基于CAN總線技術(shù)的客車起動與電源系統(tǒng)控制方法

鄭　毅

（廈門金龍聯(lián)合汽車工業(yè)有限公司，福建廈門361023）

基于CAN總線技術(shù)的客車起動與電源系統(tǒng)控制方法

鄭毅

（廈門金龍聯(lián)合汽車工業(yè)有限公司，福建廈門361023）

闡述一種基于CAN總線技術(shù)的客車起動與電源系統(tǒng)及其控制方法，通過實時采集當前車輛電源狀態(tài)，在發(fā)生電壓異常時進行報警，并適時切斷電源進行保護，以保證整車電氣系統(tǒng)的安全，提高駕駛員的安全意識。

客車起動系統(tǒng)；CAN總線技術(shù)；電源系統(tǒng)控制

1　概述

隨著客車電氣技術(shù)日益完善，整車用電器數(shù)量及功能日趨豐富、用電量不斷增加，對整車電氣控制系統(tǒng)提出了更高的要求。由于客車行駛工況的特性，其電氣設備的電源來自于客車上的蓄電池。而蓄電池內(nèi)的電能來源于發(fā)電機，當發(fā)電機無法正常工作時，車輛起動后蓄電池內(nèi)電能會大量損耗且無法得到補充。若虧電時間過長，蓄電池將會耗盡電量，使車輛無法正常起動，嚴重影響蓄電池的壽命［1］。另外，當車輛動力鏈（主要指發(fā)動機、自動變速器）有嚴重故障不適合起動時，由于儀表無法通過CAN總線得到有效的故障信息，駕駛員也無法判斷車輛當前狀態(tài)。若此時起動車輛就會造成無效起動和電能損耗，降低起動機的使用效率，影響起動機的使用壽命［2-3］。

當車輛發(fā)生蓄電池虧電、發(fā)電機充電故障、車輛動力鏈嚴重故障等情況時，傳統(tǒng)電源管理系統(tǒng)無法真正地、全方位地起到連接、控制和保護上述關(guān)鍵設備的作用。目前國內(nèi)的客車領(lǐng)域沒有相關(guān)的技術(shù)解決方案，由此本文提出一種基于CAN總線技術(shù)［4］的客車起動與電源系統(tǒng)的控制方法，以解決如何準確地檢測系統(tǒng)電壓并及時報警提醒駕駛員，以及該起動與電源管理系統(tǒng)的開關(guān)控制盒如何通過CAN總線與發(fā)動機、自動變速器、儀表等整車部件通訊并適時控制起動信號的通斷等問題。

2　硬件技術(shù)方案及邏輯控制技術(shù)路線

2.1硬件組成及控制流程

該系統(tǒng)的開關(guān)控制盒硬件主要包含兩部分：分別是電磁開關(guān)系統(tǒng)和開關(guān)電器盒ECU系統(tǒng)（見圖1）。其中電磁開關(guān)系統(tǒng)包括：整車電源總開關(guān)、起動開關(guān)、整車電源繼電器、起動繼電器、空檔繼電器、多路保險及連接線路等部分［5］；開關(guān)電器盒ECU系統(tǒng)包括：CAN控制器、CAN收發(fā)器、微處理器、隔離電源、采樣端口等部分。

1）開關(guān)控制盒功能。本文的開關(guān)控制盒具有過壓、欠壓、斷路、動力鏈故障報警等功能。

①當開關(guān)電器盒ECU檢測到系統(tǒng)電壓超過32 V時，通過CAN總線向儀表發(fā)出系統(tǒng)電壓過高報警，提醒駕駛員注意；當檢測到系統(tǒng)斷路，發(fā)電機不能給蓄電池充電或ON檔電源斷路時，通過CAN總線向儀表發(fā)出報警，提醒駕駛員注意；當系統(tǒng)電壓低于設定值24 V時，通過CAN總線向儀表發(fā)出報警，發(fā)動機未起動時，超過4 min切斷電源總開關(guān)；當重新打開鑰匙開關(guān)至ON檔，可以重新接通電源總開關(guān)4 min，儀表會提示駕駛員盡快起動。

