电子控制技术在车辆工程中的应用研究

2018-03-25王伟

城市建设理论研究（电子版） 2018年36期

王伟

中车长春轨道客车股份有限公司吉林长春 130000

正文：

电子控制系统，分为开环和闭环控制系统。具体来说，开环控制系统主要是利用计算机系统来收集、整合和处理相关数据，但不会直接参与控制系统。其次，开环控制系统不必再将后续产生的数据反馈至上级系统；闭环控制系统主要是将计算机系统收到的相关数据信息传递到执行系统内，进而有效控制相关数据信息。闭环系统已成熟应用于自动驾驶车辆（ATO），随着技术成熟度的提高，目前也已在全自动驾驶车辆（FAO）上发挥优势。

一、电子控制技术的具体过程控制

（一）实时采集数据

由于电子控制技术作用的发挥是依赖于丰富的数据的，因此，实时采集数据至关重要。工作人员利用计算机、互联网技术充分掌握系统控制特征，进而加强对被控制对象的监督管理。做好对瞬间数据信息的测量收集工作，并将所收集的数据视作数据辨别凭证。

（二）对实时控制科学决策

工作人员要在计算机中事先安装好信息处理软件，一旦系统成功采集到所需数据后，利用电子控制技术相关软件来批量、高效、系统化处理这些数据，并将最终数据进行整合后用到适当的部位中。

（三）实时控制

如果收集到所需数据后，系统将信息直接反馈至上级处理中心系统，这两级系统相辅相成、相互促进，共同辅助实施电子控制技术。

二、城轨车辆电气牵引控制技术应用

（一）轨道运输装备牵引/制动特性

在城轨运输中，牵引/制动特性是最基本、最重要的性能，装备运输是首要考虑的一个因素，运输的速度、加速性能等都要满足城轨运输的需求。在运输装备牵引/制动时，优先采取再生制动，电机回馈的电能通过交流装置回馈给电网，在这个系统控制中，高功率的密度变流装置，能控制电机和矩阵电机，从而能顺利实现对电机的牵引/制动。整个技术应用中，直流电动机转动，产生交流异步传动，将直流电动转为交流传动，最终能将转差电流控制发展成为矢量电流控制，相较于传统的控制技术，现代电子牵引/制动系统的优势更加明显。

（二）CBTC电子通信系统的应用

CBTC属于现代先进的电子技术，在城轨控制系统中发挥着重要的作用，其中的监控和连续控制作用，能实现城轨车辆的移动闭塞制运行模式，能实现实时的双向通信信息交流，减少了城轨工程中的硬件工程设备的投入，从而更有效节约安装和维护的成本，系统的安装和调试等工作更加便捷，更加低成本的全寿命运行。整个CBTC系统主要包括地面设备（轨旁设备以及联锁系统），还有车载设备系统等。当地面设备向车载设备传输控制信息时，通过控制城轨列车的运行时间和速度等，能形成闭环信息传输和控制。这种电子通信技术的应用能进一步提升城轨安全性，结构更加简便。

（三）脉冲宽度调制技术（PWM）应用

这种交流技术在现代城轨交通工程建设中的应用，主要是对城轨车辆进行变频调节，降低能耗，实现其绿色节能发展。通过改变输出的脉冲占比，实现输出电压与频率之间的转换，从而能将交流脉冲转变为直流脉冲，最终形成能量的转换，采用空间适量的脉冲调制系统，在三相对称正弦波电压供电时，最终合成旋转的空间电压矢量，形成脉冲波。

（四）无触点逻辑控制技术应用

无触点逻辑控制技术属于现代电力电子技术和现代计算机控制技术实现的一种车载控制和设备驱动的技术，在城轨车辆车载控制方面的应用很广泛，其主要采用分布式的逻辑控制单元（LCU）构建控制系统，在每一个逻辑单元的内部使用控制器和输入、输出电路，替代原来电气柜内的大量中间继电器，通过时间继电器和迂回线路对车辆进行有效的控制。LCU的核心就是微机控制单元和大集成电路，其中微机控制单元主要是对各种电器的逻辑联锁关系进行控制，采用功率场效应管等电力电子元器件，对继电器进行代替，能直接驱动电磁控制器和控制线圈绕组，从而将指令传递给各个单元，并且执行指令。

其具体应用时，根据车辆的控制需求，在每一个节点相应的位置，选择相应数量的LCU，LCU之间借助硬连线连接，并且可以相互通信，可以布置可靠的网络系统，例如MVB、RS485及CAN总线等。驾驶司机通过操作信号进行操作，并且根据系统监控信号和指令进行行车过程中的操作。在硬连线端可以直接进入LCU输入的操作端口，经过LCU的逻辑语言运算，将驱动信号通过输出电路直接传达到相应的功能器件上面，实现功能要求。在这个过程中输入信号的采集一般可以分为4类：（1）司控器的控制信号，当司机操作后，各个司控器行程结束，钥匙、旋钮状态信号等都将处于关闭状态；（2）司机台、屏柜的按钮，当信号灯亮起的时候，司机和维护人员可以根据指示完成操作，根据各操作器件的状态信号进行检查，保证正常运行；（3）执行部件的监控信号，这个部分的信号主要是各执行部件的行程开关、位置等状态信息，如门、制动系统的阀等状态信号；（4）网络信号，在车辆运行的过程中，LCU通过网络能与其他系统相互连接，在这个过程中会获取其他系统通过网络发射的信号和控制指令等，并且获得相关的监控信号。在这个系统中，为了抗干扰，可以将各硬线传来的输入信号定义，根据逻辑直流的有效信号，最终能提升系统的抗干扰能力。这种技术在现代城轨车辆工程中正逐渐应用，其结构紧凑、占用空间小，冗余度高，可编程逻辑响应速度快，非常能满足切实的需求。