電子控制技術(shù)在車輛工程中的應(yīng)用研究

王 偉

中車長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司 吉林 長(zhǎng)春 130000

正文：

電子控制系統(tǒng)，分為開(kāi)環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。具體來(lái)說(shuō)，開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)主要是利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來(lái)收集、整合和處理相關(guān)數(shù)據(jù)，但不會(huì)直接參與控制系統(tǒng)。其次，開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)不必再將后續(xù)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)反饋至上級(jí)系統(tǒng)；閉環(huán)控制系統(tǒng)主要是將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)收到的相關(guān)數(shù)據(jù)信息傳遞到執(zhí)行系統(tǒng)內(nèi)，進(jìn)而有效控制相關(guān)數(shù)據(jù)信息。閉環(huán)系統(tǒng)已成熟應(yīng)用于自動(dòng)駕駛車輛（ATO），隨著技術(shù)成熟度的提高，目前也已在全自動(dòng)駕駛車輛（FAO）上發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。

一、電子控制技術(shù)的具體過(guò)程控制

（一）實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)

由于電子控制技術(shù)作用的發(fā)揮是依賴于豐富的數(shù)據(jù)的，因此，實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)至關(guān)重要。工作人員利用計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)充分掌握系統(tǒng)控制特征，進(jìn)而加強(qiáng)對(duì)被控制對(duì)象的監(jiān)督管理。做好對(duì)瞬間數(shù)據(jù)信息的測(cè)量收集工作，并將所收集的數(shù)據(jù)視作數(shù)據(jù)辨別憑證。

（二）對(duì)實(shí)時(shí)控制科學(xué)決策

工作人員要在計(jì)算機(jī)中事先安裝好信息處理軟件，一旦系統(tǒng)成功采集到所需數(shù)據(jù)后，利用電子控制技術(shù)相關(guān)軟件來(lái)批量、高效、系統(tǒng)化處理這些數(shù)據(jù)，并將最終數(shù)據(jù)進(jìn)行整合后用到適當(dāng)?shù)牟课恢小?/p>

（三）實(shí)時(shí)控制

如果收集到所需數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)將信息直接反饋至上級(jí)處理中心系統(tǒng)，這兩級(jí)系統(tǒng)相輔相成、相互促進(jìn)，共同輔助實(shí)施電子控制技術(shù)。

二、城軌車輛電氣牽引控制技術(shù)應(yīng)用

（一）軌道運(yùn)輸裝備牽引/制動(dòng)特性

在城軌運(yùn)輸中，牽引/制動(dòng)特性是最基本、最重要的性能，裝備運(yùn)輸是首要考慮的一個(gè)因素，運(yùn)輸?shù)乃俣?、加速性能等都要滿足城軌運(yùn)輸?shù)男枨?。在運(yùn)輸裝備牽引/制動(dòng)時(shí)，優(yōu)先采取再生制動(dòng)，電機(jī)回饋的電能通過(guò)交流裝置回饋給電網(wǎng)，在這個(gè)系統(tǒng)控制中，高功率的密度變流裝置，能控制電機(jī)和矩陣電機(jī)，從而能順利實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的牽引/制動(dòng)。整個(gè)技術(shù)應(yīng)用中，直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生交流異步傳動(dòng)，將直流電動(dòng)轉(zhuǎn)為交流傳動(dòng)，最終能將轉(zhuǎn)差電流控制發(fā)展成為矢量電流控制，相較于傳統(tǒng)的控制技術(shù)，現(xiàn)代電子牽引/制動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)更加明顯。

（二）CBTC電子通信系統(tǒng)的應(yīng)用

CBTC屬于現(xiàn)代先進(jìn)的電子技術(shù)，在城軌控制系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用，其中的監(jiān)控和連續(xù)控制作用，能實(shí)現(xiàn)城軌車輛的移動(dòng)閉塞制運(yùn)行模式，能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的雙向通信信息交流，減少了城軌工程中的硬件工程設(shè)備的投入，從而更有效節(jié)約安裝和維護(hù)的成本，系統(tǒng)的安裝和調(diào)試等工作更加便捷，更加低成本的全壽命運(yùn)行。整個(gè)CBTC系統(tǒng)主要包括地面設(shè)備（軌旁設(shè)備以及聯(lián)鎖系統(tǒng)），還有車載設(shè)備系統(tǒng)等。當(dāng)?shù)孛嬖O(shè)備向車載設(shè)備傳輸控制信息時(shí)，通過(guò)控制城軌列車的運(yùn)行時(shí)間和速度等，能形成閉環(huán)信息傳輸和控制。這種電子通信技術(shù)的應(yīng)用能進(jìn)一步提升城軌安全性，結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)便。

