摘要：文章主要探究了客車電器的智能化設(shè)計(jì)，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)結(jié)果，以供參考。

關(guān)鍵詞：客車電器;智能化設(shè)計(jì);結(jié)果

中圖分類號(hào)：TP212.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A??文章編號(hào)：1671-2064（2019）16-0000-00

電氣智能化設(shè)計(jì)分析主要就是基于原車電器加裝控制器的方式實(shí)現(xiàn)分析。智能化的電器系統(tǒng)通過(guò)原電器、智能化控制器以及專用的電氣線束三個(gè)部分構(gòu)成，三個(gè)部門之間具有一定的連接關(guān)系。

1智能化電器結(jié)構(gòu)

原電器利用專用電器線束與控制器電器接口連接，網(wǎng)絡(luò)線束與控制器之間的網(wǎng)絡(luò)接口連接?？刂破鞯碾娖鹘涌谕ㄟ^(guò)原有電器接口決定。而類型不同的電器設(shè)備其控制器的電器接口也具有一定的差異性?？刂破骶W(wǎng)絡(luò)通信接口可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化分析，其網(wǎng)絡(luò)通信接口則主要分為CAN骨干網(wǎng)通信接口以及LIN局域網(wǎng)通信接口。

CAN骨干網(wǎng)通信的接口中其標(biāo)準(zhǔn)化的接口涵蓋了7針，其中有2針屬于功率信號(hào)，而剩余的5針則為數(shù)字信號(hào)。CAN骨干網(wǎng)絡(luò)通信接口的數(shù)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(shí)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(tài)之下要保持工作的少數(shù)常駐節(jié)點(diǎn)，其主要有中央?yún)f(xié)調(diào)器、轉(zhuǎn)向柱鑰匙開關(guān)以及數(shù)字電轉(zhuǎn)換器。數(shù)字供電屬于常通電狀態(tài);而剩余的CAN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)之下，在駐車的時(shí)候則無(wú)需工作，數(shù)字供電則屬于可控電狀態(tài)。LIN局域網(wǎng)絡(luò)接口中標(biāo)準(zhǔn)化接口有5針，2針屬于功率信號(hào)，通信接口中其數(shù)字供電中僅包括了可控電。LIN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與駐車狀態(tài)之下均呈現(xiàn)不工作狀況。綜合不同的網(wǎng)絡(luò)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(guò)CAN骨干網(wǎng)絡(luò)通信接口分析，其只與CAN骨干網(wǎng)絡(luò)連接;第二，局域電器，具有LIN局域網(wǎng)絡(luò)通信接口分析，只與LIN局域網(wǎng)絡(luò)連接;第三，復(fù)合型骨干電器。通過(guò)網(wǎng)關(guān)以及局域網(wǎng)局部局域電氣構(gòu)成的組合，可以與整個(gè)LIN局域網(wǎng)絡(luò)看成CAN骨干網(wǎng)用電器，網(wǎng)關(guān)是一種CAN骨干網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，也是主要節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)關(guān)就是CAN骨干網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，是LIN局域網(wǎng)主節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)關(guān)是CAN骨干以及LIN局域網(wǎng)的主節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)關(guān)具有CAN骨干網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)構(gòu)以及LIN局域網(wǎng)的主節(jié)點(diǎn)。

2 智能化控制器設(shè)計(jì)

電器智能化的設(shè)計(jì)重點(diǎn)，其主要包括了硬件電路設(shè)計(jì)以及軟件算算法設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。

2.1控制器硬件電路設(shè)計(jì)

控制器可以分為帶強(qiáng)電控制器一級(jí)級(jí)無(wú)強(qiáng)電控制器。二者主要的差異就是無(wú)強(qiáng)電保護(hù)模塊?？刂破髦饕哂腥蹼婋娫茨K、網(wǎng)絡(luò)信息轉(zhuǎn)換模塊以及強(qiáng)電保護(hù)模塊、計(jì)算機(jī)、執(zhí)行等多個(gè)模塊系統(tǒng)。

2.1.1帶強(qiáng)電控制器

帶強(qiáng)電控制器中，在網(wǎng)絡(luò)線束中控制器獲得強(qiáng)電電源，通過(guò)強(qiáng)電保護(hù)模塊給執(zhí)行模塊供電;通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口輸入24V弱電電源。在通過(guò)弱電電源模塊系統(tǒng)可以輸出5V的工作電壓，可以為網(wǎng)絡(luò)信息轉(zhuǎn)換模塊提供能源。

2.1.2弱電網(wǎng)絡(luò)

弱電網(wǎng)絡(luò)中的有償通24V電源以及可控24V電源，可以根據(jù)控制器的功能確定弱電電源。在網(wǎng)路中輸入信號(hào)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊可以實(shí)現(xiàn)其與計(jì)算模塊之間的雙向交換處理。計(jì)算模塊主要的責(zé)任就是負(fù)責(zé)指令的獲取、執(zhí)行實(shí)現(xiàn)狀態(tài)信息的讀取以及發(fā)送處理。執(zhí)行模塊通過(guò)計(jì)算模塊控制分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)電器驅(qū)動(dòng)以及狀態(tài)信息的采集。

