商用車電氣系統(tǒng)模擬測控儀研制與應(yīng)用

許廣偉 李大東

哈爾濱東安汽車動力股份有限公司 黑龍江省哈爾濱市 150066

1 引言

商用車發(fā)動機總成匹配過程中，需要將車輛各系統(tǒng)完全拆解，重新將發(fā)動機與車輛各系統(tǒng)進行匹配，匹配后的發(fā)動機總成需要與車輛各個系統(tǒng)逐項匹配檢查。車輛各系統(tǒng)在恢復(fù)后經(jīng)常發(fā)現(xiàn)各種不同故障問題，導(dǎo)致車輛各系統(tǒng)無法正常運行，嚴重時需要將各系統(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)故障判斷的準確性，研制一種電氣模擬測控儀實現(xiàn)整車電控系統(tǒng)控制，減少駕駛艙與底盤未合裝前發(fā)動機各系統(tǒng)工作狀態(tài)的檢查與測控。模擬整車電氣測控儀可以模擬實現(xiàn)車輛起動信號、油門踏板信號、離合踏板信號、制動踏板信號、發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號、發(fā)動機水溫信號、電源電壓信號、車輛冷卻系統(tǒng)風扇控制信號、整車燃油系統(tǒng)控制信號、OBD 診斷參數(shù)信號監(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)模擬測控儀的研制，對后續(xù)新品車發(fā)匹配、產(chǎn)品設(shè)計、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)模擬測控儀概述

本文所進行的商用車整車電氣系統(tǒng)模擬測控儀設(shè)計與應(yīng)用，基于市場上所有應(yīng)用型商用車系統(tǒng)。通過分析研究現(xiàn)有商用車開發(fā)需求，確定商用車電氣系統(tǒng)模擬測控儀研制，實現(xiàn)了商用車整車電氣系統(tǒng)模擬測控儀的原理設(shè)計、參數(shù)設(shè)計、電器元件布置。汽車電氣模擬測控系統(tǒng)是現(xiàn)代汽車系統(tǒng)重要組成部分，對商用車整車電氣系統(tǒng)設(shè)計研究具有重要實際意義及應(yīng)用價值。

為減少車輛各系統(tǒng)匹配一致性及各系統(tǒng)故障判斷的準確性，通過電氣模擬測控儀實現(xiàn)整車電控系統(tǒng)控制，減少駕駛艙與底盤未合裝前，對發(fā)動機工作及整車各系統(tǒng)故障檢查與測控提高工作效率。通過模擬整車電氣測控儀可以模擬實現(xiàn)車輛起動信號、油門踏板信號、離合踏板信號、制動踏板信號、發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號、發(fā)動機水溫信號、電源電壓信號、車輛冷卻系統(tǒng)風扇控制信號、整車燃油系統(tǒng)控制信號、OBD 診斷參數(shù)信號監(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)模擬測控儀的研制，對后續(xù)新品車發(fā)匹配、產(chǎn)品設(shè)計、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)模擬測控儀組成與控制原理

3.1 商用車電氣系統(tǒng)模擬測控儀組成結(jié)構(gòu)

商用車電氣系統(tǒng)模擬測控儀主要組成部分，由一個配電控制柜、三塊低壓電源（帶自診斷）控制板、七個LED 工作指示燈、三塊數(shù)字顯示儀表、一個重載連接器、一個CA矩型連接器、三個直徑22 毫米按鈕開關(guān)、一個車用起動鑰匙總成、一個OBD 診斷端子總成。通過三塊低壓電源(自診斷)控制板分別控制主繼電器、油泵繼電器、起動繼電器、點火繼電器、車輛冷卻風扇(低速)繼電器、冷卻風扇(高速)繼電器，通過模擬整車電氣測控儀面板上的七個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)模擬測控儀操作控制原理

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

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

圖2

3.5 商用車電氣系統(tǒng)模擬測控儀低壓電源自檢測模塊組成

低壓電源模擬測控儀檢測主板采用雙面敷銅電路板一體化設(shè)計，通過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孔設(shè)計達到低電阻，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以減少空間占有量、降低制造成本，所有保險絲、繼電器均配用PCB 焊接式底座，使用維護方便；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。通過合理的電路設(shè)計，低壓電源自檢測模塊能實現(xiàn)各路電源控制、故障診功能及電源電壓檢測、轉(zhuǎn)換、隔離輸出的功能，適合應(yīng)用在12V-24V 低壓電源控制場合中。

