許廣偉 李大東

哈爾濱東安汽車動(dòng)力股份有限公司 黑龍江省哈爾濱市 150066

1 引言

商用車發(fā)動(dòng)機(jī)總成匹配過(guò)程中，需要將車輛各系統(tǒng)完全拆解，重新將發(fā)動(dòng)機(jī)與車輛各系統(tǒng)進(jìn)行匹配，匹配后的發(fā)動(dòng)機(jī)總成需要與車輛各個(gè)系統(tǒng)逐項(xiàng)匹配檢查。車輛各系統(tǒng)在恢復(fù)后經(jīng)常發(fā)現(xiàn)各種不同故障問(wèn)題，導(dǎo)致車輛各系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)需要將各系統(tǒng)重新拆解與恢復(fù)，影響車輛匹配周期、增加了故障排除時(shí)間。為減少車輛各系統(tǒng)匹配一致性及各系統(tǒng)故障判斷的準(zhǔn)確性，研制一種電氣模擬測(cè)控儀實(shí)現(xiàn)整車電控系統(tǒng)控制，減少駕駛艙與底盤未合裝前發(fā)動(dòng)機(jī)各系統(tǒng)工作狀態(tài)的檢查與測(cè)控。模擬整車電氣測(cè)控儀可以模擬實(shí)現(xiàn)車輛起動(dòng)信號(hào)、油門踏板信號(hào)、離合踏板信號(hào)、制動(dòng)踏板信號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)水溫信號(hào)、電源電壓信號(hào)、車輛冷卻系統(tǒng)風(fēng)扇控制信號(hào)、整車燃油系統(tǒng)控制信號(hào)、OBD 診斷參數(shù)信號(hào)監(jiān)控與控制單元數(shù)據(jù)讀寫、車輛各系統(tǒng)檢查等。商用車電氣系統(tǒng)模擬測(cè)控儀的研制，對(duì)后續(xù)新品車發(fā)匹配、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)起到指導(dǎo)作用，適宜商用車各系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與控制原理探究，以及商用車試制改裝領(lǐng)域推廣和應(yīng)用。

2 商用車電氣系統(tǒng)模擬測(cè)控儀概述

本文所進(jìn)行的商用車整車電氣系統(tǒng)模擬測(cè)控儀設(shè)計(jì)與應(yīng)用，基于市場(chǎng)上所有應(yīng)用型商用車系統(tǒng)。通過(guò)分析研究現(xiàn)有商用車開發(fā)需求，確定商用車電氣系統(tǒng)模擬測(cè)控儀研制，實(shí)現(xiàn)了商用車整車電氣系統(tǒng)模擬測(cè)控儀的原理設(shè)計(jì)、參數(shù)設(shè)計(jì)、電器元件布置。汽車電氣模擬測(cè)控系統(tǒng)是現(xiàn)代汽車系統(tǒng)重要組成部分，對(duì)商用車整車電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究具有重要實(shí)際意義及應(yīng)用價(jià)值。

為減少車輛各系統(tǒng)匹配一致性及各系統(tǒng)故障判斷的準(zhǔn)確性，通過(guò)電氣模擬測(cè)控儀實(shí)現(xiàn)整車電控系統(tǒng)控制，減少駕駛艙與底盤未合裝前，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作及整車各系統(tǒng)故障檢查與測(cè)控提高工作效率。通過(guò)模擬整車電氣測(cè)控儀可以模擬實(shí)現(xiàn)車輛起動(dòng)信號(hào)、油門踏板信號(hào)、離合踏板信號(hào)、制動(dòng)踏板信號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)水溫信號(hào)、電源電壓信號(hào)、車輛冷卻系統(tǒng)風(fēng)扇控制信號(hào)、整車燃油系統(tǒng)控制信號(hào)、OBD 診斷參數(shù)信號(hào)監(jiān)控與控制單元數(shù)據(jù)讀寫、車輛各系統(tǒng)檢查等。商用車電氣系統(tǒng)模擬測(cè)控儀的研制，對(duì)后續(xù)新品車發(fā)匹配、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)起到指導(dǎo)作用，適宜商用車各系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與控制原理探究，以及商用車試制改裝領(lǐng)域推廣和應(yīng)用。

3 商用車電氣系統(tǒng)模擬測(cè)控儀組成與控制原理

3.1 商用車電氣系統(tǒng)模擬測(cè)控儀組成結(jié)構(gòu)

商用車電氣系統(tǒng)模擬測(cè)控儀主要組成部分，由一個(gè)配電控制柜、三塊低壓電源（帶自診斷）控制板、七個(gè)LED 工作指示燈、三塊數(shù)字顯示儀表、一個(gè)重載連接器、一個(gè)CA矩型連接器、三個(gè)直徑22 毫米按鈕開關(guān)、一個(gè)車用起動(dòng)鑰匙總成、一個(gè)OBD 診斷端子總成。通過(guò)三塊低壓電源(自診斷)控制板分別控制主繼電器、油泵繼電器、起動(dòng)繼電器、點(diǎn)火繼電器、車輛冷卻風(fēng)扇(低速)繼電器、冷卻風(fēng)扇(高速)繼電器，通過(guò)模擬整車電氣測(cè)控儀面板上的七個(gè)LED 工作指示燈和三塊低壓電源(自診斷)控制面板上的發(fā)光二極管故障指示燈,可以快速判斷出各繼電器故障出現(xiàn)的位置與工作狀態(tài)是否正常。

