新能源智慧网联城市客车电器设计方案

杨 赫， 罗高华， 刘孝艳， 李 潇， 谈琳琳

(北京北方华德尼奥普兰客车股份有限公司， 北京 100072)

目前市场上的新能源智慧城市客车虽然基本实现了数字化[1]，但是并没有将全车信息完整地互联互通，使得各个部分数据的应用范围受到了限制，没有充分发挥应有的作用[2]。本文结合相关车辆设计经验和客户需求，综合考虑电器系统设计，论述从数据信息采集到信息互通、图像监控、平台监控各个方面智慧城市客车需要满足的基本要求[3]。举例介绍危险气体监测、驾驶员疲劳驾驶监测和刹车蹄片等设备和系统的闭环控制应用，形成整车一体化控制方案。结合远程监控平台和城市客车调度平台以及数据分析，介绍智慧城市客车在数据分析方面的应用[4]。

1 整车感知数字化

1.1 数据采集

车辆通过使用车载设备集成的霍尔传感器(电流、电压)、压力传感器(气压、胎压)、光敏传感器(光强)、气敏传感器(CO、SO2)、热敏传感器(温度)、红外传感器(图像)等[5]，采集车辆各部分信息数据。数据主要分为车辆动力信息、车辆状态信息、内外设状态信息3部分，为智慧城市客车各部分功能实现提供了信息基础。

1.1.1 车辆动力信息

1) 电池状态信息，包含电芯温度、单体电压、SOC、SOH、绝缘电阻、能量回馈电流、总电压、总电流、继电器吸合状态等信息。

2) 电机状态信息，包含转速、电机温度、扭矩、母线电压、母线电流、电机控制器温度等。

3) 其他动力设备信息，包含制动开度、转向、油门开度、油泵、气泵、DCDC、挡位、车速等信息。

1.1.2 车辆状态信息

1) 模块采集信息，包含小功率(≤240 W)输出状态、液位、气压等传感器信息。

2) 配电箱状态信息，包含多功率(≤1 200 W)输出、保险和大功率继电器状态。

3) 其他功能设备信息，包含空调、高压除霜器、电加温锅、散热器、集中润滑、超声波雷达、毫米波雷达等设备信息。

1.1.3 内外设状态信息

1) 安全状态监控，包含危险气体检测、高温报警、烟雾报警、刹车蹄片、胎压、胎温、车门状态等。

2) 监控显示信息，包含360°环视系统、电子后视镜、车内监控、抬头显示系统、中控屏、仪表、路牌等。

3) 驾驶员状态监控信息，包含陀螺仪、驾驶员酒精检测、疲劳驾驶监测、ADAS相关辅助驾驶设备数据。

1.2 信息互通

采用多路CAN总线设计，通过网关、整车控制器和仪表等CAN节点连接，实现车辆信息互联互通，为智慧城市客车提供了信息交互基础[6]，如图1所示。

图1 网络拓扑图

1) CAN1：通过网关转发动力相关信息给终端，能够通过远程信息化监控平台实时监控车辆状态信息。

2) CAN2：通过网关转发车辆外设信息，下发调度指令，能够通过远程运管平台获取车辆驾驶员操作、车辆运行状态等信息。

3) CAN3：从车辆左侧前部电器舱经过车辆顶部，到车辆后部电器舱。并联路牌、电视、车内广告屏、前后雷达主机、360°环视系统、烟雾报警等设备。其他CAN线上的信息通过网关广播至CAN3，并将外设信息提取发送。

4) CAN4：从车辆左侧前部电器舱经过车辆前部，到车辆前部右侧电器舱。并联仪表CAN4接口、胎压报警、中控屏、集中润滑、危险气体检测、行车记录仪、疲劳驾驶、道路偏移等控制器在车辆前部的设备。

5) CAN5：从车辆左侧前部电器舱经过车底，到车辆后部电器舱。并联仪表CAN5接口、整车控制器、无线数据终端、EPS、EPB、BMS、空调等围绕整车控制器需要信息互通的动力相关设备。

6) 仪表内CAN：仪表和仪表模块互通，实现开关信号控制。

7) EBS-整车控制器(内CAN1)：电子制动分配系统EBS和整车控制器直接通讯，实现制动控制。

8) 电机控制器-整车控制器(内CAN2)：电机控制器、挡位器和整车控制器直接通讯。

9) 烟雾报警控制器-烟雾报警传感器内部CAN：传感器和烟雾报警控制器内部信息交换，然后烟雾报警控制器通过CAN3和整车通讯。

10) 充电弓控制模块-BMS内部CAN：充电弓控制模块和BMS直接进行内部信息交换，然后通过CAN4和整车通讯。

11) BMS-动力电池内部CAN：BMS和全车动力电池直接进行信息交换，然后BMS通过CAN5和整车通讯。

1.3 图像采集

通过19路摄像头对车辆和周围环境全方位影像进行采集，为智慧城市客车远程指令的下发和危机预警提供图片和影像基础[7]。

1.3.1 车内影像采集

1) 监控一体机：影像采集区域为前门、驾驶员、前方路况、中门、车厢前部、车厢后部、车顶。能够提供车厢内驾驶区、乘客区和车顶充电弓的视频图像。

2) 客流分析仪：影像采集区域为前门上客区、中门上客区。双目摄像头采集乘客上下车影像，判断人员进出，提供车辆内部乘客人数统计。

1.3.2 其他区域影像采集

1) 电子后视镜：影像采集区域为车外左侧盲区、车外右侧盲区、左侧后方、右侧后方。能够提供视野盲区的影像，尤其在雨天或者光线不好的环境中，能够为驾驶员提供清晰的盲区视野，避免事故。

