2024年6月13日发(作者：锁娜)
ｊ － －
函口囫
应用ＣＡＮ总线的摩托车制动器台架
自动测控系统
张立鹏 李真铁 （天津大学天津内燃机研究所）
摘要： 应用ＣＡＮ总线技术开发的制动器台架自动测控系统，简化了系统结构，有效提高了测试水
平和效率。系统主要由控制节点、数据采集节点和ＰＣ节点组成，其中，数据采集节点负责采集系统的控
制参数，并分别传送到ＰＣ节点用于显示测试进程。运行结果表明，该系统实时性强、可靠性高、．结构简
化，现场运行结果达到了设计要求，使制动器台架试验测控水平得到了很大提高。
关键词：制动器ＣＡＮ总线数据采集试验台架
Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ Ａｄｏｐｔｉｎｇ ＣＡＮ ｏｎ ｔｈｅ Ｂｒａｋｅ
Ｔｅｓｔ Ｒａｃｋ ｆｏｒ Ｍｏｔｏｒｃｙｃｌｅ
Ｚｈａｎｇ Ｌｉｐｅｎｇ Ｌｉ Ｚｈｅｎｔｉｅ（Ｔｉａｎｊｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｔｉａｎｊｉｎ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ａｎ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｔｈａｔ ｕｓｅｓ ＣＡＮ ｆｏｒ ｍｏｔｏｒｃｙｃｌｅ
ｂｒａｋｅ ｔｅｓｔ ｒａｃｋ．Ｉｔ ｓｉｍｐｌｉｉｅｓ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｆｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒａｃｋ ａｎｄ ｇｒｅａｔｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｔｈｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｎｏｄｅ ａｎｄ ｅｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｔｈｅ ｆ
ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｎｏｄｅ，ｄａｔａ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ｎｏｄｅ，ａｎｄ ＰＣ ｎｏｄｅ ｅｔｃ．．Ｏｆ ｗｈｉｃｈ，ｄａｔａ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ｎｏｄｅ
ｇａｔｈｅｒｓ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ａｎｄ ｓｅｎｄｓ ｔｈｅｍ ｔｏ ｔｈｅ ＰＣ ｎｏｄｅ ｆｏｒ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｔｈｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｐｒｏｇｒｅｓｓ．Ｔｈｅ ｔｅｓｔｉｎｇ
ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈａｔ ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｒａｃｋ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｂｒａｋｅ ＣＡＮ Ｄａｔａ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ Ｔｅｓｔｉｎｇ ｒａｃｋ
摩托车制动器作为重要的安全部件，其优良的性能是
摩托车行车安全的重要保障，因此，必须完善检测手段，
严格控制制动器产品质量。在车辆制动器综合性能测试中，
惯性台架是最重要的设备之一，研究开发控制精度、自
动化程度较高的此类检测设备，对于提高产品质量有重
要意义［Ｉ－２］。
传统的分散式控制系统由现场设备、接ＩＺＩ与计算机
的可靠性、实时性和灵活性，在工业过程监控中设备的互
