分析客車電器的智能化設計

摘要：文章主要探究了客車電器的智能化設計，驗證了設計結果，以供參考。

關鍵詞：客車電器;智能化設計;結果

中圖分類號：TP212.9 文獻標識碼：A??文章編號：1671-2064（2019）16-0000-00

電氣智能化設計分析主要就是基于原車電器加裝控制器的方式實現分析。智能化的電器系統通過原電器、智能化控制器以及專用的電氣線束三個部分構成，三個部門之間具有一定的連接關系。

1智能化電器結構

原電器利用專用電器線束與控制器電器接口連接，網絡線束與控制器之間的網絡接口連接。控制器的電器接口通過原有電器接口決定。而類型不同的電器設備其控制器的電器接口也具有一定的差異性。控制器網絡通信接口可以實現標準化分析，其網絡通信接口則主要分為CAN骨干網通信接口以及LIN局域網通信接口。

CAN骨干網通信的接口中其標準化的接口涵蓋了7針，其中有2針屬于功率信號，而剩余的5針則為數字信號。CAN骨干網絡通信接口的數字供電可以分為可控電以及常通電兩種類型。可控電就是鑰匙位于OFF檔位的時候切斷供電，常通電則就是始終保持供給的供電。

在駐車狀態之下要保持工作的少數常駐節點，其主要有中央協調器、轉向柱鑰匙開關以及數字電轉換器。數字供電屬于常通電狀態;而剩余的CAN網絡節點狀態之下，在駐車的時候則無需工作，數字供電則屬于可控電狀態。LIN局域網絡接口中標準化接口有5針，2針屬于功率信號，通信接口中其數字供電中僅包括了可控電。LIN網絡節點與駐車狀態之下均呈現不工作狀況。綜合不同的網絡通信接口，可以將智能化的電器劃分為三種類型：

第一，單型骨干電器，通過CAN骨干網絡通信接口分析，其只與CAN骨干網絡連接;第二，局域電器，具有LIN局域網絡通信接口分析，只與LIN局域網絡連接;第三，復合型骨干電器。通過網關以及局域網局部局域電氣構成的組合，可以與整個LIN局域網絡看成CAN骨干網用電器，網關是一種CAN骨干網節點，也是主要節點。網關就是CAN骨干網節點，是LIN局域網主節點，網關是CAN骨干以及LIN局域網的主節點。網關具有CAN骨干網絡通信結構以及LIN局域網的主節點。

2 智能化控制器設計

電器智能化的設計重點，其主要包括了硬件電路設計以及軟件算算法設計兩個部分。

2.1控制器硬件電路設計

控制器可以分為帶強電控制器一級級無強電控制器。二者主要的差異就是無強電保護模塊。控制器主要具有弱電電源模塊、網絡信息轉換模塊以及強電保護模塊、計算機、執行等多個模塊系統。

2.1.1帶強電控制器

帶強電控制器中，在網絡線束中控制器獲得強電電源，通過強電保護模塊給執行模塊供電;通過網絡接口輸入24V弱電電源。在通過弱電電源模塊系統可以輸出5V的工作電壓，可以為網絡信息轉換模塊提供能源。

2.1.2弱電網絡

弱電網絡中的有償通24V電源以及可控24V電源，可以根據控制器的功能確定弱電電源。在網路中輸入信號通過網絡信號轉換模塊可以實現其與計算模塊之間的雙向交換處理。計算模塊主要的責任就是負責指令的獲取、執行實現狀態信息的讀取以及發送處理。執行模塊通過計算模塊控制分析，實現對電器驅動以及狀態信息的采集。

無強電控制器無需在網絡線束中獲得強電電源，在控制器中則不存在強電保護模塊系統。

2.1.3骨干網信息轉換模塊

骨干電器控制器以及局域的電器控制器之間的差別就是其網絡信息轉換模塊之間的差異，骨干電器控制器應用的是CAN骨干網信息轉換模塊進行處理，而局域的電器則應用LIN局域網實現信息轉換處理。復合型骨干電器設計的重點就是網關控制器，在進行設計過程中將網關作為無強電的骨干電器控制器，將LIN總線主節點通信電路作為主要的執行模塊信息。

因此，骨干網信息轉換模塊與計算模塊可以合成一個電路模塊系統，稱之為骨干網通信計算模塊系統，簡稱C模塊;局域網信息轉換模塊與計算模塊可以合成電路模塊，稱之為局域網通信計算模塊，簡稱L模塊;弱電電源模塊則簡稱為P模塊;弱電保護模塊則簡稱為F模塊，這些模塊均屬于通用模塊系統。

2.1.4 執行模塊

執行模塊系統要根據不同類型的電器合理規劃分析，根據控制器執行模塊將原有的汽車電器劃分為單電器以及組合電器。單電器控制器中含有執行模塊，組合電器中的控制器中則含有多個執行模塊信息。根據電器的具體功能以及工作方式可以劃分為不同的類型，組合電器功能可以利用單電器組合實現。

2.1.5 電阻類電器

電阻類電器就是在只有打開或者關閉兩種操作狀態的電器，其具有短路以及斷路診斷信息，而執行模塊則屬于電阻類的執行模塊信息，簡稱為D模塊;D模塊中驅動芯片的型號則要根據用電器功率大小狀況合理選擇;電動機類別的電器具有正轉、反轉以及關閉三種電器設備，其也具有短路以及斷路等診斷信息，執行模塊主要可以氛圍電動機執行模塊信息，稱之為M模塊;開關類電器設備就是指示斷開一級級閉合狀態的電器設備，其執行模塊屬于開關類的執行模塊信息，簡稱為S模塊。電阻型以及電壓型式以及頻率型傳感器，其主要就是通過電阻值變化，利用電壓值變化、通過輸出方波等變化達到指示傳感信息的目的。其主要的接點型接口、接地型接口、模擬電壓接口以及串行通信接口電氣都是在某一些電器以及系統接口中的接電信號、接地信號以及串行通信接口電器等等，地對應的執行模塊通過H、G、V、U模塊以表示;網關電器執行模塊則就是局域網主節點信號轉換電路模塊，其稱之為N模塊;繼電器的主要作用就是控制電源通道，要保障其具有瞬時的過流保護功能，將其驅動模塊稱之為I模塊。通過各個模塊可以根據不同電器的不同需求選擇合理的模塊組合實現無縫拼接處理。

