摘要：針對(duì)AMT汽車動(dòng)力控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)包括發(fā)動(dòng)機(jī)ECU， AMT變速器TCU和電子油門ECU在內(nèi)的AMT汽車動(dòng)力控制系統(tǒng)CAN總線網(wǎng)絡(luò)；基于CAN2.OB與J1939協(xié)議，制定該網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議；應(yīng)用Vector公司的CANoe軟件建立系統(tǒng)模型，并進(jìn)行總線通信性能的仿真和負(fù)載率的分析。結(jié)果表明：本系統(tǒng)可以完成系統(tǒng)要求功能，通信品質(zhì)可靠，滿足實(shí)時(shí)性要求。

    AMT汽車是裝配有AMT自動(dòng)變速器的汽車，一般在小型乘用車和商用車上比較常見。AMT自動(dòng)變速器是在不改變機(jī)械變速器原有構(gòu)造的基礎(chǔ)上，增加一套選換檔機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)（包含變速器控制器TCU ），利用電子電控技術(shù)實(shí)現(xiàn)離合器的分離與接合、變速器的選換檔、發(fā)動(dòng)機(jī)控制等過程的自動(dòng)化。AMT變速器具有操作簡單、傳動(dòng)效率高、改裝成本低等優(yōu)點(diǎn)，有較好的發(fā)展前景。
    自動(dòng)變速器的加入，使汽車上電控單元（ECU）的數(shù)目增多，在此情況下，如何設(shè)計(jì)有效的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使各ECU之間合理地互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)信息的共享，并保證控制系統(tǒng)可靠性已成為必須解決的問題。車載網(wǎng)絡(luò)主要包括用于底盤控制和動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的高速CAN總線，應(yīng)用于車身的低速CAN總線和LIN總線，應(yīng)用于車載信息娛樂系統(tǒng)的MOST總線和應(yīng)用于X-by-wire技術(shù)的FlexRay總線。
    本文采用德國Vector公司專業(yè)的系統(tǒng)級(jí)網(wǎng)絡(luò)開發(fā)與測試工具CANoe，設(shè)計(jì)了包含發(fā)動(dòng)機(jī)ECU，AMT變速器TCU、電子油門ECU等控制器在內(nèi)的AMT汽車動(dòng)力總成控制系統(tǒng)總線網(wǎng)絡(luò)。各控制器間通過CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并完成了協(xié)議制定、模型建立和通信仿真等一系列工作，最終實(shí)現(xiàn)了AMT變速器TCU和電子油門ECU協(xié)同對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的有效控制。本文所設(shè)計(jì)的總線網(wǎng)絡(luò)及控制系統(tǒng)已應(yīng)用在某6速商用車動(dòng)力總成開發(fā)項(xiàng)目上，可滿足系統(tǒng)總體要求，具有較好的性能。

    1 動(dòng)力總成控制系統(tǒng)總線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)
    發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和油門開度值三者之間存在特定的函數(shù)關(guān)系，當(dāng)確定轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速時(shí)，可以確定油門開度值。發(fā)動(dòng)機(jī)制造商有時(shí)出于技術(shù)保護(hù)、安全等方面的考慮，會(huì)把總線對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩控制使能位關(guān)掉，這使AMT控制器TCU無法通過總線的形式實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的控制。因此，本設(shè)計(jì)為實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的控制，在加速踏板與發(fā)動(dòng)機(jī)間連接一個(gè)電子油門，將電子油門ECU、發(fā)動(dòng)機(jī)ECU和AMT的TCU分別以節(jié)點(diǎn)的形式連接到總線上；這樣，可通過AMT控制器TCU和電子油門ECU實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的控制。其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

