基于Labview的混合動力汽車CAN總線采集與實時控制

王 振，謝斌權，裴錦雲

（廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣州 511434）

0 引言

隨著科技的不斷發展，人們對汽車的要求越來越高，因此現代汽車為了滿足顧客需求而越來越多地集成各種電子控制裝置，這使得汽車的結構和控制變得復雜化，而為環保節約而應運而生的電動汽車則由于增加了電機、電池等部件使之與傳統車相比，其結構和控制變得更為繁雜。不斷增加的零部件也使得整車的線束更加繁多，而且線束之間的連接使得整車也越來越難以匹配和布置。汽車CAN總線正是在這種背景下應運而生，汽車CAN（Controller AreaNetwork）總線即控制器局域網絡，其最初是由德國BOSCH公司為汽車監測、控制系統而設計的[1]。它的主要優點是通訊簡單（僅用兩根硬線即可實現多部件的實時通訊），成本低廉，重要的是其可以實現不同節點間的部件信息共享。因此，它的出現使汽車結構精簡和控制簡單化成為可能。汽車CAN總線網絡也已是汽車電子控制管理系統中不可獲取的重要組成部分。

本文基于虛擬儀器Labview軟件編程，借助USB-CAN信息采集卡提供了一種采集汽車CAN總線數據的方法。Labview是一種圖形化編程軟件，由美國NI（national instruments）公司開發，它不僅能簡化軟件編程，提高軟件開發效率，更擁有生動形象的用戶界面，在研發和生產，特別是測量、控制、仿真等方面應用相當廣泛[2]。USB-CAN信息采集卡則能讓計算機方便的連接到CAN總線上，實現CAN協議的連接通訊，不僅具有雙路CAN通道，而且每路CAN通道都集成獨立的電氣隔離保護，抗干擾能力強，是一款性能穩定、通訊可靠的CAN通訊卡[3]。圖1所示為致遠電子CAN通訊卡。

圖1 致遠電子CAN通訊卡（示例）

1 主要內容及功能介紹

本文以混合動力汽車的發動機、混動變速箱、動力電池、油泵、離合器及電子駐車機構為測試對象，通過搭建Labview模型，實現以下功能。

（1）實現對發動機及混動變速箱部分參數的監測。其中發動機主要參數包括發動機扭矩、發動機轉速、發動機水溫。混動變速箱主要參數包括電機轉速、扭矩、溫度，油壓等。

（2）實現對動力電池、油泵、離合器及電子駐車機構的控制。其中動力電池實現高壓上下電功能，離合器實現結合與分離功能，油泵則實現轉速功能，電子駐車機構實現駐車與解鎖功能。

（3）對采集的數據進行保存以便于分析。而從信號的傳輸方向來看，則實現接收與發送功能：對發動機及混動變速箱信號的監測為接收功能；對動力電池、油泵、離合器及電子駐車機構的控制則為發送功能。

2 模型搭建

2.1 模型搭建結構圖

該模型的基本結構如圖2所示[4]。

圖2 模型基本結構

2.2 模型的程序設計

該模型的程序設計主要包括：USB-CAN的配置、信號發送、信號接收及信號處理部分。

2.2.1 USB-CAN配置

該部分主要是采用了“平鋪式順序結構”和“條件結構’。主要是采用調用庫函數節點的方法來實現軟件和硬件相結合。該部分的邏輯框圖如圖3所示[3]。

按照該邏輯框圖對USB-CAN配置進行編程，得到程序如圖4所示。

2.2.2 參數設置及發送模塊

根據整車CAN報文特點，通常均為標準幀，因此可以采用簇類型或數組類型作為發送結構體（本文采用簇類型），并采用VCI_Transmit函數，然后只需根據所要發送的數據對結構體進行填充便可完成CAN報文的發送[6]，以油泵控制為例，參數設置如圖5所示，報文發送程序如圖6所示。

圖3 USB-CAN的配置邏輯框圖（以致遠電子USB-CAN卡調用為例）

2.2.3 報文接收模塊

報文接收采用VCI_Receive函數，同樣采用簇類型作為接收報文結構體，接受到的數據暫時存儲在結構體中[7]，該部分程序如圖7所示。

2.2.4 報文解析模塊

將接收到的暫時存儲在結構體中的數據提取出來并轉譯的過程即為報文的解析，該部分采用若干進制轉換，將接收到的十六進制數據轉換成直觀性強且具有實際意義的數據[5]，以某一幀的數據解析為例，程序如圖8所示。

圖4 USB-CAN配置程序

圖5 參數設置

圖6 報文發送程序

圖7 報文接收程序

圖8 報文解析程序

2.3 前面板設計

2.3.1 主控制界面

主控制界面如圖9所示。

2.3.2 主監控界面

主監控界面如圖10所示[8]。

3 模型優化

在完成前面板及程序面板設計之后，對軟件的前面板進行了美化，對程序面板進行了整理，并且增加編程了監控報警模塊及數據保存模塊，以對部分重要數據進行監測，并能將數據保存至EXCEL中，便于后續分析。

3.1 前面板優化

優化后的前面板如圖11所示。

3.2 監控報警模塊

本文以發動機水溫、旁通閥油溫等溫度監控為例，設置不同的閾值，當對應溫度超出閾值時，監控電腦便會執行一定動作（會發出報警聲），模塊如圖12所示。

圖9 主控制界面

圖10 主監控界面

圖11 優化后的前面板

圖12 監控報警模塊

圖13 數據保存模塊

圖14 實時采集數據

3.3 數據保存模塊

為便于后續數據分析，采用“條件結構”編程，當用戶點擊保存按鈕時，開始將所需的數據保存至EXCEL表格中，模塊如圖13所示。

4 模型驗證

為驗證所編寫程序是否具有實用性，在臺架上進行了實際驗證，當臺架控制發動機及混動變速箱總成至某一工況時，監控到的數據如圖14所示。

該界面顯示在該工況下，發動機轉速為2 250 r/min，車速為88.6 km/h，發動機水溫為90℃等，這些數據通過與INCA采集到的同一時刻數據對比，均為準確有效值，而且在長達數小時的監控中，數據顯示不存在卡滯現象。

最后，分別對動力電池、油泵、離合器及電子駐車機構進行了多次不同情況下的控制，同時仍采用INCA工具采集數據作為監控對比，結果表明控制有效且可靠。

5 結束語

綜上所示，本文的主要內容為提供了一種基于Labview軟件編程，借助CAN通訊卡來實現混合動力汽車CAN總線信息采集與監測的方法，并可根據需要實現整車零部件的實時控制，從而對所需要的汽車CAN總線信息進行分析，能實現標定功能。經過臺架實測驗證，該方法能實時、快速、準確地采集監測與控制，具有一定的實用性。