特種車(chē)輛機(jī)電管理系統(tǒng)架構(gòu)的研究

高 峰，劉勝利，張思寧，宋克嶺，李 申，吳婷婷，李曉多

(中國(guó)北方車(chē)輛研究所，北京100072)

隨著特種車(chē)輛的技術(shù)發(fā)展，非任務(wù)系統(tǒng)的用電設(shè)備不斷增多.但由于非任務(wù)系統(tǒng)用電設(shè)備之間控制相對(duì)獨(dú)立，互不關(guān)聯(lián)，一個(gè)很小的系統(tǒng)都有相應(yīng)的控制器，一個(gè)信號(hào)源也會(huì)引出多根信號(hào)線至不同的系統(tǒng)，使得硬件利用率低，連線錯(cuò)綜復(fù)雜.分散、獨(dú)立的控制和管理模式，已經(jīng)不能滿足特種車(chē)輛發(fā)展的需求，因此需要探索新的控制和管理模式.80年代國(guó)外新型戰(zhàn)機(jī)的非任務(wù)系統(tǒng)通過(guò)對(duì)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行有序融合，取消了許多控制開(kāi)關(guān)及顯示儀表，形成了比較完善的機(jī)電綜合控制的管理模式，使各子系統(tǒng)不再相互獨(dú)立、互不相干，而是功能融合、工作相互協(xié)同的統(tǒng)一的系統(tǒng).這種機(jī)電管理系統(tǒng)的管理模式，為研究特種車(chē)輛機(jī)電系統(tǒng)的管理架構(gòu)提供了方向.

1 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

1.1 國(guó)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

機(jī)電管理系統(tǒng)的概念最早出現(xiàn)在軍用飛機(jī)上.80年代初，美國(guó)空軍在總結(jié)第三代戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)電管理系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和管理的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)之上，提出了“寶石柱(PAVEPILLAR)”[1]計(jì)劃，明確提出了飛機(jī)的機(jī)電綜合控制系統(tǒng)的概念.

“PAVEPILLAR”系統(tǒng)頂層結(jié)構(gòu)分為傳感器管理區(qū)、任務(wù)管理區(qū)和飛機(jī)管理區(qū)這3個(gè)功能區(qū)域，機(jī)電綜合控制系統(tǒng)屬于飛機(jī)管理區(qū)的一部分.傳感器的信號(hào)、任務(wù)數(shù)據(jù)及控制信號(hào)在任務(wù)管理區(qū)控制下，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù).盡管美國(guó)空軍為“PAVEPILLAR”系統(tǒng)制訂了高速數(shù)據(jù)總線(HSDB)的規(guī)范，但它并未排斥在各功能區(qū)域內(nèi)部使用其他總線的可能性.例如在飛行器管理系統(tǒng)中，可以使用MIL-STD-1553B這樣速率不高，但可靠性好且很成熟的總線.此外，“PAVE PILLAR”系統(tǒng)的一些通用的概念及要求也適用于機(jī)電綜合控制系統(tǒng).美國(guó)在“PAVEPILLAR”系統(tǒng)規(guī)范公布后的一段時(shí)間里，對(duì)機(jī)電系統(tǒng)綜合化作了大量的研究，其研究成果成為“PAVEPILLAR”系統(tǒng)的重要補(bǔ)充.

美國(guó)空軍于1991年開(kāi)始執(zhí)行公共設(shè)備系統(tǒng)綜合計(jì)劃，以發(fā)展和驗(yàn)證可用于機(jī)載機(jī)電系統(tǒng)的綜合技術(shù).該計(jì)劃認(rèn)為，應(yīng)由一個(gè)作為整體的綜合系統(tǒng)來(lái)完成目前由各個(gè)機(jī)載機(jī)電系統(tǒng)執(zhí)行的全部功能.麥道公司在機(jī)電系統(tǒng)綜合控制和管理技術(shù)的研究中提出了一種新的機(jī)電綜合管理模式.