2.2控制器軟件算法設計

2.2.1單型骨干電氣

單型骨干電氣通過發送自己的狀態信息，網關接受局域網中的局域電網狀態信息則可以整合為局域網狀態信息并且集中發送到骨干網中，通過中央協調器接受信息，實現對信息的協調管理，達到處理電器之間相互關系以及制約關系，可以獲得控制指令并且發送相關指令集合。

2.2.2骨干電器

骨干電器接受控制通過對集合中的信息幀發送指令信息，執行在數據場中的指令信息;網關則主要就是接收其信息內容，將其轉發到局域網中;局域電器的接收網管則就會轉發信息中1個信息幀，并且獲得指令并且執行操作。在指令化的控制工作方式之下，通過智能電器接收則可以實現通過中央協調其發出或者通過網管發出某一個或者若干個指令信息，實現智能化的控制管理，無需對其他電器狀態進行接收以及判斷分析。電器之間呈現獨立的狀態，其控制器算法相對較為簡單。

2.3智能電器指令化控制算法

智能電器指令化控制算法主要分為下行算法以及上行算法兩種結構。上行算法主要就是進行指令額獲取與執行;而上行算法則主要就是進行狀態的獲得與發送處理。綜合電氣功能特征，計算分析模塊功能，可以進一步的分解上行算法以及下行算法。

2.3.1下行算法

主要就是指令獲取算法以及指令執行算法兩種類型。在執行指令的時候，根據具體的執行模塊之間的差異，指令輸出可以分為I/O輸出、D/A輸出以及SCI輸出三種類型。

2.3.2下行算法

其主要就是狀態獲取算法以及狀態發送算法兩種類型。狀態獲取算法根據其執行模塊的差異，可以分為SCI輸入以及為I/O采集、A/D采集以及I/C輸出四種類型。

幾種軟件算法的模塊功能簡單，有利于軟件算法程度的開發，可以將其作為獨立的函數新為其他模塊以及控制器的主程序調用提供參考與支持。

3實車控制器設計開發

3.1電路模塊具體設計

電路模塊屬于接口集，而在子電路則屬于較為簡單的常用的典型的電路模式。

3.2算法模塊具體設計

控制器算法主要應用前后臺嵌入式的系統結構，其中每一個算法模塊都是軟件算法程序，可以將其作為獨立的函數供主程序以及其他的算法模塊調用分析。將下行算法模塊I/O輸出作為主要的例子，通過計算模塊C/L中的I/O端口實現對執行模塊的合理控制，將C/L端口中具有I/O端口并且固定在幾個進行I/O端口的輸出。

而對于控制指令來說，其控制的I/O端口通過連續的幾個端口，將連接端口的位向量定義中當xi只控制一個電路模塊，I/O輸出算法模塊會對D、M、H、G控制矩陣分別定義Q_D、Q_m、Q_h、Q_G、其中控制D、H、G需要操作的I/O的端口為kj，在其為零的時候則電器關閉，而在其為1的時候則意味著電器打開。控制M需操作的I/O端口則為ki、ki+1。在ki為零的時候則意味著電器正常運行，在ki+1為零的時候則意味著電器反轉。xi為1的時候，則電器關系，而在對多個模塊進行同時控制的時候，要將控制矩陣進行對應組合。控制器的控制矩陣通過執行模塊控制矩陣構成。而控制器的狀態矩陣則通過其執行模塊的狀態矩陣構成。

4實車控制器設計驗證

試驗車在改造之前分為25類，在不同類型的電器控制器設計過程類似，其主要設計若干如下下：

4.1控制器硬件電路

要想實現控制器空調面板供電、采集空調對發動機請求信號等功能。

4.2控制器指令算法

在圖1中，A1主要就是進行空調面板供電，B1主要就是供電故障診斷，B2主要進行空調信息采集，BT的功能就是狀態發送。

在AS中，A獲得d1發出的信息幀，提取鑰匙檔位指令，其中a1的控制指令通過x1進行表示I/O輸出算法模塊的操作端口通過K0表示，控制矩陣 采集供電診斷信息。

4.3驗證結果

4.3.1網絡整體運行性能驗證

在試驗中通過CANalyzer實現對網絡運行狀況的監測分析，耗費時間100h，網絡無錯誤幀，在鎖車狀態之下其負載率小于0.5%;而在工作狀態之下其在10%左右，網絡保持較低的負載率，可以提升系統運行的穩定性，增強其擴展性。

4.3.2網絡實時性驗證

因為其存在通信以及計算延時等問題，電器指令響應之間還是存在滯后性問題，通過示波器進行電器的實際響應時間測試分析。

5結語

通過智能化的設計方式可以實現對客車電器的智能化改造優化。在設計中通過此種方式可以減少控制器設計以及調試工作，進而提升了硬件開發效率與質量，實現了指令化控制，軟件設計更為簡單、規范。

參考文獻

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收稿日期：2019-06-25

作者簡介：湯穎伯（1973—），男，廣西北流人，本科，工程師，研究方向：客車電器。