对ECU 控制下PTO 的资料编译及智能卡车现状分析

陈 刚 文/图

ECU(Electronic Control Unit)，电子控制单元(微机控制器)，用在汽车上被称作“行车电脑”“车载电脑”等。在汽车上，ECU 较早应用于内燃机燃料供给系统及供气系统的电子控制，后拓展应用到发动机冷却、排放等系统等的电子控制和监控；同时，ECU 还与不同时期发展起来的ABS、EBS(电子控制制动系统)、ESP(车身电子稳定程序)、TCU(Transmission Control Unit，自动变速器控制单元)、ADAS(安全驾驶辅助系统，主/被动)等电控系统，以及GPS、行车记录仪等，进行集成并或通过CAN 总线实现对车辆行驶状态的部分/全面控制与监控。

所以，现在中高端卡车(底盘)上的行车电脑，可能是集成了多种功能系统的电子化、智能化程度很高的行车电脑，使得具有不同电子化、自动化水平的智能卡车得以实现。

当卡车底盘用于改装成专用汽车时，如果需要卡车底盘为专用汽车上装(专用装置)提供动力，则离不开一种专门装置——PTO(取力器)。功能复杂的PTO 的工作，也需要ECU 的控制。

在世界诸多卡车企业中，美国肯沃茨卡车(Kenworth Trucks)可谓世界卡车行业的一个标杆。下面以肯沃茨(Kenworth)的2017 年份重型卡车为例，用中英翻译形式介绍其在ECU 控制下的PTO 的功能与执行情况，来展现美国智能卡车的有关状况。

在“Kenworth 2017 卡车底盘改装手册”(下简称：“手册”)相关章节中，介绍了“行车电脑”如何控制PTO 过程的内容，包括从底盘的智能化(即智能底盘)，到整车(加上装后)的智能化，乃至实现互联网卡车的过程。这一过程，是智能汽车发展的必由之路，同时也需要经受市场检验，而绝非用几个名词、概念炒作一下就能够实现的。

ECU 为整车“智能化”打开了难以想象的应用空间，“管窥”它参与PTO 的控制过程，以及对“整车”的控制，最终实现“整车”的智能化和网络化。

图1 肯沃茨3 轴卡车底盘

1 缩写与术语

“手册”(英文)中出现了一些英文缩写，其饱含深意，下面作进一步的解读。

(1)PTO (power take off )：动力输出装置，又叫取力器，是将发动机的动力向汽车行驶系以外的设备输出的装置。专用汽车上一般都有一些专用设备，例如：自卸汽车的举升机构、起重举升汽车的起重机构、罐式汽车的泵(马达)、冷藏车的制冷设备等，都需要发动机动力来驱动。最常见的办法，就是在变速器的侧面开一个窗口，连接一个齿轮式的动力输出装置(即PTO)，将动力输出。PTO 按输出动力的转速划分，有单速、双速和三速；按操纵方式来分，有手动、气动、电动和液压驱动，都可由驾驶员在驾驶室内进行操纵。

(2)ECU (Electronic Control Unit)或CECU (cab electronic control unit)：电子控制单元。汽车上应用的ECU，和普通电脑一样，由微处理器(CPU)、存储器(ROM、、RAM)、输入/输出接口(I/O)、模数转换器(A/D)以及整形、驱动等集成电路组成，堪称“汽车的大脑”。

(3)CAN (controller area network)：控制器局域网络，是由以研发生产汽车电子产品著称的德国BOSCH 开发，并最终成为国际标准(ISO 11898)；是国际上应用最广泛的现场总线之一。由于其高性能、高可靠性以及独特的设计，CAN 总线越来越受到人们的重视。在北美和西欧，CAN 总线协议已成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线，并延伸发展、拥有了以CAN 为底层协议专为卡车、大型客车和其他重型车辆设计的SAE J 1939 协议。

SAE J1939 是美国汽车工程协会(SAE)定义的标准，为所适用车辆的电子部件间的通讯提供标准的体系结构，是应用于商用车辆、舰船、轨道机车、农业机械和大型发动机最广泛的应用层协议。它基于德国Bosch 公司开发的CAN，通讯速率可达到250 Kbps。

(4)ECM (engine control module)：发动机控制模块；此外，PCMm 也是指发动机控制模块。

(5)EoA (end of acceleration)：停止加速。

(6)BBM (body builder module)：改装模块。

(7)B-CAN (body builder CAN)：改装总线。

(8)ESA (electronic service analyst)：电子分析器，基于诊断服务工具的电脑，用于支持Kenworth 驾驶室内多通路的电子元器件。

