摘 要：本論文提出了一種新型的汽車電氣系統(tǒng)—IEED系統(tǒng)（intelligent electrical & electronic device）。該電氣系統(tǒng)是一個完全分布式的系統(tǒng)，其中包含有智能化電子和電氣設備。首先闡述了該系統(tǒng)的特點，并介紹了系統(tǒng)中的關鍵器件。初步開發(fā)了系統(tǒng)原型，說明IEED系統(tǒng)是具有一定可行性的，具有較大的經濟效益。

關鍵詞：電氣系統(tǒng);分布式系統(tǒng);電子電氣設備

1引言

在早期的汽車電氣系統(tǒng)中，各種電氣設備之間采用開關線裝置結構進行連接，稱為點對點或接線合成系統(tǒng)。如今，汽車內部電子設備的數(shù)量變得越來越多[1]。并且底盤和懸架一體化是未來汽車發(fā)展的一大趨勢，這意味著越來越多的電氣電子設備將加入到汽車電氣系統(tǒng)中。為了更好地節(jié)約燃料并提升汽車的駕駛舒適度，現(xiàn)在許多由發(fā)動機直接驅動的機械裝置都改由電力驅動[2]。越來越多的馬達被用于駕駛車窗、方向盤和調整椅子，以此獲得更好的舒適度。車載計算機系統(tǒng)也被引入到汽車控制系統(tǒng)中，改善了舒適性，減少了尾氣污染物和燃料消耗，并提高了安全性。集中控制系統(tǒng)也因此應運而生。

車載通信方式由“點對點”向車載網絡轉變，電氣系統(tǒng)由集中控制系統(tǒng)向分布式系統(tǒng)轉變的趨勢已被廣泛接受?？偟膩碚f，趨勢是ECU體積越來越小，與設備的距離越來越短[3]。現(xiàn)代汽車電氣系統(tǒng)體系的線束結構也將由電力總線和通信總線組成。本文提出了一種基于智能化電子設備的新型汽車電氣系統(tǒng)，該系統(tǒng)是一個完全分布式的系統(tǒng)。簡要概述了系統(tǒng)的主要概念，如完全分布式系統(tǒng)、智能裝置等。

2 IEED系統(tǒng)概述

2.1完全分布式系統(tǒng)

現(xiàn)代汽車電氣控制系統(tǒng)的布置方式可以分為四種：點對點系統(tǒng)、中央控制系統(tǒng)、部分分布式系統(tǒng)以及完全分布式系統(tǒng)，從現(xiàn)階段來看，現(xiàn)代汽車普遍采用的系統(tǒng)主要是中央控制系統(tǒng)或部分分布式系統(tǒng)。ECU是獨立于設備的，所需導線數(shù)量大而且線路布局非常復雜[4]。在IEED系統(tǒng)中，ECU的位置是由系統(tǒng)局部控制要求決定的，而不是由功能或其他因素決定的。在這種情況下，ECU集成在設備中，而不是單獨獨立設置安裝。IEED系統(tǒng)是一個完全分布式的系統(tǒng)，因為每個ECU都位于或集成在相應的設備中。

IEED系統(tǒng)給出了一個全新的體系結構。每個設備都是智能設備，具有自我控制、自我診斷和數(shù)字通信功能。設備的接口可以標準化。系統(tǒng)內所有電線均按信號傳輸用途或供電用途分類。該系統(tǒng)可實現(xiàn)信息共享、傳感器數(shù)據(jù)融合、多模式操作和診斷。

2.2智能化電氣電子設備

本文將集成ECU和網絡接口的電氣設備視為智能設備，被稱為智能電氣電子設備（intelligent electric & Electronic device，簡稱IEED）。數(shù)字信號處理能力和網絡接口是IEED的主要特點。智能傳感器可以作為IEED的一個很好的范例。該智能傳感器不僅集成了預處理電路，而且還集成了處理器。模擬信號經過預處理，轉換成數(shù)字信號，通過I2C、SPI等網絡接口傳輸出去。本文采用LIN和CAN兩種方法。在未來，隨著IEED的智能化程度的提高，可能還會實現(xiàn)自校準、自配對、自診斷、自測試等智能功能。有些IEED包含一個負載，有些則包含多個負載和傳感器。例如智能雨刷包含一個雨水傳感器和一個雙速電機，而智能前照燈只有一個負載。但是無論是簡單的還是復雜的IEED都是完全相同的。

2.3系統(tǒng)核心設備

本論文提出的新型汽車電氣系統(tǒng)的核心組件主要有四個部分，分別為：中央協(xié)調器、電力管理子系統(tǒng)、車載電腦、通信網關。下面簡要概述這四個核心組件的基本概念和作用。

（1）中央協(xié)調器

中央協(xié)調器是IEED系統(tǒng)中一個獨特的設備。在傳統(tǒng)的部分分布式系統(tǒng)中，每個ECU只執(zhí)行控制回路的一部分。電氣系統(tǒng)的整體可靠性較低。由于每個ECU都依賴于其他ECU的輸出，如果其中一個ECU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)就會出現(xiàn)故障。在IEED系統(tǒng)中，中央協(xié)調器主要負責車輛區(qū)域控制回路。在中央協(xié)調器保持控制回路的同時，IEED提供傳感器數(shù)據(jù)或接收執(zhí)行器命令。由于協(xié)調器獨立于單個IEED，系統(tǒng)冗余度大大增強，當相應的IEED失效時，會給出默認控制值。

