周小輝

基于CAN總線技術(shù)的客車發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制方法

周小輝

（廈門金龍聯(lián)合汽車工業(yè)有限公司，福建廈門361023）

闡述發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制的意義，分析當(dāng)前客車發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制方法的不足，具體介紹一種基于CAN總線技術(shù)的客車發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制方法。該方法可實(shí)現(xiàn)在滿足整車用電量的前提下，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整并處于適當(dāng)較低狀態(tài)，從而達(dá)到降低油耗的目的。

客車發(fā)動(dòng)機(jī)；怠速控制；CAN總線技術(shù)

1 概述

怠速狀態(tài)是指汽車發(fā)動(dòng)機(jī)無載荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的平穩(wěn)狀態(tài)[1]。發(fā)動(dòng)機(jī)怠速過低會(huì)增加有害物質(zhì)的排放，甚至?xí)霈F(xiàn)熄火的現(xiàn)象；而發(fā)動(dòng)機(jī)怠速過高，則會(huì)增加燃料的消耗量。因此，必須將發(fā)動(dòng)機(jī)怠速調(diào)整到適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。

目前，為使客車節(jié)油，一般是將發(fā)動(dòng)機(jī)怠速保持一個(gè)較低的轉(zhuǎn)速。當(dāng)客車開啟空調(diào)或其它大功率用電設(shè)備時(shí)，會(huì)拉低發(fā)電機(jī)發(fā)電電壓，使得發(fā)電機(jī)發(fā)電量不足，此時(shí)需要提高發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速轉(zhuǎn)速來增加發(fā)電機(jī)的發(fā)電量以滿足空調(diào)或其他電器的用電需求。傳統(tǒng)的客車怠速提升方式是，當(dāng)開空調(diào)或使用大功率電器時(shí)，由車身電路給發(fā)動(dòng)機(jī)一個(gè)怠速提升信號(hào)，發(fā)動(dòng)機(jī)按設(shè)定好的轉(zhuǎn)速提升[2]。這種怠速提升方式是根據(jù)以前的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行預(yù)估，一般存在以下問題：提高的怠速轉(zhuǎn)速只能一檔，不能確定是否符合當(dāng)前怠速時(shí)的用電量，有可能出現(xiàn)怠速提升過高、油耗大，或是怠速提升不夠、發(fā)電量仍然不足等問題。

由于目前國內(nèi)的客車領(lǐng)域還沒有相關(guān)的技術(shù)解決方案，為此筆者通過闡述一種基于CAN總線技術(shù)[3]的客車發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制方法來解決上述問題，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整[4]，克服因用電設(shè)備增加后發(fā)電機(jī)發(fā)電電壓被拉低而導(dǎo)致的發(fā)電機(jī)發(fā)電量不足、容易熄火等問題。

2 系統(tǒng)組成及控制流程

2.1 系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)主要包括：發(fā)電機(jī)1、儀表總線系統(tǒng)2、微處理器3、蓄電池4、CAN總線5、發(fā)動(dòng)機(jī)ECU 6以及發(fā)動(dòng)機(jī)7。儀表總線系統(tǒng)2與蓄電池4、發(fā)電機(jī)1、微處理器3、各用電設(shè)備8連接；微處理器3通過CAN總線[5]5與發(fā)動(dòng)機(jī)ECU6連接；發(fā)動(dòng)機(jī)ECU6與發(fā)動(dòng)機(jī)7連接。如圖1所示。

其中儀表總線系統(tǒng)通過檢測(cè)客車的電氣系統(tǒng)電壓及電流[6]，獲取發(fā)電機(jī)的發(fā)電電壓以及發(fā)電電流等所需數(shù)據(jù)；儀表總線系統(tǒng)將所獲得的數(shù)據(jù)送至微處理器分析；經(jīng)過分析后微處理器通過CAN總線與發(fā)動(dòng)機(jī)ECU連接，并發(fā)送提升、降低或保持發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速報(bào)文，由發(fā)動(dòng)機(jī)ECU控制并調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速轉(zhuǎn)速。

