基于CAN-Bus網(wǎng)絡(luò)的汽車(chē)?yán)鋮s液預(yù)警裝置的設(shè)計(jì)

李元勇，劉玉振，劉曉春

（山東華宇工學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，山東 德州 253034）

我國(guó)現(xiàn)如今汽車(chē)保有量世界第一，汽車(chē)種類(lèi)齊全、數(shù)量巨大，但汽車(chē)保養(yǎng)方面的技術(shù)服務(wù)并不是十分完善。目前對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液的檢測(cè)方式，大多采用冰點(diǎn)檢測(cè)儀進(jìn)行檢測(cè)，這需要專(zhuān)業(yè)人員操作，因此，日常生活中車(chē)主并不能實(shí)時(shí)了解發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液的實(shí)際狀況，也不知道冷卻液何時(shí)需要更換，對(duì)于用戶(hù)來(lái)說(shuō)不僅浪費(fèi)時(shí)間精力，而且如果不及時(shí)更換不合格的冷卻液，不僅會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的正常使用造成影響，甚至還有可能造成冷卻系統(tǒng)或者發(fā)動(dòng)機(jī)的損壞，造成更大的損失[1-3]。因此，文章設(shè)計(jì)本款基于CAN-Bus網(wǎng)絡(luò)的汽車(chē)?yán)鋮s液智能預(yù)警裝置。

1 汽車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)概述

冷卻系統(tǒng)作為汽車(chē)五大系統(tǒng)之一，不僅可以將發(fā)動(dòng)機(jī)零件熱量散發(fā)至外界空氣，防止發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)過(guò)熱的情況，而且還能使汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)迅速升溫，并使其保持在合適的工作溫度，進(jìn)而保證發(fā)動(dòng)機(jī)擁有一個(gè)正常的工作環(huán)境，以發(fā)揮其最佳的工作性能，延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作壽命。隨著汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代汽車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)絕大多數(shù)為水冷系統(tǒng)。汽車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如圖1所示。

圖1 汽車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

2 現(xiàn)有冷卻液報(bào)警技術(shù)分析

現(xiàn)有車(chē)輛自帶的冷卻液報(bào)警系統(tǒng)可以提示存在冷卻液不足或者水箱溫度過(guò)高等問(wèn)題。水溫表顯示正常，則是因?yàn)槔鋮s液低于電極水平，電路無(wú)法導(dǎo)通，行車(chē)電腦據(jù)此判斷防凍液不足。水溫表顯示高溫則是因?yàn)槔鋮s液溫度過(guò)高，車(chē)主無(wú)法實(shí)時(shí)了解汽車(chē)?yán)鋮s液本身的質(zhì)量情況。而已有的未被廣泛應(yīng)用的預(yù)警系統(tǒng)未與行車(chē)電腦進(jìn)行匹配，系統(tǒng)裝置結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，成本也較高。

3 現(xiàn)有冷卻液冰點(diǎn)檢測(cè)技術(shù)分析

3.1 手持式冰點(diǎn)測(cè)試儀

現(xiàn)在的有手持式冰點(diǎn)測(cè)試儀，雖較小巧，但操作并不簡(jiǎn)便，一般的用戶(hù)并不能規(guī)范地進(jìn)行操作，車(chē)主仍需要去相關(guān)保養(yǎng)機(jī)構(gòu)由專(zhuān)業(yè)的維修保養(yǎng)人員進(jìn)行檢測(cè)，車(chē)主不能及時(shí)了解冷卻液的質(zhì)量情況及冷卻液是否需要更換，這使汽車(chē)發(fā)生故障的幾率大幅增加。手持式冷卻液冰點(diǎn)檢測(cè)儀如圖2、圖3所示。

圖2 手持式冷卻液冰點(diǎn)檢測(cè)儀

圖3 手持式冷卻液冰點(diǎn)檢測(cè)儀數(shù)值標(biāo)尺面板

3.2 數(shù)顯式冷卻液冰點(diǎn)檢測(cè)儀

數(shù)顯冰點(diǎn)儀可快速測(cè)試乙二醇和丙二醇水溶液的濃度及乙二醇與丙二醇型防凍液的結(jié)晶冰點(diǎn)，可應(yīng)用于汽車(chē)的冷卻水、冷媒液用的不凍液等。乙二醇冰點(diǎn)隨著乙二醇在水溶液中的濃度變化而變化，濃度在 60%以下時(shí)，水溶液中乙二醇濃度升高冰點(diǎn)降低，但濃度超過(guò) 60%后，隨著乙二醇濃度的升高，其冰點(diǎn)呈上升趨勢(shì)，粘度也會(huì)隨著濃度的升高而升高。當(dāng)濃度達(dá)到99.9%時(shí)，其冰點(diǎn)上升至-13.2 ℃，這就是濃縮型防凍液（防凍液母液）為什么不能直接使用的一條重要原因，使用冰點(diǎn)儀需注意。現(xiàn)有數(shù)顯冰點(diǎn)儀雖然可以智能識(shí)別冷卻液冰點(diǎn)，但是需要吸取冷卻系統(tǒng)中的冷卻液，并且需要人為有意識(shí)地定期檢測(cè)，并不能起到智能預(yù)警和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)冷卻液使用情況的作用，只適合汽車(chē)的定期保養(yǎng)或汽車(chē)相關(guān)問(wèn)題的檢測(cè)。數(shù)顯式冷卻液冰點(diǎn)檢測(cè)儀詳情如圖 4與表 1所示。