2) 360°环视系统：影像采集区域为车辆前方、车辆后方、车辆左侧、车辆右侧。在提供各个方位独立影像的同时，还可以提供拼接图像，实现视觉俯视效果，方便驾驶员观察周围环境。

3) LDWS：影像采集区域为前方路况。在高速状态下提供前方防撞预警和紧急情况下的车辆制动，同时当车辆偏离车道线后也能第一时间报警，避免事故发生[8]。

4) 疲劳驾驶系统：采集驾驶员影像。设备提供驾驶员面部图像，抓拍驾驶员打瞌睡，打电话等行为。

车辆运行，当快要发生事故时，会触发报警，相关位置的视频会立刻开始上传或者进行图片抓拍，可以通过平台查看车辆视频信息，避免事故发生后必须找到城市客车黑匣子后才能还原事故真相。

1.4 监控调度

采用车载4G网络终端和远程城市客车调度平台互联，实现车辆信息实时上传，后台下发指令，进行车辆运营调度和车内外人员和环境状态监控，为智慧城市客车提供网路基础[9]。主要设备通过4种通讯线路连接，如图2所示。

图2 监控调度显示设备拓扑图

1) 监控调度主机通过4G网络和调度平台连接，即时下发车辆站牌信息。由车内显示屏、电视、路牌、站节牌、中控显示终端等设备将线路和站点信息显示给车内乘客和驾驶员。

2) 监控调度主机通过灾备记录仪和监控平台连接，实时存储和上传车辆数据，同时当触发报警后上传相关视频。

2 整车控制智能化

在具有了信息采集基础、信息交互基础和视频监控基础后，各部分信息传递和控制实现闭环，可以最大限度地发挥车载智能设备的作用，能够通过互联实现单一设备不能完成的应用场景[10]。

1) 依靠整车互通的CAN总线网络，可以将信息传递给需要的设备和网络平台，设备可以直接判断状态工作，也可以接收平台发送的指令再进行工作，动作后的状态会反馈给设备或者平台，使车辆各部分设备工作状态实现闭环可控。

以车辆危险气体检测设备为例，将气体传感器-危险气体检测控制器-中控屏-仪表-监控终端-车门-整车控制器-远程监管平台等组成整套的危险监控预警和应急网络，为突发情况提供完整的监管控制疏散方案，如图3所示。

图3 车危仪信息传递图

当危险气体浓度达到较高报警等级时，可以通过平台下发指令或者车辆自动锁车不能行驶，同时自动打开车门，语音提示疏散乘客。

2) 车辆组合灯光通过关联一键启动、仪表模块和环境光传感器实现灯光在特殊场景下自动工作。

以灯光迎宾和伴你回家功能为例。迎宾模式目的是在夜晚时，通过远距离操作车辆遥控器，实现车灯按照规定模式点亮，帮助驾驶员观察车辆周围环境，方便上车驾驶操作。伴你回家模式目的是在夜晚时，关闭钥匙后，灯光根据驾驶员是否远离车辆点亮，为驾驶员检查周围环境和回家提供人性化便利。

3) 车辆充电弓通过CAN网络和整车设备信息互通，可以调用一键启动和客流统计采集的数据为自身服务。这样使充电弓获得了感知整车状态的能力，并且进行相应控制。

以充电弓满电自动下电功能为例，当车辆到达充电位置后，开始升弓充电。驾驶员可以直接离开车辆，过程中可以无人值守。充满电后，由电池发送满电信号，充电弓发送升弓信号，同时一键启动判断驾驶员是否在附近，客流统计仪判断车门附近是否有人。整车控制器收到各部分信号后，确定车上无人值守，且车辆满电后，进行下电操作，同时关闭车辆前后门，如图4所示。这样不需要专门值守进行断电操作,可以解放人力。

图4 充电结束后自动断电流程图

3 结束语

在车辆信息采集和信息互通的基础上，在5G通信和无人驾驶技术尚不能完全商业化的实际情况下，智慧客车的设计已经能够满足人们出行和运营监管需求。并且随着AR-HUD、激光投影设备、声光雨量控制设备、矩阵大灯和激光大灯等车端设备的应用和手机APP、站台显示等信息互通设备的普及，车辆的自动化和舒适性水平会越来越高[11-12]。