淺析汽車電器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的全分布式設(shè)計(jì)

宋華

（齊齊哈爾工程學(xué)院，黑龍江齊齊哈爾，161005)

0 引言

隨著我國汽車行業(yè)的快速發(fā)展，現(xiàn)代汽車的獨(dú)立系統(tǒng)都會(huì)有幾十個(gè)，這些電器系統(tǒng)通過電器元件進(jìn)行連接組成，會(huì)需要幾百個(gè)或是數(shù)千個(gè)電氣元件，對(duì)于這些電器系統(tǒng)在汽車上的分布和電器系統(tǒng)間相互連接的物理布線，直接的影響著產(chǎn)品最終的質(zhì)量，因此，一定要采用合理的流程對(duì)電器系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，確保其具有可靠性的同時(shí)減少設(shè)計(jì)制造成本。

1 汽車電器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

1.1 汽車系統(tǒng)

將車輛按系統(tǒng)進(jìn)行劃分并不輕松，筆者主要是將汽車分為電氣系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)兩個(gè)部分，雖然這樣的劃分較為復(fù)雜，但是卻方便了對(duì)汽車各個(gè)部分的功能和性能進(jìn)行檢驗(yàn)，并且每個(gè)分系統(tǒng)之間的相互聯(lián)系不可忽視是非常重要的。不管對(duì)車輛的系統(tǒng)按什么方式進(jìn)行劃分，其著手點(diǎn)都是它的輸入和輸出，這是將汽車系統(tǒng)進(jìn)行劃分需要進(jìn)行考慮的角度，系統(tǒng)的控制部分為電子控制單元，然后開始摸索它的輸入和輸出，這是一種比較常用的方法。

1.2 開環(huán)系統(tǒng)

該系統(tǒng)通過輸入指定的條件，進(jìn)而輸出相應(yīng)的結(jié)果，對(duì)于汽車的前大燈系統(tǒng)便是一個(gè)開環(huán)系統(tǒng)，將車燈開關(guān)的信號(hào)作為系統(tǒng)的輸入，則車燈的亮滅信號(hào)為輸出的結(jié)果，如果進(jìn)行更加細(xì)致的劃分，可以將汽車電池的電源作為一個(gè)輸入，以及車燈的開關(guān)，為此汽車的此項(xiàng)功能就決定了該系統(tǒng)是一個(gè)開環(huán)系統(tǒng)，并且沒有任何的反饋要求。

1.3 閉環(huán)系統(tǒng)

閉合系統(tǒng)和開環(huán)系統(tǒng)不同，它有一個(gè)反饋的環(huán)路，也就是說當(dāng)它的輸出沒有達(dá)到預(yù)期要求，便可以進(jìn)行自我調(diào)整，例如汽車上的自動(dòng)溫度調(diào)控系統(tǒng)，通過加熱器的輸出來控制車內(nèi)的溫度，而控制電加熱器處于開關(guān)狀態(tài)則是從乘客艙內(nèi)獲取的溫度信息決定的，通過傳感器獲取的信號(hào)進(jìn)行控制，此時(shí)溫度便作為反饋回路的輸出和輸入。

2 全分布式智能電器系統(tǒng)

對(duì)于汽車線束、電器監(jiān)控、電器協(xié)調(diào)控制等經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些問題，為了能夠從系統(tǒng)的層面更好的處理這些問題，利用全分布式智能電器系統(tǒng)對(duì)總體構(gòu)架進(jìn)行研究與設(shè)計(jì)。對(duì)于該系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化主要有兩個(gè)方面，一個(gè)是信息的網(wǎng)絡(luò)傳輸，另一個(gè)是電源的網(wǎng)絡(luò)傳輸。信息的網(wǎng)絡(luò)傳輸需要考慮兩點(diǎn)，分別是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的設(shè)計(jì)又需要考慮三點(diǎn)分別是信息的組織、網(wǎng)絡(luò)之間的信息轉(zhuǎn)發(fā)和網(wǎng)絡(luò)的可調(diào)性問題；電源的網(wǎng)絡(luò)傳輸只需要考慮一點(diǎn)就是各系統(tǒng)對(duì)電源的不同需求。

按照傳統(tǒng)的汽車電子系統(tǒng)分類，分為充電系統(tǒng)、啟動(dòng)系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、舒適性系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、輔助電器、儀表系統(tǒng)等幾大類，按照這種分類方法，對(duì)汽車功能和性能的設(shè)計(jì)都是比較有意義的分類方法，但是對(duì)于系統(tǒng)的集成便會(huì)更加的復(fù)雜，因此，筆者在傳統(tǒng)分類方法的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了另一種分類方法，將汽車的電器分為了兩類，一類是骨干電器，另一類是局域電器，影響汽車電器系統(tǒng)工作狀態(tài)不可缺少的為電器骨干電器，除此之外的電器則為局域電器。

3 全分布式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 常通功率電供電線路智能化的設(shè)計(jì)