圖4 數(shù)顯式冷卻液冰點(diǎn)檢測(cè)儀

表1 數(shù)顯式冷卻液冰點(diǎn)檢測(cè)儀相關(guān)技術(shù)參數(shù)

4 基于 CAN-Bus 網(wǎng)絡(luò)的汽車(chē)?yán)鋮s液智能預(yù)警裝置方案設(shè)計(jì)

4.1 基于CAN-Bus網(wǎng)絡(luò)的汽車(chē)?yán)鋮s液智能預(yù)警裝置組成

基于 CAN-Bus網(wǎng)絡(luò)的汽車(chē)?yán)鋮s液智能預(yù)警裝置包括液位傳感器、冷卻液冰點(diǎn)檢測(cè)傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元、可聯(lián)網(wǎng)行車(chē)電腦、汽車(chē)音響等部件。液位傳感器安裝于冷卻液儲(chǔ)液罐內(nèi)，用于檢測(cè)冷卻液的液位，液位傳感器的輸出端與所述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元通過(guò)線路相連。冷卻液冰點(diǎn)檢測(cè)傳感器安裝于冷卻液膨脹水箱內(nèi)，用于檢測(cè)冷卻液的冰點(diǎn)，冷卻液冰點(diǎn)檢測(cè)傳感器的輸出端與所述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元通過(guò)線路相連。發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元為原車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元，用來(lái)接收并分析冷卻液冰點(diǎn)檢測(cè)傳感器和液位傳感器的信號(hào)，并把分析后的結(jié)果通過(guò)車(chē)載網(wǎng)絡(luò)CAN線共享到所述的可聯(lián)網(wǎng)行車(chē)電腦。可聯(lián)網(wǎng)行車(chē)電腦帶有顯示屏兼具網(wǎng)絡(luò)連接功能，可聯(lián)網(wǎng)行車(chē)電腦將接收到的數(shù)據(jù)結(jié)果及時(shí)顯示在可聯(lián)網(wǎng)行車(chē)電腦顯示屏上，可聯(lián)網(wǎng)行車(chē)電腦接收到的數(shù)據(jù)結(jié)果與內(nèi)置冷卻液冰點(diǎn)參考數(shù)值有差別，則暫時(shí)會(huì)控制汽車(chē)音響工作，并播報(bào)冷卻液及時(shí)更換提示語(yǔ)音，同時(shí)，可聯(lián)網(wǎng)行車(chē)電腦通過(guò)網(wǎng)絡(luò)云端查找附近可更換冷卻液的維修店，并向車(chē)主進(jìn)行提示。汽車(chē)?yán)鋮s液智能預(yù)警系統(tǒng)控制原理圖如圖5所示。

圖5 汽車(chē)?yán)鋮s液智能預(yù)警系統(tǒng)控制原理圖

4.2 基于CAN-Bus網(wǎng)絡(luò)的汽車(chē)?yán)鋮s液智能預(yù)警裝置研究?jī)?nèi)容

1.部件安裝位置的選擇

本系統(tǒng)需要對(duì)于冷卻液的性能進(jìn)行檢測(cè)，但是對(duì)于檢測(cè)用的傳感器安裝位置需要根據(jù)實(shí)際工作狀況進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，既要考慮到傳感器檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和全面性，又要考慮到高溫冷卻液對(duì)傳感器壽命的影響情況，最終確定冷卻液冰點(diǎn)檢測(cè)傳感器安裝于冷卻液膨脹水箱內(nèi)，液位傳感器安裝于冷卻液儲(chǔ)液罐內(nèi)。

2.與原車(chē)輛控制系統(tǒng)間的匹配設(shè)計(jì)

本裝置通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元將兩個(gè)傳感器傳來(lái)的信號(hào)處理并分析得到冷卻液狀況信息，通過(guò)車(chē)載CAN線，傳遞到可聯(lián)網(wǎng)行車(chē)電腦，故需要對(duì)原來(lái)的電腦進(jìn)行升級(jí)，同時(shí)此數(shù)據(jù)類(lèi)別歸類(lèi)到舒適CAN數(shù)據(jù)，故需要對(duì)信息進(jìn)行處理，以免影響到動(dòng)力數(shù)據(jù)傳遞。