连方面得到了广泛应用。
因此，应用ＣＡＮ总线研究开发了摩托车制动器台架
试验自动测控系统，有效提高了测试水平和效率。
１ ＣＡＮ总线的特点
ＣＡＮ（ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）即控制器区域网，
设备及通信设备组成，由于系统可靠性差、控制管理落后
等原因，已不适应技术发展的需要［】。］。现场总线（Ｆｉｅｌｄ
ｂｕｓ）系统打破了传统控制系统的结构形式，把单个分散
的测量控制设备变成网络节点，以现场总线为纽带，将其
是一种具有高保密性、有效支持分布式控制和实时控制
的串行通信网络，属于现场总线的范畴。最初，由德国
ＢＯＳＣＨ公司为汽车检测和控制系统设计的，主要用于汽
车内部检测及控制系统间的数据通信。ＣＡＮ总线具有较
高的可靠性、实时性和灵活性，现已不再局限于汽车行业，
而向过程工业、机械工业、纺织机械、农用机械、机器人、
数控机床、医疗器械及传感器等领域发展［３－４］。
ＣＡＮ总线与一般的通信总线相比，具有独特的设计
２０１ ３．０１ 摩托车技术４１
连接成可以相互沟通信息、共同完成各自任务的控制系统
与网络系统，大大提高了系统可靠性和控制管理技术水平。
ＣＡＮ总线属于现场总线范畴，是唯一被批准为国际标准
的现场总线，在１０多年的应用过程中，ＣＡＮ总线以极高
圜口囫 一
思想，良好的功能特性，极高的可靠性、实时性和灵活性，
及突出的现场抗干扰能力，主要特点概括如下［３－４１。
ａ）ＣＡＮ可以多种方式工作，网络上任意一个节点均
可以在任意时刻向网络上其他节点发送信息，而不分主从，
通信方式灵活。
ｂ）ＣＡＮ总线上的数据以报文（数据帧、远程帧、错
误帧、过载帧）的形式传输，用标识符来指示其功能信息
和优先级，只需通过报文滤波即可实现点对点、一点对多
点及全局广播等传送和接受数据，通信介质采用双绞线、
同轴电缆或光纤，选择灵活，通信距离最远可达１０ ｋｍ，
通信速率最高可达１ Ｍｂ。
Ｃ）ＣＡＮ总线采用非破坏性仲裁技术，当２个节点同
时向网络传信息时，优先级低的节点主动停止数据发送，
而优先级高的节点可不受影响地继续传输数据，有效避免
了总线冲突。ＣＡＮ总线采用了短帧结构，每一帧为８个
字节，传输时间短，受干扰概率低，每帧信息都有循环冗
余校验和其他检错措施，保证了数据出错率极低。
ｄ）ＣＡＮ节点在错误严重的情况下，具有自动关闭输
出的功能，切断它与总线的联系，以保证总线上其他操作
不受影响。
ＣＡＮ总线的这些优点，完全可以满足制动器台架测
控系统数据采集和控制要求，因此，将ＣＡＮ总线应用到
制动器台架试验控制系统上会更可靠，同时也具有良好的
扩展性，大幅度减少了现场连线，实现了对测试台架的集
中控制。在测控过程中，用数字信号完全取代模拟信号，
大大提高了过程控制的准确性和可靠性。控制、报警和信
号处理等功能，完全由分散在现场的自动化设备自身的微
处理器来实现，系统的功能扩展不需要重新布线，可就近
接在总线模块上；Ｉ／０通道可随意扩展和调整，适应各种
复杂多变的现场；模块化设计使结构简化，提高了可靠性
和可维护性。
２系统的结构和功能
ＣＡＮ智能节点的设计是ＣＡＮ总线系统的核心，
ＣＡＮ总线控制器分为独立的ＣＡＮ控制器和带有在片集
成的ＣＡＮ控制器。在系统设计中，选用带有在片ＣＡＮ
控制器的ＤＳＰ５６Ｆ８０５芯片，该芯片是面向电机控制系统
的高性能嵌入式控制器，主要由２部分构成＿５】：１）内核
ＤＳＰ５６８００，这是一款１６位定点数字信号处理器，它采用
哈佛结构；主逻辑运算单元、地址发生单元、乘加单元各
有一个逻辑运算单元；多总线和流水线结构进一步提高
了指令执行速率和扩展能力，最多可在一个指令周期内
４２摩托车技术２０１３ ０１
完成６条指令，操作速率达４０ ＭＩＰＳ。２）外围接口单元，
面向电机控制和电力电子装置的控制器，除整合锁相环、
ＰＷＭ发生器、Ａ／Ｄ转换单元、多功能计数、定时器、正
交解码器及多达３２路Ｉ／Ｏ等，还具备死区补偿、故障自
诊断和通讯功能 Ｊ。
ＤＳＰ５６Ｆ８０５芯片本身带有的ＣＡＮ控制模块ＭＳＣＡＮ，
是一个完全的ＣＡＮ控制器，该控制器必须通过ＣＡＮ驱
动芯片才能与ＣＡＮ总线相连，５６Ｆ８０５芯片的ＥＶＭ板上
