商用车电气系统模拟测控仪研制与应用

许广伟 李大东

哈尔滨东安汽车动力股份有限公司 黑龙江省哈尔滨市 150066

1 引言

商用车发动机总成匹配过程中，需要将车辆各系统完全拆解，重新将发动机与车辆各系统进行匹配，匹配后的发动机总成需要与车辆各个系统逐项匹配检查。车辆各系统在恢复后经常发现各种不同故障问题，导致车辆各系统无法正常运行，严重时需要将各系统重新拆解与恢复，影响车辆匹配周期、增加了故障排除时间。为减少车辆各系统匹配一致性及各系统故障判断的准确性，研制一种电气模拟测控仪实现整车电控系统控制，减少驾驶舱与底盘未合装前发动机各系统工作状态的检查与测控。模拟整车电气测控仪可以模拟实现车辆起动信号、油门踏板信号、离合踏板信号、制动踏板信号、发动机转速信号、发动机水温信号、电源电压信号、车辆冷却系统风扇控制信号、整车燃油系统控制信号、OBD 诊断参数信号监控与控制单元数据读写、车辆各系统检查等。商用车电气系统模拟测控仪的研制，对后续新品车发匹配、产品设计、生产起到指导作用，适宜商用车各系统结构与控制原理探究，以及商用车试制改装领域推广和应用。

2 商用车电气系统模拟测控仪概述

本文所进行的商用车整车电气系统模拟测控仪设计与应用，基于市场上所有应用型商用车系统。通过分析研究现有商用车开发需求，确定商用车电气系统模拟测控仪研制，实现了商用车整车电气系统模拟测控仪的原理设计、参数设计、电器元件布置。汽车电气模拟测控系统是现代汽车系统重要组成部分，对商用车整车电气系统设计研究具有重要实际意义及应用价值。

为减少车辆各系统匹配一致性及各系统故障判断的准确性，通过电气模拟测控仪实现整车电控系统控制，减少驾驶舱与底盘未合装前，对发动机工作及整车各系统故障检查与测控提高工作效率。通过模拟整车电气测控仪可以模拟实现车辆起动信号、油门踏板信号、离合踏板信号、制动踏板信号、发动机转速信号、发动机水温信号、电源电压信号、车辆冷却系统风扇控制信号、整车燃油系统控制信号、OBD 诊断参数信号监控与控制单元数据读写、车辆各系统检查等。商用车电气系统模拟测控仪的研制，对后续新品车发匹配、产品设计、生产起到指导作用，适宜商用车各系统结构与控制原理探究，以及商用车试制改装领域推广和应用。

3 商用车电气系统模拟测控仪组成与控制原理

3.1 商用车电气系统模拟测控仪组成结构

商用车电气系统模拟测控仪主要组成部分，由一个配电控制柜、三块低压电源（带自诊断）控制板、七个LED 工作指示灯、三块数字显示仪表、一个重载连接器、一个CA矩型连接器、三个直径22 毫米按钮开关、一个车用起动钥匙总成、一个OBD 诊断端子总成。通过三块低压电源(自诊断)控制板分别控制主继电器、油泵继电器、起动继电器、点火继电器、车辆冷却风扇(低速)继电器、冷却风扇(高速)继电器，通过模拟整车电气测控仪面板上的七个LED 工作指示灯和三块低压电源(自诊断)控制面板上的发光二极管故障指示灯,可以快速判断出各继电器故障出现的位置与工作状态是否正常。

3.2 商用车电气系统模拟测控仪面板按钮布置图（如图1 所示）

图1

3.3 商用车电气系统模拟测控仪操作控制原理

操作运行前需将模拟整车电气测控仪车辆功率线接插件与车辆电瓶“+、-”级、起动电源控制线、油泵电源控制线、主继电器控制线、冷却风扇电源控制线相接。车辆控制线接插件与车辆控制单元ECU 信号线相接，点火开关选用与车辆起动功能完全一致的起动钥匙总成，将点火开关起动钥匙旋到一档通电，LED 工作指示灯与电压、水温、转速显示仪表被点亮，按下制动踏板模拟信号按钮与离合器踏板模拟信号按钮，将点火开关起动钥匙旋到起动位置至车辆起动，起动后调节模拟电子油门旋钮实现发动机不同转速，通过外接OBD 诊断口可实现发动机各参数监控与数据读写简化车检和维修程序。

3.4 商用车电气系统模拟测控仪控制单元内部布置（如图2 所示）

图2

3.5 商用车电气系统模拟测控仪低压电源自检测模块组成

低压电源模拟测控仪检测主板采用双面敷铜电路板一体化设计，通过LED 灯的通断状态判断故障位置，模块双面大面积敷铜及多过孔设计达到低电阻，充分降低内部线路大电流下的压降。