美國(guó)空軍已在其第四代戰(zhàn)斗機(jī) F-22飛機(jī)上采用了這種機(jī)電綜合控制系統(tǒng)，其機(jī)電綜合控制系統(tǒng)取消了傳統(tǒng)座艙中的許多控制開(kāi)關(guān)及顯示儀表.綜合控制的范圍包括供電系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、環(huán)控系統(tǒng)、救生系統(tǒng)、輔助動(dòng)力系統(tǒng)、起落架控制系統(tǒng)、剎車(chē)系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)完整性診斷及狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)等.與此同時(shí)，英國(guó)針對(duì)機(jī)電控制系統(tǒng)在飛機(jī)中硬件利用率低、導(dǎo)線連接錯(cuò)綜復(fù)雜和可靠性低的現(xiàn)象，開(kāi)展了一系列旨在簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、提高性能的研究工作.隨后，英國(guó)將其研究成果應(yīng)用于歐洲戰(zhàn)斗機(jī)的驗(yàn)證機(jī)EAP飛機(jī).其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與美國(guó)的不同，內(nèi)部總線采用雙MIL-STD-1553B總線，各處理機(jī)具備足夠的能力處理總線失效時(shí)發(fā)生的情況.EAP飛機(jī)采用的新的機(jī)電系統(tǒng)與傳統(tǒng)的機(jī)電系統(tǒng)相比，安裝重量和使用費(fèi)用分別降低50%以上，利用率提高7倍，有利于提高飛機(jī)的性能、可靠性和生存能力.美、英等國(guó)開(kāi)發(fā)的新的機(jī)電管理系統(tǒng)，其共同特點(diǎn)是摒棄了現(xiàn)有的各機(jī)載機(jī)電系統(tǒng)單獨(dú)控制的方案，而把機(jī)載機(jī)電系統(tǒng)的控制視為一個(gè)統(tǒng)一的控制問(wèn)題來(lái)處理.

1.2 國(guó)內(nèi)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

我國(guó)在機(jī)電管理系統(tǒng)綜合化方面起步雖較晚，但在新研制的飛機(jī)中，已采用了機(jī)電綜合管理系統(tǒng)技術(shù)，可監(jiān)管18個(gè)非航空電子系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)及故障狀態(tài).但是與國(guó)外的先進(jìn)水平相比，在機(jī)載機(jī)電設(shè)備綜合控制和管理系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)技術(shù)、機(jī)載機(jī)電設(shè)備的故障監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)，可容錯(cuò)機(jī)電管理系統(tǒng)的管理處理機(jī)技術(shù)等方面還存在較大差距.

我國(guó)特種車(chē)輛機(jī)電管理系統(tǒng)的研究與國(guó)內(nèi)航空系統(tǒng)基本同步，在某些產(chǎn)品的數(shù)字化改造中已經(jīng)有了機(jī)電管理系統(tǒng)構(gòu)架的雛形，采用虛擬儀表代替?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)械儀表，采用智能功率模塊代替自保開(kāi)關(guān)、接觸器、繼電器.虛擬儀表能在有限的安裝空間通過(guò)切屏顯示多種信息，顯示的信息內(nèi)容不再受安裝空間的限制，而且顯示的信息可以根據(jù)乘員的觀察習(xí)慣進(jìn)行顯示，并且可實(shí)現(xiàn)信息的冗余備份，提高了人機(jī)功效性.智能功率模塊可以對(duì)用電設(shè)備實(shí)施遠(yuǎn)程控制和狀態(tài)信息反饋，完成一鍵上電及負(fù)載的自動(dòng)控制功能，并且能夠?qū)嵤┻^(guò)載、短路保護(hù)及故障信息交互等功能，通過(guò)數(shù)字化改造，機(jī)電管理系統(tǒng)在自動(dòng)化、信息化、綜合化等方面有了進(jìn)步，但從整體上說(shuō)，機(jī)電管理系統(tǒng)的控制部件還相對(duì)分散，還沒(méi)有形成系統(tǒng)管理;在冗余控制、故障診斷、故障隔離等方面相對(duì)簡(jiǎn)單，在綜合化、智能化及信息化等方面與國(guó)外的先進(jìn)水平還存在很大差距.通過(guò)對(duì)機(jī)電管理系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入研究，分析系統(tǒng)內(nèi)部邏輯關(guān)系，在此基礎(chǔ)上對(duì)機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行有效綜合，形成新的機(jī)電管理系統(tǒng)的管理模式.