内置有驱动芯片８２Ｃ２５０，８２Ｃ２５０是ＣＡＮ总线收发器，
是ＣＡＮ控制器和物理总线间的接口，提供对总线的差动
发送能力和对ＣＡＮ控制器的差动接收能力，完全与ＣＡＮ
总线标准ＩＳＯ １１８９８兼容。在自动化环境中，能防止总线
输出短路以及一般汽车环境中的瞬变现象，采用斜率控制
降低射频干扰，不同的接收器均具有宽共模范围，有很强
的抗电磁干扰ＥＭＩ能力。
下面举例说明ＣＡＮ模块初始化程序的编写，为了应
用ＭＳＣＡＮ模块进行通信，应先在８０５Ｒｅｇｉｓｔｅｒｓ．ｈ文件中
对用到的ＭＳＣＡＮ寄存器进行定义，如图１所示。
图１ 在８０５Ｒｅｇｉｓｔｅｒｓ．ｈ文件中对用到的ＭＳＣＡＮ寄存器进行定义
如果想要对总线上的信息进行过滤，只要将与希望过
滤的位相对应的屏蔽位清零即可。如：
接收信息的标识符＝００００ ００００ １１１１ ００００
。 一。 瓣 圜口囫
接收缓冲器的标识符一００００ ００００ ００００ ００００
制动器台架试验性能测试系统中，摩托车惯量由直流
电机和惯性轮系统进行模拟，惯性轮系统由安装在主轴上
的３个惯性轮和２个电磁离合器组成，其中常结合惯性轮
１个，活动惯性轮２个；试验台基础惯量为５．５９３ ５（包括
接收屏蔽位的标识符一００００ ００００ １１１１ ００００时接收
信息
接收屏蔽位的标识符＝００００ ００００ ００００ ００００时拒绝
信息
固定惯性轮１个），可调惯性轮１惯量为４．０８４ ９，可调惯
性轮２惯量为８．０７８ ５；惯性轮的选择由计算机按照制动 摩托车制动器台架试验性能测试系统由机械台架、控
制和测试系统组成，其中机械台架是对制动器综合性能进
行测试的基础；控制和测试系统分别完成试验动作的控制
与性能检测。机械台架主要由３０ ｋＷ直流电机、惯性轮
系统、测试件安装机构、测力与操纵机构、扭矩转速测量
机构和焊接底座等部分组成，直流电机和惯性轮系统作为
驱动装置，驱动被试制动器一起旋转；气动比例阀控制测
力与操纵机构，可方便控制施加给制动手柄或制动踏板的
力，实现制动器制动；扭矩转速测量机构测量转速和制动
力矩。
操纵力机构
被
测
制
器和适用的摩托车参数自动计算得到，在试验开始前通过
电磁离合器自动选择惯性轮；惯性轮模拟的转动惯量级差
由电惯量模拟予以补偿。
控制系统结构如图２所示，制动器台架试验自动测控
系统通过ＣＡＮ数据采集节点对系统采集的数据进行处理，
然后通过ＣＡＮ控制节点对直流电机进行控制；数据采集
发送节点通过各个传感器对制动器操纵力、制动扭矩、蹄
片温度、转速等参数进行采集；扭矩传感器装在被测制动
十—＿１气动比例阀
ＣＡＮ ｂｕｓ
转速传感器－＿— 整形
ＳＰ５６
扭矩传感器Ｌ１——一
隔离放
ＭＳＣＡＮ ＲＸ
ＭＳＣＡＮ ＴＸ
８０５
动
器
操纵力传感器
大整形
惯性飞轮
控制ＣＡＮ
节点
直流电机Ｉ— 直流调速装置 ｉ 通讯模块ｃＢ
图２控制系统结构
器端，扭矩传感器、操纵力传感器为应变式，受力后输出
直流毫伏信号，通过放大整形变为０～５ ｖ信号；制动器
蹄片温度等信号也通过放大整形变为０～５ ｖ电压信号。
这些信号分别经过光电隔离之后送入ＤＳＰ５６Ｆ８０５的Ａ／Ｄ
转换器中，由ＤＳＰ５６Ｆ８０５进行处理，ＤＳＰ５６Ｆ８０５总共有
８路Ａ／Ｄ转换器、１２位转换精度。单片机处理后将数据
通过ＣＡＮ通讯模块分别发送出去。
一
以对ＩＰ总线进行１～６４分频，能最大定时１０２ ｍｓ，对于
个ｌ ０００线的码盘最低测速为０．１５ ｒ／ａｒｉｎ。
本系统采用工控机作为上位机，因其标准化的人机
接口，强大的编程和仿真软件，使计算机平台可以随着计
算机技术的发展而不断更新。上位机通过研华公司生产的
ＰＣＩ ８４１卡与ＣＡＮ总线相连，此卡内置于工控机的扩展槽
中，提供２个独立的ＣＡＮ口，最高传输速度可达１ Ｍｂ／ｓ；
ＣＡＮ控制器晶振为１６ ＭＨｚ，用户可以自己选择中断和存
储器的基地址；ＰＣＬ８４１提供的库函数有：ｃａｎＩｎｉｔＨＷ（），
ｃａｎＥｘｉｔＨＷ（），ｃａｎＲｅｓｅｔ０，ｃａｎＣｏｎｆｉｇＯ，ｃａｎＮｏｒｍａｌＲｕｎ０，
转速传感器为增量式旋转编码器输出方波信号，转速
通过ＤＳＰ５６Ｆ８０５定时／计数器和正交解码器测量；计数器
能够计量电机码盘计数脉冲；正交解码器主要是为了测量
