基于ＣＡＮｏｅ的ＡＭＴ汽车动力总成控制系统ＣＡＮ通信设计马付屹１，郭朋彦１，张瑞珠１，石学坤２，冯金泉１（１．华北水利水电大学机械学院，河南郑州４５００４５；２．意昂神州（北京）科技有限公司，１０００８５）摘要：针对ＡＭＴ汽车动力控制系统的特点，设计包括发动机ＥＣＵ、ＡＭＴ变速器ＴＣＵ和电子油门ＥＣＵ在内的ＡＭＴ汽车动力控制系统ＣＡＮ总线网络；基于ＣＡＮ２．０Ｂ与Ｊ１９３９协议，制定该网络的通信协议；应用Ｖｅｃｔｏｒ公司的ＣＡＮｏｅ软件建立系统模型，并进行总线通信性能的仿真和负载率的分析。结果表明：本系统可以完成系统要求功能，通信品质可靠，满足实时性要求。关键词：ＡＭＴ汽车；动力总成系统；ＣＡＮ总线；ＣＡＮｏｅ；通信协议中图分类号：Ｕ４６３．６ＣＡＮ文献标识码：Ａ文章编号：１００３—８６３９（２０１５）０２一００３４一０３ＰｏｗｅｒｔｒａｉｎＣｏｍｍｕｌｌｉ∞ｔｊｏｎＤｅｓｉ印ｏｆＡＭＴＶｅＭｄｅＭＡ（１．ＮｏＩｔｈＣ仰ｔｒｏｌＳｙｓｔ咖Ｂ船ｅｄ佃ＣＡＮｏｅＪｉｎ－ｑｕａｎｌ４５００１ｌ，Ｃｈｉｎａ；Ｆｕ—ｙｉｌ，ＧＵ０Ｐｅｎｇ—ｙａｎｌ，ＺＨＡＮＧＲｕｉ．ｚｈｕｌ，ＳＨＩＸｕｅ—ｋｕｎ２，ＦＥＮＧＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｖｏｆＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＥｌｅｃｔＩｉｃＰｏｗｅｒ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ２．ＥｏｎｔｒｏｎｉｘＣｏ．，Ｌｔｄ．。Ｂｅｉ＿ｉｉｎｇ１０００８５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒ越ｔ：ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｆｏｒｎｌｕｌａｔｅｄＡｃｃｏｒｄｉｎｇＥＣＵ，ｏｎｔｏｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄＥＧＡＳｏｆＡＭＴｖｅｈｉｃｌｅｉｓｄｅｓｉ＃皿ｅｄ．ｐｏｗｅｒｔｒａｉｎＴｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ，ｉｔｓＣＡＮｆｏｒｔｈｉｓｂｕｓｎｅｔｗｏｒｋｉｓｅｎｇｉｎｅｂａｓｅｄＡＭＴＴＣＵｐｍｔｏｃｏｌｓＥＣＵｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｐｍｔｏｃｏｌｎｅｔｗｏｒｋｔｈｅｏｆＣＡＮ２．０ＢａｎｄＪ１９３９．７１１ｌｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓｓｙｓｔｅｍｉｓｓｅｔｕｐｕｓｉｎｇｔｈｅＣＡＮｏｅｏｆｌｏａｄｆａｃｔｏｒｑｕａｌｉｔｖａｒｅｓｏｆｔｗａｒｅｏｆｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ．ｍｅｅｔｓＶｅｃｔｏｒｃｏｍｐａｎｙＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓａｎｄｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｂｕｓｓｖｓｔｅｍｃａｎｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｐｅｄ．