對ECU 控制下PTO 的資料編譯及智能卡車現(xiàn)狀分析

陳 剛 文/圖

ECU(Electronic Control Unit)，電子控制單元(微機控制器)，用在汽車上被稱作“行車電腦”“車載電腦”等。在汽車上，ECU 較早應(yīng)用于內(nèi)燃機燃料供給系統(tǒng)及供氣系統(tǒng)的電子控制，后拓展應(yīng)用到發(fā)動機冷卻、排放等系統(tǒng)等的電子控制和監(jiān)控；同時，ECU 還與不同時期發(fā)展起來的ABS、EBS(電子控制制動系統(tǒng))、ESP(車身電子穩(wěn)定程序)、TCU(Transmission Control Unit，自動變速器控制單元)、ADAS(安全駕駛輔助系統(tǒng)，主/被動)等電控系統(tǒng)，以及GPS、行車記錄儀等，進行集成并或通過CAN 總線實現(xiàn)對車輛行駛狀態(tài)的部分/全面控制與監(jiān)控。

所以，現(xiàn)在中高端卡車(底盤)上的行車電腦，可能是集成了多種功能系統(tǒng)的電子化、智能化程度很高的行車電腦，使得具有不同電子化、自動化水平的智能卡車得以實現(xiàn)。

當卡車底盤用于改裝成專用汽車時，如果需要卡車底盤為專用汽車上裝(專用裝置)提供動力，則離不開一種專門裝置——PTO(取力器)。功能復(fù)雜的PTO 的工作，也需要ECU 的控制。

在世界諸多卡車企業(yè)中，美國肯沃茨卡車(Kenworth Trucks)可謂世界卡車行業(yè)的一個標桿。下面以肯沃茨(Kenworth)的2017 年份重型卡車為例，用中英翻譯形式介紹其在ECU 控制下的PTO 的功能與執(zhí)行情況，來展現(xiàn)美國智能卡車的有關(guān)狀況。

在“Kenworth 2017 卡車底盤改裝手冊”(下簡稱：“手冊”)相關(guān)章節(jié)中，介紹了“行車電腦”如何控制PTO 過程的內(nèi)容，包括從底盤的智能化(即智能底盤)，到整車(加上裝后)的智能化，乃至實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)卡車的過程。這一過程，是智能汽車發(fā)展的必由之路，同時也需要經(jīng)受市場檢驗，而絕非用幾個名詞、概念炒作一下就能夠?qū)崿F(xiàn)的。

ECU 為整車“智能化”打開了難以想象的應(yīng)用空間，“管窺”它參與PTO 的控制過程，以及對“整車”的控制，最終實現(xiàn)“整車”的智能化和網(wǎng)絡(luò)化。

圖1 肯沃茨3 軸卡車底盤

1 縮寫與術(shù)語

“手冊”(英文)中出現(xiàn)了一些英文縮寫，其飽含深意，下面作進一步的解讀。

(1)PTO (power take off )：動力輸出裝置，又叫取力器，是將發(fā)動機的動力向汽車行駛系以外的設(shè)備輸出的裝置。專用汽車上一般都有一些專用設(shè)備，例如：自卸汽車的舉升機構(gòu)、起重舉升汽車的起重機構(gòu)、罐式汽車的泵(馬達)、冷藏車的制冷設(shè)備等，都需要發(fā)動機動力來驅(qū)動。最常見的辦法，就是在變速器的側(cè)面開一個窗口，連接一個齒輪式的動力輸出裝置(即PTO)，將動力輸出。PTO 按輸出動力的轉(zhuǎn)速劃分，有單速、雙速和三速；按操縱方式來分，有手動、氣動、電動和液壓驅(qū)動，都可由駕駛員在駕駛室內(nèi)進行操縱。