（2）電力管理子系統(tǒng)

在不久的將來，在汽車上會引入混合電壓供電系統(tǒng)，并且與12V/24V/36V系統(tǒng)共存。電力管理子系統(tǒng)在電力系統(tǒng)與負載之間起著重要的作用。在IEED系統(tǒng)中，可能需要額外的穩(wěn)定低壓電源（5V或12V）。為了在惡劣的電氣環(huán)境中保持電氣系統(tǒng)工作穩(wěn)定，必須仔細設計集成配套電路（ICC）。一種可行的方法是增加一個穩(wěn)定的電源用于ICC的使用。

電池的荷電狀態(tài)（SOC）應進行實時監(jiān)測，并保持在一定水平上，以確保每一次電氣系統(tǒng)的成功啟動。同時過電流保護應進行精心設計。智能電力電子技術可應用于ICC，但在對地情況下，電力線只能由電力管理子系統(tǒng)保護。在考慮過電流保護的性能時，可以考慮以下幾個方面：選擇性、快速性、靈敏度和可靠性。

（3）車載電腦

現(xiàn)在，司機需要的信息越來越多。導航、娛樂、遠程信息、遠程診斷、移動和緊急服務將整合到一個系統(tǒng)中。車載計算機在集群有限的情況下不可或缺?，F(xiàn)在國內外汽車生產企業(yè)都開發(fā)了具有獨立知識產權的車載電腦操作系統(tǒng)，顯著提升了駕駛員的駕駛安全性和娛樂性。

（4）通信網關

在許多分布式系統(tǒng)中，一個ECU既是控制器又是網關。在IEED系統(tǒng)中，網關僅用于消息路由。它具有到兩個網絡的標準接口。所以它可以是特定于應用程序的產品。IEED系統(tǒng)中CAN/LIN、CAN/CAN和FlexRay/CAN的網關應采用可配置設計。也就是說，CAN/LIN網關可以用于LIN網絡和CAN網絡需要連接的任何地方。

3集成配套電路模塊設計

從廣義上來說，車輛電氣電子設備是指車輛中所有需要電線的高壓或低壓元件和儀器，如：電氣負載、電子控制單元、傳感器、開關等。為了使設備智能化，增加了一個特殊的電路。該專用電路包括微控制器、通信收發(fā)器等電路，稱為集成配套電路（ICC）。模塊化設計方法是一種進行智能化設計的有效方法。ICC可以分為幾個模塊，這些模塊可以擴展使用。因此我們可以將需求仔細分類，通用模塊被抽象出來。然后設計可重復使用的電路模塊。

所有的需求被分為五種類型，通常具有相同的ICC。1.開關電氣裝置：是電機和其它電阻負載最簡化的執(zhí)行機構。將在ICC中增加一個高側MOSFET或橋式驅動電路。2.開關：一種兩種狀態(tài)傳感器，在汽車中廣泛使用。按鈕是基本形式，旋鈕、電磁開關或氣動開關等是廣泛的形式。3.傳感器：一般模擬傳感器在汽車中可分為電壓輸出傳感器和頻率輸出傳感器。電壓輸出傳感器可在汽車中找到，如電阻傳感器、磁電傳感器、霍爾傳感器等。在AD轉換之前，這類信號最常用的是運算電路、低通濾波器和惠斯通電橋。同時利用單片機的輸入捕獲模塊對頻率輸出信號進行計數(shù)。4.電子控制系統(tǒng)：發(fā)動機管理系統(tǒng)（EMS）、防抱死制動系統(tǒng)（ABS）、自動變速器（AT）、電子穩(wěn)定程序（ESP）、主動懸架等。5.電池和發(fā)電機：系統(tǒng)的動力源。我們采用了電力管理系統(tǒng)，使其智能化。接口標準化是一項非常重要的工作，因為它使系統(tǒng)具有成本效益。IEED系統(tǒng)試圖標準化設備接口，使其成為標準產品，連接器中的插腳也被定義為特定用途。

4結論

本文提出了一種完全分布式的系統(tǒng)—IEED系統(tǒng)，我們認為這是未來汽車電氣系統(tǒng)的結構。為了提高系統(tǒng)的成本效益，采用模塊化設計方法。該系統(tǒng)需要電力管理系統(tǒng)，并采用過電流保護方法。隨著車載計算機系統(tǒng)的日益復雜，可靠性可能成為一個問題。軟件和硬件復雜度較高所帶來的技術風險增加了。IEED系統(tǒng)在設計過程中也需要解決這些問題。

參考文獻

[1]楊艷茹.新能源汽車電氣設備的檢修研究[J].內燃機與配件，2021（22）： 133-134.

[2]黨紅玲.汽車電氣設備技術的應用研究[J].時代汽車，2020（17）：31-32.

[3]羅靈娟，賈文靜.新能源汽車電氣設備及線路檢修研究[J].中國設備工程，2020（20）：38-40.

[4]馬汶鍇，胡月.汽車48V系統(tǒng)電氣要求及試驗方法[J].汽車工程師，2021（11）：38-41.

作者簡介：

姓名：羅煌，性別：男，民族：漢，籍貫：湖南長沙，學歷：碩士研究生，出生年月：1989年11月，工作單位：湖南中車智行科技有限公司，職稱：助理工程師、主要研究方向或從事工作：車輛電氣設計，郵編地址：410006