０珊ａｎｃｅｒｅｑｕｉｒｅｄ，ａｎｄｔｈｅａｎａｌ丫ｓｉｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｉｓｔｉｍｅ．ｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｅｉｎｒｅｌｉａｂｌｅａｎｄｍｅｄｅｍａｎｄｓｏｆｒｅａｌＫｅｙｗＤ“ｌｓ：ＡＭＴｖｅｈｉｃｌｅ；ｐｏｗｅｎｒａｉｎｓｙｓｔｅｍ；ＣＡＮｂｕｓ；ＣＡＮｏｅ；ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｔｏｃｏｌＡＭＴ汽车是装配有ＡＭＴ自动变速器的汽车，一般在小型乘用车和商用车上比较常见。ＡＭＴ自动变速器是在不改变机械变速器原有构造的基础上，增加一套选换档机构和控制系统（包含变速器控制器ＴＣＵ）．利用电子电控技术实现离合器的分离与接合、变速器的选换档、发动机控制等过程的自动化。ＡＭＴ变速器具有操作简单、传动效率高、改装成本低等优点，有较好的发展前景。自动变速器的加入，使汽车上电控单元（ＥＣＵ）的数目增多，在此情况下，如何设计有效的网络结构，使各ＥＣＵ之间合理地互联，实现信息的共享，并保证控制系统可靠性已成为必须解决的问题。车载网络主要包括用于底盘控制和动力传动系统的高速ＣＡＮ总线。应用于车身的低速ＣＡＮ总线和ＵＮ总线，应用于车载信息娱乐系统的ＭＯＳＴ总线和应用于Ｘ＿ｂｖ—ｗｉｒｅ技术的ＦｌｅｘＲａｖ总线。本文采用德国Ｖｅｅｔｏｒ公司专业的系统级网络开收稿日期：２０１４—１１—２１；修回日期：２叭４—１２—１５发与测试工具ＣＡＮｏｅ，设计了包含发动机ＥＣＵ、ＡＭＴ变速器ＴＣＵ、电子油门ＥＣＵ等控制器在内的ＡＭＴ汽车动力总成控制系统总线网络。各控制器间通过ＣＡＮ总线进行数据交换，并完成了协议制定、模型建立和通信仿真等一系列工作，最终实现了ＡＭＴ变速器ＴＣＵ和电子油门ＥＣＵ协同对发动机输出转速和转矩的有效控制。本文所设计的总线网络及控制系统已应用在某６速商用车动力总成开发项目上，可满足系统总体要求，具有较好的性能。１动力总成控制系统总线网络设计发动机的转矩、转速和油门开度值三者之间存在特定的函数关系，当确定转矩和转速时，可以确定油门开度值。发动机制造商有时出于技术保护、安全等方面的考虑。会把总线对发动机的转速和转矩控制使能位关掉。这使ＡＭＴ控制器ＴＣＵ无法通过总线的形式实现对发动机的控制。因此，本设计为基金项目：河南省教育厅科学技术研究重点项目（１３Ａ４６０６９３）；河南省科技攻关项目（１１２１０２２１０１０４）作者简介：马付屹（１９９１一），女，硕士，研究方向为汽车电控系统设计。ｉｉ鲫。《汽车电器》２０１５年第２期万方数据强越｜｝ｉ，；｛？＾ｊ。ｔ｝ｉ；ｒａ｛；＃・｜：■？蔫赣獭鹤赣鹂赣赣龋每鎏嗨参警誊溪．蕊攀ｌ鬻篱蕊鏊鎏萋实现对发动机转速和转矩的控制，在加速踏板与发动机间连接一个电子油门，将电子油门ＥＣＵ、发动机ＥＣＵ和ＡＭＴ的ＴＣＵ分别以节点的形式连接到总线上；这样，可通过ＡＭＴ控制器ＴＣＵ和电子油门ＥＣＵ实现对发动机转速和转矩的控制。其拓扑结构如图ｌ所示。前在大型汽车中广泛应用的通信协议，Ｊ１９３９协议以ＣＡＮ２．ＯＢ协议为基础。总线的速率为２５０ｋＢ／ｓ，为高速ＣＡＮ总线，此速率可满足商用车辆对总线速度、传输距离和负载率的要求。