無(wú)強(qiáng)電控制器無(wú)需在網(wǎng)絡(luò)線束中獲得強(qiáng)電電源，在控制器中則不存在強(qiáng)電保護(hù)模塊系統(tǒng)。

2.1.3骨干網(wǎng)信息轉(zhuǎn)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(wǎng)絡(luò)信息轉(zhuǎn)換模塊之間的差異，骨干電器控制器應(yīng)用的是CAN骨干網(wǎng)信息轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行處理，而局域的電器則應(yīng)用LIN局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)信息轉(zhuǎn)換處理。復(fù)合型骨干電器設(shè)計(jì)的重點(diǎn)就是網(wǎng)關(guān)控制器，在進(jìn)行設(shè)計(jì)過(guò)程中將網(wǎng)關(guān)作為無(wú)強(qiáng)電的骨干電器控制器，將LIN總線主節(jié)點(diǎn)通信電路作為主要的執(zhí)行模塊信息。

因此，骨干網(wǎng)信息轉(zhuǎn)換模塊與計(jì)算模塊可以合成一個(gè)電路模塊系統(tǒng)，稱之為骨干網(wǎng)通信計(jì)算模塊系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱C模塊;局域網(wǎng)信息轉(zhuǎn)換模塊與計(jì)算模塊可以合成電路模塊，稱之為局域網(wǎng)通信計(jì)算模塊，簡(jiǎn)稱L模塊;弱電電源模塊則簡(jiǎn)稱為P模塊;弱電保護(hù)模塊則簡(jiǎn)稱為F模塊，這些模塊均屬于通用模塊系統(tǒng)。

2.1.4 執(zhí)行模塊

執(zhí)行模塊系統(tǒng)要根據(jù)不同類型的電器合理規(guī)劃分析，根據(jù)控制器執(zhí)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(zhí)行模塊，組合電器中的控制器中則含有多個(gè)執(zhí)行模塊信息。根據(jù)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(shí)現(xiàn)。

2.1.5 電阻類電器

電阻類電器就是在只有打開或者關(guān)閉兩種操作狀態(tài)的電器，其具有短路以及斷路診斷信息，而執(zhí)行模塊則屬于電阻類的執(zhí)行模塊信息，簡(jiǎn)稱為D模塊;D模塊中驅(qū)動(dòng)芯片的型號(hào)則要根據(jù)用電器功率大小狀況合理選擇;電動(dòng)機(jī)類別的電器具有正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)以及關(guān)閉三種電器設(shè)備，其也具有短路以及斷路等診斷信息，執(zhí)行模塊主要可以氛圍電動(dòng)機(jī)執(zhí)行模塊信息，稱之為M模塊;開關(guān)類電器設(shè)備就是指示斷開一級(jí)級(jí)閉合狀態(tài)的電器設(shè)備，其執(zhí)行模塊屬于開關(guān)類的執(zhí)行模塊信息，簡(jiǎn)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(guò)電阻值變化，利用電壓值變化、通過(guò)輸出方波等變化達(dá)到指示傳感信息的目的。其主要的接點(diǎn)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(tǒng)接口中的接電信號(hào)、接地信號(hào)以及串行通信接口電器等等，地對(duì)應(yīng)的執(zhí)行模塊通過(guò)H、G、V、U模塊以表示;網(wǎng)關(guān)電器執(zhí)行模塊則就是局域網(wǎng)主節(jié)點(diǎn)信號(hào)轉(zhuǎn)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(shí)的過(guò)流保護(hù)功能，將其驅(qū)動(dòng)模塊稱之為I模塊。通過(guò)各個(gè)模塊可以根據(jù)不同電器的不同需求選擇合理的模塊組合實(shí)現(xiàn)無(wú)縫拼接處理。

2.2控制器軟件算法設(shè)計(jì)

2.2.1單型骨干電氣

單型骨干電氣通過(guò)發(fā)送自己的狀態(tài)信息，網(wǎng)關(guān)接受局域網(wǎng)中的局域電網(wǎng)狀態(tài)信息則可以整合為局域網(wǎng)狀態(tài)信息并且集中發(fā)送到骨干網(wǎng)中，通過(guò)中央?yún)f(xié)調(diào)器接受信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的協(xié)調(diào)管理，達(dá)到處理電器之間相互關(guān)系以及制約關(guān)系，可以獲得控制指令并且發(fā)送相關(guān)指令集合。