低压电源自检测模拟控制模块由三块结构相同，控制系统不同的模块组成，模块采用汽车通用保险以减少空间占有量、降低制造成本，所有保险丝、继电器均配用PCB 焊接式底座，使用维护方便；各连接器均采用PCB 焊接形式集成在电路板上，其它元件大部分采用贴片元件，充分减小模块整体尺寸。通过合理的电路设计，低压电源自检测模块能实现各路电源控制、故障诊功能及电源电压检测、转换、隔离输出的功能，适合应用在12V-24V 低压电源控制场合中。

低压电源自检测模块主板含有IGN 继电器、START 继电器、保险丝、10P 栅栏式连接器J2、PCB 式接线座J1、焊板式香蕉插座J3、焊板式香蕉插座J4、焊板式香蕉插座J5、焊板式香蕉插座J6、9 个LED 发光二极管组成。（如图3 所示）

图3 低压电源控制及电压检测模块

4 商用车电气系统模拟测控仪工作原理

通过一体化的设计实现了与车辆电气系统控制一样的功能，模拟电气测控仪能够准确判断车辆各系统工作状态是否正常，模拟整车电气测控仪可以实现不同类型车辆电气系统控制，能够采集起动信号、油门踏板信号、离合踏板信号、制动踏板信号、发动机转速信号、发动机水温信号、电源电压信号、车辆冷却系统风扇控制信号、整车燃油系统控制信号、OBD 诊断信号与控制单元ECU参数信号、车辆静态各系统工作状态检查等，实时准确地判断车辆各系统故障产生的位置与故障现象提高工作效率。

5 商用车电气系统模拟测控仪显示模块工作原理

测控显示模块是以STM32 为核心的MCU 控制电路，根据AECS 诊断协议通过CAN 总线方式进行串口通信，同时诊断参数显示在LCD 显示屏上。

5.1 显示模块通信原理

显示模块内部设计核心基于ISO15765和ISO14229 标准，在ISO15765 标准规定中CAN 上诊断层中物理层和数据链路层定义，满足 ISO 11898.CAN 总线速度为 500kbps。ECU 需要支持一对物理寻址的 CAN 报文标示符，一个用于接收诊断请求，另一个用于发送诊断响应，同时 ECU 还要支持诊断设备发送的功能寻址诊断请求 CAN 标识符。（如表1）

表1 ECU 中CAN 报文标示符

5.2 显示模块数据解析

显示模块通过CAN 线发送和接收的报文进行的数据解析。

将显示模块通电后，显示屏被点亮同时进行数据信号发送与接收，02 10 03 00 00 00 00 00 （发送）06 50 03 00 32 01 F4 00 （接收）。本条报文是与ECU 开启诊断服务的第一条报文，在发送报文中02 表示数据长度2 字节（即 10 03 ），其中10 代表访问功能代码，03 代表该功能下的子功能代码（扩展诊断模式），06 代表数据字节长度6 字节（即50 03 00 32 01 F4 00），50 代表ECU 成功接收到访问功能代码10 而回复的固定代码，03 为对应发送的子功能代码，00 代表P2Can_Server_max (high byte)，32代 表P2Can_Server_max (low byte) ，01代表P2*Can_Server_max (high byte) ，F4代表P2*Can_Server_max (low byte) ，后四字节数据为ECU 数据通信时信息流时间控制。

通电后显示模块开始数据信号发送与接收，03 22 03 2A 00 00 00 00 （发送）05 62 03 2A 0C 80 00 00 （接收）。本条报文为查看该ECU 某个参数（发动机转速）的值，在发送报文中03 表示数据长度3 字节（即 22 03 2A ），22 为读取ECU 参数功能代码，03 2A 为该参数在ECU 中规定的标识（不同的参数有不同的标识符）。在接收报文中05 为数据长度5 字节（62 03 2A 0C 80），62 为成功接收到访问功能代码22 而回复的固定代码，03 2A 为该参数在ECU 中规定的发动机转速的固定标识，0C 80 为该参数的十六进制数，根据AECS 诊断协议中的公式（phy=N*0.25）换算成十进制为800rpm。其他参数解析与之相同。

6 商用车电气系统模拟测控仪整车研究展望

现有国内汽车工业发展与国外还存在一定差距，特别是在汽车测控技术上存在差距。汽车测控技术在今后的研究中要建立系统的工程理念，汽车控制系统设计进行全面一体化研究。汽车控制总成研究中，要不断优化改进测控方法、测控精准度、减少各系统故障发生频率。在汽车控制系统智能化与发展过程中进行开发与研究，扩大整车测控系统应用范围。以汽车市场发展为指引，促进汽车测控技术进入更高的发展阶段。

7 结论

商用车电气系统模拟测控仪具有实际应用价值，通过对商用车电气系统测控，形成了一套完整的测控方案。通过规范设计流程，借助编程手段及相关理论应用，避免了发动机相关的设计缺陷，缩短了整车开发周期，降低了整车研制成本，提高了整车静态测控精度，实现了整车静态工况下电气系统控制与应用。