基于CAN-Bus網絡的汽車冷卻液預警裝置的設計

李元勇，劉玉振，劉曉春

（山東華宇工學院 機械工程學院，山東 德州 253034）

我國現如今汽車保有量世界第一，汽車種類齊全、數量巨大，但汽車保養方面的技術服務并不是十分完善。目前對發動機冷卻液的檢測方式，大多采用冰點檢測儀進行檢測，這需要專業人員操作，因此，日常生活中車主并不能實時了解發動機冷卻液的實際狀況，也不知道冷卻液何時需要更換，對于用戶來說不僅浪費時間精力，而且如果不及時更換不合格的冷卻液，不僅會對發動機的正常使用造成影響，甚至還有可能造成冷卻系統或者發動機的損壞，造成更大的損失[1-3]。因此，文章設計本款基于CAN-Bus網絡的汽車冷卻液智能預警裝置。

1 汽車冷卻系統概述

冷卻系統作為汽車五大系統之一，不僅可以將發動機零件熱量散發至外界空氣，防止發動機出現過熱的情況，而且還能使汽車發動機迅速升溫，并使其保持在合適的工作溫度，進而保證發動機擁有一個正常的工作環境，以發揮其最佳的工作性能，延長發動機的工作壽命。隨著汽車技術的發展，現代汽車冷卻系統絕大多數為水冷系統。汽車冷卻系統簡圖如圖1所示。

圖1 汽車冷卻系統簡圖

2 現有冷卻液報警技術分析

現有車輛自帶的冷卻液報警系統可以提示存在冷卻液不足或者水箱溫度過高等問題。水溫表顯示正常，則是因為冷卻液低于電極水平，電路無法導通，行車電腦據此判斷防凍液不足。水溫表顯示高溫則是因為冷卻液溫度過高，車主無法實時了解汽車冷卻液本身的質量情況。而已有的未被廣泛應用的預警系統未與行車電腦進行匹配，系統裝置結構較為復雜，成本也較高。

3 現有冷卻液冰點檢測技術分析

3.1 手持式冰點測試儀

現在的有手持式冰點測試儀，雖較小巧，但操作并不簡便，一般的用戶并不能規范地進行操作，車主仍需要去相關保養機構由專業的維修保養人員進行檢測，車主不能及時了解冷卻液的質量情況及冷卻液是否需要更換，這使汽車發生故障的幾率大幅增加。手持式冷卻液冰點檢測儀如圖2、圖3所示。

圖2 手持式冷卻液冰點檢測儀

圖3 手持式冷卻液冰點檢測儀數值標尺面板

3.2 數顯式冷卻液冰點檢測儀

數顯冰點儀可快速測試乙二醇和丙二醇水溶液的濃度及乙二醇與丙二醇型防凍液的結晶冰點，可應用于汽車的冷卻水、冷媒液用的不凍液等。乙二醇冰點隨著乙二醇在水溶液中的濃度變化而變化，濃度在 60%以下時，水溶液中乙二醇濃度升高冰點降低，但濃度超過 60%后，隨著乙二醇濃度的升高，其冰點呈上升趨勢，粘度也會隨著濃度的升高而升高。當濃度達到99.9%時，其冰點上升至-13.2 ℃，這就是濃縮型防凍液（防凍液母液）為什么不能直接使用的一條重要原因，使用冰點儀需注意。現有數顯冰點儀雖然可以智能識別冷卻液冰點，但是需要吸取冷卻系統中的冷卻液，并且需要人為有意識地定期檢測，并不能起到智能預警和實時監測冷卻液使用情況的作用，只適合汽車的定期保養或汽車相關問題的檢測。數顯式冷卻液冰點檢測儀詳情如圖 4與表 1所示。

圖4 數顯式冷卻液冰點檢測儀

表1 數顯式冷卻液冰點檢測儀相關技術參數

4 基于 CAN-Bus 網絡的汽車冷卻液智能預警裝置方案設計

4.1 基于CAN-Bus網絡的汽車冷卻液智能預警裝置組成

基于 CAN-Bus網絡的汽車冷卻液智能預警裝置包括液位傳感器、冷卻液冰點檢測傳感器、發動機控制單元、可聯網行車電腦、汽車音響等部件。液位傳感器安裝于冷卻液儲液罐內，用于檢測冷卻液的液位，液位傳感器的輸出端與所述的發動機控制單元通過線路相連。冷卻液冰點檢測傳感器安裝于冷卻液膨脹水箱內，用于檢測冷卻液的冰點，冷卻液冰點檢測傳感器的輸出端與所述的發動機控制單元通過線路相連。發動機控制單元為原車發動機控制單元，用來接收并分析冷卻液冰點檢測傳感器和液位傳感器的信號，并把分析后的結果通過車載網絡CAN線共享到所述的可聯網行車電腦。可聯網行車電腦帶有顯示屏兼具網絡連接功能，可聯網行車電腦將接收到的數據結果及時顯示在可聯網行車電腦顯示屏上，可聯網行車電腦接收到的數據結果與內置冷卻液冰點參考數值有差別，則暫時會控制汽車音響工作，并播報冷卻液及時更換提示語音，同時，可聯網行車電腦通過網絡云端查找附近可更換冷卻液的維修店，并向車主進行提示。汽車冷卻液智能預警系統控制原理圖如圖5所示。

