基于CAN總線的重型卡車電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

胡珊

【摘??要】隨著智能化水平的不斷提高，大量控制器的應(yīng)用，硬線點(diǎn)到點(diǎn)連接控制方式已不能滿足大數(shù)據(jù)量傳輸和可靠實(shí)時(shí)控制的要求，總線技術(shù)是最好的解決方案，已成為車輛控制技術(shù)的主流技術(shù)?；诖耍疚闹饕獙?duì)基于CAN總線的重型卡車電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行分析探討。

【關(guān)鍵詞】基于CAN總線;重型卡車;電氣系統(tǒng);設(shè)計(jì);實(shí)現(xiàn)

1、前言

國(guó)外各種總線技術(shù)現(xiàn)在應(yīng)用較多、較好，其中又以CAN總線技術(shù)因適應(yīng)性強(qiáng)、可靠性高、成本合理等諸多優(yōu)點(diǎn)在汽車行業(yè)已得到廣泛應(yīng)用。隨著歐Ⅴ、歐VI排放標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，歐洲近幾年開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)的商用車已全部使用CAN總線技術(shù)。國(guó)外在汽車電子和車輛總線技術(shù)的應(yīng)用上已經(jīng)積累了豐富的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)了諸多的成熟產(chǎn)品并形成了完整的產(chǎn)業(yè)鏈。

2、整車配置方案

2.1整車主要配置

根據(jù)對(duì)標(biāo)桿車輛的分析并結(jié)合本項(xiàng)目對(duì)車輛的功能需求，提出了華菱高端重卡的主要配置，配置如下：采用漢馬CM6D28系列國(guó)五發(fā)動(dòng)機(jī)、TPG?索達(dá)?12檔EMT變速箱、WABCO?4S4M?ABS制動(dòng)防抱死、車身控制模塊（簡(jiǎn)稱?BCM）/底盤(pán)控制模塊（簡(jiǎn)稱?CCM）、GPS/北斗導(dǎo)航行駛記錄儀、無(wú)線傳輸胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。

2.2整車電控系統(tǒng)組成

整車電控系統(tǒng)主要由以下組成：儀表、漢馬發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)、TPG?EMT變速箱電控系統(tǒng)、車身控制系統(tǒng)（包括：整車配電、照明與信號(hào)控制、空調(diào)控制、雨刮及風(fēng)窗洗滌控制、車門玻璃升降控制、駕駛室舉升控制等）、底盤(pán)控制系統(tǒng)（包括：氣壓檢測(cè)、積水檢測(cè)與自排、干燥器加熱、油位檢測(cè)、油水分離器積水檢測(cè)與自排、組合尾燈等）、ABS系統(tǒng)及娛樂(lè)系統(tǒng)等。

整車為DC24V系統(tǒng)，負(fù)極搭鐵接地，采用兩個(gè)165Ah的DC12V免維護(hù)蓄電池串聯(lián)供電，由漢馬發(fā)動(dòng)機(jī)附帶的70A發(fā)電機(jī)提供電能。鑰匙擰到ON檔接通總電源繼電器，鑰匙拔出后30s總電源繼電器斷開(kāi)。蓄電池箱上的手動(dòng)電源總開(kāi)關(guān)控制蓄電池正極通斷。鑰匙開(kāi)關(guān)擰到ACC檔時(shí)，收音機(jī)、視頻機(jī)、行駛記錄儀上電;鑰匙開(kāi)關(guān)擰到ON檔時(shí)，整車所有電器上電;鑰匙開(kāi)關(guān)擰到ST檔時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)。

3、整車總線網(wǎng)絡(luò)搭建

整車控制模塊較多，全車網(wǎng)絡(luò)按功能分成多個(gè)網(wǎng)段。按功能分網(wǎng)段不僅可降低總線負(fù)載率，保證數(shù)據(jù)通訊的實(shí)時(shí)性，同時(shí)也可以降低故障風(fēng)險(xiǎn)，提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率，優(yōu)化系統(tǒng)整體性能[1]。整車總線采用三種總線：CAN總線、LIN總線、MOST總線。發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱等數(shù)據(jù)量較大，實(shí)時(shí)性要求高的網(wǎng)段采用高速CAN總線。整車電器控制數(shù)據(jù)量不大，實(shí)時(shí)性要求不太高采用低速CAN總線。車窗、車門等數(shù)據(jù)量少、實(shí)時(shí)性要求不高的網(wǎng)段采用LIN總線。娛樂(lè)網(wǎng)段數(shù)據(jù)量大，要求總線帶寬大，采用MOST總線。

CAN網(wǎng)絡(luò)是本項(xiàng)目車輛總線系統(tǒng)的主要通信網(wǎng)絡(luò)。本項(xiàng)目控制系統(tǒng)相對(duì)比較復(fù)雜，主要由整車儀表CAN網(wǎng)絡(luò)（ICAN）、整車動(dòng)力CAN網(wǎng)絡(luò)（PCAN）、設(shè)備CAN網(wǎng)絡(luò)（SCAN）及娛樂(lè)CAN網(wǎng)絡(luò)（FCAN）四個(gè)子CAN網(wǎng)絡(luò)組成。車身控制模塊作為車輛總線網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)。ICAN網(wǎng)段由車身控制模塊、總線儀表、底盤(pán)控制模塊、行駛記錄儀等組成;PCAN網(wǎng)段由車身控制模塊、ABS控制單元、變速箱控制系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等組成;SCAN網(wǎng)段由車身控制模塊、SYMC華菱運(yùn)動(dòng)控制器組成;FCAN由車身控制模塊和導(dǎo)航視頻機(jī)組成。