低壓電源自檢測模塊主板含有IGN 繼電器、START 繼電器、保險絲、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模塊

4 商用車電氣系統(tǒng)模擬測控儀工作原理

通過一體化的設(shè)計實現(xiàn)了與車輛電氣系統(tǒng)控制一樣的功能，模擬電氣測控儀能夠準確判斷車輛各系統(tǒng)工作狀態(tài)是否正常，模擬整車電氣測控儀可以實現(xiàn)不同類型車輛電氣系統(tǒng)控制，能夠采集起動信號、油門踏板信號、離合踏板信號、制動踏板信號、發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號、發(fā)動機水溫信號、電源電壓信號、車輛冷卻系統(tǒng)風扇控制信號、整車燃油系統(tǒng)控制信號、OBD 診斷信號與控制單元ECU參數(shù)信號、車輛靜態(tài)各系統(tǒng)工作狀態(tài)檢查等，實時準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)模擬測控儀顯示模塊工作原理

測控顯示模塊是以STM32 為核心的MCU 控制電路，根據(jù)AECS 診斷協(xié)議通過CAN 總線方式進行串口通信，同時診斷參數(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)計核心基于ISO15765和ISO14229 標準，在ISO15765 標準規(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 需要支持一對物理尋址的 CAN 報文標示符，一個用于接收診斷請求，另一個用于發(fā)送診斷響應(yīng)，同時 ECU 還要支持診斷設(shè)備發(fā)送的功能尋址診斷請求 CAN 標識符。（如表1）

表1 ECU 中CAN 報文標示符

5.2 顯示模塊數(shù)據(jù)解析

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

將顯示模塊通電后，顯示屏被點亮同時進行數(shù)據(jù)信號發(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）。本條報文是與ECU 開啟診斷服務(wù)的第一條報文，在發(fā)送報文中02 表示數(shù)據(jù)長度2 字節(jié)（即 10 03 ），其中10 代表訪問功能代碼，03 代表該功能下的子功能代碼（擴展診斷模式），06 代表數(shù)據(jù)字節(jié)長度6 字節(jié)（即50 03 00 32 01 F4 00），50 代表ECU 成功接收到訪問功能代碼10 而回復(fù)的固定代碼，03 為對應(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)通信時信息流時間控制。

通電后顯示模塊開始數(shù)據(jù)信號發(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）。本條報文為查看該ECU 某個參數(shù)（發(fā)動機轉(zhuǎn)速）的值，在發(fā)送報文中03 表示數(shù)據(jù)長度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)定的標識（不同的參數(shù)有不同的標識符）。在接收報文中05 為數(shù)據(jù)長度5 字節(jié)（62 03 2A 0C 80），62 為成功接收到訪問功能代碼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)動機轉(zhuǎn)速的固定標識，0C 80 為該參數(shù)的十六進制數(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)模擬測控儀整車研究展望

現(xiàn)有國內(nèi)汽車工業(yè)發(fā)展與國外還存在一定差距，特別是在汽車測控技術(shù)上存在差距。汽車測控技術(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)計進行全面一體化研究。汽車控制總成研究中，要不斷優(yōu)化改進測控方法、測控精準度、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)展過程中進行開發(fā)與研究，擴大整車測控系統(tǒng)應(yīng)用范圍。以汽車市場發(fā)展為指引，促進汽車測控技術(shù)進入更高的發(fā)展階段。

7 結(jié)論

商用車電氣系統(tǒng)模擬測控儀具有實際應(yīng)用價值，通過對商用車電氣系統(tǒng)測控，形成了一套完整的測控方案。通過規(guī)范設(shè)計流程，借助編程手段及相關(guān)理論應(yīng)用，避免了發(fā)動機相關(guān)的設(shè)計缺陷，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)測控精度，實現(xiàn)了整車靜態(tài)工況下電氣系統(tǒng)控制與應(yīng)用。