王 振，謝斌權，裴錦雲(yún)

（廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣州 511434）

0 引言

隨著科技的不斷發(fā)展，人們對汽車的要求越來越高，因此現(xiàn)代汽車為了滿足顧客需求而越來越多地集成各種電子控制裝置，這使得汽車的結構和控制變得復雜化，而為環(huán)保節(jié)約而應運而生的電動汽車則由于增加了電機、電池等部件使之與傳統(tǒng)車相比，其結構和控制變得更為繁雜。不斷增加的零部件也使得整車的線束更加繁多，而且線束之間的連接使得整車也越來越難以匹配和布置。汽車CAN總線正是在這種背景下應運而生，汽車CAN（Controller AreaNetwork）總線即控制器局域網(wǎng)絡，其最初是由德國BOSCH公司為汽車監(jiān)測、控制系統(tǒng)而設計的[1]。它的主要優(yōu)點是通訊簡單（僅用兩根硬線即可實現(xiàn)多部件的實時通訊），成本低廉，重要的是其可以實現(xiàn)不同節(jié)點間的部件信息共享。因此，它的出現(xiàn)使汽車結構精簡和控制簡單化成為可能。汽車CAN總線網(wǎng)絡也已是汽車電子控制管理系統(tǒng)中不可獲取的重要組成部分。

本文基于虛擬儀器Labview軟件編程，借助USB-CAN信息采集卡提供了一種采集汽車CAN總線數(shù)據(jù)的方法。Labview是一種圖形化編程軟件，由美國NI（national instruments）公司開發(fā)，它不僅能簡化軟件編程，提高軟件開發(fā)效率，更擁有生動形象的用戶界面，在研發(fā)和生產(chǎn)，特別是測量、控制、仿真等方面應用相當廣泛[2]。USB-CAN信息采集卡則能讓計算機方便的連接到CAN總線上，實現(xiàn)CAN協(xié)議的連接通訊，不僅具有雙路CAN通道，而且每路CAN通道都集成獨立的電氣隔離保護，抗干擾能力強，是一款性能穩(wěn)定、通訊可靠的CAN通訊卡[3]。圖1所示為致遠電子CAN通訊卡。

圖1 致遠電子CAN通訊卡（示例）

1 主要內(nèi)容及功能介紹

本文以混合動力汽車的發(fā)動機、混動變速箱、動力電池、油泵、離合器及電子駐車機構為測試對象，通過搭建Labview模型，實現(xiàn)以下功能。

（1）實現(xiàn)對發(fā)動機及混動變速箱部分參數(shù)的監(jiān)測。其中發(fā)動機主要參數(shù)包括發(fā)動機扭矩、發(fā)動機轉速、發(fā)動機水溫?；靹幼兯傧渲饕獏?shù)包括電機轉速、扭矩、溫度，油壓等。

（2）實現(xiàn)對動力電池、油泵、離合器及電子駐車機構的控制。其中動力電池實現(xiàn)高壓上下電功能，離合器實現(xiàn)結合與分離功能，油泵則實現(xiàn)轉速功能，電子駐車機構實現(xiàn)駐車與解鎖功能。

（3）對采集的數(shù)據(jù)進行保存以便于分析。而從信號的傳輸方向來看，則實現(xiàn)接收與發(fā)送功能：對發(fā)動機及混動變速箱信號的監(jiān)測為接收功能；對動力電池、油泵、離合器及電子駐車機構的控制則為發(fā)送功能。

2 模型搭建

2.1 模型搭建結構圖

該模型的基本結構如圖2所示[4]。

圖2 模型基本結構

2.2 模型的程序設計

該模型的程序設計主要包括：USB-CAN的配置、信號發(fā)送、信號接收及信號處理部分。

2.2.1 USB-CAN配置

該部分主要是采用了“平鋪式順序結構”和“條件結構’。主要是采用調(diào)用庫函數(shù)節(jié)點的方法來實現(xiàn)軟件和硬件相結合。該部分的邏輯框圖如圖3所示[3]。