對(duì)該電線路進(jìn)行電流監(jiān)測(cè)，要先選擇合適的電流測(cè)量方案，通常有直接式電流測(cè)量和非直接式電流測(cè)量兩種方案。直接式電流測(cè)量的方法比較簡單，并且成本也比較低，該方法主要是在電路中串聯(lián)檢測(cè)電阻，主要對(duì)電路中的電壓進(jìn)行檢測(cè)達(dá)到測(cè)量的目的，這種測(cè)量方案更適合測(cè)量小電流，但是需要注意的是常通電線路不可以處于斷開的狀態(tài)，因此，直接式電流測(cè)量并不適合該電路電流的測(cè)量。對(duì)于非直接式電流測(cè)量方法主要是利用霍爾傳感器來達(dá)到測(cè)量的目的，霍爾效應(yīng)能夠進(jìn)行磁場(chǎng)與電場(chǎng)之間的轉(zhuǎn)換，這樣測(cè)量電路就不會(huì)影響被測(cè)電路，并且這種測(cè)量方法適合較大范圍的測(cè)量，因此更適合應(yīng)用于車用電流傳感器中，霍爾電流傳感器按照線路的負(fù)載情況進(jìn)行選擇，所以，可以通過對(duì)霍爾電流傳感器進(jìn)行控制來實(shí)現(xiàn)車用電流傳感器的智能化。

3.2 車用智能電流傳感器控制模塊的設(shè)計(jì)

對(duì)于該電流傳感器控制模塊主要3個(gè)電路模塊（P、L、 V）以及2個(gè)接口（Z、Z），P和L兩個(gè)模塊與車用智能繼電器中描述的一致，P模塊主要是對(duì)5v的電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換的模塊，L模塊是為了局域網(wǎng)進(jìn)行通訊和計(jì)算。從Z處獲取的信號(hào)為LIN、e和e，該接線口為局域網(wǎng)線束接線口。Z則為車用電器的接口，連接霍爾傳感器，其工作電源主要是通過e和e提供的，并且接收傳感器的傳感信號(hào)。對(duì)于V模塊的硬件結(jié)構(gòu)結(jié)合L模塊的計(jì)算能夠?qū)ΤＭ姽╇娋€路的電流進(jìn)行檢測(cè)，也能夠?qū)崿F(xiàn)電流狀態(tài)的轉(zhuǎn)換以及發(fā)送。

3.3 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁供電設(shè)計(jì)

試驗(yàn)客車上安裝勵(lì)磁專用開關(guān)，然后其連接發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁線圈和中心點(diǎn)電壓信號(hào)，還要連接骨干網(wǎng)線束。中央調(diào)節(jié)器能夠?qū)?lì)磁專用維電器與其他電器的連接關(guān)系以及方向柱開關(guān)的檔位信號(hào)進(jìn)行協(xié)調(diào)，轉(zhuǎn)換成適應(yīng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁器控制的指令，然后勵(lì)磁智能開關(guān)開始執(zhí)行操作，獲取勵(lì)磁線圈過流電流狀態(tài)以及發(fā)電機(jī)發(fā)電的狀態(tài)，將這兩種狀態(tài)發(fā)出，組合儀表會(huì)將發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行接收，通過發(fā)電機(jī)的信號(hào)指示燈給予狀態(tài)顯示，這種狀態(tài)顯示會(huì)被中央微機(jī)接收傳遞給用戶，用戶那里便會(huì)顯示勵(lì)磁線圈的過流狀態(tài)。

要對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁智能化功能進(jìn)行檢驗(yàn)，要檢驗(yàn)勵(lì)磁供電的控制功能，對(duì)方向柱上的鑰匙檔位進(jìn)行切換，當(dāng)檔位從ACC被切換為ON的時(shí)候，此時(shí)勵(lì)磁線圈的電壓如果是24V時(shí)，則證明勵(lì)磁圈已被供電。當(dāng)檔位從ON檔被切換到ACC檔，此時(shí)勵(lì)磁線圈的電壓處于浮空的狀態(tài)時(shí)，則表明已經(jīng)斷電；驗(yàn)證勵(lì)磁線圈的過流保護(hù)功能，將鑰匙檔位處于ON檔，用一個(gè)導(dǎo)線接觸勵(lì)磁線圈的供電端和地信號(hào)，此時(shí)供電會(huì)瞬間被斷開，報(bào)警信號(hào)會(huì)通過中央微機(jī)發(fā)出，車輛經(jīng)過下電再上電的過程后恢復(fù)正常，便得到了相應(yīng)的驗(yàn)證；

4 結(jié)束語

該全分布式結(jié)構(gòu)主要是利用數(shù)字信號(hào)網(wǎng)絡(luò)和電源網(wǎng)絡(luò)對(duì)車輛電器進(jìn)行智能控制，也能夠提供穩(wěn)定的電源，無論是弱電電源還是強(qiáng)電電源都能夠提供，并且電器的接口更加標(biāo)準(zhǔn)化，這種接口能夠使汽車不變線束，能夠節(jié)約成本，布線設(shè)計(jì)也較為簡單線束也能被簡化，整個(gè)系統(tǒng)通過中央?yún)f(xié)調(diào)器進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)了獨(dú)立電器的智能化控制。

[1]郭利進(jìn),王化祥,龔進(jìn)峰.基于CAN總線的車身網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及其控制策略研究[J].汽車工程,2006,28(8)：774-778.

[2]張新豐,楊殿閣,連小珉.汽車電器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的全分布式設(shè)計(jì)[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）,2012,40(7)：1071-1076.