2.2 系統(tǒng)CAN通訊

微處理器3和發(fā)動(dòng)機(jī)ECU6內(nèi)部都包括CAN收發(fā)器和CAN控制器，并采用SAE J1939作為CAN總線的通訊協(xié)議。CAN控制器和CAN收發(fā)器在內(nèi)部相連，CAN收發(fā)器通過CAN總線實(shí)現(xiàn)外部互相連接。系統(tǒng)的CAN通訊如圖2所示。具體為：微處理器3將從儀表總線系統(tǒng)2所獲得的數(shù)據(jù)經(jīng)分析后，通過其內(nèi)部的CAN控制器31將結(jié)果送至CAN收發(fā)器32，通過CAN收發(fā)器32向CAN總線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速的報(bào)文；發(fā)動(dòng)機(jī)ECU 6通過其CAN收發(fā)器62接收到來至微處理器3的指令后，傳送至其CAN控制器61，并執(zhí)行指令的具體內(nèi)容。

與傳統(tǒng)方法通過車身電路給發(fā)動(dòng)機(jī)ECU一個(gè)怠速提升信號(hào)（一般采用怠速設(shè)置開關(guān)+怠速微調(diào)開關(guān)組合調(diào)整）來控制發(fā)動(dòng)機(jī)怠速按設(shè)定好的轉(zhuǎn)速調(diào)整相比，本系統(tǒng)采用CAN總線技術(shù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整顯然更具實(shí)時(shí)性、靈活性和準(zhǔn)確性。

2.3 系統(tǒng)控制流程

基于CAN總線技術(shù)的客車發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制流程如圖3所示，包括以下步驟：

1）S1。通過檔位檢測(cè)器檢測(cè)客車是否處于空檔或停車檔，若是則判斷該發(fā)動(dòng)機(jī)處于怠速狀態(tài)，執(zhí)行步驟S2；若否則判斷該發(fā)動(dòng)機(jī)不是處于怠速狀態(tài)，即發(fā)動(dòng)機(jī)怠速狀態(tài)結(jié)束，此時(shí)通過發(fā)動(dòng)機(jī)ECU6控制使發(fā)動(dòng)機(jī)7的怠速轉(zhuǎn)速恢復(fù)至預(yù)設(shè)值。

2）S2。由儀表總線系統(tǒng)2檢測(cè)客車的電氣系統(tǒng)電壓，并將發(fā)電機(jī)1的發(fā)電電壓數(shù)值輸送至微處理器3。微處理器3中預(yù)設(shè)有蓄電池4的充電電壓數(shù)值（通常蓄電池4的輸出電壓是24 V，高于此電壓即認(rèn)為可以給蓄電池4充電。為了保護(hù)蓄電池4，蓄電池4的充電電壓應(yīng)當(dāng)不高于其輸出電壓的1.2倍即28.8 V，因此蓄電池4的充電電壓應(yīng)當(dāng)介于24 V至28.8 V之間，通常設(shè)為27.6 V）。微處理器3將發(fā)電機(jī)1的發(fā)電電壓與蓄電池4充電電壓對(duì)比[7]。若發(fā)電電壓低于充電電壓則執(zhí)行步驟S3，若發(fā)電電壓等于充電電壓則執(zhí)行步驟S4，若發(fā)電電壓高于充電電壓則執(zhí)行步驟S5。也可以通過檢測(cè)電流進(jìn)行判斷，與上述方法類似。

3）S3。微處理器3將對(duì)比結(jié)果通過CAN總線5發(fā)送至發(fā)動(dòng)機(jī)ECU6，并由發(fā)動(dòng)機(jī)ECU 6控制發(fā)動(dòng)機(jī)7以25～35 r/min提升怠速轉(zhuǎn)速[8]，優(yōu)選30 r/min，并執(zhí)行步驟S2。