(2)ECU (Electronic Control Unit)或CECU (cab electronic control unit)：電子控制單元。汽車上應(yīng)用的ECU，和普通電腦一樣，由微處理器(CPU)、存儲器(ROM、、RAM)、輸入/輸出接口(I/O)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)以及整形、驅(qū)動等集成電路組成，堪稱“汽車的大腦”。

(3)CAN (controller area network)：控制器局域網(wǎng)絡(luò)，是由以研發(fā)生產(chǎn)汽車電子產(chǎn)品著稱的德國BOSCH 開發(fā)，并最終成為國際標準(ISO 11898)；是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。由于其高性能、高可靠性以及獨特的設(shè)計，CAN 總線越來越受到人們的重視。在北美和西歐，CAN 總線協(xié)議已成為汽車計算機控制系統(tǒng)和嵌入式工業(yè)控制局域網(wǎng)的標準總線，并延伸發(fā)展、擁有了以CAN 為底層協(xié)議專為卡車、大型客車和其他重型車輛設(shè)計的SAE J 1939 協(xié)議。

SAE J1939 是美國汽車工程協(xié)會(SAE)定義的標準，為所適用車輛的電子部件間的通訊提供標準的體系結(jié)構(gòu)，是應(yīng)用于商用車輛、艦船、軌道機車、農(nóng)業(yè)機械和大型發(fā)動機最廣泛的應(yīng)用層協(xié)議。它基于德國Bosch 公司開發(fā)的CAN，通訊速率可達到250 Kbps。

(4)ECM (engine control module)：發(fā)動機控制模塊；此外，PCMm 也是指發(fā)動機控制模塊。

(5)EoA (end of acceleration)：停止加速。

(6)BBM (body builder module)：改裝模塊。

(7)B-CAN (body builder CAN)：改裝總線。

(8)ESA (electronic service analyst)：電子分析器，基于診斷服務(wù)工具的電腦，用于支持Kenworth 駕駛室內(nèi)多通路的電子元器件。

2 原文和翻譯

對照“手冊”(英文)中的原文(精選)，對照翻譯如下，以便讀者準確理解。

(1) shows the system diagram for a single-acting Eaton mounted transmission Signal flow is as follows：伊頓變速器上PTO 的信號流如下圖(此略)。

(2) the dash switch labeled“PTO Switch #1” is activated by the user：儀表盤上貼有“PTO 1 號”開關(guān)，由使用者激活。

(3) the signal is received by the CECU and the optional interlocks are checked and verified：CECU 接收信號，同時開始自檢可選聯(lián)動裝置。

(4) the chassis node receives a multiplexed CAN message to activate and send a power signal to the appropriately assigned solenoid：底盤節(jié)點接收多路CAN 信息，以激活并適當?shù)碾姶砰y發(fā)送一個動力信號。

(5) the solenoid activates and allows supplied air pressure to flow to the piped PTO port：電磁閥啟動并允許供應(yīng)的“壓力空氣”流入PTO 入口。

(6) the PTO activates and the ball switch closes sending a hardwired signal：PTO 啟動，同時給硬件發(fā)出球閥關(guān)閉的信號。

圖2 肯沃茨2017 款卡車底盤的雙聯(lián)PTO(取力器)線路圖

圖3 肯沃茨2017 款卡車底盤的單聯(lián)PTO(取力器)線路圖

(7) the CECU and engine ECM received this signal：CECU 和發(fā)動機ECM 接到這個信號。

(8) the CECU sends a CAN message to the Cluster to activate the PTO telltale and the Engine changes state to“PTO Mode”：CECU 發(fā)送CAN 信息給中控臺，以激活PTO 指示燈，發(fā)動機將轉(zhuǎn)入“PTO 模式”。

(9) the signal flow is the same for double-acting PTOs. The difference is that an inversion dump valve provides air pressure to the “off” port when the EoA solenoid is not being command on：單聯(lián)動和雙聯(lián)動的信號流是一樣的，不同點是在沒有得到電磁閥的停止加速命令時，一個反向應(yīng)急閥將阻止空氣壓力到off 口，如下圖(本文圖2、圖3)所示。

