水平。該設備于2010年由歐洲引入國內，經過2年的試制研發，其電氣控制系統完全由國內專家協作開發，已達到國內工程設備先進水平。

目前這在國內實用兩年的成熟動力CAN總線控制系統在采用04排放的發動機的最新鏟運機型上得到了繼續沿用，并于2012年8月瑞士試機成功。

二、J1939協議簡介

J1939是運用于移動車輛的一種支持閉環控制的多個組成部件控制器之間的高速通信網絡協議，它CAN2.0為核心，一個J1939的CAN數據幀由標識符（ID）、數據度、最長8字節的數據內容組成。其中標識符信息包含了以下信息：優先權（P）、保留位（R）、數據頁位（DP）、協議數據單元（PDU formamt）和源地址（sourceaddress）。

三、發動機J1939部分

通過發動機CAN總線J1939協議可以實現發動機診斷、狀態監視、油門控制等多方面信息傳遞。發動機的狀態和控制是通過數據長度為8字節不同的CAN數據包來進行傳送，這些數據據包通過各自不同的ID號來加以區別，每個數據包在J1939協議中以不同的名字來命名。其中較常用的如是反映發動機當前故障點的故障號（DM1、DM2、DM5），發動機工作總時間，當前電池電壓，燃油經濟性，燃油溫度和冷卻液溫度（EET），當前發動機轉速及轉矩（EEC1）、載荷百分比（EEC2）、冷卻液位及機油壓力（EFL/P），空壓溫度；用來控制的CAN數據包發動機轉速＼轉矩控制（TSC1），發動機軟啟停和最重要的修改發動機工作曲線的CAN指令等。

對于04排放發動機J1939部分新增了冷卻水位，后處理器（DPF）選擇開關及DPF燈等需要強制安裝的開關和燈等元器件相關協議，這樣就只需要對虛擬儀表和PLC程序略加改動就能從以往舊有程序升級到適用于04排放發動機的程序。

四、變速箱CAN數據部分

變速箱與發動機和控制器通過CAN總線來進行聯系，從發動機和變速箱所發出的CAN數據中可以獲得足夠的控制信息來協調整個電氣系統工作在合理的工作范圍內，實現功率分配的最優化和節能的最大化。在發動機所發出的CAN數據中，最常用的包括下列主要狀態數據：發動機輸入轉速、輸出轉速、變檔范圍、當前檔位、檔位方向、OP模式等（TCU1）；AEB模式及其子代碼、各電氣輸入輸出點的IO狀態、油底殼溫度等（TCU2）等。對于變速箱，將從總線上獲取EEC1、EEC2、EEC3、ERC1、CCVS等各幀CAN數據作為變速箱運行的參考，同時發出TSC1、ETC1、ETC2數據放到CAN總線上供發動機和設備控制器使用。

依據變速箱的相關CAN總線指令協議，在控制方面變速箱可以擺脫電氣物理控制接口，實現全CAN通訊控制，這也為生產廠家降低了相關硬件成本，并盡可能減少了維修故障點提供了可能性。

五、設備控制器

設備控制器接收以上發動機和控制器所發出的訊息，采集液壓系統等傳感器的電氣訊號，將信息匯總分析后對設備執行機構發出操作指令，并依據協議規定的CAN數據對發動機轉速和扭矩進行控制以及對變速箱的當前檔位、采用的工作模式進行操作，并進行協同工作，同時將采集的信息如故障代碼、狀態信息發送到人機界面，并由人機界面給出相關提示信息和診斷訊息指導操作人員和維護人員進行相關操作或提供信息參考，另外可由專業技術人員通過人機界面來對發動機工作曲線、變速箱工作模式，對整臺設備的功率分配方式及節能制式進行簡單的配置。

六、前景探討

整車控制系統通過J1939協議獲取發動機和變速箱的轉速及轉矩信息，加上設備控制器從液壓系統采集的液壓信息，和通過電磁閥芯反饋電流值大小可控制液壓回路的輸出排量，合理估算出各子系統的功率分配，通過人工輸入的當前工況，根據設備不同的工作特性，采用適當的發動機工作曲線和設置變速箱的不同變檔工作曲線，使設備工作得以順暢的工作在最經濟的工作狀態下。

現在如何節能已經成為全球面臨的普遍問題，越來越多工程設備面臨著如何更多地降低油耗的問題，設備各種組成部件由不同的專業廠家制造，而CAN總線通訊技術使得各組成部件按照預設的工作方式協調工作成為可能，基于開放式總線通訊技術的動力控制系統在節能這一方面具備不可比擬的優勢，而基于CAN的J1939控制為實現這一最經濟的工作方式鋪平了道路，不難想像將來在這一基礎之上，更先進的節能技術將會不斷推陳出新，被開發出來并應用于不同的設備平臺。

參考文獻

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