2 機(jī)電管理系統(tǒng)

機(jī)電管理系統(tǒng)是特種車(chē)輛的任務(wù)支撐系統(tǒng).機(jī)電管理系統(tǒng)通過(guò)對(duì)機(jī)電設(shè)備的綜合管理、集中控制以及故障的檢測(cè)等手段，解決負(fù)載的電源供給、余度管理、容錯(cuò)控制、數(shù)據(jù)融合等問(wèn)題.機(jī)電管理系統(tǒng)的研究目的在于綜合考慮機(jī)電管理系統(tǒng)總體需求，解決目前機(jī)電管理系統(tǒng)各子系統(tǒng)相互獨(dú)立、隔離、融合度低的問(wèn)題.使機(jī)電管理系統(tǒng)總體性能和可靠性達(dá)到最優(yōu).

機(jī)電管理系統(tǒng)的組成如圖1所示，分為一體化電源系統(tǒng)和機(jī)電管理控制系統(tǒng)，一體化電源系統(tǒng)主要研究特種車(chē)輛所承載的各種電源及控制設(shè)備，包括主機(jī)發(fā)電機(jī)、輔機(jī)發(fā)電機(jī)、高功率儲(chǔ)能設(shè)備、電源變化及逆變裝置;機(jī)電管理控制系統(tǒng)主要研究電能的分配、傳輸及機(jī)電負(fù)載的控制及管理，包括配電管理中心、遠(yuǎn)程控制終端.

圖1 機(jī)電管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2.1 一體化電源系統(tǒng)

一體化電源系統(tǒng)是機(jī)電管理系統(tǒng)的重要組成部分，負(fù)責(zé)特種車(chē)輛電能的供給.

一體化電源系統(tǒng)主要包括主機(jī)發(fā)電機(jī)、輔機(jī)發(fā)電機(jī)、高功率密度儲(chǔ)能設(shè)備、電源變換及逆變裝置及一體化電源控制器(見(jiàn)圖1).該系統(tǒng)采用一體化設(shè)計(jì)[2]的理念，目的是取消單一控制功能模塊，統(tǒng)一協(xié)調(diào)一體化電源系統(tǒng)的內(nèi)部工作，這樣，能夠平抑電網(wǎng)的波動(dòng)，確保電能的有效供給.

主機(jī)發(fā)電機(jī)是一體化電源系統(tǒng)的核心部件，隨著用電設(shè)備的增加，發(fā)電機(jī)的功率急劇增加，未來(lái)發(fā)電機(jī)的功率可能在800 kW左右，輸出交流電壓的線電壓在690 V左右，整流后的空載直流電壓將達(dá)到900 V左右，100 kW以上大功率負(fù)載直接由900 V直流高壓母線進(jìn)行配電，其他用電設(shè)備的電源通過(guò)DC/DC電源變換裝置進(jìn)行供給.輔機(jī)發(fā)電機(jī)的額定功率也將提高到50 kW左右，以滿足車(chē)輛在靜默狀態(tài)下各種用電設(shè)備的用電需求.在主機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)工作的條件下，由主機(jī)發(fā)電機(jī)向全車(chē)的用電設(shè)備提供電源，當(dāng)主機(jī)發(fā)電機(jī)不能滿足整車(chē)用電設(shè)備的用電需求時(shí)，輔機(jī)發(fā)電機(jī)自行起動(dòng)，向電網(wǎng)補(bǔ)充電能.車(chē)輛在靜默狀態(tài)或維修狀態(tài)時(shí)，可以關(guān)閉主機(jī)，起動(dòng)輔機(jī)，為用電設(shè)備提供電能.高功率儲(chǔ)能設(shè)備(包括高壓蓄電池組和超級(jí)電容)既可以作為起動(dòng)電源，又可以作為應(yīng)急電源，在主輔機(jī)起動(dòng)時(shí)，由高功率儲(chǔ)能設(shè)備為主輔機(jī)的起動(dòng)提供電能，當(dāng)主輔機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，高功率儲(chǔ)能設(shè)備又可以作為關(guān)鍵負(fù)載和重要負(fù)載的應(yīng)急電源，可以保證關(guān)鍵負(fù)載和重要負(fù)載的用電需求，同時(shí)也可以作為蓄能設(shè)備，吸收大功率用電設(shè)備通斷瞬間引起的電網(wǎng)波動(dòng).目前高功率儲(chǔ)能設(shè)備存在的缺陷是能量密度低、功率密度低、體積大、充電時(shí)間長(zhǎng)，難以滿足特種車(chē)輛的使用要求.只有高功率儲(chǔ)能設(shè)備的能量密度達(dá)到200 W·h/kg，功率密度達(dá)到3 500 W·h/kg以上才具備在特種車(chē)輛上進(jìn)行工程應(yīng)用的可能.