②當檢測到系統(tǒng)斷路或發(fā)電機不能充電時，通過CAN總線向儀表發(fā)出報警：當無法給車輛蓄電池充電時，駕駛員應及時檢查整車電氣系統(tǒng)線路。

③在該控制系統(tǒng)中，開關(guān)控制盒首先通過CAN總線接收發(fā)動機信號。當動力鏈出現(xiàn)嚴重故障不允許起動時，開關(guān)控制盒自動切斷起動電路，此時車輛不能起動；同時通過CAN總線向儀表發(fā)送報文［6-7］，傳遞該故障信息，并提示駕駛員需排除故障后才能起動。

2）具體內(nèi)容。基于CAN總線技術(shù)的客車起動與電源系統(tǒng)的控制方法和裝置的具體實現(xiàn)包括以下幾方面內(nèi)容：

①實時采集車輛當前的電源狀態(tài)，包括車輛未起動時電源狀態(tài)和起動后的電源狀態(tài)。狀態(tài)一，手閘閉合且車輛未起動時的電源狀態(tài)，此時車輛由蓄電池供電，所采集到的整車電源電壓應該不低于24 V；狀態(tài)二，客車起動時的電源狀態(tài)，由于發(fā)動機起動時，蓄電池電壓會迅速降低，此時電源管理系統(tǒng)只向儀表控制器發(fā)送CAN報文，不采取任何保護措施；狀態(tài)三，起動機停止且發(fā)電機運行的電源狀態(tài)，此時車輛由發(fā)電機供電，所采集到的整車電源電壓應該為28 V左右（正、負偏差1 V均屬于正常狀態(tài)）。

②實時CAN總線通信。通過CAN總線，實時與整車其他模塊進行通信，把電源的狀態(tài)以報文形式發(fā)送到儀表等控制器。當系統(tǒng)不能起動時，通過CAN總線向儀表發(fā)出動力鏈嚴重故障信息，需排除故障后才能起動；通訊協(xié)議采用SAE J1939［8］。

③當電源出現(xiàn)過壓、斷路、欠壓等異常狀況時，應采取相應的保護措施：

a.過壓報警。當車輛處于第三種狀態(tài)、檢測到系統(tǒng)電壓超過32 V時，通過CAN總線向儀表發(fā)出系統(tǒng)電壓過高報警。

b.欠壓保護。當車輛處于第一種狀態(tài)、系統(tǒng)電壓低于設定置值24 V時，通過CAN總線向儀表發(fā)出報警，超過4 min切斷電源總開關(guān)，當重新打開鑰匙開關(guān)至ON檔，可以重新接通電源總開關(guān)4 min；儀表提示駕駛員盡快起動。

c.斷路報警。當檢測到系統(tǒng)斷路、發(fā)電機不能充電時，通過CAN總線向儀表發(fā)出報警，提醒駕駛員注意當前車輛電源狀態(tài)。

d.其他保護。系統(tǒng)通過CAN總線進行通訊，接收動力鏈等其它動力總成的CAN信息。當動力鏈有嚴重故障無法起動時，系統(tǒng)起動功能被禁止，通過CAN總線向儀表發(fā)出嚴重故障信息，需排除故障后才能起動。

其中起動安全控制流程示意圖見圖2。

2.2整車通訊控制邏輯

本文提出的基于CAN總線技術(shù)的客車起動與電源控制系統(tǒng)（見圖3），包括電氣開關(guān)盒ECU1和CAN總線2，其中電氣開關(guān)盒ECU1包含CAN收發(fā)器5、CAN控制器4、微處理器3、采樣接口電路6和控制接口電路7，CAN控制器4選用PHILIPS 82C200，CAN收發(fā)器5選用PHILIPS TJA1050，并采用SAE J1939作為CAN總線的通訊協(xié)議［9-10］。CAN收發(fā)器通過CAN總線與車輛其他控制器連接，并發(fā)送電源狀態(tài)報文及車輛起動狀態(tài)報文。