按照該邏輯框圖對USB-CAN配置進行編程，得到程序如圖4所示。

2.2.2 參數(shù)設置及發(fā)送模塊

根據(jù)整車CAN報文特點，通常均為標準幀，因此可以采用簇類型或數(shù)組類型作為發(fā)送結構體（本文采用簇類型），并采用VCI_Transmit函數(shù)，然后只需根據(jù)所要發(fā)送的數(shù)據(jù)對結構體進行填充便可完成CAN報文的發(fā)送[6]，以油泵控制為例，參數(shù)設置如圖5所示，報文發(fā)送程序如圖6所示。

圖3 USB-CAN的配置邏輯框圖（以致遠電子USB-CAN卡調(diào)用為例）

2.2.3 報文接收模塊

報文接收采用VCI_Receive函數(shù)，同樣采用簇類型作為接收報文結構體，接受到的數(shù)據(jù)暫時存儲在結構體中[7]，該部分程序如圖7所示。

2.2.4 報文解析模塊

將接收到的暫時存儲在結構體中的數(shù)據(jù)提取出來并轉譯的過程即為報文的解析，該部分采用若干進制轉換，將接收到的十六進制數(shù)據(jù)轉換成直觀性強且具有實際意義的數(shù)據(jù)[5]，以某一幀的數(shù)據(jù)解析為例，程序如圖8所示。

圖4 USB-CAN配置程序

圖5 參數(shù)設置

圖6 報文發(fā)送程序

圖7 報文接收程序

圖8 報文解析程序

2.3 前面板設計

2.3.1 主控制界面

主控制界面如圖9所示。

2.3.2 主監(jiān)控界面

主監(jiān)控界面如圖10所示[8]。

3 模型優(yōu)化

在完成前面板及程序面板設計之后，對軟件的前面板進行了美化，對程序面板進行了整理，并且增加編程了監(jiān)控報警模塊及數(shù)據(jù)保存模塊，以對部分重要數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，并能將數(shù)據(jù)保存至EXCEL中，便于后續(xù)分析。

3.1 前面板優(yōu)化

優(yōu)化后的前面板如圖11所示。

3.2 監(jiān)控報警模塊

本文以發(fā)動機水溫、旁通閥油溫等溫度監(jiān)控為例，設置不同的閾值，當對應溫度超出閾值時，監(jiān)控電腦便會執(zhí)行一定動作（會發(fā)出報警聲），模塊如圖12所示。

圖9 主控制界面

圖10 主監(jiān)控界面

圖11 優(yōu)化后的前面板

圖12 監(jiān)控報警模塊

圖13 數(shù)據(jù)保存模塊

圖14 實時采集數(shù)據(jù)

3.3 數(shù)據(jù)保存模塊

為便于后續(xù)數(shù)據(jù)分析，采用“條件結構”編程，當用戶點擊保存按鈕時，開始將所需的數(shù)據(jù)保存至EXCEL表格中，模塊如圖13所示。

4 模型驗證

為驗證所編寫程序是否具有實用性，在臺架上進行了實際驗證，當臺架控制發(fā)動機及混動變速箱總成至某一工況時，監(jiān)控到的數(shù)據(jù)如圖14所示。

該界面顯示在該工況下，發(fā)動機轉速為2 250 r/min，車速為88.6 km/h，發(fā)動機水溫為90℃等，這些數(shù)據(jù)通過與INCA采集到的同一時刻數(shù)據(jù)對比，均為準確有效值，而且在長達數(shù)小時的監(jiān)控中，數(shù)據(jù)顯示不存在卡滯現(xiàn)象。

最后，分別對動力電池、油泵、離合器及電子駐車機構進行了多次不同情況下的控制，同時仍采用INCA工具采集數(shù)據(jù)作為監(jiān)控對比，結果表明控制有效且可靠。

5 結束語

綜上所示，本文的主要內(nèi)容為提供了一種基于Labview軟件編程，借助CAN通訊卡來實現(xiàn)混合動力汽車CAN總線信息采集與監(jiān)測的方法，并可根據(jù)需要實現(xiàn)整車零部件的實時控制，從而對所需要的汽車CAN總線信息進行分析，能實現(xiàn)標定功能。經(jīng)過臺架實測驗證，該方法能實時、快速、準確地采集監(jiān)測與控制，具有一定的實用性。