電源變換及逆變裝置(包括雙向 DC/DC和DC/AC)既可以作為電源又可以作為二次配電設(shè)備，滿足整車(chē)用電設(shè)備額定電壓多樣性的要求.通過(guò)對(duì)一體化電源系統(tǒng)實(shí)施綜合化管理，構(gòu)建多重冗余供電能力，來(lái)滿足關(guān)鍵和重要負(fù)載在作戰(zhàn)狀態(tài)下，不間斷供電的要求;通過(guò)構(gòu)建多種供電電壓體制，來(lái)滿足不同額定電壓的用電設(shè)備的用電需求.大功率電子器件的耐壓低、結(jié)溫低、體積大是制約電源變換及逆變裝置在特種車(chē)輛上使用的瓶頸.目前在國(guó)內(nèi)大功率電子器件的耐壓、結(jié)溫不可能大幅度提高的前提下，只用通過(guò)改善電源變換及逆變裝置的散熱系統(tǒng)，來(lái)減小電源變換及逆變裝置的體積，從而提高功率密度.

一體化電源系統(tǒng)通過(guò)一體化設(shè)計(jì)、一體化控制、一體化管理，能夠保證各電源之間控制的協(xié)調(diào)性和統(tǒng)一性;解決不同電源設(shè)備相互獨(dú)立，控制錯(cuò)綜復(fù)雜、電源設(shè)備冷卻困難等問(wèn)題.通過(guò)對(duì)一體化電源系統(tǒng)的集成優(yōu)化設(shè)計(jì)，將有效緩解電源設(shè)備散熱困難的問(wèn)題，提高一體化電源系統(tǒng)的效率，有效避免電磁干擾;同時(shí)也有利于多個(gè)電源集中布置、集中冷卻;通過(guò)對(duì)電源系統(tǒng)采用一體化管理，可減少電源的總體質(zhì)量和體積，優(yōu)化一體化電源系統(tǒng)空間布置.

2.2 機(jī)電管理控制系統(tǒng)

機(jī)電管理控制系統(tǒng)實(shí)施機(jī)電的統(tǒng)一管理，由原有的離散配電、控制、采集及功能部件獨(dú)立設(shè)計(jì)，向車(chē)輛的機(jī)電綜合管理系統(tǒng)轉(zhuǎn)換，利用不同負(fù)載之間潛在的聯(lián)系，提高綜合控制管理和故障診斷等方面的水平.該系統(tǒng)通過(guò)對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃、機(jī)電負(fù)載的管理與控制、配電安全保障系統(tǒng)的構(gòu)建，來(lái)保障全車(chē)任務(wù)系統(tǒng)和機(jī)電管理系統(tǒng)所管理的設(shè)備的正常配電;通過(guò)對(duì)關(guān)鍵負(fù)載和重要負(fù)載構(gòu)建冗余配電支路，來(lái)確保對(duì)關(guān)鍵負(fù)載、重要負(fù)載的不間斷供電及用電安全;通過(guò)總線實(shí)現(xiàn)一體化電源系統(tǒng)與機(jī)電管理控制系統(tǒng)的信息共享.

機(jī)電管理控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上采用綜合管理、分布控制的體系架構(gòu)，即以微型計(jì)算機(jī)為控制中心，采用多路傳輸技術(shù)，通過(guò)智能功率模塊對(duì)負(fù)載進(jìn)行自動(dòng)管理.機(jī)電管理控制系統(tǒng)主要由機(jī)電管理控制器、配電管理中心、遠(yuǎn)程控制終端和數(shù)據(jù)傳輸總線等組成，完成配電智能管理、機(jī)電負(fù)載管理、環(huán)境控制、供電安全的保護(hù)等功能.其中機(jī)電管理控制器完成頂層級(jí)的系統(tǒng)控制任務(wù)，配電管理中心控制和監(jiān)控內(nèi)部智能功率模塊的狀態(tài)，遠(yuǎn)程終端控制器控制機(jī)電管理系統(tǒng)的環(huán)境控制設(shè)備、生命支持設(shè)備、輔助系統(tǒng)設(shè)備的狀態(tài)，并監(jiān)測(cè)所控制設(shè)備的狀態(tài)信息，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備的閉環(huán)管理.