圖5 汽車冷卻液智能預警系統控制原理圖

4.2 基于CAN-Bus網絡的汽車冷卻液智能預警裝置研究內容

1.部件安裝位置的選擇

本系統需要對于冷卻液的性能進行檢測，但是對于檢測用的傳感器安裝位置需要根據實際工作狀況進行多次實驗，既要考慮到傳感器檢測數據的準確性和全面性，又要考慮到高溫冷卻液對傳感器壽命的影響情況，最終確定冷卻液冰點檢測傳感器安裝于冷卻液膨脹水箱內，液位傳感器安裝于冷卻液儲液罐內。

2.與原車輛控制系統間的匹配設計

本裝置通過發動機控制單元將兩個傳感器傳來的信號處理并分析得到冷卻液狀況信息，通過車載CAN線，傳遞到可聯網行車電腦，故需要對原來的電腦進行升級，同時此數據類別歸類到舒適CAN數據，故需要對信息進行處理，以免影響到動力數據傳遞。

3.預警系統的人性化設計研究

為了第一時間提醒用戶冷卻液存在的問題，本裝置設計了基于原車可聯網行車電腦控制的語音播報功能，同時可聯網行車電腦通過網絡云端查找附近可更換冷卻液的維修店，及時幫助用戶發現并解決問題。

5 基于CAN-Bus網絡的汽車冷卻液預警裝置工作原理

當汽車處于啟動狀態時，傳感器和控制系統以及行車電腦開始工作。液位傳感器將檢測到的液位數據傳給發動機控制單元，同時冷卻液冰點檢測傳感器將檢測到的冷卻液冰點數值也傳遞給發動機控制單元，發動機控制單元將兩個傳感器傳來的數據處理并分析得到冷卻液相關信息，通過車載CAN線，傳遞到可聯網行車電腦，可聯網行車電腦將接收到的冷卻液冰點和液位數值及時顯示在可聯網行車電腦顯示屏上，如果此時冷卻液冰點和液位數值與冷卻液狀況的參考值有差別，則可聯網行車電腦會控制汽車音響進行語音警報，播報冷卻液異常或者需要更換的信息，駕駛員可通過可聯網行車手動電腦關閉播報。關閉播報后再次啟動車輛時，冷卻液若仍存在問題，則音響仍會進行播報。在發現冷卻液異常進行語音報警的同時，可聯網行車電腦會通過網絡云端查找附近專業的維修保養機構，并為車主提供導航服務，同時播報有關附近維修店的相關信息以幫助車主更好地解決問題。系統具體工作流程如圖6所示。

圖6 汽車冷卻液智能預警系統工作流程示意圖

6 基于 CAN-Bus網絡的汽車冷卻液預警裝置效果分析

通過上述技術方案，汽車冷卻液智能預警系統可以實時監測冷卻液的工作狀況，并將相關數據信息顯示在儀表板上；在冷卻液冰點超標時或者冷卻液液位異常時，會通過車載音響進行報警，提醒車主及時處理，并為車主提供附近專業的可更換冷卻液的維修保養機構的導航，從而保證了車主車輛維護的方便及用車安全。

7 基于 CAN-Bus網絡的汽車冷卻液預警裝置應用前景

截至 2020年底，全國機動車保有量約 3.67億輛，穩居世界第一。而我國在汽車的保養方面的技術服務并不是十分完善，并且車輛基數巨大。本裝置可以幫助車主及時了解車輛冷卻液的使用情況，幫助車主尋找維修保養機構，使汽車更加智能化。本裝置可作為附加裝置選擇性地進行升級安裝，非常符合市場需求，故具有十分廣闊的市場應用前景。

8 結語

在這個智能化的時代，萬物都在向著智能化、互聯化發展[4-6]。本裝置基于汽車CAN-Bus網絡進行冷卻液智能預警，并且通過互聯網快速找到為車主提供冷卻液更換服務的導航地址，以便于車主及時進行冷卻液的更換，使車輛的使用更加智能化、貼心化。