电机转速，在高速运行时用测频法测速，低速运行时用测
ｃａｎＳｅｎｄＭｓｇ（），ｃａｎＲｅｃｅｉｖｅＭｓｇ（），用户可以在程序中通过
调用这些库函数进行ＣＡＮ总线通信。
２０１ ３．０１ 摩托车技术４３
周法测速，计数器配合使用；ＤＳＰ５６Ｆ８０５定时器模块可
电控化油器技术在摩托车上的应用（２）
李建春李汉伟 （湛江德利化油器有限公司）
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｃａｒｂｕｒｅｔｏｒ ｏｎ Ｍｏｔｏｒｃｙｃｌｅ（２）
Ｌｉ Ｊｉａｎｃｈｕｎ Ｌｉ Ｈａｎｗｅｉ（Ｚｈａｎｊｉａｎｇ Ｄｅｎｉ Ｃａｒｂｕｒｅｔｏｒ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．）
（上接２０１２年第１２期）
及１２ ０００ ｋｍ耐久试验，从各测试结果来看非常理想，充
２ 电控化油器技术在国Ⅲ上的应用
德利公司在国家实施国Ⅲ排放标准前期就进行了大
量的试验研究，后期又在骑式车、踏板车、三轮摩托车上
进行了大量的补充试验及应用分析，以充分验证电控化油
器技术对国Ⅲ排放要求的有效性及一致性控制上的技术保
证能力。
分验证了电控系统应对排放的技术能力，测试试验数据如
表１所示。
表１ 车辆应用电控化油器系统后的试验测试数据
试验状态 国Ⅲ工况排放
ＨＣ，ｇ／ｋｍ ＮＱ ．ｇ／ｋｉｎ ＣＯ，ｇ／ｋｍ
电控（开环）＋空载体
电控（闭环）＋空载体
电控ｆ闭环）＋三元催化转化器
ｌ ０００ ｋｍ
２ ５００ｋｍ
０ ９７０
０．６６０
Ｏ．１８４
Ｏ．１５３
Ｏ．１５８
Ｏ．１８０
０．２３０
０．０３５
０ ０３２
０．０３４
８．４６０
２．５２０
０ ７０８
０ ７１９
０．８００
２．１ 国Ⅲ应用
首先在一款１２５ ｍＬ骑式车上进行了各种车速下的占
空比和空燃比对应特性试验，以理论空燃比为调整目标，
从图４中的试验数据曲线看到，工况曲线运行车速点下的
６ ０００ ｋｍ
１２ ０００ ｋｍ
０．１６５
０．２９８
０．０３４
０．０４３
０．６５９
１．０３７
空燃比均在占空比的自调整范围之内，充分说明了电控化
油器在国Ⅲ应用上的可行性。在系统闭环控制下进行了整
车等速排放试验，由图５试验数据曲线看到，６０ ｋｍ／ｈ以
下的各车速点，ＣＯ排放值均控制在一个较理想的状态。
车辆应用电控化油器系统后，进行了全面的试验检测
排放限值（国Ⅲ１ ０．８００ ０．１５０ ２．０００
２．２生产一致性
国Ⅲ标准贯彻实施的主要难点是对生产一致性的控
制及保证，因此，技术人员在电控化油器结构和工艺上又
Ｋａｌｍａｎ Ｆｉｌｔｅｒ ｉｎ Ｂｒａｋｅ Ｉｎｅｒｔｉａ Ｄｙｎａｍｏｍｅｔｅｒ ｏｆ ｍｏｔｏｒｃｙｃｌｅ，
３结束语
设计开发的制动器台架试验自动测控系统，上位机采
用工业控制计算机，使用研华公司的总线通信卡ＰＣＬ８４１，
下位机采用Ｍｏｔｏｒｏｌａ公司的嵌入式控制器ＤＳＰ５６Ｆ８０５，
采用ＣＡＮ总线完成上位机与下位机间的通信任务，传输
速率高达１ Ｍｂ／ｓ，可以达到系统实时性和稳定性要求。运
Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｖｏｌｓ ４９０～４９５，２０１２：
２３７１～２３７５
［２］王仁广，刘昭度，马岳峰，等．制动器惯性试验台的改进
设计．农业机械学报，２００６，Ｖｏｌ ３７（６）：１７～１９
［３］邬宽明．ＣＡＮ总线原理和应用系统设计．北京：航空航
天大学出版社，１９９６
［４］沈红卫，杨建生．基于ＣＡＮ的汽车组合仪表运转台．仪
表技术与传感器，２００４（１ １）：４４～４５
行结果表明，该系统实时性强、可靠性高、结构简化，现
场运行结果达到了设计要求，使制动器台架试验测控水平
得到了很大提高。田 ［５］姜飞荣，章伟．基于ＤＳＰ的变频调速电机参数综合测试
参考文献
［１］Ｇｕａｎｇｓｈｕｎ Ｗｕ，Ｌｉｐｅｎｇ Ｚｈａｎｇ，Ｚｈｉｒｕｉ Ｌｉ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ
４４摩托车技术２０１ ３．０１
仪．微电机，２００６（１）：９９～１０２
（收稿日期 ２０１２—１２一ｌ７）