2.2.1 機(jī)電管理控制器

目前機(jī)電管理控制系統(tǒng)沒(méi)有安裝機(jī)電管理控制器，對(duì)電源的分配及機(jī)電負(fù)載的控制通過(guò)儀表配電板或分配電盒上的開(kāi)關(guān)直接控制配電支路和機(jī)電負(fù)載的工作順序，沒(méi)有邏輯判斷功能.新型特種車(chē)輛儀表配電板采用軟開(kāi)關(guān)代替?zhèn)鹘y(tǒng)自保開(kāi)關(guān)，通過(guò)總線實(shí)現(xiàn)對(duì)配電支路和機(jī)電負(fù)載的控制，但也沒(méi)有邏輯判斷功能，而且不能實(shí)現(xiàn)按負(fù)載優(yōu)先級(jí)配電，不能顯示所有配電設(shè)備和控制設(shè)備的工作狀態(tài)，不能實(shí)時(shí)顯示供電平衡情況，不能對(duì)機(jī)電系統(tǒng)的健康狀態(tài)進(jìn)行正確評(píng)估.機(jī)電管理控制器不僅可以提高電能的有效利用，還可以降低駕駛員的操作強(qiáng)度，更重要的是可以通過(guò)機(jī)電管理控制器檢測(cè)機(jī)電系統(tǒng)各部件的工作狀態(tài)，并可對(duì)出現(xiàn)的故障進(jìn)行檢測(cè)、預(yù)警，提示駕駛員進(jìn)行必要的檢測(cè).因此機(jī)電管理控制器是機(jī)電管理控制系統(tǒng)發(fā)展的必然產(chǎn)物.

機(jī)電管理控制器既是機(jī)電綜合管理系統(tǒng)的核心，也是車(chē)輛電子系統(tǒng)和機(jī)電管理系統(tǒng)的接口.它通過(guò)接收車(chē)輛電子系統(tǒng)指令、采集機(jī)電管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息對(duì)機(jī)電管理控制系統(tǒng)進(jìn)行綜合管理.配電管理中心和遠(yuǎn)程控制終端通過(guò)接收機(jī)電管理控制器的命令，驅(qū)動(dòng)配電支路或機(jī)電負(fù)載的智能功率模塊的通斷，并將狀態(tài)信息反饋到機(jī)電管理控制器，從而為機(jī)電管理控制器的決策提供依據(jù).機(jī)電管理控制器完成的主要功能為:1)保證機(jī)電管理系統(tǒng)的配電支路及機(jī)電負(fù)載的有序啟動(dòng);2)對(duì)機(jī)電管理系統(tǒng)內(nèi)部資源進(jìn)行分配、控制和管理;3)通過(guò)總線與車(chē)輛電子系統(tǒng)高速總線相連，接收車(chē)輛電子系統(tǒng)指令，進(jìn)行機(jī)電管理系統(tǒng)自檢測(cè)和故障診斷;4)根據(jù)特種車(chē)輛所處的任務(wù)剖面設(shè)置負(fù)載管理優(yōu)先級(jí);5)解電源請(qǐng)求方程，接通相應(yīng)智能功率模塊或其它電子功率器件，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電負(fù)載的自動(dòng)管理.

2.2.2 配電管理中心

配電管理中心的作用是保證向特種車(chē)輛所有用電設(shè)備連續(xù)地提供符合技術(shù)性能的電能，并實(shí)施有效的保護(hù)，保證用電設(shè)備的正常工作.若供電系統(tǒng)供電不足或發(fā)生故障時(shí)，能夠及時(shí)地按照預(yù)定的方案進(jìn)行降級(jí)配電處理，以確保關(guān)鍵和重要負(fù)載的不間斷配電.

目前特種車(chē)輛采用單一28 V的供電體制，配電管理中心比較簡(jiǎn)單，主要通過(guò)保險(xiǎn)絲、接觸器或自保開(kāi)關(guān)完成主要配電支路的配電，配電管理中心只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的通斷控制，具有過(guò)載和短路保護(hù)，不能進(jìn)行信息反饋.目前的配電中心只能完成簡(jiǎn)單粗放的開(kāi)放式管理，不能實(shí)現(xiàn)智能的閉環(huán)管理.