(10) introduction of Paccar MX engines - PTO programming：佩卡發(fā)動機之PTO 編程簡介(注：佩卡集團（Paccar Inc．）是美國最大的卡車制造企業(yè)，生產(chǎn)并銷售肯沃斯（KENWORHT）、彼得比爾特（Peterbilt）、達夫(DAF)、福登（FODEN）等公路和非公路卡車)：

(11) this section is intended to be used in conjunction with the PACCAR MX programming guide：本節(jié)將作為“佩卡MX”與PTO 的編程指南。

(12) there are a number of parameters that must be set to enable PTO functionality on PACCAR MX engines：所有參數(shù)將對“佩卡MX 發(fā)動機”適用。

(13) the MX Programming Guide explains how to set these parameters for your application in section 12 “Power Take-Off Engine Speed Control (PTO Mode)”：MX 編程指南在第12 節(jié)介紹了如何設(shè)置適用的發(fā)動機參數(shù)給PTO。

(14) this section explains how to configure trucks with MX engines in one of the four PTO options as listed below：本節(jié)將介紹如何給MX 發(fā)動機的卡車設(shè)置4 種之一的PTO：

① stationary In-cab PTO control：駐車狀態(tài)下在駕駛室內(nèi)控制PTO。

② mobile In-cab PTO control：移動狀態(tài)下在駕駛室內(nèi)控制PTO。

③ stationary Remote PTO with hardwired control：駐車狀態(tài)下線控PTO。

④ stationary Remote PTO control over BCAN：駐車狀態(tài)下通過車輛的CAN 遙控PTO。

⑤ stationary Remote PTO with TSC1 control：駐車狀態(tài)下通過TSC1 遙控PTO。

(14) depending on the configuration used, it may require one or more of the following：根據(jù)使用的配置，它可能需要滿足以下一個或多個要求：

① electrical wiring installation：布線。

② reprogramming of MX engine using PEP and DAVIE：用PEP 和DAVIE 設(shè)置(編程)MX 發(fā)動機。

③ reprogramming of CECU using ESA：用ESA 設(shè)置(編程)CECU。

(15)this section explains only the parameter configurations that are specific to one of the four options listed above：本節(jié)僅解釋特定于上述4 個選項之一的參數(shù)配置。

從以上對原文的翻譯可以看出：通過CAN 聯(lián)系PTO ，再通過行車電腦(CECU)發(fā)出指令，就可以實現(xiàn)對PTO 在駐車狀態(tài)下的電控和無線遙控，那么由此出發(fā)、實現(xiàn)商用車的智能化也就變得清晰、可行了。

通過CAN 總線、發(fā)動機ECU 和車身傳感器等廣泛采集和傳送車輛運行數(shù)據(jù)，并結(jié)合發(fā)動機智能控制技術(shù)，以及無線通信技術(shù)、衛(wèi)星定位技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，乃至移動互聯(lián)技術(shù)、云平臺和大數(shù)據(jù)分析，最終實現(xiàn)對車輛運營全過程的透明管理。于是，近些年國內(nèi)外卡車廠家百花齊放，紛紛涉足“智能”領(lǐng)域，開發(fā)出各具功能特色的“智能”產(chǎn)品。

3 國內(nèi)智能汽車的現(xiàn)狀與分析

3.1 近年一些重卡生產(chǎn)企業(yè)推出的汽車“智能系統(tǒng)”

(1)中國重汽“智能通”車隊管理系統(tǒng)(PC 版/手機版)：是中國重汽自主研發(fā)的基于GPS 及北斗模式的智能化車隊管理系統(tǒng)，類似行車記錄儀；主要包括位置、狀態(tài)、銷貸、診斷4大系統(tǒng)功能。單車功能主要包括車輛信息、軌跡回放、月度報表、里程油耗、遠程診斷、收藏車輛6 大功能。

