邱遠紅，王俊紅，譚福倫?

（金龍聯(lián)合汽車工業(yè)（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(lián)合汽車工業(yè)（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(shè)計方案。

集成化；總線技術(shù)；模塊

低碳汽車是《中國制造2025》重點發(fā)展十大領(lǐng)域之一（節(jié)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(yè)轉(zhuǎn)型升級與變革的關(guān)鍵要素。隨著新技術(shù)的不斷應(yīng)用，以及客戶需求的多樣化，使得相對滯后發(fā)展的客車電器也迎來了迅速發(fā)展時期，電器模塊越來越多，各個電器模塊之間既相互聯(lián)系又相互影響。如何協(xié)調(diào)與處理好各個電器模塊之間的關(guān)系，使其既能滿足所需功能要求，又不超出現(xiàn)有技術(shù)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(nèi)容，也是實現(xiàn)客車電器智能化設(shè)計的前奏。

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

1 以CAN為基礎(chǔ)的客車電器集成化設(shè)計

CAN是Controller Area Network的縮寫，是ISO國際標(biāo)準(zhǔn)化組織標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議［1］。1994年，美國SAE制定了面向客車和載貨汽車的CAN網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議SAE J1939，現(xiàn)已在客車領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

CAN網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了資源共享［2］，為滿足客車的動力性、經(jīng)濟性、安全性、舒適性，客車需要各個控制子系統(tǒng)作為技術(shù)支持，在未使用CAN網(wǎng)絡(luò)之前，各個子系統(tǒng)均為獨立的控制單元，子系統(tǒng)之間沒有聯(lián)系，ECU之間也不可能實現(xiàn)聯(lián)動，信息不能共享。采用CAN網(wǎng)絡(luò)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(fā)出一個請求報文，發(fā)動機ECU收到請求信號后，就會通過總線發(fā)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(tǒng)使得各個子系統(tǒng)信息實現(xiàn)共享，相關(guān)系統(tǒng)實現(xiàn)相互控制，使其工作在最佳狀態(tài)，從而提升整車性能。

CAN網(wǎng)絡(luò)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(jù)CAN網(wǎng)絡(luò)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(fā)動機系統(tǒng)、變速器系統(tǒng)、ABS系統(tǒng)等，低速CAN控制舒適性，如刮水、燈光、空調(diào)等系統(tǒng)。圖1為客車常用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，動力系統(tǒng)為高速CAN，車身系統(tǒng)為低速CAN，兩路CAN通過網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)通信，如果需要增加新的配置，只需要掛到合適的網(wǎng)絡(luò)即可。

要實現(xiàn)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(yōu)化各個系統(tǒng)配置，使得各個系統(tǒng)得到最優(yōu)化配置。

圖1 客車常用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2 客車電器集成化設(shè)計方案

以CAN網(wǎng)絡(luò)總線為基礎(chǔ)，結(jié)合客車整車結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(xiàn)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(jié)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(jié)果是：線束分支由多個節(jié)點集中到一個節(jié)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(nèi)部器件集成化，減少模塊模具和電路板的浪費，節(jié)省成本。如果采用整車CAN總線系統(tǒng)，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(nèi)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(guān)注哪些顯示屏。顯示的集成化，根據(jù)客車電器需要顯示的內(nèi)容不同，設(shè)置不同的優(yōu)先級，優(yōu)先級高的可以在儀表顯示屏首頁顯示，優(yōu)先級低的可以通過翻頁顯示，但是若優(yōu)先級低的系統(tǒng)出現(xiàn)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(tǒng)，把氣體發(fā)動機的燃氣泄漏報警顯示內(nèi)容、LNG氣量顯示內(nèi)容、集中潤滑集中顯示內(nèi)容、ATS顯示內(nèi)容、胎壓顯示內(nèi)容、發(fā)動機電控顯示內(nèi)容等全部集成到組合儀表內(nèi)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(fā)送到副變送器，副變送器把數(shù)據(jù)傳到主變送器，顯示屏通過讀取主變送器參數(shù)，顯示各個氣瓶的氣量信息。