未來(lái)的配電管理中心將采用智能功率模塊代替?zhèn)鹘y(tǒng)的保險(xiǎn)絲，或者通過(guò)智能功率模塊與保險(xiǎn)絲串聯(lián)，通過(guò)接收機(jī)電管理控制器的控制信息，將智能功率模塊接通，供電給相應(yīng)的系統(tǒng)或機(jī)電設(shè)備;關(guān)鍵負(fù)載的配電支路具有冗余措施，當(dāng)主匯流條出現(xiàn)故障時(shí)，自動(dòng)切換到備用匯流條向負(fù)載供電;當(dāng)向關(guān)鍵負(fù)載或重要負(fù)載配電的智能功率模塊出現(xiàn)故障時(shí)，自動(dòng)切換到備用智能功率模塊.配電管理中心的狀態(tài)信息、報(bào)警信息通過(guò)總線上傳到機(jī)電管理控制器.機(jī)電管理控制器向配電管理中心下達(dá)配電指令，對(duì)負(fù)載的接通、斷開(kāi)實(shí)施有序、閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)負(fù)載管理自動(dòng)化、智能化、綜合化.安全保護(hù)是配電管理中心承載的另一項(xiàng)重要功能，由于高壓電網(wǎng)的存在，出現(xiàn)漏電故障可能危機(jī)乘員生命.配電管理中心通電前進(jìn)行漏電流、漏電壓和絕電阻的檢測(cè)，當(dāng)高壓配電支路檢測(cè)的漏電流、漏電壓、絕緣電阻超過(guò)設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)切斷配電支路，并將檢測(cè)的信息通過(guò)總線上傳到機(jī)電管理控制器，從而確保成員的生命安全及設(shè)備可靠使用.

2.2.3 遠(yuǎn)程控制終端

目前的遠(yuǎn)程控制終端采用信息采集控制盒或相應(yīng)控制盒對(duì)用電設(shè)備進(jìn)行控制，信息采集控制盒和其他控制盒都具有過(guò)載或短路保護(hù)功能，但目前的信息采集盒和其他控制盒是針對(duì)低壓用電設(shè)備研發(fā)的，不具有高壓保護(hù)功能，而且目前采集控制盒或控制盒的過(guò)載保護(hù)和短路保護(hù)值都是預(yù)先設(shè)定的，設(shè)定的保護(hù)值大多都是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值設(shè)定的，而不是根據(jù)負(fù)載的特性曲線設(shè)定的，因此經(jīng)常出現(xiàn)誤動(dòng)作、誤報(bào)警，影響設(shè)備的正常工作，影響駕駛員的操作.

新研制的遠(yuǎn)程控制終端分為低壓和高壓2種，都能夠?qū)ω?fù)載實(shí)施過(guò)載、短路保護(hù)，且高壓遠(yuǎn)程控制終端還具有高壓安全保護(hù).過(guò)載保護(hù)和短路保護(hù)通過(guò)智能功率模塊實(shí)現(xiàn)，高壓安全保護(hù)通過(guò)檢測(cè)高壓控制支路的漏電流、絕緣電阻實(shí)現(xiàn).高壓機(jī)電設(shè)備通電前，首先進(jìn)行絕緣電阻的檢測(cè)，絕緣電阻檢測(cè)通過(guò)之后方可對(duì)高壓機(jī)電設(shè)備通電;當(dāng)工作過(guò)程中檢測(cè)到高壓機(jī)電設(shè)備的漏電流超過(guò)設(shè)定值時(shí)，立即切斷控制回路.遠(yuǎn)程控制終端的自身狀態(tài)和機(jī)電設(shè)備的工作狀態(tài)通過(guò)總線反饋到機(jī)電管理控制器，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)管理.

機(jī)電設(shè)備的控制和保護(hù)策略是根據(jù)負(fù)載的工作曲線進(jìn)行個(gè)性化設(shè)置后來(lái)制定的.所謂個(gè)性化設(shè)置，就是根據(jù)特種車(chē)輛用電設(shè)備的工作特點(diǎn)設(shè)置過(guò)載保護(hù)曲線和短路保護(hù)的極值點(diǎn).圖2和圖3是利用預(yù)研課題采集用電設(shè)備A和B的工作曲線.利用所得到的工作曲線建立機(jī)電設(shè)備數(shù)學(xué)仿真模型，然后將數(shù)學(xué)仿真模型儲(chǔ)存到相對(duì)應(yīng)的遠(yuǎn)程控制終端，遠(yuǎn)程控制終端根據(jù)不同的用電設(shè)備采用不同的控制策略.