(2)陜汽“天行健”車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)：是陜汽為重卡用戶打造的基于車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的一種全新智能服務(wù)系統(tǒng)，于2011 年推出，以為用戶創(chuàng)造最大價值為目標，為用戶提供全生命周期的重載移動服務(wù)綜合解決方案。該系統(tǒng)包括車載智能終端和管理網(wǎng)站，車載終端提供：北斗(BD)&GPS 雙模定位、汽車行駛記錄、系統(tǒng)自檢、身份識別、安全告警等功能；管理網(wǎng)站向客戶、監(jiān)管單位呈現(xiàn)全面的車輛運行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)運輸?shù)耐该鞴芾怼ｉ_通管理網(wǎng)站服務(wù)后，即可通過用戶名和密碼登陸網(wǎng)站使用。

(3)上汽依維柯紅巖“杰時達”(GEN-Star)車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)：2015 年發(fā)布，是結(jié)合卡車用戶需求打造的一款集生產(chǎn)調(diào)試、運輸管理、車隊管理、售后服務(wù)的智能化控制一體化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，能把“人與車”、“車與車”、“車與社會”、“車與貨”等全面互聯(lián)，為用戶和經(jīng)銷商提供更多的增值服務(wù)。

(4)福田戴姆勒“iFOTON”超級車隊管理系統(tǒng)：是吸收梅賽德斯-奔馳的Fleetboard 車隊管理系統(tǒng)、康明斯天遠系統(tǒng)，融合CAN 總線、北斗/GPS 衛(wèi)星定位、無線遠程通訊、汽車電子及信息化開發(fā)的管理系統(tǒng)；可以實現(xiàn)客戶、經(jīng)銷商、服務(wù)商、廠家互聯(lián)互通，全面實現(xiàn)人、車、貨智能管理。

(5)東風(fēng)柳汽“乘龍V+”車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)系統(tǒng)：2015 年推出，是一款基于移動互聯(lián)技術(shù)、云平臺和大數(shù)據(jù)分析，為用戶提供價值體驗及增值服務(wù)的據(jù)稱是國內(nèi)首款第3代車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)系統(tǒng)。

(6)北奔重卡“物聯(lián)網(wǎng)”物聯(lián)網(wǎng)信息化系統(tǒng)：采用基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、具有GPS 定位、RFID 讀寫和智能計算功能的手持機設(shè)備，通過為每臺商品車安裝具有防拆卸功能的、能夠存儲車輛身份信息的RFID 卡，使用移動GPRS 網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)全國范圍內(nèi)各生產(chǎn)基地、物流公司、改裝廠、經(jīng)銷商和售后服務(wù)商的數(shù)據(jù)實時收集、加工和處理，并與現(xiàn)有信息系統(tǒng)有效集成。

(7)華菱星馬“車聯(lián)網(wǎng)”平臺：具備整車各工況分析、遠程故障診斷及案例分析、金融鎖車管理、售后維護提醒和手機APP 等功能；同時也利用了德國BOSCH 的技術(shù)優(yōu)勢，完成故障預(yù)判及遠程指導(dǎo)診斷。

(8)東風(fēng)商用車“車管家”APP：用戶下載東風(fēng)商用車“車管家”APP、填寫完整車輛資料后，根據(jù)身份的不同，可選擇使用車隊管理版或司機版，即可使用包括卡車導(dǎo)航、行程分析、車輛體檢、行車管家、預(yù)約服務(wù)、在線客服、貨源信息、新聞推薦和卡友論壇等各項實用服務(wù)，讓卡友放心出行。

(9)一汽解放“智能高速編隊”解決方案：解放最新的智能高速編隊達到L4 級別，是真正的高速編隊自動駕駛技術(shù)，一個人就能輕松“駕駛”一隊車。[1]據(jù)悉，該方案是在引領(lǐng)車接收到指令后，能夠完成高度智能化的編隊請求應(yīng)答、隊列行駛、編隊避障、制動停車、分離重組等一系列動作。(注：除了一汽解放，東風(fēng)汽車、中國重汽、福田戴姆勒也都開發(fā)出了“智能編隊”技術(shù)、并于2019 年在天津集中演示)。