鑰匙開關(guān)閉合且車輛未起動時，CAN收發(fā)器能夠?qū)崟r接收車輛動力鏈各ECU通過CAN總線發(fā)送的故障和狀態(tài)信號，經(jīng)由CAN控制器送入微處理器，微處理器判斷此時車輛動力鏈是否處于不適合起動的嚴重故障狀態(tài)［11］。當車輛動力鏈有嚴重故障不適合起動時，系統(tǒng)會自動切斷整車電源繼電器，并通過CAN總線向儀表處理器發(fā)出車輛動力鏈嚴重故障信息，需排除故障后才能起動。

鑰匙開關(guān)閉合后，此時整車處于電源接通狀態(tài)，開關(guān)控制盒會通過采樣接口電路實時采集當前狀態(tài)下整車電壓值，送入微處理器，同時與參考電壓進行比較計算。當系統(tǒng)電壓值低于24 V時，系統(tǒng)會通過控制接口電路輸出高電平控制整車電源繼電器線圈斷開，從而控制整車電源；當車輛起動后，若微處理器檢測到系統(tǒng)電壓高于32 V，開關(guān)控制盒內(nèi)的CAN控制器和CAN收發(fā)器就會通過CAN總線向儀表發(fā)出系統(tǒng)電壓過高的報警。

3　結(jié)束語

綜上所述，本文介紹了一種車輛電源的管理系統(tǒng)及控制方法，重點在于實時采集當前車輛電源狀態(tài)，并在發(fā)生電壓異常時進行報警，同時根據(jù)動力鏈工作狀態(tài)切斷電源進行保護；當動力鏈有嚴重故障無法起動時，系統(tǒng)起動功能被禁止，通過CAN總線向儀表發(fā)出嚴重故障信息，需排除故障后才能起動，以此提高客車的安全性和可靠性［12］。

［1］張春化，蹇小平.汽車電器與電路［M］.北京：人民郵電出版社，2003.

［2］陳家瑞.汽車構(gòu)造［M］.北京：人民交通出版社，2002.

［3］陸榮.電工基礎［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2006.

［4］孫仁云，付百學.汽車電器與電子技術(shù)［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2011.

［5］張曉斌，張朋松，董延軍.汽車電源管理系統(tǒng)測試臺的研究［J］.機械與電子，2009，（6）

［6］于季剛，張輯.基于CAN總線的客車電源管理系統(tǒng)方案設計［J］.電氣技術(shù)，2013，（5）

［7］姚健欣.CAN總線技術(shù)的研究與應用［D］.武漢：華中科技大學，2001.

［8］朱小龍.基于SAE1939標準的CAN通信網(wǎng)絡在汽車動力傳動系統(tǒng)中的應用［J］.重慶理工大學學報：自然科學版，2013，（3）：16-21.

［9］約爾根（Jurgen，R.K.）汽車電子手冊［K］.魯植雄，等.譯.北京：電子工業(yè)出版社，2010.

［10］羅峰，孫澤昌.汽車CAN總線系統(tǒng)原理、設計與應用［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2010.

［11］馮桑，康迂福，康林權(quán).基于CAN總線的車載智能終端硬件上［J］.公路與汽運，2010，（6）

［12］陳東勤.汽車電源系統(tǒng)及其技術(shù)發(fā)展趨勢［J］.電子與封裝，2008，（4）

修改稿日期：2014-09-28

Bus/Coach Starting and Control Method of Power Supp ly System Based on CAN Bus

Zheng Yi
（Xiamen King LongUnited Automotive Industry Co.，Ltd，Xiamen 361023，China）

The author elaborates a kind of bus starting and electricity supply system and its control method based on CAN bus technology，that is through collecting the current state of the vehicle power supply in real time，in the case of abnormal voltage，it can give alarms and protections through timely cutting off the power supply so as to ensure the safetyof the vehicle electrical system and improve the driver's safetyawareness.

bus/coach starting system；CAN bus technology；electricity supply system control

U 463.6

B

1006-3331（2015）03-0030-03

鄭毅（1980-），男，工程師；工程研究院電氣技術(shù)應用課長；研究方向：汽車電氣。