4、總線系統(tǒng)故障及安全控制策略

研究車輛總線控制系統(tǒng)故障檢測(cè)和恢復(fù)方法能有效實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)故障實(shí)時(shí)檢測(cè)和進(jìn)行故障恢復(fù)，保證車輛的安全。本項(xiàng)目采用瞬時(shí)故障檢測(cè)、分級(jí)恢復(fù)和安全控制的方法。電子控制模塊出現(xiàn)故障并被及時(shí)檢測(cè)到后，模塊首先嘗試采用自身資源對(duì)故障進(jìn)行處理，如果故障沒(méi)有處理成功，則通過(guò)總線將故障上傳給中央網(wǎng)關(guān)。中央網(wǎng)關(guān)根據(jù)系統(tǒng)機(jī)理模型和實(shí)現(xiàn)模型將收到的故障信息進(jìn)行分析，根據(jù)分析得到的結(jié)果選擇故障解決方案，然后運(yùn)用系統(tǒng)資源開(kāi)展故障恢復(fù)操作。如果故障成功完成處理，系統(tǒng)將繼續(xù)正常運(yùn)行，不然則降級(jí)運(yùn)行（如：發(fā)動(dòng)機(jī)限速、限扭，變速箱自動(dòng)掛低檔，或發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)）。

系統(tǒng)的瞬時(shí)故障分級(jí)恢復(fù)及安全控制的步驟如下：

（1）電子控制模塊（ECM）本地故障檢測(cè)。ECM自身故障管理模塊對(duì)ECM接收的傳感器信號(hào)、發(fā)出的控制指令及執(zhí)行器的執(zhí)行結(jié)果進(jìn)行故障檢測(cè)，并且對(duì)ECM報(bào)文收發(fā)進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)檢測(cè)到有故障時(shí)，轉(zhuǎn)入步驟（2）。

（2）ECM本地故障處理。ECM內(nèi)部存儲(chǔ)有各類故障比對(duì)數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)的處理方案和方法。ECM將檢測(cè)到的故障與故障數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行故障匹配，然后獲得處理方法，采用自身的資源進(jìn)行故障恢復(fù)操作。同時(shí)記錄故障次數(shù)，如果計(jì)數(shù)值超過(guò)設(shè)定值，說(shuō)明故障已擴(kuò)大，自身已經(jīng)無(wú)法控制，此時(shí)將故障上報(bào)，并轉(zhuǎn)入步驟（3）;如果后續(xù)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)相同的故障，則轉(zhuǎn)入步驟（1）。

（3）系統(tǒng)級(jí)故障分析。由中央網(wǎng)關(guān)內(nèi)部的全局故障分析處理器負(fù)責(zé)處理上傳來(lái)的系統(tǒng)故障。全局故障分析處理器收到上傳的故障信息后，通過(guò)總線采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)信息、故障ECM狀態(tài)信息，然后結(jié)合故障機(jī)理模型和實(shí)現(xiàn)模型開(kāi)展故障分析，確認(rèn)故障源。

（4）確定系統(tǒng)級(jí)故障處理策略。系統(tǒng)級(jí)故障源確認(rèn)后，全局故障分析處理器通過(guò)綜合比對(duì)、查詢預(yù)設(shè)的故障恢復(fù)方法得到故障恢復(fù)策略，然后進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)故障恢復(fù)，同時(shí)儀表實(shí)時(shí)顯示故障。

（5）車輛正常運(yùn)行或降級(jí)運(yùn)行。執(zhí)行完故障恢復(fù)策略后，再次檢測(cè)信息判斷故障是否成功處理。如果成功處理，則通過(guò)全網(wǎng)廣播通知各個(gè)ECM恢復(fù)正常運(yùn)行;否則，啟用安全策略車輛進(jìn)入降級(jí)運(yùn)行。

5、結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目研究基于CAN總線的工程車輛的分布式控制系統(tǒng)，摒棄了傳統(tǒng)電氣控制的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式，大大簡(jiǎn)化了工程車輛電子控制設(shè)備之間繁雜的線束連接。采用智能控制模塊控制替代繼電器控制，實(shí)現(xiàn)了整車的智能控制和總線控制。

參考文獻(xiàn)：

[1]周純杰，黃雄峰，秦元慶，楊明月.網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)瞬時(shí)故障恢復(fù)和安全控制研究綜述.控制與決策，2011，26（10）：1443-1445

[2]石培科，陳城，蘇潔.基于CANoe的工程車輛總線系統(tǒng)測(cè)試方法.建筑機(jī)械，2013，11（上半月刊）：108

（作者單位：安徽華菱汽車有限公司）