齊鳳英

QI Feng-ying

（內(nèi)蒙古呼倫貝爾學(xué)院，呼倫貝爾 021008）

0 引言

使用兩個(gè)ECU分別控制電控發(fā)動(dòng)機(jī)和自動(dòng)變速器，在二者之間實(shí)現(xiàn)通過(guò)總線(xiàn)的數(shù)據(jù)通信。這種方案使各ECU成為網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)，可以在節(jié)點(diǎn)間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速共享，從而使得大規(guī)模并行計(jì)算成為可能，也有利于在動(dòng)力傳動(dòng)電控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展整車(chē)綜合電控系統(tǒng)。

1 總體方案設(shè)計(jì)

1.1 開(kāi)發(fā)平臺(tái)介紹

LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) 是美國(guó)國(guó)家儀器(NI)公司開(kāi)發(fā)的一種基于圖形程序的虛擬儀表編程語(yǔ)言。LabVIEW程序稱(chēng)為虛擬儀表程序(簡(jiǎn)稱(chēng)VI)，主要包括兩個(gè)部分：前面板(即人機(jī)界面) 和方框圖程序。前面板用于模擬真實(shí)儀器的面板操作，可設(shè)置輸入數(shù)值和觀察輸出值, 以及實(shí)現(xiàn)圖表、文本等顯示?？驁D程序應(yīng)用圖形編程語(yǔ)言編寫(xiě), 相當(dāng)于傳統(tǒng)程序的源代碼。

1.2 系統(tǒng)方案

系統(tǒng)中，主要包括電控柴油機(jī)ECU、自動(dòng)變速器ECU及數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)。系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖中R為總線(xiàn)終結(jié)電阻，電控柴油機(jī)ECU、自動(dòng)變速器ECU及CAN卡通過(guò)屏蔽雙絞線(xiàn)與總線(xiàn)相連，而CAN卡通過(guò)USB線(xiàn)纜和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連。

圖1 系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)報(bào)文組織及應(yīng)用

2.1 J1939協(xié)議簡(jiǎn)介

該動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的虛擬儀表及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要符合SAE J1939協(xié)議。J1939以CAN2.0B協(xié)議為基礎(chǔ)，通訊速率最高可達(dá)到250Kbps。J1939中一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)協(xié)議單元如表1所示。

表1 SAE J1939標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議數(shù)據(jù)單元格式

但SAE J1939標(biāo)準(zhǔn)并沒(méi)有直接給出CAN網(wǎng)絡(luò)中可以通信的PDU的格式，只是給出了可以通信的參數(shù)組和參數(shù)組號(hào)。參數(shù)組號(hào)以24位二進(jìn)制碼表示，用于參數(shù)的分類(lèi)和參數(shù)信息在數(shù)據(jù)幀中的封裝。參數(shù)組號(hào)由以下幾部分組成：6位0、保留位、數(shù)據(jù)頁(yè)位、協(xié)議數(shù)據(jù)單元格式場(chǎng)（8位）和組擴(kuò)展場(chǎng)（8位）。參數(shù)組號(hào)大部分由SAE J1939標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，還有一部分參數(shù)組號(hào)可以由制造商按照需要分配。

2.2 系統(tǒng)中報(bào)文組織

該系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能：采集動(dòng)力系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)；對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行一定的控制。

發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器EMR通過(guò)傳感器采集發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)其CAN接口發(fā)送到上位機(jī)。主要涉及的報(bào)文及參數(shù)主要有：61440（電子減速器控制器1＃）中的實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩；61441（電子制動(dòng)器控制器1＃）：中的遠(yuǎn)程油門(mén)允許開(kāi)關(guān)；61443（電子發(fā)動(dòng)機(jī)控制器2＃）中的油門(mén)位置；61444（電子發(fā)動(dòng)機(jī)控制器1＃）中的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及減速器轉(zhuǎn)矩模式；65247（電子發(fā)動(dòng)機(jī)控制器3＃）中的額定摩擦力轉(zhuǎn)矩；65263（發(fā)動(dòng)機(jī)液量/壓力）中的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油壓力；65266（燃油經(jīng)濟(jì)性）中的燃油消耗率；65271（車(chē)輛電力）中的電子設(shè)備電壓。

變速器節(jié)點(diǎn)主要涉及的參數(shù)為：61442（電子變速器控制器1＃）中的輸出軸轉(zhuǎn)速及輸入軸轉(zhuǎn)速；61445（電子變速器控制器2＃）中的目標(biāo)檔位及當(dāng)前檔位。

在功能控制方面，發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器接收來(lái)自上位機(jī)的控制數(shù)據(jù)，通過(guò)執(zhí)行器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。這個(gè)報(bào)文主要是TSC1_a（轉(zhuǎn)速控制或扭矩控制）。

優(yōu)先控制模式優(yōu)先級(jí)是指發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)該控制報(bào)文的響應(yīng)速度，由于是在換檔過(guò)程中實(shí)時(shí)控制發(fā)動(dòng)機(jī)，所以設(shè)定的優(yōu)先權(quán)為01，該優(yōu)先權(quán)用于要求實(shí)時(shí)動(dòng)作以保證車(chē)輛操縱安全的場(chǎng)合。

