SAE J1939标准是美国汽车工程师协会（SAE）发布的以CAN总线为核心的车辆网络串行通信和控制协议，其使用多路复用技术为车辆上各种传感器、执行器和控制器提供建立在CAN总线基础上的标准化高速网络连接，在车辆电子装置之间实现高速数据共享，以有效减少电子线束的数量，提高车辆电子控制系统的灵活性、可靠性、可维修性及标准化程度。

900t运梁车是专为铁路客运专线建设研制的，用来将箱梁从预制场运输至架梁工位，并与架桥机配合完成相应的架梁作业，属于载重量大的行走工程机械，其驱动性能直接决定了运梁车在工作过程中的操作品质、稳定性和安全性。

1.基于SAE J1939协议的发动机控制策略

以SAE J1939协议为桥梁，实现900t运梁车电控发动机和液压系统的协调控制，不但可以减少车辆中传感器的使用数量，提高控制系统集成度，降低制造和维修成本，而且可以改善动力输出品质，提高整车的可操纵性和舒适性。

（1）SAE J1939协议编码定义 SAE J1939在CAN 2.0B允许的范围内对32位标识符中的29位进行了如表7-5所示的重新定义，这种重新定义，使CAN的标识符排列组合具有更丰富的含义，也使开发者进行控制系统开发时有了统一的标准。

表7-5 SAE J1939中32位标识符定义

SAE J1939数据链路层协议为CAN报文ID赋予节点信息、数据含义、优先级等，实现应用层报文数据交换。SAE J1939应用层为电控单元访问网络提供高级接口，它包含信号和报文两方面的描述，信号描述使用可疑参数编号（SPN）定义，报文描述用参数组编号（PGN）定义。SPN为19位，用于标识与某个ECU相关的特定元素、部件或参数，可以描述部件名称、参数名称、位置或功能、信号类型（测量值或状态值），对参数功能进行解释，定义精度和数据范围；PGN为24位，由R、DP、PF、P组成，包含了参数组名称、传输更新速率、数据长度、PDU和数据列表。

（2）发动机采集策略 发动机控制器（EMR）通过自带传感器采集发动机工作中的状态数据，经过CAN接口发送到上位机。其中，发动机实际转矩百分比参数的定义如表7-6所示。

表7-6 实际转矩百分比参数定义

实际转矩百分比参数的转化原理可利用一个实例来说明。假设读出的数据是二进制数10010110，首先将其转化为十进制数150，再乘以精度并减去偏移量150×1-125=25，则最终得到的实际转矩百分比为25%，它表示发动机当前转矩占该转速处最大转矩的百分比为25%。根据表7-5可以求出PGN为61444的CAN扩展ID为0CF00400。

（3）发动机控制策略 在功能控制方面，发动机控制器（EMR）接收来自上位机的控制数据，通过执行器对发动机进行控制。其中，发动机转速控制参数的定义如表7-7所示。

表7-7 转速控制参数定义

转速控制参数的控制原理也可利用一个实例来说明。假设希望将发动机的转速设置为1800r/min，首先将其加上偏移量并除以精度（1800-0）÷0.125=14400，再将结果转化为二进制数011100001000000，则最终需要发送给发动机控制器的数据为0011100001000000，它表示当把该数据发送给发动机时，发动机的转速将被设置为1800r/min。根据表7-5也可以求出PGN00000的CAN扩展ID为0C000000。

2.900t运梁车功率匹配算法

900t运梁车属于牵引式机械，如何使机械获得较佳的动力性、经济性和作业生产率就成为控制算法需要解决的问题。利用SAE J1939协议可以方便地采集发动机的各种数据，并对发动机运行的各种参数进行控制，从而为发动机同外部负载（即液压系统）之间始终保持最合理的匹配提供简单而又适宜的方法。

（1）动力性算法 动力性算法的目标是发动机恒功率输出，也即发动机输出多少功率，液压系统就使用多少功率。主要控制液压传动装置按照理想的目标负载率吸收发动机的功率，通过调节液压马达和液压泵的排量，使吸收功率与外负载相适应。

发动机在某一转速下，可以得到此转速下发动机的最大输出功率，设为P_E（n），液压系统的功率为P_p，在不考虑功率过载余量和传动效率的情况下，液压驱动系统与发动机匹配方程为

P_E（n）=P_P （7-1）

即液压系统的功率等于发动机的最大输出功率。

由式（7-1）可导出

M_P=M_E（n） （7-2）

即发动机此转速下的输出转矩M_E（n）等于液压泵吸收的转矩M_P。

液压泵吸收的转矩为

式中 Δp_P——液压泵的压差（MPa）；(www.daowen.com)

V_p——液压泵的排量（mL/r）；

η_mk——液压泵机械效率。

动力性功率匹配控制算法的程序流程如图7-20所示。

图7-20 动力性功率匹配控制算法程序流程图

液压系统的泵通过三位四通比例电磁阀控制排量及不同的供油方向，液压马达通过二位三通比例电磁阀控制排量，液压泵和液压马达的排量均无级可变，排量与控制电流成线性比例关系，它们的控制特性曲线如图7-21所示。

可见，液压马达与液压泵的特性曲线正好相反，也即液压泵转矩、液压马达转矩分别与各自排量成正比和反比关系。

将挡位手柄设置为控制液压马达的电流，挡位增加时，液压马达电流增大。当泵的排量达到最大时，若M_E（n）仍小于90%，意味着负载率低，则需要减小液压马达排量，即液压马达电流增大，相应的挡位增加，反之亦然，这样就达到了和一般车辆相似的驾驶习惯。

图7-21 液压泵与液压马达控制特性曲线

1—液压泵控制特性曲线 2—液压马达控制特性曲线

（2）经济性算法 经济性算法的目标是使发动机始终以最适宜的输出功率运转，也可以理解为液压系统需要多少功率，发动机就提供多少功率。主要控制发动机转速按不同时刻液压系统所需要的功率变化，使发动机在该转速时输出的功率与液压系统需要的功率相匹配，从而使发动机按燃料经济性最好的理想负载运转。

为了和一般车辆的驾驶习惯相似，挡位手柄仍然控制液压马达的排量。加速踏板用于控制液压泵的排量。

液压泵的输出功率为

式中 q_P——液压泵的输出流量（L/min）。

液压泵的流量和排量之间有如下关系：

式中 n′——液压泵的转速，它是可通过转速传感器测量的值。

发动机输出转矩和输出功率的动力性能特性曲线如图7-22所示。

图7-22 发动机特性曲线

经济性功率匹配控制算法的程序流程如图7-23所示。

图7-23 经济性功率匹配控制算法程序流程图

在汽车中采用高可靠性、高速率、低成本的CAN总线通信方式是未来汽车电气通信的主流，以SAE J1939协议为核心的CAN总线的优越性能已越来越为人们所认知。以SAE J1939协议为桥梁，通过CAN总线的协调控制方式，为综合动力性和经济性两种控制算法，使900t运梁车的发动机在整个转速范围内都能适应负载变化，保持最佳功率利用性、动力性、经济性，液压系统具有较高的传动效率，整个负载驱动系统具有自适应能力，且具有最高的综合性能指标提供了可能，具有进一步的开发前景。