2 原文和翻译

对照“手册”(英文)中的原文(精选)，对照翻译如下，以便读者准确理解。

(1) shows the system diagram for a single-acting Eaton mounted transmission Signal flow is as follows：伊顿变速器上PTO 的信号流如下图(此略)。

(2) the dash switch labeled“PTO Switch #1” is activated by the user：仪表盘上贴有“PTO 1 号”开关，由使用者激活。

(3) the signal is received by the CECU and the optional interlocks are checked and verified：CECU 接收信号，同时开始自检可选联动装置。

(4) the chassis node receives a multiplexed CAN message to activate and send a power signal to the appropriately assigned solenoid：底盘节点接收多路CAN 信息，以激活并适当的电磁阀发送一个动力信号。

(5) the solenoid activates and allows supplied air pressure to flow to the piped PTO port：电磁阀启动并允许供应的“压力空气”流入PTO 入口。

(6) the PTO activates and the ball switch closes sending a hardwired signal：PTO 启动，同时给硬件发出球阀关闭的信号。

图2 肯沃茨2017 款卡车底盘的双联PTO(取力器)线路图

图3 肯沃茨2017 款卡车底盘的单联PTO(取力器)线路图

(7) the CECU and engine ECM received this signal：CECU 和发动机ECM 接到这个信号。

(8) the CECU sends a CAN message to the Cluster to activate the PTO telltale and the Engine changes state to“PTO Mode”：CECU 发送CAN 信息给中控台，以激活PTO 指示灯，发动机将转入“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：单联动和双联动的信号流是一样的，不同点是在没有得到电磁阀的停止加速命令时，一个反向应急阀将阻止空气压力到off 口，如下图(本文图2、图3)所示。

(10) introduction of Paccar MX engines - PTO programming：佩卡发动机之PTO 编程简介(注：佩卡集团（Paccar Inc．）是美国最大的卡车制造企业，生产并销售肯沃斯（KENWORHT）、彼得比尔特（Peterbilt）、达夫(DAF)、福登（FODEN）等公路和非公路卡车)：

(11) this section is intended to be used in conjunction with the PACCAR MX programming guide：本节将作为“佩卡MX”与PTO 的编程指南。

(12) there are a number of parameters that must be set to enable PTO functionality on PACCAR MX engines：所有参数将对“佩卡MX 发动机”适用。

(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 编程指南在第12 节介绍了如何设置适用的发动机参数给PTO。

(14) this section explains how to configure trucks with MX engines in one of the four PTO options as listed below：本节将介绍如何给MX 发动机的卡车设置4 种之一的PTO：

① stationary In-cab PTO control：驻车状态下在驾驶室内控制PTO。

② mobile In-cab PTO control：移动状态下在驾驶室内控制PTO。

③ stationary Remote PTO with hardwired control：驻车状态下线控PTO。

④ stationary Remote PTO control over BCAN：驻车状态下通过车辆的CAN 遥控PTO。

⑤ stationary Remote PTO with TSC1 control：驻车状态下通过TSC1 遥控PTO。

(14) depending on the configuration used, it may require one or more of the following：根据使用的配置，它可能需要满足以下一个或多个要求：

① electrical wiring installation：布线。

② reprogramming of MX engine using PEP and DAVIE：用PEP 和DAVIE 设置(编程)MX 发动机。

③ reprogramming of CECU using ESA：用ESA 设置(编程)CECU。

(15)this section explains only the parameter configurations that are specific to one of the four options listed above：本节仅解释特定于上述4 个选项之一的参数配置。

从以上对原文的翻译可以看出：通过CAN 联系PTO ，再通过行车电脑(CECU)发出指令，就可以实现对PTO 在驻车状态下的电控和无线遥控，那么由此出发、实现商用车的智能化也就变得清晰、可行了。

通过CAN 总线、发动机ECU 和车身传感器等广泛采集和传送车辆运行数据，并结合发动机智能控制技术，以及无线通信技术、卫星定位技术、网络通信技术，乃至移动互联技术、云平台和大数据分析，最终实现对车辆运营全过程的透明管理。于是，近些年国内外卡车厂家百花齐放，纷纷涉足“智能”领域，开发出各具功能特色的“智能”产品。

3 国内智能汽车的现状与分析

3.1 近年一些重卡生产企业推出的汽车“智能系统”

