发动机和变速箱的CAN总线控制

【摘 要】本文首先以发动机和变速箱的CAN总线数据为研究对象,针对现有的成熟控制理论和发动机及变速箱的协调CAN总线控制,在国内仅有的CAN总线控制的变速箱控制成熟案例基础上对发动机、变速箱、设备控制器的CAN总线的集成控制进行介绍和分析,并开展了深入的控讨.

【关 键 词】CAN总线；变速箱；发动机；J1939

【中图分类号】S219.031【文献标识码】A【文章编号】1672—5158（2012）08—0153-01

一、现有系统介绍

主动式铲运车是动力系统主要包括发动机、变速箱,其协调控制是基于CAN总线通讯来实现,现已通过CAN总线实现了发动机与变速箱的协同控制,摆脱了以往依靠机械式或电气输口的输入控制方式.依托CAN总线发动机及ZF变速箱全开放J1939通信协议标准,根据发动机和变速箱的特性进行集中控制,使各方面专家的成熟控制方案得以实施,在控制其节能和功率控制方面创国内领先水平.该设备于2010年由欧洲引入国内,经过2年的试制研发,其电气控制系统完全由国内专家协作开发,已达到国内工程设备先进水平.

目前这在国内实用两年的成熟动力CAN总线控制系统在采用04排放的发动机的最新铲运机型上得到了继续沿用,并于2012年8月瑞士试机成功.

二、J1939协议简介

J1939是运用于移动车辆的一种支持闭环控制的多个组成部件控制器之间的高速通信网络协议,它CAN2.0为核心,一个J1939的CAN数据帧由标识符（ID）、数据度、最长8字节的数据内容组成.其中标识符信息包含了以下信息：优先权（P）、保留位（R）、数据页位（DP）、协议数据单元（PDUformamt）和源地址（sourceaddress）.

三、发动机J1939部分

通过发动机CAN总线J1939协议可以实现发动机诊断、状态监视、油门控制等多方面信息传递.发动机的状态和控制是通过数据长度为8字节不同的CAN数据包来进行传送,这些数据据各自不同的ID号来加以区别,每个数据包在J1939协议中以不同的名字来命名.其中较常用的如是反映发动机当前故障点的故障号（DM1、DM2、DM5）,发动机工作总时间,当前电池电压,燃油经济性,燃油温度和冷却液温度（EET）,当前发动机转速及转矩（EEC1）、载荷百分比（EEC2）、冷却液位及机油压力（EFL/P）,空压温度；用来控制的CAN数据包发动机转速＼转矩控制（TSC1）,发动机软启停和最重要的修改发动机工作曲线的CAN指令等.

对于04排放发动机J1939部分新增了冷却水位,后处理器（DPF）选择开关及DPF灯等需要强制安装的开关和灯等元器件相关协议,这样就只需要对虚拟仪表和PLC程序略加改动就能从以往旧有程序升级到适用于04排放发动机的程序.

四、变速箱CAN数据部分

变速箱与发动机和控制器通过CAN总线来进行联系,从发动机和变速箱所发出的CAN数据中可以获得足够的控制信息来协调整个电气系统工作在合理的工作范围内,实现功率分配的最优化和节能的最大化.在发动机所发出的CAN数据中,最常用的包括下列主要状态数据：发动机输入转速、输出转速、变档范围、当前档位、档位方向、OP模式等（TCU1）；AEB模式及其子代码、各电气输入输出点的IO状态、油底壳温度等（TCU2）等.对于变速箱,将从总线上获取EEC1、EEC2、EEC3、ERC1、CCVS等各帧CAN数据作为变速箱运行的参考,同时发出TSC1、ETC1、ETC2数据放到CAN总线上供发动机和设备控制器使用.

依据变速箱的相关CAN总线指令协议,在控制方面变速箱可以摆脱电气物理控制接口,实现全CAN通讯控制,这也为生产厂家降低了相关硬件成本,并尽可能减少了维修故障点提供了可能性.

五、设备控制器

设备控制器接收以上发动机和控制器所发出的讯息,采集液压系统等传感器的电气讯号,将信息汇总分析后对设备执行机构发出操作指令,并依据协议规定的CAN数据对发动机转速和扭矩进行控制以及对变速箱的当前档位、采用的工作模式进行操作,并进行协同工作,同时将采集的信息如故障代码、状态信息发送到人机界面,并由人机界面给出相关提示信息和诊断讯息指导操作人员和维护人员进行相关操作或提供信息参考,另外可由专业技术人员通过人机界面来对发动机工作曲线、变速箱工作模式,对整台设备的功率分配方式及节能制式进行简单的配置.

六、前景探讨

整车控制系统通过J1939协议获取发动机和变速箱的转速及转矩信息,加上设备控制器从液压系统采集的液压信息,和通过电磁阀芯反馈电流值大小可控制液压回路的输出排量,合理估算出各子系统的功率分配,通过人工输入的当前工况,根据设备不同的工作特性,采用适当的发动机工作曲线和设置变速箱的不同变档工作曲线,使设备工作得以顺畅的工作在最经济的工作状态下.

现在如何节能已经成为全球面临的普遍问题,越来越多工程设备面临着如何更多地降低油耗的问题,设备各种组成部件由不同的专业厂家制造,而CAN总线通讯技术使得各组成部件按照预设的工作方式协调工作成为可能,基于开放式总线通讯技术的动力控制系统在节能这一方面具备不可比拟的优势,而基于CAN的J1939控制为实现这一最经济的工作方式铺平了道路,不难想像将来在这一基础之上,更先进的节能技术将会不断推陈出新,被开发出来并应用于不同的设备平台.