分析客车电器的智能化设计

摘要：文章主要探究了客车电器的智能化设计，验证了设计结果，以供参考。

关键词：客车电器;智能化设计;结果

中图分类号：TP212.9 文献标识码：A  文章编号：1671-2064（2019）16-0000-00

电气智能化设计分析主要就是基于原车电器加装控制器的方式实现分析。智能化的电器系统通过原电器、智能化控制器以及专用的电气线束三个部分构成，三个部门之间具有一定的连接关系。

1智能化电器结构

原电器利用专用电器线束与控制器电器接口连接，网络线束与控制器之间的网络接口连接。控制器的电器接口通过原有电器接口决定。而类型不同的电器设备其控制器的电器接口也具有一定的差异性。控制器网络通信接口可以实现标准化分析，其网络通信接口则主要分为CAN骨干网通信接口以及LIN局域网通信接口。

CAN骨干网通信的接口中其标准化的接口涵盖了7针，其中有2针属于功率信号，而剩余的5针则为数字信号。CAN骨干网络通信接口的数字供电可以分为可控电以及常通电两种类型。可控电就是钥匙位于OFF档位的时候切断供电，常通电则就是始终保持供给的供电。

在驻车状态之下要保持工作的少数常驻节点，其主要有中央协调器、转向柱钥匙开关以及数字电转换器。数字供电属于常通电状态;而剩余的CAN网络节点状态之下，在驻车的时候则无需工作，数字供电则属于可控电状态。LIN局域网络接口中标准化接口有5针，2针属于功率信号，通信接口中其数字供电中仅包括了可控电。LIN网络节点与驻车状态之下均呈现不工作状况。综合不同的网络通信接口，可以将智能化的电器划分为三种类型：

第一，单型骨干电器，通过CAN骨干网络通信接口分析，其只与CAN骨干网络连接;第二，局域电器，具有LIN局域网络通信接口分析，只与LIN局域网络连接;第三，复合型骨干电器。通过网关以及局域网局部局域电气构成的组合，可以与整个LIN局域网络看成CAN骨干网用电器，网关是一种CAN骨干网节点，也是主要节点。网关就是CAN骨干网节点，是LIN局域网主节点，网关是CAN骨干以及LIN局域网的主节点。网关具有CAN骨干网络通信结构以及LIN局域网的主节点。

2 智能化控制器设计

电器智能化的设计重点，其主要包括了硬件电路设计以及软件算算法设计两个部分。

2.1控制器硬件电路设计

控制器可以分为带强电控制器一级级无强电控制器。二者主要的差异就是无强电保护模块。控制器主要具有弱电电源模块、网络信息转换模块以及强电保护模块、计算机、执行等多个模块系统。

2.1.1带强电控制器

带强电控制器中，在网络线束中控制器获得强电电源，通过强电保护模块给执行模块供电;通过网络接口输入24V弱电电源。在通过弱电电源模块系统可以输出5V的工作电压，可以为网络信息转换模块提供能源。

2.1.2弱电网络

弱电网络中的有偿通24V电源以及可控24V电源，可以根据控制器的功能确定弱电电源。在网路中输入信号通过网络信号转换模块可以实现其与计算模块之间的双向交换处理。计算模块主要的责任就是负责指令的获取、执行实现状态信息的读取以及发送处理。执行模块通过计算模块控制分析，实现对电器驱动以及状态信息的采集。

无强电控制器无需在网络线束中获得强电电源，在控制器中则不存在强电保护模块系统。

2.1.3骨干网信息转换模块

骨干电器控制器以及局域的电器控制器之间的差别就是其网络信息转换模块之间的差异，骨干电器控制器应用的是CAN骨干网信息转换模块进行处理，而局域的电器则应用LIN局域网实现信息转换处理。复合型骨干电器设计的重点就是网关控制器，在进行设计过程中将网关作为无强电的骨干电器控制器，将LIN总线主节点通信电路作为主要的执行模块信息。

因此，骨干网信息转换模块与计算模块可以合成一个电路模块系统，称之为骨干网通信计算模块系统，简称C模块;局域网信息转换模块與计算模块可以合成电路模块，称之为局域网通信计算模块，简称L模块;弱电电源模块则简称为P模块;弱电保护模块则简称为F模块，这些模块均属于通用模块系统。

2.1.4 执行模块

执行模块系统要根据不同类型的电器合理规划分析，根据控制器执行模块将原有的汽车电器划分为单电器以及组合电器。单电器控制器中含有执行模块，组合电器中的控制器中则含有多个执行模块信息。根据电器的具体功能以及工作方式可以划分为不同的类型，组合电器功能可以利用单电器组合实现。

2.1.5 电阻类电器

电阻类电器就是在只有打开或者关闭两种操作状态的电器，其具有短路以及断路诊断信息，而执行模块则属于电阻类的执行模块信息，简称为D模块;D模块中驱动芯片的型号则要根据用电器功率大小状况合理选择;电动机类别的电器具有正转、反转以及关闭三种电器设备，其也具有短路以及断路等诊断信息，执行模块主要可以氛围电动机执行模块信息，称之为M模块;开关类电器设备就是指示断开一级级闭合状态的电器设备，其执行模块属于开关类的执行模块信息，简称为S模块。电阻型以及电压型式以及频率型传感器，其主要就是通过电阻值变化，利用电压值变化、通过输出方波等变化达到指示传感信息的目的。其主要的接点型接口、接地型接口、模拟电压接口以及串行通信接口电气都是在某一些电器以及系统接口中的接电信号、接地信号以及串行通信接口电器等等，地对应的执行模块通过H、G、V、U模块以表示;网关电器执行模块则就是局域网主节点信号转换电路模块，其称之为N模块;继电器的主要作用就是控制电源通道，要保障其具有瞬时的过流保护功能，将其驱动模块称之为I模块。通过各个模块可以根据不同电器的不同需求选择合理的模块组合实现无缝拼接处理。