3.2 商用車電氣系統(tǒng)模擬測(cè)控儀面板按鈕布置圖（如圖1 所示）

圖1

3.3 商用車電氣系統(tǒng)模擬測(cè)控儀操作控制原理

操作運(yùn)行前需將模擬整車電氣測(cè)控儀車輛功率線接插件與車輛電瓶“+、-”級(jí)、起動(dòng)電源控制線、油泵電源控制線、主繼電器控制線、冷卻風(fēng)扇電源控制線相接。車輛控制線接插件與車輛控制單元ECU 信號(hào)線相接，點(diǎn)火開關(guān)選用與車輛起動(dòng)功能完全一致的起動(dòng)鑰匙總成，將點(diǎn)火開關(guān)起動(dòng)鑰匙旋到一檔通電，LED 工作指示燈與電壓、水溫、轉(zhuǎn)速顯示儀表被點(diǎn)亮，按下制動(dòng)踏板模擬信號(hào)按鈕與離合器踏板模擬信號(hào)按鈕，將點(diǎn)火開關(guān)起動(dòng)鑰匙旋到起動(dòng)位置至車輛起動(dòng)，起動(dòng)后調(diào)節(jié)模擬電子油門旋鈕實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)不同轉(zhuǎn)速，通過(guò)外接OBD 診斷口可實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)各參數(shù)監(jiān)控與數(shù)據(jù)讀寫簡(jiǎn)化車檢和維修程序。

3.4 商用車電氣系統(tǒng)模擬測(cè)控儀控制單元內(nèi)部布置（如圖2 所示）

圖2

3.5 商用車電氣系統(tǒng)模擬測(cè)控儀低壓電源自檢測(cè)模塊組成

低壓電源模擬測(cè)控儀檢測(cè)主板采用雙面敷銅電路板一體化設(shè)計(jì)，通過(guò)LED 燈的通斷狀態(tài)判斷故障位置，模塊雙面大面積敷銅及多過(guò)孔設(shè)計(jì)達(dá)到低電阻，充分降低內(nèi)部線路大電流下的壓降。

低壓電源自檢測(cè)模擬控制模塊由三塊結(jié)構(gòu)相同，控制系統(tǒng)不同的模塊組成，模塊采用汽車通用保險(xiǎn)以減少空間占有量、降低制造成本，所有保險(xiǎn)絲、繼電器均配用PCB 焊接式底座，使用維護(hù)方便；各連接器均采用PCB 焊接形式集成在電路板上，其它元件大部分采用貼片元件，充分減小模塊整體尺寸。通過(guò)合理的電路設(shè)計(jì)，低壓電源自檢測(cè)模塊能實(shí)現(xiàn)各路電源控制、故障診功能及電源電壓檢測(cè)、轉(zhuǎn)換、隔離輸出的功能，適合應(yīng)用在12V-24V 低壓電源控制場(chǎng)合中。

低壓電源自檢測(cè)模塊主板含有IGN 繼電器、START 繼電器、保險(xiǎn)絲、10P 柵欄式連接器J2、PCB 式接線座J1、焊板式香蕉插座J3、焊板式香蕉插座J4、焊板式香蕉插座J5、焊板式香蕉插座J6、9 個(gè)LED 發(fā)光二極管組成。（如圖3 所示）

圖3 低壓電源控制及電壓檢測(cè)模塊

4 商用車電氣系統(tǒng)模擬測(cè)控儀工作原理

通過(guò)一體化的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了與車輛電氣系統(tǒng)控制一樣的功能，模擬電氣測(cè)控儀能夠準(zhǔn)確判斷車輛各系統(tǒng)工作狀態(tài)是否正常，模擬整車電氣測(cè)控儀可以實(shí)現(xiàn)不同類型車輛電氣系統(tǒng)控制，能夠采集起動(dòng)信號(hào)、油門踏板信號(hào)、離合踏板信號(hào)、制動(dòng)踏板信號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)水溫信號(hào)、電源電壓信號(hào)、車輛冷卻系統(tǒng)風(fēng)扇控制信號(hào)、整車燃油系統(tǒng)控制信號(hào)、OBD 診斷信號(hào)與控制單元ECU參數(shù)信號(hào)、車輛靜態(tài)各系統(tǒng)工作狀態(tài)檢查等，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地判斷車輛各系統(tǒng)故障產(chǎn)生的位置與故障現(xiàn)象提高工作效率。

5 商用車電氣系統(tǒng)模擬測(cè)控儀顯示模塊工作原理

測(cè)控顯示模塊是以STM32 為核心的MCU 控制電路，根據(jù)AECS 診斷協(xié)議通過(guò)CAN 總線方式進(jìn)行串口通信，同時(shí)診斷參數(shù)顯示在LCD 顯示屏上。