2024年6月13日发(作者：锁娜)
ｊ － －
函口囫
应用ＣＡＮ总线的摩托车制动器台架
自动测控系统
张立鹏 李真铁 （天津大学天津内燃机研究所）
摘要： 应用ＣＡＮ总线技术开发的制动器台架自动测控系统，简化了系统结构，有效提高了测试水
平和效率。系统主要由控制节点、数据采集节点和ＰＣ节点组成，其中，数据采集节点负责采集系统的控
制参数，并分别传送到ＰＣ节点用于显示测试进程。运行结果表明，该系统实时性强、可靠性高、．结构简
化，现场运行结果达到了设计要求，使制动器台架试验测控水平得到了很大提高。
关键词：制动器ＣＡＮ总线数据采集试验台架
Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ Ａｄｏｐｔｉｎｇ ＣＡＮ ｏｎ ｔｈｅ Ｂｒａｋｅ
Ｔｅｓｔ Ｒａｃｋ ｆｏｒ Ｍｏｔｏｒｃｙｃｌｅ
Ｚｈａｎｇ Ｌｉｐｅｎｇ Ｌｉ Ｚｈｅｎｔｉｅ（Ｔｉａｎｊｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｔｉａｎｊｉｎ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ａｎ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｔｈａｔ ｕｓｅｓ ＣＡＮ ｆｏｒ ｍｏｔｏｒｃｙｃｌｅ
ｂｒａｋｅ ｔｅｓｔ ｒａｃｋ．Ｉｔ ｓｉｍｐｌｉｉｅｓ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｆｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒａｃｋ ａｎｄ ｇｒｅａｔｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｔｈｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｎｏｄｅ ａｎｄ ｅｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｔｈｅ ｆ
ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｎｏｄｅ，ｄａｔａ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ｎｏｄｅ，ａｎｄ ＰＣ ｎｏｄｅ ｅｔｃ．．Ｏｆ ｗｈｉｃｈ，ｄａｔａ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ｎｏｄｅ
ｇａｔｈｅｒｓ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ａｎｄ ｓｅｎｄｓ ｔｈｅｍ ｔｏ ｔｈｅ ＰＣ ｎｏｄｅ ｆｏｒ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｔｈｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｐｒｏｇｒｅｓｓ．Ｔｈｅ ｔｅｓｔｉｎｇ
ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈａｔ ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｒａｃｋ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｂｒａｋｅ ＣＡＮ Ｄａｔａ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ Ｔｅｓｔｉｎｇ ｒａｃｋ
摩托车制动器作为重要的安全部件，其优良的性能是
摩托车行车安全的重要保障，因此，必须完善检测手段，
严格控制制动器产品质量。在车辆制动器综合性能测试中，
惯性台架是最重要的设备之一，研究开发控制精度、自
动化程度较高的此类检测设备，对于提高产品质量有重
要意义［Ｉ－２］。
传统的分散式控制系统由现场设备、接ＩＺＩ与计算机
的可靠性、实时性和灵活性，在工业过程监控中设备的互