2.2控制器软件算法设计

2.2.1单型骨干电气

单型骨干电气通过发送自己的状态信息，网关接受局域网中的局域电网状态信息则可以整合为局域网状态信息并且集中发送到骨干网中，通过中央协调器接受信息，实现对信息的协调管理，达到处理电器之间相互关系以及制约关系，可以获得控制指令并且发送相关指令集合。

2.2.2骨干电器

骨干电器接受控制通过对集合中的信息帧发送指令信息，执行在数据场中的指令信息;网关则主要就是接收其信息内容，将其转发到局域网中;局域电器的接收网管则就会转发信息中1个信息帧，并且获得指令并且执行操作。在指令化的控制工作方式之下，通过智能电器接收则可以实现通过中央协调其发出或者通过网管发出某一个或者若干个指令信息，实现智能化的控制管理，无需对其他电器状态进行接收以及判断分析。电器之间呈现独立的状态，其控制器算法相对较为简单。

2.3智能电器指令化控制算法

智能电器指令化控制算法主要分为下行算法以及上行算法两种结构。上行算法主要就是进行指令额获取与执行;而上行算法则主要就是进行状态的获得与发送处理。综合电气功能特征，计算分析模块功能，可以进一步的分解上行算法以及下行算法。

2.3.1下行算法

主要就是指令获取算法以及指令执行算法两种类型。在执行指令的时候，根据具体的执行模块之间的差异，指令输出可以分为I/O输出、D/A输出以及SCI输出三种类型。

2.3.2下行算法

其主要就是状态获取算法以及状态发送算法两种类型。状态获取算法根据其执行模块的差异，可以分为SCI输入以及为I/O采集、A/D采集以及I/C输出四种类型。

几种软件算法的模块功能简单，有利于软件算法程度的开发，可以将其作为独立的函数新为其他模块以及控制器的主程序调用提供参考与支持。

3实车控制器设计开发

3.1电路模块具体设计

电路模块属于接口集，而在子电路则属于较为简单的常用的典型的电路模式。

3.2算法模块具体设计

控制器算法主要应用前后台嵌入式的系统结构，其中每一个算法模块都是软件算法程序，可以将其作为独立的函数供主程序以及其他的算法模块调用分析。将下行算法模块I/O输出作为主要的例子，通过计算模块C/L中的I/O端口实现对执行模块的合理控制，将C/L端口中具有I/O端口并且固定在几个进行I/O端口的输出。

而对于控制指令来说，其控制的I/O端口通过连续的几个端口，将连接端口的位向量定义中当xi只控制一个电路模块，I/O输出算法模块会对D、M、H、G控制矩阵分别定义Q_D、Q_m、Q_h、Q_G、其中控制D、H、G需要操作的I/O的端口为kj，在其为零的时候则电器关闭，而在其为1的时候则意味着电器打开。控制M需操作的I/O端口则为ki、ki+1。在ki为零的时候则意味着电器正常运行，在ki+1为零的时候则意味着电器反转。xi为1的时候，则电器关系，而在对多个模块进行同时控制的时候，要将控制矩阵进行对应组合。控制器的控制矩阵通过执行模块控制矩阵构成。而控制器的状态矩阵则通过其执行模块的状态矩阵构成。

4实车控制器设计验证

试验车在改造之前分为25类，在不同类型的电器控制器设计过程类似，其主要设计若干如下下：

4.1控制器硬件电路

要想实现控制器空调面板供电、采集空调对发动机请求信号等功能。

4.2控制器指令算法

在图1中，A1主要就是进行空调面板供电，B1主要就是供电故障诊断，B2主要进行空调信息采集，BT的功能就是状态发送。

在AS中，A获得d1发出的信息帧，提取钥匙档位指令，其中a1的控制指令通过x1进行表示I/O输出算法模块的操作端口通过K0表示，控制矩阵 采集供电诊断信息。

4.3驗证结果

4.3.1网络整体运行性能验证

在试验中通过CANalyzer实现对网络运行状况的监测分析，耗费时间100h，网络无错误帧，在锁车状态之下其负载率小于0.5%;而在工作状态之下其在10%左右，网络保持较低的负载率，可以提升系统运行的稳定性，增强其扩展性。

4.3.2网络实时性验证

因为其存在通信以及计算延时等问题，电器指令响应之间还是存在滞后性问题，通过示波器进行电器的实际响应时间测试分析。

5结语

通过智能化的设计方式可以实现对客车电器的智能化改造优化。在设计中通过此种方式可以减少控制器设计以及调试工作，进而提升了硬件开发效率与质量，实现了指令化控制，软件设计更为简单、规范。

参考文献

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[2] 张震华，张玉平，李帅强， et al.汽车线束制造数字化与智能化的应用研究[J].汽车电器， 2017（9）：46-49.

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收稿日期：2019-06-25

作者简介：汤颖伯（1973—），男，广西北流人，本科，工程师，研究方向：客车电器。