（三）脈沖寬度調(diào)制技術(shù)（PWM）應(yīng)用

這種交流技術(shù)在現(xiàn)代城軌交通工程建設(shè)中的應(yīng)用，主要是對(duì)城軌車輛進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)，降低能耗，實(shí)現(xiàn)其綠色節(jié)能發(fā)展。通過(guò)改變輸出的脈沖占比，實(shí)現(xiàn)輸出電壓與頻率之間的轉(zhuǎn)換，從而能將交流脈沖轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷髅}沖，最終形成能量的轉(zhuǎn)換，采用空間適量的脈沖調(diào)制系統(tǒng)，在三相對(duì)稱正弦波電壓供電時(shí)，最終合成旋轉(zhuǎn)的空間電壓矢量，形成脈沖波。

（四）無(wú)觸點(diǎn)邏輯控制技術(shù)應(yīng)用

無(wú)觸點(diǎn)邏輯控制技術(shù)屬于現(xiàn)代電力電子技術(shù)和現(xiàn)代計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)的一種車載控制和設(shè)備驅(qū)動(dòng)的技術(shù)，在城軌車輛車載控制方面的應(yīng)用很廣泛，其主要采用分布式的邏輯控制單元（LCU）構(gòu)建控制系統(tǒng)，在每一個(gè)邏輯單元的內(nèi)部使用控制器和輸入、輸出電路，替代原來(lái)電氣柜內(nèi)的大量中間繼電器，通過(guò)時(shí)間繼電器和迂回線路對(duì)車輛進(jìn)行有效的控制。LCU的核心就是微機(jī)控制單元和大集成電路，其中微機(jī)控制單元主要是對(duì)各種電器的邏輯聯(lián)鎖關(guān)系進(jìn)行控制，采用功率場(chǎng)效應(yīng)管等電力電子元器件，對(duì)繼電器進(jìn)行代替，能直接驅(qū)動(dòng)電磁控制器和控制線圈繞組，從而將指令傳遞給各個(gè)單元，并且執(zhí)行指令。

其具體應(yīng)用時(shí)，根據(jù)車輛的控制需求，在每一個(gè)節(jié)點(diǎn)相應(yīng)的位置，選擇相應(yīng)數(shù)量的LCU，LCU之間借助硬連線連接，并且可以相互通信，可以布置可靠的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，例如MVB、RS485及CAN總線等。駕駛司機(jī)通過(guò)操作信號(hào)進(jìn)行操作，并且根據(jù)系統(tǒng)監(jiān)控信號(hào)和指令進(jìn)行行車過(guò)程中的操作。在硬連線端可以直接進(jìn)入LCU輸入的操作端口，經(jīng)過(guò)LCU的邏輯語(yǔ)言運(yùn)算，將驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過(guò)輸出電路直接傳達(dá)到相應(yīng)的功能器件上面，實(shí)現(xiàn)功能要求。在這個(gè)過(guò)程中輸入信號(hào)的采集一般可以分為4類：（1）司控器的控制信號(hào)，當(dāng)司機(jī)操作后，各個(gè)司控器行程結(jié)束，鑰匙、旋鈕狀態(tài)信號(hào)等都將處于關(guān)閉狀態(tài)；（2）司機(jī)臺(tái)、屏柜的按鈕，當(dāng)信號(hào)燈亮起的時(shí)候，司機(jī)和維護(hù)人員可以根據(jù)指示完成操作，根據(jù)各操作器件的狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行檢查，保證正常運(yùn)行；（3）執(zhí)行部件的監(jiān)控信號(hào)，這個(gè)部分的信號(hào)主要是各執(zhí)行部件的行程開(kāi)關(guān)、位置等狀態(tài)信息，如門、制動(dòng)系統(tǒng)的閥等狀態(tài)信號(hào)；（4）網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，在車輛運(yùn)行的過(guò)程中，LCU通過(guò)網(wǎng)絡(luò)能與其他系統(tǒng)相互連接，在這個(gè)過(guò)程中會(huì)獲取其他系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)射的信號(hào)和控制指令等，并且獲得相關(guān)的監(jiān)控信號(hào)。在這個(gè)系統(tǒng)中，為了抗干擾，可以將各硬線傳來(lái)的輸入信號(hào)定義，根據(jù)邏輯直流的有效信號(hào)，最終能提升系統(tǒng)的抗干擾能力。這種技術(shù)在現(xiàn)代城軌車輛工程中正逐漸應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間小，冗余度高，可編程邏輯響應(yīng)速度快，非常能滿足切實(shí)的需求。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，城軌交通行業(yè)實(shí)現(xiàn)蓬勃式發(fā)展的原因除了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，還有一個(gè)重要原因就是電子控制技術(shù)在車輛工程中的應(yīng)用，大大提升了車輛的可靠性，提高了行車的安全性，從而有效降低交通事故的發(fā)生率。在未來(lái)，我們還要不斷優(yōu)化電子控制系統(tǒng)，提高城軌交通本身以及運(yùn)行的質(zhì)量，推動(dòng)城軌交通行業(yè)又好又快發(fā)展。