    正常行駛情況下，電子油門根據(jù)駕駛員控制的加速踏板的位移，輸出相應(yīng)的電子油門模擬量信號(hào)，并發(fā)給發(fā)動(dòng)機(jī)ECU，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)地對(duì)加速踏板進(jìn)行跟蹤。當(dāng)AMT需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制時(shí)，TCU向CAN總線發(fā)送油門控制報(bào)文，電子油門從總線上接受該報(bào)文，從而控制電子油門模擬量信號(hào)的輸出，最終實(shí)現(xiàn)AMT控制器TCU對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的控制。同時(shí)，電子油門ECU將加速踏板的信號(hào)和電子油門的輸出信號(hào)發(fā)送到CAN總線上，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU也將發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)發(fā)送到總線上，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)力總成系統(tǒng)信息的共享。

    2 動(dòng)力總成控制系統(tǒng)CAN通信協(xié)議制定
    本文基于CAN2.OB和J1939協(xié)議，制定了AMT汽車動(dòng)力總成控制系統(tǒng)的通信協(xié)議。J1939協(xié)議是目前在大型汽車中廣泛應(yīng)用的通信協(xié)議，J1939協(xié)議以CAN2.OB協(xié)議為基礎(chǔ)。總線的速率為250 kB/s ，為高速CAN總線，此速率可滿足商用車輛對(duì)總線速度、傳輸距離和負(fù)載率的要求。J1939協(xié)議使用29位的擴(kuò)展標(biāo)示符，對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的命名、地址、通信方式和報(bào)文發(fā)送的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行了規(guī)定，并對(duì)各節(jié)點(diǎn)的信息內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)說明。參照J(rèn)1939協(xié)議，對(duì)本系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)地址、報(bào)文優(yōu)先級(jí)、名稱、ID、發(fā)送周期等進(jìn)行設(shè)置。
    總線上主要包括7個(gè)報(bào)文，各節(jié)點(diǎn)接收和發(fā)送報(bào)文的情況見表1。

    表2分別列出了定義的3個(gè)較為重要的報(bào)文：SPN、APC 1_S、EEC1。定義報(bào)文時(shí)需要同時(shí)定義報(bào)文的名稱、標(biāo)識(shí)符、發(fā)送周期、數(shù)據(jù)長度和報(bào)文所包含的信號(hào)數(shù)量。例如報(bào)文SPN的發(fā)送節(jié)點(diǎn)是EGAS Node，接收節(jié)點(diǎn)是Engine Node，主要功能是發(fā)送油門踏板信號(hào)與電子油門ECU輸出的油門開度模擬量信號(hào)，發(fā)送給發(fā)動(dòng)機(jī)ECU，從而來控制發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。為了滿足電子油門ECU控制的實(shí)時(shí)性，報(bào)文SPN的發(fā)送周期設(shè)置為100 ms，分辨率設(shè)置為0.4%／位。

    3 仿真模型建立
    1）根據(jù)CAN總線系統(tǒng)方案，依據(jù)CANdb＋＋數(shù)據(jù)庫工具建立動(dòng)力總成控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。在數(shù)據(jù)庫中加入仿真節(jié)點(diǎn)、信號(hào)、報(bào)文、環(huán)境變量等。使用CANdb＋＋數(shù)據(jù)庫工具，可以實(shí)時(shí)修改報(bào)文值，使總線的測試和仿真分析較為方便。
    2）仿真配置（simulation setup）。根據(jù)CAN總線系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)節(jié)點(diǎn)、仿真條件和仿真接口硬件進(jìn)行配置，此時(shí)，需把之前設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫文件加載到仿真系統(tǒng)中，使動(dòng)力總成控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫與CANoe相互關(guān)聯(lián)。
    3）虛擬儀表板的配置（Panel）。虛擬儀表板可實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，能夠直觀地顯示CAN總線各節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)。圖2為動(dòng)力總成控制系統(tǒng)的虛擬儀表板。

    4） CAPL編程。CAPL語言是針對(duì)CAN總線系統(tǒng)開發(fā)的類似于C語言的編程語言。CAN總線上的節(jié)點(diǎn)通過CAPL語言編寫程序模擬各個(gè)節(jié)點(diǎn)的行為，模擬實(shí)際節(jié)點(diǎn)報(bào)文的發(fā)送、接收和處理，仿真實(shí)際控制器的功能。

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