(10)國內(nèi)L2～L4 級自動駕駛汽車：近幾年，國內(nèi)諸多卡、客車生產(chǎn)企業(yè)開發(fā)出了L2～L4 級自動駕駛卡車/客車，有的已經(jīng)投入試運行。

3.2 近年一些客車生產(chǎn)企業(yè)推出的汽車“智能系統(tǒng)”

(1)安凱客車“e 控”系統(tǒng)；

(2)海格客車G-BOS 智慧運營系統(tǒng)：能幫助智慧客車有效達到安全駕駛、油耗、維修、遠程故障報警、車險匹配等5個方面效果；

(3)福田歐輝的iFoton 智能車載管理系統(tǒng)；

(4)廈門金龍的“易驅(qū)”(ECO-Chip)新能源管理系統(tǒng)；

(5)廈門金旅的“適百科”(SPARK )客車智能控制技術(shù)；

(6)亞星客車的“星云·智控”車聯(lián)網(wǎng)客車運營管理系統(tǒng)；

(7)宇通客車的“?？亍毙履茉纯萍计脚_；

(8)中通客車的“中聯(lián)智通”運營管理系統(tǒng)。

(9)比亞迪的“道路客運電動化”解決方案；

(10)黃海瑞途搭載的CAN 總線網(wǎng)絡(luò)及集中診斷系統(tǒng)。

此外，進口汽車更是較早裝備了智能化管理系統(tǒng)，例如：沃爾沃的Sensus 系統(tǒng)(主由“智能在線”(sensus connect)和“隨車管家”(Volvo on call)組成)、梅賽德斯-奔馳的“T.C.O.運盈智匯”解決方案、曼恩獨特的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、斯堪尼亞的FMS車隊管理系統(tǒng)等。

3.3 “智慧系統(tǒng)”(/智慧汽車)是否擁有核心技術(shù)是考驗

上述約20 多個“智能系統(tǒng)”案例，加上“跨界”新寵如阿里、百度、樂視、格力等各自的系統(tǒng)，大家只見報道了其功能或終端界面，但未見到其內(nèi)部實現(xiàn)機構(gòu)的詳細報道(或因受到“商業(yè)秘密的限制”)，這使得難以分辯哪些“智能系統(tǒng)”(/智慧汽車)擁有自主設(shè)計開發(fā)的硬件和系統(tǒng)，而不是套用、盜用、漢化的翻版。筆者在此，只希望這些“系統(tǒng)”不再是新形勢下的“加州設(shè)計，中國制造”[1]。

2015 年發(fā)布的《中國制造2025》將無人駕駛汽車作為汽車產(chǎn)業(yè)未來轉(zhuǎn)型升級的重要方向之一?？梢哉f，汽車智能化為中國制造業(yè)發(fā)展帶來了一次新的技術(shù)革命，但希望這場技術(shù)革命不是“包裝”和“炒作”，更不是臆想的種種晦澀的專用名詞——“智能網(wǎng)聯(lián)汽車是指搭載先進的車載傳感器、控制器、執(zhí)行器等裝置，并融合現(xiàn)代通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)車與X(人、車、路、云端等)智能信息交換、共享，具備復(fù)雜環(huán)境感知、智能決策、協(xié)同控制等功能，可實現(xiàn)安全、高效、舒適、節(jié)能行駛，并最終可實現(xiàn)替代人來操作的新一代汽車。智能網(wǎng)聯(lián)汽車通常也被稱為智能汽車、自動駕駛汽車等”。[2]

