基于CAN总线技术的客车起动与电源系统控制方法

郑　毅

（厦门金龙联合汽车工业有限公司，福建厦门361023）

基于CAN总线技术的客车起动与电源系统控制方法

郑毅

（厦门金龙联合汽车工业有限公司，福建厦门361023）

阐述一种基于CAN总线技术的客车起动与电源系统及其控制方法，通过实时采集当前车辆电源状态，在发生电压异常时进行报警，并适时切断电源进行保护，以保证整车电气系统的安全，提高驾驶员的安全意识。

客车起动系统；CAN总线技术；电源系统控制

1　概述

随着客车电气技术日益完善，整车用电器数量及功能日趋丰富、用电量不断增加，对整车电气控制系统提出了更高的要求。由于客车行驶工况的特性，其电气设备的电源来自于客车上的蓄电池。而蓄电池内的电能来源于发电机，当发电机无法正常工作时，车辆起动后蓄电池内电能会大量损耗且无法得到补充。若亏电时间过长，蓄电池将会耗尽电量，使车辆无法正常起动，严重影响蓄电池的寿命［1］。另外，当车辆动力链（主要指发动机、自动变速器）有严重故障不适合起动时，由于仪表无法通过CAN总线得到有效的故障信息，驾驶员也无法判断车辆当前状态。若此时起动车辆就会造成无效起动和电能损耗，降低起动机的使用效率，影响起动机的使用寿命［2-3］。

当车辆发生蓄电池亏电、发电机充电故障、车辆动力链严重故障等情况时，传统电源管理系统无法真正地、全方位地起到连接、控制和保护上述关键设备的作用。目前国内的客车领域没有相关的技术解决方案，由此本文提出一种基于CAN总线技术［4］的客车起动与电源系统的控制方法，以解决如何准确地检测系统电压并及时报警提醒驾驶员，以及该起动与电源管理系统的开关控制盒如何通过CAN总线与发动机、自动变速器、仪表等整车部件通讯并适时控制起动信号的通断等问题。

2　硬件技术方案及逻辑控制技术路线

2.1硬件组成及控制流程

该系统的开关控制盒硬件主要包含两部分：分别是电磁开关系统和开关电器盒ECU系统（见图1）。其中电磁开关系统包括：整车电源总开关、起动开关、整车电源继电器、起动继电器、空档继电器、多路保险及连接线路等部分［5］；开关电器盒ECU系统包括：CAN控制器、CAN收发器、微处理器、隔离电源、采样端口等部分。

1）开关控制盒功能。本文的开关控制盒具有过压、欠压、断路、动力链故障报警等功能。

①当开关电器盒ECU检测到系统电压超过32 V时，通过CAN总线向仪表发出系统电压过高报警，提醒驾驶员注意；当检测到系统断路，发电机不能给蓄电池充电或ON档电源断路时，通过CAN总线向仪表发出报警，提醒驾驶员注意；当系统电压低于设定值24 V时，通过CAN总线向仪表发出报警，发动机未起动时，超过4 min切断电源总开关；当重新打开钥匙开关至ON档，可以重新接通电源总开关4 min，仪表会提示驾驶员尽快起动。

②当检测到系统断路或发电机不能充电时，通过CAN总线向仪表发出报警：当无法给车辆蓄电池充电时，驾驶员应及时检查整车电气系统线路。

③在该控制系统中，开关控制盒首先通过CAN总线接收发动机信号。当动力链出现严重故障不允许起动时，开关控制盒自动切断起动电路，此时车辆不能起动；同时通过CAN总线向仪表发送报文［6-7］，传递该故障信息，并提示驾驶员需排除故障后才能起动。

2）具体内容。基于CAN总线技术的客车起动与电源系统的控制方法和装置的具体实现包括以下几方面内容：

①实时采集车辆当前的电源状态，包括车辆未起动时电源状态和起动后的电源状态。状态一，手闸闭合且车辆未起动时的电源状态，此时车辆由蓄电池供电，所采集到的整车电源电压应该不低于24 V；状态二，客车起动时的电源状态，由于发动机起动时，蓄电池电压会迅速降低，此时电源管理系统只向仪表控制器发送CAN报文，不采取任何保护措施；状态三，起动机停止且发电机运行的电源状态，此时车辆由发电机供电，所采集到的整车电源电压应该为28 V左右（正、负偏差1 V均属于正常状态）。

②实时CAN总线通信。通过CAN总线，实时与整车其他模块进行通信，把电源的状态以报文形式发送到仪表等控制器。当系统不能起动时，通过CAN总线向仪表发出动力链严重故障信息，需排除故障后才能起动；通讯协议采用SAE J1939［8］。