圖2 某設(shè)備A的工作電流曲線

圖3 某設(shè)備B的工作電流曲線

2.2.4 數(shù)據(jù)傳輸總線

數(shù)據(jù)傳輸總線將系統(tǒng)各組成部分有機(jī)地連接在一起，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的信息共享、自動(dòng)控制.數(shù)據(jù)傳輸總線的選用依據(jù)系統(tǒng)的傳輸數(shù)據(jù)量及實(shí)時(shí)性、可靠性、容錯(cuò)性、經(jīng)濟(jì)性等指標(biāo)進(jìn)行綜合選擇.CAN總線是一種多主總線系統(tǒng)，通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光纖.通信速率最高可達(dá)1 Mb/s(通信距離不超過(guò)40 m)，最大通信距離可達(dá)10 km(此時(shí)通信速率為5 kb/s).1553B總線是一種廣播式分布處理的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò).網(wǎng)絡(luò)上可掛接32個(gè)終端，所有的終端(節(jié)點(diǎn))共享一條消息通路，任一時(shí)刻網(wǎng)絡(luò)中至多只有一個(gè)終端在發(fā)送消息，傳送中的消息可以被所有終端接收，實(shí)際接收的終端通過(guò)地址來(lái)識(shí)別.網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，終端的擴(kuò)展十分方便.任一終端(除總線控制器外)的故障都不會(huì)造成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的故障，總線控制器則可通過(guò)備份提高可靠性，同時(shí)實(shí)時(shí)性好，可靠性高.MIC總線采用的傳輸方式為同步串行方式(SSP)，傳輸速率可達(dá)2.0 Mb/s，并可同時(shí)接入64個(gè)遠(yuǎn)程工作模塊.這些遠(yuǎn)程模塊可設(shè)置在傳感器或負(fù)載的附近.通過(guò)串行傳輸線與總線控制器相連.FlexRay總線為高速數(shù)據(jù)傳輸和高級(jí)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)的故障容錯(cuò)協(xié)議，具有全局時(shí)間同步、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸和時(shí)間觸發(fā)通信等特點(diǎn);是未來(lái)最有前途的現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)總線.

CAN總線、MIC總線、1553B總線、FlexRay總線都是可選擇的現(xiàn)場(chǎng)總線.CAN總線、MIC總線、1553B總線目前都已成功應(yīng)用于特種車(chē)輛數(shù)據(jù)傳輸中，F(xiàn)lexRay總線也在某項(xiàng)目中試用，通過(guò)對(duì)以上幾種總線的研究和使用，根據(jù)機(jī)電管理控制系統(tǒng)傳輸?shù)男畔⒘俊㈨憫?yīng)速度以及可靠性的要求，CAN總線和FlexRay總線都可能成為機(jī)電管理控制系統(tǒng)所選用的傳輸總線.

3 結(jié)束語(yǔ)

機(jī)電管理系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)采用新的機(jī)電管理模式，旨在通過(guò)采用通用化、綜合化的管理模式，減輕系統(tǒng)重量，減小部件體積，解決原系統(tǒng)管理松散、控制簡(jiǎn)單、連線復(fù)雜的局面，實(shí)現(xiàn)整車(chē)的電功率流的有序流動(dòng)，從而提升全車(chē)電能的品質(zhì)和管理效率.

目前，機(jī)電管理系統(tǒng)的總體技術(shù)研究還處在初級(jí)階段，管理的模式、故障診斷的機(jī)理、用電設(shè)備的數(shù)學(xué)模型還不完善，還需要針對(duì)存在的問(wèn)題進(jìn)行深入的研究和探索.作為特種車(chē)輛必不可少的任務(wù)支撐系統(tǒng)，機(jī)電管理系統(tǒng)總體技術(shù)將向著更加綜合化、智能化的趨勢(shì)發(fā)展，為任務(wù)系統(tǒng)的可靠工作提供強(qiáng)有力的保障.

[1]劉 亭，王占林，裘麗華.機(jī)載公共設(shè)備綜合管理系統(tǒng)概述[J].測(cè)控技術(shù)，2006，25(6):1-6.

[2]張訓(xùn)文.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京:北京理工大學(xué)出版社，2008.