客車電器集成化研究

邱遠紅，王俊紅，譚福倫?

（金龍聯合汽車工業（蘇州）有限公司，江蘇 蘇州 215026）

客車電器集成化研究

邱遠紅，王俊紅，譚福倫

（金龍聯合汽車工業（蘇州）有限公司，江蘇 蘇州 215026）

針對客車電器特點，基于CAN通信，進行客車電器集成化設計方案。

集成化；總線技術；模塊

低碳汽車是《中國制造2025》重點發展十大領域之一（節能與新能源汽車），而智能化、電子化、輕量化、信息化、低碳化是汽車行業轉型升級與變革的關鍵要素。隨著新技術的不斷應用，以及客戶需求的多樣化，使得相對滯后發展的客車電器也迎來了迅速發展時期，電器模塊越來越多，各個電器模塊之間既相互聯系又相互影響。如何協調與處理好各個電器模塊之間的關系，使其既能滿足所需功能要求，又不超出現有技術條件所允許的范圍（如可靠性、功耗、耐久性、體積、電磁兼容等），這是客車電器集成化研究的主要內容，也是實現客車電器智能化設計的前奏。

由于客車制造實行客戶定制化生產，客車生產廠家會根據整車性能特點，在法規允許的范圍內，盡量滿足客戶多樣化的需求。本文根據客車電器的特點，在客車電器集成化設計方面進行了有益的探索。

1 以CAN為基礎的客車電器集成化設計

CAN是Controller Area Network的縮寫，是ISO國際標準化組織標準化的串行通信協議［1］。1994年，美國SAE制定了面向客車和載貨汽車的CAN網絡通信協議SAE J1939，現已在客車領域得到廣泛的應用。

CAN網絡實現了資源共享［2］，為滿足客車的動力性、經濟性、安全性、舒適性，客車需要各個控制子系統作為技術支持，在未使用CAN網絡之前，各個子系統均為獨立的控制單元，子系統之間沒有聯系，ECU之間也不可能實現聯動，信息不能共享。采用CAN網絡總線，有機連接各個ECU控制單元，如變速器ECU需要“油門踏板信號”，只需要發出一個請求報文，發動機ECU收到請求信號后，就會通過總線發送油門踏板信號，變速器ECU就可以收到需要的信號；CAN總線系統使得各個子系統信息實現共享，相關系統實現相互控制，使其工作在最佳狀態，從而提升整車性能。

CAN網絡良好的擴展性為各模塊之間通信提供了便利。客車電器很據CAN網絡傳輸速度的不同，分為高速CAN和低速CAN，高速CAN主要控制動力，如發動機系統、變速器系統、ABS系統等，低速CAN控制舒適性，如刮水、燈光、空調等系統。圖1為客車常用網絡結構，動力系統為高速CAN，車身系統為低速CAN，兩路CAN通過網關實現通信，如果需要增加新的配置，只需要掛到合適的網絡即可。

要實現客車電器模塊的集成化，盡可能以CAN總線為依托，使得各個模塊資源共享，優化各個系統配置，使得各個系統得到最優化配置。

圖1 客車常用網絡結構

2 客車電器集成化設計方案

以CAN網絡總線為基礎，結合客車整車結構特點以及客戶需求，針對客車電器集成化方案，筆者就以下方面進行了探索：模塊功能集成化、顯示集成化、零部件結構集成化、模塊CAN化。

2.1 模塊功能集成化

模塊功能集成化，主要是在滿足整體需求的前提下，把原來的多個功能模塊整合為一個綜合性功能模塊：如控制器功能集成化。由于客車配置的多樣性，使得客車電器安裝也呈現多元化的模式，在未實施集成化方案之前，如有的客戶需要盤式制動器，儀表板就增加制動蹄片報警控制器；如有的客戶需要安全帶報警功能，就有可能增加安全帶報警控制器；這樣的結果是各個功能模塊越來越多，線束分支也越多，客車電器安裝空間也越來越緊張。

筆者分析了客車電器性能需求，把各個功能模塊整合為一個控制器模塊，如圖2的報警控制器集成化原理圖。圖3為綜合報警器安裝外形圖，位于右上角，多個報警單元集成為一個報警模塊。這樣做的結果是：線束分支由多個節點集中到一個節點，線束分支減少；功能模塊減少，儀表板布置簡單；故障點減少，排查故障方便；模塊內部器件集成化，減少模塊模具和電路板的浪費，節省成本。如果采用整車CAN總線系統，會把以上報警功能全部集成到總線模塊上，減少分功能模塊的使用。

圖2 多功能模塊集成化

2.2 顯示集成化

顯示集成化，主要是把儀表板零散布置的顯示模塊集成到組合儀表內部顯示。隨著電器新功能的逐漸推廣，需要顯示給駕駛員的信息越來越多，儀表板的顯示模塊也逐漸增多，零散的顯示屏讓駕駛員眼花繚亂，不知道到底要關注哪些顯示屏。顯示的集成化，根據客車電器需要顯示的內容不同，設置不同的優先級，優先級高的可以在儀表顯示屏首頁顯示，優先級低的可以通過翻頁顯示，但是若優先級低的系統出現報警，會在首頁提醒駕駛員。