(1)中国重汽“智能通”车队管理系统(PC 版/手机版)：是中国重汽自主研发的基于GPS 及北斗模式的智能化车队管理系统，类似行车记录仪；主要包括位置、状态、销贷、诊断4大系统功能。单车功能主要包括车辆信息、轨迹回放、月度报表、里程油耗、远程诊断、收藏车辆6 大功能。

(2)陕汽“天行健”车联网系统：是陕汽为重卡用户打造的基于车联网技术的一种全新智能服务系统，于2011 年推出，以为用户创造最大价值为目标，为用户提供全生命周期的重载移动服务综合解决方案。该系统包括车载智能终端和管理网站，车载终端提供：北斗(BD)&GPS 双模定位、汽车行驶记录、系统自检、身份识别、安全告警等功能；管理网站向客户、监管单位呈现全面的车辆运行数据，实现运输的透明管理。开通管理网站服务后，即可通过用户名和密码登陆网站使用。

(3)上汽依维柯红岩“杰时达”(GEN-Star)车联网系统：2015 年发布，是结合卡车用户需求打造的一款集生产调试、运输管理、车队管理、售后服务的智能化控制一体化网络系统，能把“人与车”、“车与车”、“车与社会”、“车与货”等全面互联，为用户和经销商提供更多的增值服务。

(4)福田戴姆勒“iFOTON”超级车队管理系统：是吸收梅赛德斯-奔驰的Fleetboard 车队管理系统、康明斯天远系统，融合CAN 总线、北斗/GPS 卫星定位、无线远程通讯、汽车电子及信息化开发的管理系统；可以实现客户、经销商、服务商、厂家互联互通，全面实现人、车、货智能管理。

(5)东风柳汽“乘龙V+”车联网服务系统：2015 年推出，是一款基于移动互联技术、云平台和大数据分析，为用户提供价值体验及增值服务的据称是国内首款第3代车联网服务系统。

(6)北奔重卡“物联网”物联网信息化系统：采用基于物联网技术、具有GPS 定位、RFID 读写和智能计算功能的手持机设备，通过为每台商品车安装具有防拆卸功能的、能够存储车辆身份信息的RFID 卡，使用移动GPRS 网络实现全国范围内各生产基地、物流公司、改装厂、经销商和售后服务商的数据实时收集、加工和处理，并与现有信息系统有效集成。

(7)华菱星马“车联网”平台：具备整车各工况分析、远程故障诊断及案例分析、金融锁车管理、售后维护提醒和手机APP 等功能；同时也利用了德国BOSCH 的技术优势，完成故障预判及远程指导诊断。

(8)东风商用车“车管家”APP：用户下载东风商用车“车管家”APP、填写完整车辆资料后，根据身份的不同，可选择使用车队管理版或司机版，即可使用包括卡车导航、行程分析、车辆体检、行车管家、预约服务、在线客服、货源信息、新闻推荐和卡友论坛等各项实用服务，让卡友放心出行。

(9)一汽解放“智能高速编队”解决方案：解放最新的智能高速编队达到L4 级别，是真正的高速编队自动驾驶技术，一个人就能轻松“驾驶”一队车。[1]据悉，该方案是在引领车接收到指令后，能够完成高度智能化的编队请求应答、队列行驶、编队避障、制动停车、分离重组等一系列动作。(注：除了一汽解放，东风汽车、中国重汽、福田戴姆勒也都开发出了“智能编队”技术、并于2019 年在天津集中演示)。

(10)国内L2～L4 级自动驾驶汽车：近几年，国内诸多卡、客车生产企业开发出了L2～L4 级自动驾驶卡车/客车，有的已经投入试运行。

3.2 近年一些客车生产企业推出的汽车“智能系统”

(1)安凯客车“e 控”系统；

(2)海格客车G-BOS 智慧运营系统：能帮助智慧客车有效达到安全驾驶、油耗、维修、远程故障报警、车险匹配等5个方面效果；

(3)福田欧辉的iFoton 智能车载管理系统；

(4)厦门金龙的“易驱”(ECO-Chip)新能源管理系统；

(5)厦门金旅的“适百科”(SPARK )客车智能控制技术；

(6)亚星客车的“星云·智控”车联网客车运营管理系统；

(7)宇通客车的“睿控”新能源科技平台；

(8)中通客车的“中联智通”运营管理系统。

(9)比亚迪的“道路客运电动化”解决方案；

(10)黄海瑞途搭载的CAN 总线网络及集中诊断系统。

此外，进口汽车更是较早装备了智能化管理系统，例如：沃尔沃的Sensus 系统(主由“智能在线”(sensus connect)和“随车管家”(Volvo on call)组成)、梅赛德斯-奔驰的“T.C.O.运盈智汇”解决方案、曼恩独特的车联网系统、斯堪尼亚的FMS车队管理系统等。