3.預(yù)警系統(tǒng)的人性化設(shè)計(jì)研究

為了第一時(shí)間提醒用戶(hù)冷卻液存在的問(wèn)題，本裝置設(shè)計(jì)了基于原車(chē)可聯(lián)網(wǎng)行車(chē)電腦控制的語(yǔ)音播報(bào)功能，同時(shí)可聯(lián)網(wǎng)行車(chē)電腦通過(guò)網(wǎng)絡(luò)云端查找附近可更換冷卻液的維修店，及時(shí)幫助用戶(hù)發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題。

5 基于CAN-Bus網(wǎng)絡(luò)的汽車(chē)?yán)鋮s液預(yù)警裝置工作原理

當(dāng)汽車(chē)處于啟動(dòng)狀態(tài)時(shí)，傳感器和控制系統(tǒng)以及行車(chē)電腦開(kāi)始工作。液位傳感器將檢測(cè)到的液位數(shù)據(jù)傳給發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元，同時(shí)冷卻液冰點(diǎn)檢測(cè)傳感器將檢測(cè)到的冷卻液冰點(diǎn)數(shù)值也傳遞給發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元將兩個(gè)傳感器傳來(lái)的數(shù)據(jù)處理并分析得到冷卻液相關(guān)信息，通過(guò)車(chē)載CAN線，傳遞到可聯(lián)網(wǎng)行車(chē)電腦，可聯(lián)網(wǎng)行車(chē)電腦將接收到的冷卻液冰點(diǎn)和液位數(shù)值及時(shí)顯示在可聯(lián)網(wǎng)行車(chē)電腦顯示屏上，如果此時(shí)冷卻液冰點(diǎn)和液位數(shù)值與冷卻液狀況的參考值有差別，則可聯(lián)網(wǎng)行車(chē)電腦會(huì)控制汽車(chē)音響進(jìn)行語(yǔ)音警報(bào)，播報(bào)冷卻液異?；蛘咝枰鼡Q的信息，駕駛員可通過(guò)可聯(lián)網(wǎng)行車(chē)手動(dòng)電腦關(guān)閉播報(bào)。關(guān)閉播報(bào)后再次啟動(dòng)車(chē)輛時(shí)，冷卻液若仍存在問(wèn)題，則音響仍會(huì)進(jìn)行播報(bào)。在發(fā)現(xiàn)冷卻液異常進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)警的同時(shí)，可聯(lián)網(wǎng)行車(chē)電腦會(huì)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)云端查找附近專(zhuān)業(yè)的維修保養(yǎng)機(jī)構(gòu)，并為車(chē)主提供導(dǎo)航服務(wù)，同時(shí)播報(bào)有關(guān)附近維修店的相關(guān)信息以幫助車(chē)主更好地解決問(wèn)題。系統(tǒng)具體工作流程如圖6所示。

圖6 汽車(chē)?yán)鋮s液智能預(yù)警系統(tǒng)工作流程示意圖

6 基于 CAN-Bus網(wǎng)絡(luò)的汽車(chē)?yán)鋮s液預(yù)警裝置效果分析

通過(guò)上述技術(shù)方案，汽車(chē)?yán)鋮s液智能預(yù)警系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)冷卻液的工作狀況，并將相關(guān)數(shù)據(jù)信息顯示在儀表板上；在冷卻液冰點(diǎn)超標(biāo)時(shí)或者冷卻液液位異常時(shí)，會(huì)通過(guò)車(chē)載音響進(jìn)行報(bào)警，提醒車(chē)主及時(shí)處理，并為車(chē)主提供附近專(zhuān)業(yè)的可更換冷卻液的維修保養(yǎng)機(jī)構(gòu)的導(dǎo)航，從而保證了車(chē)主車(chē)輛維護(hù)的方便及用車(chē)安全。

7 基于 CAN-Bus網(wǎng)絡(luò)的汽車(chē)?yán)鋮s液預(yù)警裝置應(yīng)用前景

截至 2020年底，全國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)保有量約 3.67億輛，穩(wěn)居世界第一。而我國(guó)在汽車(chē)的保養(yǎng)方面的技術(shù)服務(wù)并不是十分完善，并且車(chē)輛基數(shù)巨大。本裝置可以幫助車(chē)主及時(shí)了解車(chē)輛冷卻液的使用情況，幫助車(chē)主尋找維修保養(yǎng)機(jī)構(gòu)，使汽車(chē)更加智能化。本裝置可作為附加裝置選擇性地進(jìn)行升級(jí)安裝，非常符合市場(chǎng)需求，故具有十分廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

8 結(jié)語(yǔ)

在這個(gè)智能化的時(shí)代，萬(wàn)物都在向著智能化、互聯(lián)化發(fā)展[4-6]。本裝置基于汽車(chē)CAN-Bus網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行冷卻液智能預(yù)警，并且通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)快速找到為車(chē)主提供冷卻液更換服務(wù)的導(dǎo)航地址，以便于車(chē)主及時(shí)進(jìn)行冷卻液的更換，使車(chē)輛的使用更加智能化、貼心化。