连方面得到了广泛应用。
因此，应用ＣＡＮ总线研究开发了摩托车制动器台架
试验自动测控系统，有效提高了测试水平和效率。
１ ＣＡＮ总线的特点
ＣＡＮ（ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）即控制器区域网，
设备及通信设备组成，由于系统可靠性差、控制管理落后
等原因，已不适应技术发展的需要［】。］。现场总线（Ｆｉｅｌｄ
ｂｕｓ）系统打破了传统控制系统的结构形式，把单个分散
的测量控制设备变成网络节点，以现场总线为纽带，将其
是一种具有高保密性、有效支持分布式控制和实时控制
的串行通信网络，属于现场总线的范畴。最初，由德国
ＢＯＳＣＨ公司为汽车检测和控制系统设计的，主要用于汽
车内部检测及控制系统间的数据通信。ＣＡＮ总线具有较
高的可靠性、实时性和灵活性，现已不再局限于汽车行业，
而向过程工业、机械工业、纺织机械、农用机械、机器人、
数控机床、医疗器械及传感器等领域发展［３－４］。
ＣＡＮ总线与一般的通信总线相比，具有独特的设计
２０１ ３．０１ 摩托车技术４１
连接成可以相互沟通信息、共同完成各自任务的控制系统
与网络系统，大大提高了系统可靠性和控制管理技术水平。
ＣＡＮ总线属于现场总线范畴，是唯一被批准为国际标准
的现场总线，在１０多年的应用过程中，ＣＡＮ总线以极高
圜口囫 一
思想，良好的功能特性，极高的可靠性、实时性和灵活性，
及突出的现场抗干扰能力，主要特点概括如下［３－４１。
ａ）ＣＡＮ可以多种方式工作，网络上任意一个节点均
可以在任意时刻向网络上其他节点发送信息，而不分主从，
通信方式灵活。
ｂ）ＣＡＮ总线上的数据以报文（数据帧、远程帧、错
误帧、过载帧）的形式传输，用标识符来指示其功能信息
和优先级，只需通过报文滤波即可实现点对点、一点对多
点及全局广播等传送和接受数据，通信介质采用双绞线、
同轴电缆或光纤，选择灵活，通信距离最远可达１０ ｋｍ，
通信速率最高可达１ Ｍｂ。
Ｃ）ＣＡＮ总线采用非破坏性仲裁技术，当２个节点同
时向网络传信息时，优先级低的节点主动停止数据发送，
而优先级高的节点可不受影响地继续传输数据，有效避免
了总线冲突。ＣＡＮ总线采用了短帧结构，每一帧为８个
字节，传输时间短，受干扰概率低，每帧信息都有循环冗
余校验和其他检错措施，保证了数据出错率极低。
ｄ）ＣＡＮ节点在错误严重的情况下，具有自动关闭输
出的功能，切断它与总线的联系，以保证总线上其他操作
不受影响。
ＣＡＮ总线的这些优点，完全可以满足制动器台架测
控系统数据采集和控制要求，因此，将ＣＡＮ总线应用到
制动器台架试验控制系统上会更可靠，同时也具有良好的
扩展性，大幅度减少了现场连线，实现了对测试台架的集
中控制。在测控过程中，用数字信号完全取代模拟信号，
大大提高了过程控制的准确性和可靠性。控制、报警和信
号处理等功能，完全由分散在现场的自动化设备自身的微
处理器来实现，系统的功能扩展不需要重新布线，可就近
接在总线模块上；Ｉ／０通道可随意扩展和调整，适应各种
复杂多变的现场；模块化设计使结构简化，提高了可靠性
和可维护性。
２系统的结构和功能
ＣＡＮ智能节点的设计是ＣＡＮ总线系统的核心，
ＣＡＮ总线控制器分为独立的ＣＡＮ控制器和带有在片集
成的ＣＡＮ控制器。在系统设计中，选用带有在片ＣＡＮ
控制器的ＤＳＰ５６Ｆ８０５芯片，该芯片是面向电机控制系统
的高性能嵌入式控制器，主要由２部分构成＿５】：１）内核
ＤＳＰ５６８００，这是一款１６位定点数字信号处理器，它采用
哈佛结构；主逻辑运算单元、地址发生单元、乘加单元各
有一个逻辑运算单元；多总线和流水线结构进一步提高
了指令执行速率和扩展能力，最多可在一个指令周期内
４２摩托车技术２０１３ ０１
完成６条指令，操作速率达４０ ＭＩＰＳ。２）外围接口单元，
面向电机控制和电力电子装置的控制器，除整合锁相环、
ＰＷＭ发生器、Ａ／Ｄ转换单元、多功能计数、定时器、正
交解码器及多达３２路Ｉ／Ｏ等，还具备死区补偿、故障自
诊断和通讯功能 Ｊ。
ＤＳＰ５６Ｆ８０５芯片本身带有的ＣＡＮ控制模块ＭＳＣＡＮ，
是一个完全的ＣＡＮ控制器，该控制器必须通过ＣＡＮ驱
动芯片才能与ＣＡＮ总线相连，５６Ｆ８０５芯片的ＥＶＭ板上