優(yōu)先控制模式區(qū)分該參數(shù)組用于轉(zhuǎn)速控制還是轉(zhuǎn)矩控制，提出的目標(biāo)值還是最大值。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 主界面設(shè)計(jì)及應(yīng)用

主界面顯示主要內(nèi)容包括：左側(cè)上方的轉(zhuǎn)速曲線(xiàn)顯示區(qū)，主要顯示發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、變速器輸入軸轉(zhuǎn)速及輸出軸轉(zhuǎn)速，可以通過(guò)該區(qū)域右上方的下拉框進(jìn)行切換；轉(zhuǎn)速曲線(xiàn)顯示區(qū)下面是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制區(qū)，可輸入一個(gè)目標(biāo)轉(zhuǎn)速值，點(diǎn)擊發(fā)送后既可對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制；再下面分別是油門(mén)位置、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和車(chē)速的顯示儀表，可直觀顯示這個(gè)三個(gè)參數(shù)，其中車(chē)速為變速器輸出軸轉(zhuǎn)速計(jì)算而來(lái)，這個(gè)區(qū)域還有油門(mén)控制區(qū)，相當(dāng)于發(fā)動(dòng)機(jī)的油門(mén)踏板，可對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制；右側(cè)上方為總線(xiàn)控制臺(tái)，主要顯示不常用的各個(gè)參數(shù)組，輸入?yún)?shù)組號(hào)后，其下面的表格就會(huì)顯示其中的參數(shù)名稱(chēng)和大??；右側(cè)下方為發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)指示燈。

圖2 界面設(shè)計(jì)

3.2 軟件設(shè)計(jì)

本文利用LabVIEW完成發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)采集和故障診斷程序的設(shè)計(jì)，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中采用了模塊化的編程思想，模塊化的編程思想就是指在編程過(guò)程中，其程序的相關(guān)部分放在一起進(jìn)行封裝，它對(duì)外僅提供輸入和輸出接口。因此在別的程序使用到該模塊時(shí)，不必考慮模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，只需知道其端口參數(shù)即可。其主程序流程圖如圖3所示。

其中主要包括三部分：底層收發(fā)程序、轉(zhuǎn)換程序和應(yīng)用程序。其中底層收發(fā)程序包括初始化程序、接收程序和發(fā)送程序、發(fā)送目標(biāo)配置程序以及打開(kāi)和關(guān)閉卡，這部分程序由CAN卡公司提供底層驅(qū)動(dòng)的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，然后LabVIEW對(duì)CANUSB接口卡動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)端口函數(shù)的調(diào)用，實(shí)現(xiàn)CAN總線(xiàn)的通信。

圖3 程序設(shè)計(jì)主流程圖

圖4 32位ID—1939標(biāo)識(shí)的轉(zhuǎn)換程序

而轉(zhuǎn)換程序主要包括：32位ID—1939標(biāo)識(shí)的轉(zhuǎn)換程序、PGN—32位ID的轉(zhuǎn)換程序和原始數(shù)據(jù)所要參數(shù)的轉(zhuǎn)換程序。32位ID主要是指各CAN控制器中的ID存儲(chǔ)和發(fā)送都是雙字節(jié)的，而J1939標(biāo)準(zhǔn)中的ID是29位的，參數(shù)組號(hào)（PGN）是24位的，因而需要相互轉(zhuǎn)換。主要是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行移位、數(shù)學(xué)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算使之轉(zhuǎn)換成我們所需參數(shù)。以32位ID—1939標(biāo)識(shí)的轉(zhuǎn)換程序舉例如圖4所示。

應(yīng)用程序主要包括動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)的顯示程序和發(fā)動(dòng)機(jī)控制程序。顯示程序主要是通過(guò)CANUSB接口卡讀取EMR上的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過(guò)調(diào)用CANUSB接口卡的接口函數(shù)來(lái)讀取發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)，而控制程序主要任務(wù)是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行控制，它通過(guò)用戶(hù)輸入期望數(shù)據(jù)，CANUSB接口卡采集到該數(shù)據(jù)并輸出到CAN總線(xiàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)端的EMR接收到該數(shù)據(jù)根據(jù)它的ECU的處理，輸出到執(zhí)行器上，進(jìn)而控制發(fā)動(dòng)機(jī)相應(yīng)的狀態(tài)，其主要流程如圖5所示。

圖5 發(fā)動(dòng)機(jī)控制流程

4 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)CAN總線(xiàn)報(bào)文的分析，基于SAE J1939協(xié)議開(kāi)發(fā)了以LabVIEW為平臺(tái)的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示采集系統(tǒng)，并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)顯示采集軟件界面功能全面，美觀大方，并可以穩(wěn)定的進(jìn)行對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)控制，滿(mǎn)足了動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)研發(fā)的需要，是一種很好的輔助工具。

[1]SAE J1939 Standards Collection, Recommended Practice for a Serial Control and Communication Vehicle Network[S]. Society of Automotive Engineers, 2003.

[2]SAE Standard. Data Link Layer SAE J1939/21 Issued 1994: 5-6.

[3]華旭東. 隨車(chē)數(shù)據(jù)采集分析技術(shù)研究[D]. 北京: 北京理工大學(xué), 2001.