Ｊ１９３９协议使用２９位的扩展标示符，对网络节点的命名、地址、通信方式和报文发送的优先级进行了规定，并对各节点的信息内容进行了详细说明。参照Ｊ１９３９协议，对本系统的节点地址、报文优先级、名称、ＩＤ、发送周期等进行设置。总线上主要包括７个报文，各节点接收和发送报文的情况见表１。１ＡＭＴＴＣＵ｝表１各节点接收和发送报文情况发送节点ＥＧＡＳＮｏｄｅ图１ＡＭＴ汽车动力总成控制系统ＣＡＮ网络接收节点发送的报文ＳＰＮＡＰＣ１—ＴＳＮｏｄｅＮｏｄｅＥＥＣｌ、ＥＥＣ２、ＥＥＣ３ＥＴｃｌ、ＥＴＣ２ＥＥＣｌ正常行驶情况下，电子油门根据驾驶员控制的加速踏板的位移，输出相应的电子油门模拟量信号，并发给发动机ＥＣＵ．从而使发动机实时地对加速踏板进行跟踪。当ＡＭＴ需要对发动机进行控制时，ＴＣＵ向ＣＡＮ总线发送油门控制报文．电子油门从总线上接受该报文，从而控制电子油门模拟量信号的输出，最终实现ＡＭＴ控制器ＴＣＵ对发动机转矩和转速的控制。同时，电子油门ＥＣＵ将加速踏板的信号和电子油门的输出信号发送到ＣＡＮ总线上，发动机ＥＣＵ也将发动机的状态发送到总线上，从而实Ｅｎ矛ｎｅＮｏｄｅＡＭＴＮｏｄｅＥＧＡＳＮｏｄｅＡＭＴＮｏｄｅ、ＥＧＡＳＥｎｇｉｎｅＥｎ矛ｎｅＮｏｄｅＡＭＴＮｏｄｅＥｎｇｉｎｅＮｏｄｅＮｏｄｅ、ＤｉｓｐｌａｙＤｉｓｐｌａｙＮｏｄｅ表２分别列出了定义的３个较为重要的报文：ＳＰＮ、ＡＰＣＩ＿ＴＳ、ＥＥＣｌ。定义报文时需要同时定义报文的名称、标识符、发送周期、数据长度和报文所包含的信号数量。例如报文ＳＰＮ的发送节点是ＥＧＡＳ现动力总成系统信息的共享。２动力总成控制系统ＣＡＮ通信协议制定本文基于ＣＡＮ２．０Ｂ和Ｊ１９３９协议，制定了ＡＭＴ汽车动力总成控制系统的通信协议。Ｊ１９３９协议是目Ｎｏｄｅ，接收节点是ＥｎｇｉｎｅＮｏｄｅ，主要功能是发送油门踏板信号与电子油门ＥＣＵ输出的油门开度模拟量信号，发送给发动机ＥＣＵ，从而来控制发动机的转速和转矩。为了满足电子油门ＥＣＵ控制的实时性，报文ＳＰＮ的发送周期设置为１００ｍｓ，分辨率设置为Ｏ．４％／位。表２报文具体定义３仿真模型建立１）根据ＣＡＮ总线系统方案．依据ＣＡＮｄｂ＋＋数据库工具建立动力总成控制系统数据库。在数据库中加入仿真节点、信号、报文、环境变量等。使用ＣＡＮｄｂ＋＋数据库工具。可以实时修改报文值，使总线的测试和仿真分析较为方便。２）仿真配置（ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｅｔｕｐ）。根据ＣＡＮ总线系统的拓扑结构对节点、仿真条件和仿真接口硬件进行配置。此时，需把之前设计的数据库文件加载到仿真系统中，使动力总成控制系统数据库与ＣＡＮｏｅ相互关联。３）虚拟仪表板的配置（Ｐａｎｅｌ）。虚拟仪表板可实现人机交互，能够直观地显示ＣＡＮ总线各节点的工作状态。图２为动力总成控制系统的虚拟仪表板。一ＣＯ～，Ｆ－≥、。％。深攀图２动力总成控制系统虚拟仪表板《汽车电器》２０１５年第２期慧万方数据４）ＣＡＰＬ编程。ＣＡＰＬ语言是针对ＣＡＮ总线系统开发的类似于Ｃ语言的编程语言。ＣＡＮ总线上的节点通过ＣＡＰＬ语言编写程序模拟各个节点的行为，模拟实际节点报文的发送、接收和处理，仿真实际控制器的功能。４网络性能分析４．１设计中，动力传动系统总线要求负载率低于３０％，最佳负载低于２５％。所以，该设计满足上述要求，并满足未来在总线上增加节点的要求。５结论本文设计了某６速ＡＭＴ商用车的汽车动力总成网络。并基于ＣＡＮ２．