内置有驱动芯片８２Ｃ２５０，８２Ｃ２５０是ＣＡＮ总线收发器，
是ＣＡＮ控制器和物理总线间的接口，提供对总线的差动
发送能力和对ＣＡＮ控制器的差动接收能力，完全与ＣＡＮ
总线标准ＩＳＯ １１８９８兼容。在自动化环境中，能防止总线
输出短路以及一般汽车环境中的瞬变现象，采用斜率控制
降低射频干扰，不同的接收器均具有宽共模范围，有很强
的抗电磁干扰ＥＭＩ能力。
下面举例说明ＣＡＮ模块初始化程序的编写，为了应
用ＭＳＣＡＮ模块进行通信，应先在８０５Ｒｅｇｉｓｔｅｒｓ．ｈ文件中
对用到的ＭＳＣＡＮ寄存器进行定义，如图１所示。
图１ 在８０５Ｒｅｇｉｓｔｅｒｓ．ｈ文件中对用到的ＭＳＣＡＮ寄存器进行定义
如果想要对总线上的信息进行过滤，只要将与希望过
滤的位相对应的屏蔽位清零即可。如：
接收信息的标识符＝００００ ００００ １１１１ ００００
。 一。 瓣 圜口囫
接收缓冲器的标识符一００００ ００００ ００００ ００００
制动器台架试验性能测试系统中，摩托车惯量由直流
电机和惯性轮系统进行模拟，惯性轮系统由安装在主轴上
的３个惯性轮和２个电磁离合器组成，其中常结合惯性轮
１个，活动惯性轮２个；试验台基础惯量为５．５９３ ５（包括
接收屏蔽位的标识符一００００ ００００ １１１１ ００００时接收
信息
接收屏蔽位的标识符＝００００ ００００ ００００ ００００时拒绝
信息
固定惯性轮１个），可调惯性轮１惯量为４．０８４ ９，可调惯
性轮２惯量为８．０７８ ５；惯性轮的选择由计算机按照制动 摩托车制动器台架试验性能测试系统由机械台架、控
制和测试系统组成，其中机械台架是对制动器综合性能进
行测试的基础；控制和测试系统分别完成试验动作的控制
与性能检测。机械台架主要由３０ ｋＷ直流电机、惯性轮
系统、测试件安装机构、测力与操纵机构、扭矩转速测量
机构和焊接底座等部分组成，直流电机和惯性轮系统作为
驱动装置，驱动被试制动器一起旋转；气动比例阀控制测
力与操纵机构，可方便控制施加给制动手柄或制动踏板的
力，实现制动器制动；扭矩转速测量机构测量转速和制动
力矩。
操纵力机构
被
测
制
器和适用的摩托车参数自动计算得到，在试验开始前通过
电磁离合器自动选择惯性轮；惯性轮模拟的转动惯量级差
由电惯量模拟予以补偿。
控制系统结构如图２所示，制动器台架试验自动测控
系统通过ＣＡＮ数据采集节点对系统采集的数据进行处理，
然后通过ＣＡＮ控制节点对直流电机进行控制；数据采集
发送节点通过各个传感器对制动器操纵力、制动扭矩、蹄
片温度、转速等参数进行采集；扭矩传感器装在被测制动
十—＿１气动比例阀
ＣＡＮ ｂｕｓ
转速传感器－＿— 整形
ＳＰ５６
扭矩传感器Ｌ１——一
隔离放
ＭＳＣＡＮ ＲＸ
ＭＳＣＡＮ ＴＸ
８０５
动
器
操纵力传感器
大整形
惯性飞轮
控制ＣＡＮ
节点
直流电机Ｉ— 直流调速装置 ｉ 通讯模块ｃＢ
图２控制系统结构
器端，扭矩传感器、操纵力传感器为应变式，受力后输出
直流毫伏信号，通过放大整形变为０～５ ｖ信号；制动器
蹄片温度等信号也通过放大整形变为０～５ ｖ电压信号。
这些信号分别经过光电隔离之后送入ＤＳＰ５６Ｆ８０５的Ａ／Ｄ
转换器中，由ＤＳＰ５６Ｆ８０５进行处理，ＤＳＰ５６Ｆ８０５总共有
８路Ａ／Ｄ转换器、１２位转换精度。单片机处理后将数据
通过ＣＡＮ通讯模块分别发送出去。
一
以对ＩＰ总线进行１～６４分频，能最大定时１０２ ｍｓ，对于
个ｌ ０００线的码盘最低测速为０．１５ ｒ／ａｒｉｎ。
本系统采用工控机作为上位机，因其标准化的人机
接口，强大的编程和仿真软件，使计算机平台可以随着计
算机技术的发展而不断更新。上位机通过研华公司生产的
ＰＣＩ ８４１卡与ＣＡＮ总线相连，此卡内置于工控机的扩展槽
中，提供２个独立的ＣＡＮ口，最高传输速度可达１ Ｍｂ／ｓ；
ＣＡＮ控制器晶振为１６ ＭＨｚ，用户可以自己选择中断和存
储器的基地址；ＰＣＬ８４１提供的库函数有：ｃａｎＩｎｉｔＨＷ（），
ｃａｎＥｘｉｔＨＷ（），ｃａｎＲｅｓｅｔ０，ｃａｎＣｏｎｆｉｇＯ，ｃａｎＮｏｒｍａｌＲｕｎ０，
转速传感器为增量式旋转编码器输出方波信号，转速
通过ＤＳＰ５６Ｆ８０５定时／计数器和正交解码器测量；计数器
能够计量电机码盘计数脉冲；正交解码器主要是为了测量
