关于汽车电器系统结构的全分布式设计探讨

摘 要：随着社会的发展，汽车电器系统结构也在不断完善中，并出现了全分布式的汽车电器系统结构，促使整车电器系统具有良好的功能，并有较强的稳定性。本文围绕分布式数字信息网络、分布式电源网络、不变线束系统三个方面展开讨论，分析了全分布式系统数字描述与设计，并简单阐述了全分布式汽车电器系统构架，从而促进汽车行业的不断发展。

关键词：汽车电器系统结构；全分布式设计；不变线束系统

全分布式设计在汽车电器系统结构上的应用有利于提高整车电器系统的标准化，满足人们的生活需求，并且具有一定的经济性。全分布式设计是指将骨干网和局域网结合，作为一个数字信号网络，并且利用电源网络为电器系统供电，通过数字信号网络能实现电器系统内信息共享和指令传输，并根据整车系统的需求进行分离供电，全分布式设计在整车电器系统中具有一定的可行性。

一、全分布式汽车电器系统构架

全分布式结构中的电器统一为智能电器，并且全分布式汽车电器系统是由两部分组成的，即用于控制的数字信号网络和提供电量的供电网络，它们属于独立的两部分。其中数字信号网络的结构具有层次性，是由骨干网络和大量局域网络组成的，并且所有智能电器都能通过数字化接口与骨干网络和局域网络进行连接。骨干网具有一定的特殊性，是数字通信的唯一网络，目前用于骨干网络的主要技术是高速CAN总线，有利于提高骨干网络的正常运行，保证数据信息传输的准确性；局域网络的重要作用是减轻整车范围内的网络负担，并根据空间位置等因素，将车内的电器进行合理的划分，从而保证各电器电量供应的科学性和可靠性[1]。与现有的分布式系统相比，全分布式系统结构能对电器进行特定的控制和诊断，并且具有较强的操控功能。另外，全分布式电器系统可以根据汽车内部设备的改造进行合理的电量控制，具有较大的扩展性，并且线束制作难度降低，具有较大的可维护性。

二、全分布式系统的设计探讨

（一）分布式数字信息网络

整车电器分为骨干和局域电器两部分，能有效降低网络系统的复杂度，并且有利于减轻网络负载，这两部分会被分配到对应的网络系统，即骨干网和局域网，数字信号网络是由骨干网和大量局域网共同组成的。将整车电器分为不同部分的标准如下：第一，能及时进行信息交换，具有较强的时效性；第二，能满足大量信息的交换；第三，对原车电气系统的安全性要求较高。局域电器会根据实际需求结合成局域网络，组成局域网络时需要考虑电器空间位置、功能要求以及线路约束等。在组成局域网时需要注重以下几点要求：第一，组合局域网使用的技术需要对网络节点有一定的限制作用；第二，在进行局域网组合时，要考虑资金投入问题，明确判断网路节点的增加与网络的建设所需要的费用；第三，随着整车电器系统的升级改造，局域网组合的扩展性問题。

（二）分布式电源网络

电源网络是合理提供各电器系统适当用电量的关键，全分布式控制系统中，根据电器的用电量将电源需求分为两个部分，分别是低电压下的弱电流以及高电压下的强电流，两者分别消耗不同的电量[2]。低压弱电电流消耗是指在整车电器系统中的电子电路用电，一般采用较低电压，通常是12V或5V；高压强电电流消耗是指在较强的电压下运行，一般是指电器系统负载部分产生的消耗。两者对电源电压稳定性的要求有所差别，低压弱电流需要一个稳定的电源进行供电，需要稳定的电压条件，并且电源供应电流的工程中不能受电气系统的干扰，具有消耗的功率较小的特点；高压强电流对电源电压没有具体的要求，并能产生加大的功率消耗。全分布式电器控制系统中的电源网络分为两类，分别包括强电电源和弱电电源两部分，根据供电量的大小进行分类。其中弱电电源主要为电器系统中电量需求较低的部分提供电量，主要有控制器和总线等。弱电电源有3个电位线，分别是常通电源、可控电源以及电源地线，其中常通电源主要为持续工作的电器提供电量，例如时钟、中央协调器等；强电电源主要用于为功率消耗较大的电器设备提供较大电量，并且能保持电器的用电平衡，主要监控发电机、蓄电池等部分的电力平衡。强电电源分为两个部分，包括电源通道集和接地点集。整个电源网络是通过智能电源管理系统控制的，其中局部电器与电源通道分别对应，并且可以利用继电器保护电路等方法实现过流保护以及电流检测等功能。

（三）不变线束系统

高档汽车中的接插件和接线端口较多，并且线束电缆较长，因此在进行汽车内部线路施工时，具有较大的复杂性和难度，同时，随着汽车功能的增多，线束制作花费的材料和使用的劳动力将会增多，从而造成汽车制造成本的增加，不利于汽车行业的持续发展。全分布式控制系统的一个重要优势就是简化了汽车的线束制作问题，有利于提高汽车的生产效率。全分布式汽车电器系统中的线束结构分为3类，分别是骨干网线束、局域网线束以及电力线束，不同的线束对应特定的电器。其中骨干网线束以及局域网线束具有相通之处，为了简化安装工作，这两类线束在物理上存在3个相同的部分，分别是支线、干线和延长线。电力线束的作用是为上述两种线束提供电力支持，电力线束包含干线和大量分支，是只依靠单线组成的电源通道。将不变线束系统应用在汽车的线束装置中，将大大降低线束制作的难度。

三、结论

汽车电器系统的性能对车辆有重要影响，随着人们生活水平的提高，车辆数目逐渐增多，人们对车辆的要求也逐渐增多，通过将全分布式控制系统应用在整车电器系统设计中，构成了一个可靠性较高、扩展性较好的整车电器系统，并且该控制系统在实验样车中有很好的效果，从而证实了汽车电器系统结构中全分布式设计的可行性。

参考文献：

[1]田光辉.基于分布式车载网络汽车电器系统的设计[J].四川职业技术学院学报，2015，25（05）：161163.

[2]涂金林.电动汽车CAN网络系统的设计与实现[D].电子科技大学，2015.

作者简介：徐凌雳（1989），男，江西庐山人，本科，助理讲师，毕业于北京化工大学北方学院，研究方向：汽车构造。