3.3 “智慧系统”(/智慧汽车)是否拥有核心技术是考验

上述约20 多个“智能系统”案例，加上“跨界”新宠如阿里、百度、乐视、格力等各自的系统，大家只见报道了其功能或终端界面，但未见到其内部实现机构的详细报道(或因受到“商业秘密的限制”)，这使得难以分辩哪些“智能系统”(/智慧汽车)拥有自主设计开发的硬件和系统，而不是套用、盗用、汉化的翻版。笔者在此，只希望这些“系统”不再是新形势下的“加州设计，中国制造”[1]。

2015 年发布的《中国制造2025》将无人驾驶汽车作为汽车产业未来转型升级的重要方向之一。可以说，汽车智能化为中国制造业发展带来了一次新的技术革命，但希望这场技术革命不是“包装”和“炒作”，更不是臆想的种种晦涩的专用名词——“智能网联汽车是指搭载先进的车载传感器、控制器、执行器等装置，并融合现代通信与网络技术，实现车与X(人、车、路、云端等)智能信息交换、共享，具备复杂环境感知、智能决策、协同控制等功能，可实现安全、高效、舒适、节能行驶，并最终可实现替代人来操作的新一代汽车。智能网联汽车通常也被称为智能汽车、自动驾驶汽车等”。[2]

其中“车载传感器、控制器、执行器等装置”的地位凸显出，以ECU 为代表的我国集成电路产业近几年似乎呈跨越式发展态势；但对外依存度极高的“缺芯”问题，始终是最大的痛点——核心技术受制于人，关键部件和材料长期被国外企业垄断，国内芯片90%依赖进口，国内整体“智能汽车”都像ECU 和CAN 一样，因为缺“芯”，体量大却没有多少话语权。

“当前，中国要主导任何战略性产业，都将促进国家经济迈向全球价值链中高端；实现产业转型升级，增强经济创新力和竞争力，不是靠依赖投资更多的下游巨无霸组装和加工工厂，而是需要培育更多拥有自主核心技术，关键材料和部件的上游隐形冠军企业，从而在重大产业上拥有核心竞争力，才能突破中国经济发展瓶颈。这些隐形冠军[3]，将成为中国从一个制造大国迈向制造强国的决胜着力点和关键所在。”[4]

——如果不拥有核心技术，产业体量做得再大，也只能是处于“任人宰割”的被动地位。

4 本文结论

(1)通过节选编译肯沃茨卡车(Kenworth Trucks)“ECU”控制PTO 的相关章节，试图破解这种“隐形技术”的原理，通过这个简单而又隐形过程，管窥ECU 智能管理功能，进一步去展望富有“时代感”的智能卡车，起到“他山之石”的作用。

(2)“行车电脑”(ECU)和“控制器局域网络”(CAN)在卡车上的应用，是卡车智能化的必由之路。只有实现单个车辆的智能化，并将这些“智能化的个体”通过互联网链接起来，才能实现更大范围的“智能化+互联化”卡车。

(3)概念、名词、晦涩的缩写英文，包装或概念炒作不等于智能化，再加上“互联网”也不见得就等于实际意义上的“互联网+”。只有利用通信技术以及互联网平台，让互联网与传统行业深度融合，才能创造出新的发展业态、新的社会形态——互联网+X(人、车、路、云端等)。

(4)互联网数据传输速度和信息量——“带宽”，或将成为智能汽车的“瓶颈”。，未来5 ～10 年内，随着“带宽”瓶颈的解决，可以预言带有智能管理“人-车-路-货”的“卡车”将活跃在各条战线上，起到“帮手”的作用，在不同领域更好地服务于人类。

(5)汽车上的ECU 即"电子控制单元"，即电子信息技术领域所谈的单片机；多个ECU 之间的信息传递就要采用CANBus 局域网数据总线控制。只有将CAN 总线、传感器、GPS、GPRS、卫星数据传输、数据分析、云计算、后台网站等有机地结合在一起，才能建立起一种实时的、准确的、高效的交通运输综合管理和控制系统。相对而言，中国卡车行业开发“车联网”系统时间并不长，其应用还处于初级阶段，但在互联网(e)时代，ECU 为其“智能化”打开了难以想象的应用空间，不论是“智能卡车”“智能底盘”还是“智能专用汽车”都不会因为是在“初级阶段”而限制人们的想象，未来势必会拥有无限的发展空间和广阔的应用领域。