电机转速，在高速运行时用测频法测速，低速运行时用测
ｃａｎＳｅｎｄＭｓｇ（），ｃａｎＲｅｃｅｉｖｅＭｓｇ（），用户可以在程序中通过
调用这些库函数进行ＣＡＮ总线通信。
２０１ ３．０１ 摩托车技术４３
周法测速，计数器配合使用；ＤＳＰ５６Ｆ８０５定时器模块可
电控化油器技术在摩托车上的应用（２）
李建春李汉伟 （湛江德利化油器有限公司）
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｃａｒｂｕｒｅｔｏｒ ｏｎ Ｍｏｔｏｒｃｙｃｌｅ（２）
Ｌｉ Ｊｉａｎｃｈｕｎ Ｌｉ Ｈａｎｗｅｉ（Ｚｈａｎｊｉａｎｇ Ｄｅｎｉ Ｃａｒｂｕｒｅｔｏｒ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．）
（上接２０１２年第１２期）
及１２ ０００ ｋｍ耐久试验，从各测试结果来看非常理想，充
２ 电控化油器技术在国Ⅲ上的应用
德利公司在国家实施国Ⅲ排放标准前期就进行了大
量的试验研究，后期又在骑式车、踏板车、三轮摩托车上
进行了大量的补充试验及应用分析，以充分验证电控化油
器技术对国Ⅲ排放要求的有效性及一致性控制上的技术保
证能力。
分验证了电控系统应对排放的技术能力，测试试验数据如
表１所示。
表１ 车辆应用电控化油器系统后的试验测试数据
试验状态 国Ⅲ工况排放
ＨＣ，ｇ／ｋｍ ＮＱ ．ｇ／ｋｉｎ ＣＯ，ｇ／ｋｍ
电控（开环）＋空载体
电控（闭环）＋空载体
电控ｆ闭环）＋三元催化转化器
ｌ ０００ ｋｍ
２ ５００ｋｍ
０ ９７０
０．６６０
Ｏ．１８４
Ｏ．１５３
Ｏ．１５８
Ｏ．１８０
０．２３０
０．０３５
０ ０３２
０．０３４
８．４６０
２．５２０
０ ７０８
０ ７１９
０．８００
２．１ 国Ⅲ应用
首先在一款１２５ ｍＬ骑式车上进行了各种车速下的占
空比和空燃比对应特性试验，以理论空燃比为调整目标，
从图４中的试验数据曲线看到，工况曲线运行车速点下的
６ ０００ ｋｍ
１２ ０００ ｋｍ
０．１６５
０．２９８
０．０３４
０．０４３
０．６５９
１．０３７
空燃比均在占空比的自调整范围之内，充分说明了电控化
油器在国Ⅲ应用上的可行性。在系统闭环控制下进行了整
车等速排放试验，由图５试验数据曲线看到，６０ ｋｍ／ｈ以
下的各车速点，ＣＯ排放值均控制在一个较理想的状态。
车辆应用电控化油器系统后，进行了全面的试验检测
排放限值（国Ⅲ１ ０．８００ ０．１５０ ２．０００
２．２生产一致性
国Ⅲ标准贯彻实施的主要难点是对生产一致性的控
制及保证，因此，技术人员在电控化油器结构和工艺上又
Ｋａｌｍａｎ Ｆｉｌｔｅｒ ｉｎ Ｂｒａｋｅ Ｉｎｅｒｔｉａ Ｄｙｎａｍｏｍｅｔｅｒ ｏｆ ｍｏｔｏｒｃｙｃｌｅ，
３结束语
设计开发的制动器台架试验自动测控系统，上位机采
用工业控制计算机，使用研华公司的总线通信卡ＰＣＬ８４１，
下位机采用Ｍｏｔｏｒｏｌａ公司的嵌入式控制器ＤＳＰ５６Ｆ８０５，
采用ＣＡＮ总线完成上位机与下位机间的通信任务，传输
速率高达１ Ｍｂ／ｓ，可以达到系统实时性和稳定性要求。运
Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｖｏｌｓ ４９０～４９５，２０１２：
２３７１～２３７５
［２］王仁广，刘昭度，马岳峰，等．制动器惯性试验台的改进
设计．农业机械学报，２００６，Ｖｏｌ ３７（６）：１７～１９
［３］邬宽明．ＣＡＮ总线原理和应用系统设计．北京：航空航
天大学出版社，１９９６
［４］沈红卫，杨建生．基于ＣＡＮ的汽车组合仪表运转台．仪
表技术与传感器，２００４（１ １）：４４～４５
行结果表明，该系统实时性强、可靠性高、结构简化，现
场运行结果达到了设计要求，使制动器台架试验测控水平
得到了很大提高。田 ［５］姜飞荣，章伟．基于ＤＳＰ的变频调速电机参数综合测试
参考文献
［１］Ｇｕａｎｇｓｈｕｎ Ｗｕ，Ｌｉｐｅｎｇ Ｚｈａｎｇ，Ｚｈｉｒｕｉ Ｌｉ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ
４４摩托车技术２０１ ３．０１
仪．微电机，２００６（１）：９９～１０２
（收稿日期 ２０１２—１２一ｌ７）