０与Ｊ１９３９协议制定了相应的通信协议，通过总线开发软件ＣＡＮｏｅ建立了系统仿真模型，并进行了节点开发、节点测试等工作，最终完成了动力控制系统网络的功能验证。结果表明：网络功能验证及分析本文所设计的动力总成控制系统ＣＡＮ总线功能主要是实现电子油门ＥＣＵ和ＡＭＴ的ＴＣＵ协同对发动机转速和转矩进行控制。在换档过程中，假设换档前后瞬间车速基本不变（因换档时间很短，汽车惯性大），以刚挂人新档的变速器输入轴转速作为发动机目标转速，达到省油、降噪、提高换档平顺性和降低离合器滑磨功的目的。即在由低档位换入高档位时，应降低发动机的转速，而由高档位换人低档位时，应当提高发动机转速。在建立的仿真模型中进行网络功能验证。在此，以从低速档向高速档换档为例（如从２档升为３档），驾驶员根据行车状况判断出需提高车速，此时，驾驶员将踩下油门踏板。此换档过程的网络仿真功能曲线如图３所示。其中曲线１为油门踏板输出信号值，曲线２为电子油门ＥＣＵ输出信号值，曲线３为ＴＣＵ的使能信号值。曲线４为ＴＣＵ输出的目标油门位置信号值。由曲线２的Ａ—Ａ线左侧可以看出．在ＡＭＴ变速器控制器没有起作用前，电子油门ＥＣＵ输出信号值跟随油门踏板输出信号值变化而变化。当ＡＭＴ变速器进行升档操作时（即Ａ—Ａ线右侧），电子油门ＥＣＵ输出信号值与曲线４（即ＴＣＵ输出的目标油门位置信号值）相同，所以，此时曲线２先出现一个明显的降低，并稳定一段时间，之后又逐渐升高到一定值，最后ＴＣＵ使能关闭时曲线２（即电子油门ＥＣＵ输出信号值）又回升到原来水平。该仿真结果表明了本文所建立的仿真模型各节点间可以实现正常通信，可实现ＡＭＴ车辆的ＴＣＵ和电子油门ＥＣＵ联合对发动机进行控制，能够完成ＡＭＴ车辆动力总成控制系统所需的基本功能。４．２网络负载率分析在总线统计窗口中，可以统计总线负载情况以及帧的发送频率、发送量等信息。本文所设计的总线负载率为７．０９％，芯片处于仿真状态。在一般的第１期乘用车第７期乘用车第２期通用技术第８期通用技术第３期商用车第９期商用车第４期通用技术第ｌＯ期整车电路第５期空调本网络系统可以实现设计要求的功能，通信品质可靠，实时性较好。参考文献：［１］史久根．ＣＡＮ现场总线系统技术［Ｍ］．北京：国防工业出版．２００４．［２］马景龙．重型ＡＭＴ汽车发动机转速控制系统研究［Ｄ］．重庆：重庆大学，２００７．『３］孙慧芳．电控机械式自动变速器中传动与控制的关键技术研究［Ｄ］．合肥：合肥工业大学，２００８．［４］葛雄飞．轻型卡车ＣＡＮ总线应用研究与设计［Ｄ］．合肥：合肥工业大学，２００８．［５］隋蕾．ＡＭＴ中基于ＣＡＮ总线的发动机控制研究［Ｄ］．长春：吉林大学。２００８．４÷２ｊ一—广“÷…．盆１［６］Ｒｏｂｅｒｔ１９９１．ＢｏｓｃｈＧｍｂＨ．ＣＡＮｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎＶｅｒｓｉｏｎ２．０［Ｚ］．『７］７Ｉ．ＩｌｅＴｍｃｋ＆ＢｕｓｅＣｏｎｔｍｌａｎｄＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＮｅｔｗｏｒｋＳｕｂｃｏｍｍｉｔｔｅｅｏｆｔｈｅ７ｎｕｃｋ＆ＢｕｓＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＣｏｍｍｉｔｔｅｅｆＳ１．ＳＡＥＪｌ９３９—７１，ＶｅｈｉｃｌｅＡＰＰｌｉｃａｔｉｏｎｌａｖｅｒ，２００６．（编辑杨景）第６期新能源第１２期新能源第１ｌ期乘用车警《汽车电器》２０１５年第２期万方数据
