基于CAN总线的重型卡车电气系统设计与实现

胡珊

【摘  要】随着智能化水平的不断提高，大量控制器的应用，硬线点到点连接控制方式已不能满足大数据量传输和可靠实时控制的要求，总线技术是最好的解决方案，已成为车辆控制技术的主流技术。基于此，本文主要对基于CAN总线的重型卡车电气系统设计与实现进行分析探讨。

【关键词】基于CAN总线;重型卡车;电气系统;设计;实现

1、前言

国外各种总线技术现在应用较多、较好，其中又以CAN总线技术因适应性强、可靠性高、成本合理等诸多优点在汽车行业已得到广泛应用。随着欧Ⅴ、欧VI排放标准的实施，欧洲近几年开发和生产的商用车已全部使用CAN总线技术。国外在汽车电子和车辆总线技术的应用上已经积累了丰富的应用经验，开发、生产了诸多的成熟产品并形成了完整的产业链。

2、整车配置方案

2.1整车主要配置

根据对标杆车辆的分析并结合本项目对车辆的功能需求，提出了华菱高端重卡的主要配置，配置如下：采用汉马CM6D28系列国五发动机、TPG 索达 12档EMT变速箱、WABCO 4S4M ABS制动防抱死、车身控制模块（简称 BCM）/底盘控制模块（简称 CCM）、GPS/北斗导航行驶记录仪、无线传输胎压监测系统等。

2.2整车电控系统组成

整车电控系统主要由以下组成：仪表、汉马发动机电子控制系统、TPG EMT变速箱电控系统、车身控制系统（包括：整车配电、照明与信号控制、空调控制、雨刮及风窗洗涤控制、车门玻璃升降控制、驾驶室举升控制等）、底盘控制系统（包括：气压检测、积水检测与自排、干燥器加热、油位检测、油水分离器积水检测与自排、组合尾灯等）、ABS系统及娱乐系统等。

整车为DC24V系统，负极搭铁接地，采用两个165Ah的DC12V免维护蓄电池串联供电，由汉马发动机附带的70A发电机提供电能。钥匙拧到ON档接通总电源继电器，钥匙拔出后30s总电源继电器断开。蓄电池箱上的手动电源总开关控制蓄电池正极通断。钥匙开关拧到ACC档时，收音机、视频机、行驶记录仪上电;钥匙开关拧到ON档时，整车所有电器上电;钥匙开关拧到ST档时，发动机启动。

3、整车总线网络搭建

整车控制模块较多，全车网络按功能分成多个网段。按功能分网段不仅可降低总线负载率，保证数据通讯的实时性，同时也可以降低故障风险，提高网络资源利用率，优化系统整体性能[1]。整车总线采用三种总线：CAN总线、LIN总线、MOST总线。发动机、变速箱等数据量较大，实时性要求高的网段采用高速CAN总线。整车电器控制数据量不大，实时性要求不太高采用低速CAN总线。车窗、车门等数据量少、实时性要求不高的网段采用LIN总线。娱乐网段数据量大，要求总线带宽大，采用MOST总线。

CAN网络是本项目车辆总线系统的主要通信网络。本项目控制系统相对比较复杂，主要由整车仪表CAN网络（ICAN）、整车动力CAN网络（PCAN）、设备CAN网络（SCAN）及娱乐CAN网络（FCAN）四个子CAN网络组成。车身控制模块作为车辆总线网络的网关。ICAN网段由车身控制模块、总线仪表、底盘控制模块、行驶记录仪等组成;PCAN网段由车身控制模块、ABS控制单元、变速箱控制系统、发动机控制系统、胎压监测系统等组成;SCAN网段由车身控制模块、SYMC华菱运动控制器组成;FCAN由车身控制模块和导航视频机组成。

4、总线系统故障及安全控制策略

研究车辆总线控制系统故障检测和恢复方法能有效实现系统故障实时检测和进行故障恢复，保证车辆的安全。本项目采用瞬时故障检测、分级恢复和安全控制的方法。电子控制模块出现故障并被及时检测到后，模块首先尝试采用自身资源对故障进行处理，如果故障没有处理成功，则通过总线将故障上传给中央网关。中央网关根据系统机理模型和实现模型将收到的故障信息进行分析，根据分析得到的结果选择故障解决方案，然后运用系统资源开展故障恢复操作。如果故障成功完成处理，系统将继续正常运行，不然则降级运行（如：发动机限速、限扭，变速箱自动挂低档，或发动机停机）。

系统的瞬时故障分级恢复及安全控制的步骤如下：

（1）电子控制模块（ECM）本地故障检测。ECM自身故障管理模块对ECM接收的传感器信号、发出的控制指令及执行器的执行结果进行故障检测，并且对ECM报文收发进行监控。当检测到有故障时，转入步骤（2）。

（2）ECM本地故障处理。ECM内部存储有各类故障比对数据和对应的处理方案和方法。ECM将检测到的故障与故障数据库进行故障匹配，然后获得处理方法，采用自身的资源进行故障恢复操作。同时记录故障次数，如果计数值超过设定值，说明故障已扩大，自身已经无法控制，此时将故障上报，并转入步骤（3）;如果后续没有发现相同的故障，则转入步骤（1）。

（3）系统级故障分析。由中央网关内部的全局故障分析处理器负责处理上传来的系统故障。全局故障分析处理器收到上传的故障信息后，通过总线采集系统结构信息、故障ECM状态信息，然后结合故障机理模型和实现模型开展故障分析，确认故障源。

（4）确定系统级故障处理策略。系统级故障源确认后，全局故障分析处理器通过综合比对、查询预设的故障恢复方法得到故障恢复策略，然后进行系统级故障恢复，同时仪表实时显示故障。

（5）车辆正常运行或降级运行。执行完故障恢复策略后，再次检测信息判断故障是否成功处理。如果成功处理，则通过全网广播通知各个ECM恢复正常运行;否则，启用安全策略车辆进入降级运行。

5、结语

本项目研究基于CAN总线的工程车辆的分布式控制系统，摒弃了传统电气控制的点对点方式，大大简化了工程车辆电子控制设备之间繁杂的线束连接。采用智能控制模块控制替代继电器控制，实现了整车的智能控制和总线控制。

参考文献：

[1]周纯杰，黄雄峰，秦元庆，杨明月.网络化控制系统瞬时故障恢复和安全控制研究综述.控制与决策，2011，26（10）：1443-1445

[2]石培科，陈城，苏洁.基于CANoe的工程车辆总线系统测试方法.建筑机械，2013，11（上半月刊）：108

（作者單位：安徽华菱汽车有限公司）