③当电源出现过压、断路、欠压等异常状况时，应采取相应的保护措施：

a.过压报警。当车辆处于第三种状态、检测到系统电压超过32 V时，通过CAN总线向仪表发出系统电压过高报警。

b.欠压保护。当车辆处于第一种状态、系统电压低于设定置值24 V时，通过CAN总线向仪表发出报警，超过4 min切断电源总开关，当重新打开钥匙开关至ON档，可以重新接通电源总开关4 min；仪表提示驾驶员尽快起动。

c.断路报警。当检测到系统断路、发电机不能充电时，通过CAN总线向仪表发出报警，提醒驾驶员注意当前车辆电源状态。

d.其他保护。系统通过CAN总线进行通讯，接收动力链等其它动力总成的CAN信息。当动力链有严重故障无法起动时，系统起动功能被禁止，通过CAN总线向仪表发出严重故障信息，需排除故障后才能起动。

其中起动安全控制流程示意图见图2。

2.2整车通讯控制逻辑

本文提出的基于CAN总线技术的客车起动与电源控制系统（见图3），包括电气开关盒ECU1和CAN总线2，其中电气开关盒ECU1包含CAN收发器5、CAN控制器4、微处理器3、采样接口电路6和控制接口电路7，CAN控制器4选用PHILIPS 82C200，CAN收发器5选用PHILIPS TJA1050，并采用SAE J1939作为CAN总线的通讯协议［9-10］。CAN收发器通过CAN总线与车辆其他控制器连接，并发送电源状态报文及车辆起动状态报文。

钥匙开关闭合且车辆未起动时，CAN收发器能够实时接收车辆动力链各ECU通过CAN总线发送的故障和状态信号，经由CAN控制器送入微处理器，微处理器判断此时车辆动力链是否处于不适合起动的严重故障状态［11］。当车辆动力链有严重故障不适合起动时，系统会自动切断整车电源继电器，并通过CAN总线向仪表处理器发出车辆动力链严重故障信息，需排除故障后才能起动。

钥匙开关闭合后，此时整车处于电源接通状态，开关控制盒会通过采样接口电路实时采集当前状态下整车电压值，送入微处理器，同时与参考电压进行比较计算。当系统电压值低于24 V时，系统会通过控制接口电路输出高电平控制整车电源继电器线圈断开，从而控制整车电源；当车辆起动后，若微处理器检测到系统电压高于32 V，开关控制盒内的CAN控制器和CAN收发器就会通过CAN总线向仪表发出系统电压过高的报警。

3　结束语

综上所述，本文介绍了一种车辆电源的管理系统及控制方法，重点在于实时采集当前车辆电源状态，并在发生电压异常时进行报警，同时根据动力链工作状态切断电源进行保护；当动力链有严重故障无法起动时，系统起动功能被禁止，通过CAN总线向仪表发出严重故障信息，需排除故障后才能起动，以此提高客车的安全性和可靠性［12］。

［1］张春化，蹇小平.汽车电器与电路［M］.北京：人民邮电出版社，2003.

［2］陈家瑞.汽车构造［M］.北京：人民交通出版社，2002.

［3］陆荣.电工基础［M］.北京：机械工业出版社，2006.

［4］孙仁云，付百学.汽车电器与电子技术［M］.北京：机械工业出版社，2011.

［5］张晓斌，张朋松，董延军.汽车电源管理系统测试台的研究［J］.机械与电子，2009，（6）

［6］于季刚，张辑.基于CAN总线的客车电源管理系统方案设计［J］.电气技术，2013，（5）

［7］姚健欣.CAN总线技术的研究与应用［D］.武汉：华中科技大学，2001.

［8］朱小龙.基于SAE1939标准的CAN通信网络在汽车动力传动系统中的应用［J］.重庆理工大学学报：自然科学版，2013，（3）：16-21.

［9］约尔根（Jurgen，R.K.）汽车电子手册［K］.鲁植雄，等.译.北京：电子工业出版社，2010.

［10］罗峰，孙泽昌.汽车CAN总线系统原理、设计与应用［M］.北京：电子工业出版社，2010.

［11］冯桑，康迂福，康林权.基于CAN总线的车载智能终端硬件上［J］.公路与汽运，2010，（6）

［12］陈东勤.汽车电源系统及其技术发展趋势［J］.电子与封装，2008，（4）

修改稿日期：2014-09-28

Bus/Coach Starting and Control Method of Power Supp ly System Based on CAN Bus

Zheng Yi
（Xiamen King LongUnited Automotive Industry Co.，Ltd，Xiamen 361023，China）

The author elaborates a kind of bus starting and electricity supply system and its control method based on CAN bus technology，that is through collecting the current state of the vehicle power supply in real time，in the case of abnormal voltage，it can give alarms and protections through timely cutting off the power supply so as to ensure the safetyof the vehicle electrical system and improve the driver's safetyawareness.

bus/coach starting system；CAN bus technology；electricity supply system control

U 463.6

B

1006-3331（2015）03-0030-03

郑毅（1980-），男，工程师；工程研究院电气技术应用课长；研究方向：汽车电气。