5.1 顯示模塊通信原理

顯示模塊內(nèi)部設(shè)計(jì)核心基于ISO15765和ISO14229 標(biāo)準(zhǔn)，在ISO15765 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定中CAN 上診斷層中物理層和數(shù)據(jù)鏈路層定義，滿足 ISO 11898.CAN 總線速度為 500kbps。ECU 需要支持一對(duì)物理尋址的 CAN 報(bào)文標(biāo)示符，一個(gè)用于接收診斷請(qǐng)求，另一個(gè)用于發(fā)送診斷響應(yīng)，同時(shí) ECU 還要支持診斷設(shè)備發(fā)送的功能尋址診斷請(qǐng)求 CAN 標(biāo)識(shí)符。（如表1）

表1 ECU 中CAN 報(bào)文標(biāo)示符

5.2 顯示模塊數(shù)據(jù)解析

顯示模塊通過(guò)CAN 線發(fā)送和接收的報(bào)文進(jìn)行的數(shù)據(jù)解析。

將顯示模塊通電后，顯示屏被點(diǎn)亮同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送與接收，02 10 03 00 00 00 00 00 （發(fā)送）06 50 03 00 32 01 F4 00 （接收）。本條報(bào)文是與ECU 開啟診斷服務(wù)的第一條報(bào)文，在發(fā)送報(bào)文中02 表示數(shù)據(jù)長(zhǎng)度2 字節(jié)（即 10 03 ），其中10 代表訪問(wèn)功能代碼，03 代表該功能下的子功能代碼（擴(kuò)展診斷模式），06 代表數(shù)據(jù)字節(jié)長(zhǎng)度6 字節(jié)（即50 03 00 32 01 F4 00），50 代表ECU 成功接收到訪問(wèn)功能代碼10 而回復(fù)的固定代碼，03 為對(duì)應(yīng)發(fā)送的子功能代碼，00 代表P2Can_Server_max (high byte)，32代 表P2Can_Server_max (low byte) ，01代表P2*Can_Server_max (high byte) ，F(xiàn)4代表P2*Can_Server_max (low byte) ，后四字節(jié)數(shù)據(jù)為ECU 數(shù)據(jù)通信時(shí)信息流時(shí)間控制。

通電后顯示模塊開始數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送與接收，03 22 03 2A 00 00 00 00 （發(fā)送）05 62 03 2A 0C 80 00 00 （接收）。本條報(bào)文為查看該ECU 某個(gè)參數(shù)（發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速）的值，在發(fā)送報(bào)文中03 表示數(shù)據(jù)長(zhǎng)度3 字節(jié)（即 22 03 2A ），22 為讀取ECU 參數(shù)功能代碼，03 2A 為該參數(shù)在ECU 中規(guī)定的標(biāo)識(shí)（不同的參數(shù)有不同的標(biāo)識(shí)符）。在接收?qǐng)?bào)文中05 為數(shù)據(jù)長(zhǎng)度5 字節(jié)（62 03 2A 0C 80），62 為成功接收到訪問(wèn)功能代碼22 而回復(fù)的固定代碼，03 2A 為該參數(shù)在ECU 中規(guī)定的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的固定標(biāo)識(shí)，0C 80 為該參數(shù)的十六進(jìn)制數(shù)，根據(jù)AECS 診斷協(xié)議中的公式（phy=N*0.25）換算成十進(jìn)制為800rpm。其他參數(shù)解析與之相同。

6 商用車電氣系統(tǒng)模擬測(cè)控儀整車研究展望

現(xiàn)有國(guó)內(nèi)汽車工業(yè)發(fā)展與國(guó)外還存在一定差距，特別是在汽車測(cè)控技術(shù)上存在差距。汽車測(cè)控技術(shù)在今后的研究中要建立系統(tǒng)的工程理念，汽車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行全面一體化研究。汽車控制總成研究中，要不斷優(yōu)化改進(jìn)測(cè)控方法、測(cè)控精準(zhǔn)度、減少各系統(tǒng)故障發(fā)生頻率。在汽車控制系統(tǒng)智能化與發(fā)展過(guò)程中進(jìn)行開發(fā)與研究，擴(kuò)大整車測(cè)控系統(tǒng)應(yīng)用范圍。以汽車市場(chǎng)發(fā)展為指引，促進(jìn)汽車測(cè)控技術(shù)進(jìn)入更高的發(fā)展階段。

7 結(jié)論

商用車電氣系統(tǒng)模擬測(cè)控儀具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，通過(guò)對(duì)商用車電氣系統(tǒng)測(cè)控，形成了一套完整的測(cè)控方案。通過(guò)規(guī)范設(shè)計(jì)流程，借助編程手段及相關(guān)理論應(yīng)用，避免了發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)的設(shè)計(jì)缺陷，縮短了整車開發(fā)周期，降低了整車研制成本，提高了整車靜態(tài)測(cè)控精度，實(shí)現(xiàn)了整車靜態(tài)工況下電氣系統(tǒng)控制與應(yīng)用。