其中“車載傳感器、控制器、執(zhí)行器等裝置”的地位凸顯出，以ECU 為代表的我國集成電路產(chǎn)業(yè)近幾年似乎呈跨越式發(fā)展態(tài)勢；但對外依存度極高的“缺芯”問題，始終是最大的痛點——核心技術(shù)受制于人，關(guān)鍵部件和材料長期被國外企業(yè)壟斷，國內(nèi)芯片90%依賴進口，國內(nèi)整體“智能汽車”都像ECU 和CAN 一樣，因為缺“芯”，體量大卻沒有多少話語權(quán)。

“當前，中國要主導(dǎo)任何戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，都將促進國家經(jīng)濟邁向全球價值鏈中高端；實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，增強經(jīng)濟創(chuàng)新力和競爭力，不是靠依賴投資更多的下游巨無霸組裝和加工工廠，而是需要培育更多擁有自主核心技術(shù)，關(guān)鍵材料和部件的上游隱形冠軍企業(yè)，從而在重大產(chǎn)業(yè)上擁有核心競爭力，才能突破中國經(jīng)濟發(fā)展瓶頸。這些隱形冠軍[3]，將成為中國從一個制造大國邁向制造強國的決勝著力點和關(guān)鍵所在。”[4]

——如果不擁有核心技術(shù)，產(chǎn)業(yè)體量做得再大，也只能是處于“任人宰割”的被動地位。

4 本文結(jié)論

(1)通過節(jié)選編譯肯沃茨卡車(Kenworth Trucks)“ECU”控制PTO 的相關(guān)章節(jié)，試圖破解這種“隱形技術(shù)”的原理，通過這個簡單而又隱形過程，管窺ECU 智能管理功能，進一步去展望富有“時代感”的智能卡車，起到“他山之石”的作用。

(2)“行車電腦”(ECU)和“控制器局域網(wǎng)絡(luò)”(CAN)在卡車上的應(yīng)用，是卡車智能化的必由之路。只有實現(xiàn)單個車輛的智能化，并將這些“智能化的個體”通過互聯(lián)網(wǎng)鏈接起來，才能實現(xiàn)更大范圍的“智能化+互聯(lián)化”卡車。

(3)概念、名詞、晦澀的縮寫英文，包裝或概念炒作不等于智能化，再加上“互聯(lián)網(wǎng)”也不見得就等于實際意義上的“互聯(lián)網(wǎng)+”。只有利用通信技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)平臺，讓互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)行業(yè)深度融合，才能創(chuàng)造出新的發(fā)展業(yè)態(tài)、新的社會形態(tài)——互聯(lián)網(wǎng)+X(人、車、路、云端等)。

(4)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸速度和信息量——“帶寬”，或?qū)⒊蔀橹悄芷嚨摹捌款i”。，未來5 ～10 年內(nèi)，隨著“帶寬”瓶頸的解決，可以預(yù)言帶有智能管理“人-車-路-貨”的“卡車”將活躍在各條戰(zhàn)線上，起到“幫手”的作用，在不同領(lǐng)域更好地服務(wù)于人類。

(5)汽車上的ECU 即"電子控制單元"，即電子信息技術(shù)領(lǐng)域所談的單片機；多個ECU 之間的信息傳遞就要采用CANBus 局域網(wǎng)數(shù)據(jù)總線控制。只有將CAN 總線、傳感器、GPS、GPRS、衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)分析、云計算、后臺網(wǎng)站等有機地結(jié)合在一起，才能建立起一種實時的、準確的、高效的交通運輸綜合管理和控制系統(tǒng)。相對而言，中國卡車行業(yè)開發(fā)“車聯(lián)網(wǎng)”系統(tǒng)時間并不長，其應(yīng)用還處于初級階段，但在互聯(lián)網(wǎng)(e)時代，ECU 為其“智能化”打開了難以想象的應(yīng)用空間，不論是“智能卡車”“智能底盤”還是“智能專用汽車”都不會因為是在“初級階段”而限制人們的想象，未來勢必會擁有無限的發(fā)展空間和廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。