4）S4。微處理器3將對(duì)比結(jié)果通過CAN總線5發(fā)送至發(fā)動(dòng)機(jī)ECU6，并由發(fā)動(dòng)機(jī)ECU6控制發(fā)動(dòng)機(jī)7保持發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速，并指引步驟S1。

5）S5。微處理器3將對(duì)比結(jié)果通過CAN總線5發(fā)送至發(fā)動(dòng)機(jī)ECU6，并由發(fā)動(dòng)機(jī)ECU6控制發(fā)動(dòng)機(jī)7以25～35 r/min降低怠速轉(zhuǎn)速，優(yōu)選30 r/min，并執(zhí)行步驟S2。

需要說明的是，發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速轉(zhuǎn)速并不是無限制地調(diào)節(jié)，其具有最高限值和最低限值[9]，步驟S3和S5調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速時(shí)不得超出該最低限值與最高限值所界定的調(diào)節(jié)范圍。當(dāng)用電設(shè)備過多、所需電量過大時(shí)，即便是將發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速轉(zhuǎn)速調(diào)至最高限值也無法滿足用電設(shè)備的所需電量。針對(duì)這種情況，該控制系統(tǒng)還設(shè)有報(bào)警功能，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速轉(zhuǎn)速接近最高限值時(shí)，該控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，以提醒操作者關(guān)閉部分用電設(shè)備。

3 結(jié)束語

本文所闡述的一種基于CAN總線技術(shù)的客車發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制方法，可對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，克服因用電設(shè)備增加導(dǎo)致的發(fā)電機(jī)發(fā)電量不足、客車容易熄火等問題?？捎行ПＷC發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)發(fā)電機(jī)的發(fā)電量可滿足各用電設(shè)備所需的用電量，避免蓄電池虧電，同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速處于較低狀態(tài)，達(dá)到降低油耗的目的。

[1]朱怡平.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].交通科技與經(jīng)濟(jì)，2012，14（4）：123-125.

[2]張金龍，趙芙生.汽油發(fā)動(dòng)機(jī)怠速的預(yù)測(cè)控制[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2002，26（1）：50-52.

[3]羅峰，孫澤昌.汽車CAN總線系統(tǒng)原理、設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.

[4]程慶，黃河，吳平友.發(fā)動(dòng)機(jī)怠速智能控制系統(tǒng)的研究[J].傳動(dòng)技術(shù)，2003，17（4）：31-33.

[5]姚健欣.CAN總線技術(shù)的研究與應(yīng)用[D].武漢：華中科技大學(xué).2001.

[6]孫仁云，付百學(xué)，司景萍.汽車電器與電子技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[7]樊林，裴普成，楊武，等.電控汽油機(jī)怠速控制方式[J].汽車工程，2002，24（6）：490-493.

[8]葉正茂.電控汽油噴射怠速控制的研究[D].北京：清華大學(xué)，1996.

[9]原霞，張翠平，楊慶佛.發(fā)動(dòng)機(jī)怠速穩(wěn)定性控制方法的分析研究[J].太原理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，34（2）：181-183.

修改稿日期：2016-11-28

Control Method for Coach Engine Idle Speed Based on CAN Bus Technology

Zhou Xiaohui
（Xiamen KingLongUnited Automotive IndustryCo.,Ltd,Xiamen 361023,China）

The author expounds the significance ofthe engine idle speed control,analyzes the current shortages ofthe idle speed control method for coach's engines,and specificallynarrates a idle speed control method based on the CAN bus technologyfor the coach's engines.This method can adjust the engine idle speed in real time under the premise of meetingthe vehicle electric consumption and be in the proper lowstate,soas toreduce the fuel consumption.

coach engine;idle speed control;CANbus technology

U463.6；U464

A

1006-3331（2017）02-0007-02

周小輝（1986-），男，工程師；研究方向?yàn)槠囯娖鳌?/p>