圖4 未集成化前氣量顯示系統(tǒng)圖

采用儀表集成化之后（圖5），傳感器結(jié)構(gòu)不變，只是在主變送器基礎(chǔ)上增加了CAN功能，取消了顯示屏。根據(jù)組合儀表和主變送器廠家制定的報文協(xié)議，氣量信息通過報文傳送，在組合儀表內(nèi)部顯示，并可以通過車載聯(lián)網(wǎng)設(shè)備G-BOS讀取氣量信息，用于監(jiān)控平臺實時監(jiān)控。

2.3 零部件結(jié)構(gòu)集成化

零部件結(jié)構(gòu)集成化，主要是把實現(xiàn)某一功能的零部件，集成為一個模塊單元。比如發(fā)動機控制單元，整車廠希望發(fā)動機ECU都布置在發(fā)動機上，以免電器設(shè)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(shè)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(tǒng)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(shè)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(fēng)扇控制等，由于靠近風(fēng)扇本體，就節(jié)省了線束布置，結(jié)構(gòu)也可以得到簡化，從而節(jié)省了緊張的安裝空間。由于結(jié)構(gòu)簡化，還可以方便生產(chǎn)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(xié)議，實現(xiàn)整車信號共享。一般來說，客車廠會根據(jù)J1939，動力CAN模塊之間傳輸動力系統(tǒng)信息，但車身網(wǎng)絡(luò)報文主機廠家制定的較少，這就會出現(xiàn)雖然模塊已經(jīng)具備CAN功能，可以獲取一定的CAN信息，供應(yīng)商內(nèi)部產(chǎn)品之間通過CAN報文進行信息共享，但不同供應(yīng)商的模塊之間聯(lián)網(wǎng)的很少。

由于用電設(shè)備的增多，用電消耗也明顯增大，從節(jié)約原材料、降低整車成本等方面考慮，模塊CAN化就非常必要?；贑AN網(wǎng)絡(luò)，各個用電設(shè)備只需要2根CAN線和2根電源線就可以實現(xiàn)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(xié)議（如車身部分報文，如表1所示），實現(xiàn)各個模塊之間信息共享，如車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)信息，而車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，也需要車身的信息；在未實現(xiàn)CAN化前，車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)需要大量的硬線接入一些信號；實現(xiàn)CAN化后，組合儀表和車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)基于雙方協(xié)商制定的報文協(xié)議，通過車身CAN網(wǎng)絡(luò)，共享車身信息，減少線束布置。

表1 CAN總線通信協(xié)議

表1中，開關(guān)量狀態(tài)由2個bit表示：00 ——無效；01 ——有效；10——故障；11 ——此開關(guān)從硬接線取。

3 結(jié)論

本文以CAN為基礎(chǔ)，探討了客車電器集成化方案，實現(xiàn)元器件功能、結(jié)構(gòu)、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(shè)計，對減少整車電量消耗、優(yōu)化線束布置、簡化線束圖和原理圖、方便生產(chǎn)安裝和檢測維修；降低生產(chǎn)工作量也具有一定的優(yōu)越性。以上成果的達成，首要需要客車研發(fā)部門進行主導(dǎo)通信協(xié)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(chǎn)品的優(yōu)化、檢測、標(biāo)定進行前瞻性的研究。

［1］ 周立功，嚴(yán)寒亮，黃曉清.項目驅(qū)動-CAN-bus現(xiàn)場總線基礎(chǔ)教程［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2012.

［2］ 陳丁躍，陳李昊，王汝成，等.現(xiàn)代汽車電工電子設(shè)計與智能化技術(shù)［J］.現(xiàn)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(shù)開發(fā)管理工作；王俊紅（1980-），女，碩士，長期從事客車電器設(shè)計與研究開發(fā)工作。

（編輯 凌 波）