2.2.2骨干電器

骨干電器接受控制通過(guò)對(duì)集合中的信息幀發(fā)送指令信息，執(zhí)行在數(shù)據(jù)場(chǎng)中的指令信息;網(wǎng)關(guān)則主要就是接收其信息內(nèi)容，將其轉(zhuǎn)發(fā)到局域網(wǎng)中;局域電器的接收網(wǎng)管則就會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)信息中1個(gè)信息幀，并且獲得指令并且執(zhí)行操作。在指令化的控制工作方式之下，通過(guò)智能電器接收則可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)中央?yún)f(xié)調(diào)其發(fā)出或者通過(guò)網(wǎng)管發(fā)出某一個(gè)或者若干個(gè)指令信息，實(shí)現(xiàn)智能化的控制管理，無(wú)需對(duì)其他電器狀態(tài)進(jìn)行接收以及判斷分析。電器之間呈現(xiàn)獨(dú)立的狀態(tài)，其控制器算法相對(duì)較為簡(jiǎn)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(jié)構(gòu)。上行算法主要就是進(jìn)行指令額獲取與執(zhí)行;而上行算法則主要就是進(jìn)行狀態(tài)的獲得與發(fā)送處理。綜合電氣功能特征，計(jì)算分析模塊功能，可以進(jìn)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(zhí)行算法兩種類型。在執(zhí)行指令的時(shí)候，根據(jù)具體的執(zhí)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(tài)獲取算法以及狀態(tài)發(fā)送算法兩種類型。狀態(tài)獲取算法根據(jù)其執(zhí)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(jiǎn)單，有利于軟件算法程度的開發(fā)，可以將其作為獨(dú)立的函數(shù)新為其他模塊以及控制器的主程序調(diào)用提供參考與支持。

3實(shí)車控制器設(shè)計(jì)開發(fā)

3.1電路模塊具體設(shè)計(jì)

電路模塊屬于接口集，而在子電路則屬于較為簡(jiǎn)單的常用的典型的電路模式。

3.2算法模塊具體設(shè)計(jì)

控制器算法主要應(yīng)用前后臺(tái)嵌入式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其中每一個(gè)算法模塊都是軟件算法程序，可以將其作為獨(dú)立的函數(shù)供主程序以及其他的算法模塊調(diào)用分析。將下行算法模塊I/O輸出作為主要的例子，通過(guò)計(jì)算模塊C/L中的I/O端口實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)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(gè)進(jìn)行I/O端口的輸出。

而對(duì)于控制指令來(lái)說(shuō)，其控制的I/O端口通過(guò)連續(xù)的幾個(gè)端口，將連接端口的位向量定義中當(dāng)xi只控制一個(gè)電路模塊，I/O輸出算法模塊會(huì)對(duì)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(shí)候則電器關(guān)閉，而在其為1的時(shí)候則意味著電器打開?？刂芃需操作的I/O端口則為ki、ki+1。在ki為零的時(shí)候則意味著電器正常運(yùn)行，在ki+1為零的時(shí)候則意味著電器反轉(zhuǎn)。xi為1的時(shí)候，則電器關(guān)系，而在對(duì)多個(gè)模塊進(jìn)行同時(shí)控制的時(shí)候，要將控制矩陣進(jìn)行對(duì)應(yīng)組合?？刂破鞯目刂凭仃囃ㄟ^(guò)執(zhí)行模塊控制矩陣構(gòu)成。而控制器的狀態(tài)矩陣則通過(guò)其執(zhí)行模塊的狀態(tài)矩陣構(gòu)成。

4實(shí)車控制器設(shè)計(jì)驗(yàn)證

試驗(yàn)車在改造之前分為25類，在不同類型的電器控制器設(shè)計(jì)過(guò)程類似，其主要設(shè)計(jì)若干如下下：

4.1控制器硬件電路

要想實(shí)現(xiàn)控制器空調(diào)面板供電、采集空調(diào)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)請(qǐng)求信號(hào)等功能。

4.2控制器指令算法

在圖1中，A1主要就是進(jìn)行空調(diào)面板供電，B1主要就是供電故障診斷，B2主要進(jìn)行空調(diào)信息采集，BT的功能就是狀態(tài)發(fā)送。

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

4.3驗(yàn)證結(jié)果

4.3.1網(wǎng)絡(luò)整體運(yùn)行性能驗(yàn)證

在試驗(yàn)中通過(guò)CANalyzer實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀況的監(jiān)測(cè)分析，耗費(fèi)時(shí)間100h，網(wǎng)絡(luò)無(wú)錯(cuò)誤幀，在鎖車狀態(tài)之下其負(fù)載率小于0.5%;而在工作狀態(tài)之下其在10%左右，網(wǎng)絡(luò)保持較低的負(fù)載率，可以提升系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，增強(qiáng)其擴(kuò)展性。

4.3.2網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性驗(yàn)證

因?yàn)槠浯嬖谕ㄐ乓约坝?jì)算延時(shí)等問(wèn)題，電器指令響應(yīng)之間還是存在滯后性問(wèn)題，通過(guò)示波器進(jìn)行電器的實(shí)際響應(yīng)時(shí)間測(cè)試分析。

5結(jié)語(yǔ)

通過(guò)智能化的設(shè)計(jì)方式可以實(shí)現(xiàn)對(duì)客車電器的智能化改造優(yōu)化。在設(shè)計(jì)中通過(guò)此種方式可以減少控制器設(shè)計(jì)以及調(diào)試工作，進(jìn)而提升了硬件開發(fā)效率與質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了指令化控制，軟件設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)單、規(guī)范。

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收稿日期：2019-06-25

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