圖3 綜合報警器安裝圖

筆者所在的電器小組針對顯示集成化，做了以下嘗試：通過CAN總線系統，把氣體發動機的燃氣泄漏報警顯示內容、LNG氣量顯示內容、集中潤滑集中顯示內容、ATS顯示內容、胎壓顯示內容、發動機電控顯示內容等全部集成到組合儀表內顯示。如LNG氣量顯示，未使用集成化之前（圖4），有一個大的顯示屏，氣量信息通過氣壓傳感器和液位傳感器發送到副變送器，副變送器把數據傳到主變送器，顯示屏通過讀取主變送器參數，顯示各個氣瓶的氣量信息。

圖4 未集成化前氣量顯示系統圖

采用儀表集成化之后（圖5），傳感器結構不變，只是在主變送器基礎上增加了CAN功能，取消了顯示屏。根據組合儀表和主變送器廠家制定的報文協議，氣量信息通過報文傳送，在組合儀表內部顯示，并可以通過車載聯網設備G-BOS讀取氣量信息，用于監控平臺實時監控。

2.3 零部件結構集成化

零部件結構集成化，主要是把實現某一功能的零部件，集成為一個模塊單元。比如發動機控制單元，整車廠希望發動機ECU都布置在發動機上，以免電器設計時還要考慮ECU的安裝位置。但部分零部件廠家，如為完成一個功能要求，就會裝配過多的零部件，造成設計匹配困難，也增加了后期檢修和維護的難度。

圖5 集成化后氣量顯示系統圖

筆者所在的電器小組，在此方面進行探索。如對ATS控制模塊進行集成化設計，原ATS控制單元需要整車廠安裝，集成化后把ATS控制單元集成到ATS散熱器本體上，原ATS控制器需要進行的溫度采集、風扇控制等，由于靠近風扇本體，就節省了線束布置，結構也可以得到簡化，從而節省了緊張的安裝空間。由于結構簡化，還可以方便生產安裝和售后維修。

2.4 模塊CAN化

模塊CAN化，主要是把具有CAN功能的模塊，通過制定報文協議，實現整車信號共享。一般來說，客車廠會根據J1939，動力CAN模塊之間傳輸動力系統信息，但車身網絡報文主機廠家制定的較少，這就會出現雖然模塊已經具備CAN功能，可以獲取一定的CAN信息，供應商內部產品之間通過CAN報文進行信息共享，但不同供應商的模塊之間聯網的很少。

由于用電設備的增多，用電消耗也明顯增大，從節約原材料、降低整車成本等方面考慮，模塊CAN化就非常必要。基于CAN網絡，各個用電設備只需要2根CAN線和2根電源線就可以實現其功能。

針對以上目的，筆者所在的電器小組通過制定報文協議（如車身部分報文，如表1所示），實現各個模塊之間信息共享，如車聯網系統CAN化。由于顯示集成后，組合儀表成了顯示單元的中樞，它采集了大量的車身網絡信息，而車聯網系統，也需要車身的信息；在未實現CAN化前，車聯網系統需要大量的硬線接入一些信號；實現CAN化后，組合儀表和車聯網系統基于雙方協商制定的報文協議，通過車身CAN網絡，共享車身信息，減少線束布置。

表1 CAN總線通信協議

表1中，開關量狀態由2個bit表示：00 ——無效；01 ——有效；10——故障；11 ——此開關從硬接線取。

3 結論

本文以CAN為基礎，探討了客車電器集成化方案，實現元器件功能、結構、顯示、通信的集成化，這對提高駕駛的舒適性和操控性，提高客車電氣的可靠性，降低車輛成本具有積極的意義。電器件集成設計，對減少整車電量消耗、優化線束布置、簡化線束圖和原理圖、方便生產安裝和檢測維修；降低生產工作量也具有一定的優越性。以上成果的達成，首要需要客車研發部門進行主導通信協議的制定，各個零部件廠家在推進電器件的CAN化的進程中，還需要對產品的優化、檢測、標定進行前瞻性的研究。

［1］ 周立功，嚴寒亮，黃曉清.項目驅動-CAN-bus現場總線基礎教程［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2012.

［2］ 陳丁躍，陳李昊，王汝成，等.現代汽車電工電子設計與智能化技術［J］.現代制造工程，2008（2）：134-137.

Research on Bus Electrical Module Integration

QIU Yuan-hong，WANG Jun-hong，TAN Fu-lun
（Higer Bus Company Limited，Suzhou 215026，China）

Based on bus electrical characteristic and CAN communication technology，the bus electrical module integration design is demonstrated.

integration；bus technology；module

U469.1

A

1003-8639（2017）11-0020-03

2017-02-17

邱遠紅（1972-），男，高級工程師，碩士，主要從事客車技術開發管理工作；王俊紅（1980-），女，碩士，長期從事客車電器設計與研究開發工作。

（編輯 凌 波）