汽车控制系统中智能开关的设计与应用

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1、汽车控制系统中智能开关的设计与应用杨义检测技术与自动化装置北京交通大学摘要：我们引入一个使用电池的电力线作为通信媒介的智能开关系统。设计的系统是由一个主控制器单元，单电源/数据总线，电源线和数据传输，智能开关电源/数据总线连接负载组成。可以通过负载和母线之间的发送来设计智能交换机电源监控和ON-OFF控制序列。有了这个系统，在车载网络可以很容易地建立通信而无耑安装新的电线。我们设计了一个系统，并作为一个例子來说明简化现代汽车动力系统的可行性。研宂仍在进行中，更多的数学分析和系统的开发工作将进行。关键词：电源总线，电力线载波通信系统，智能开关，扩频载波。第一章引言电子

2、技术在现代汽车行业中有着重要的作用。汽车中电子设备的数量，预计在未来几年闪会迅速增加。汽车电子设备的控制的常规方法是安装控制而板，这需要在每一个节点电源与控制面板之间布罝通信的线路。然而，这意味着布线的a杂性和高生产成本。为了简化布线系统，车载网络标准已经被提出，如“CAN总线”和“LIN总线”。不管是“CAN总线”还是“LIN总线”，都需要一个互相通信的专用线路。然而，可以进一步通过网络相结合的通信总线和电池电源线进行简化。在本文中，我们提出了在汽车控制应用钓能开关系统的设计，通过电池的电力线载波通信。第二章智能开关系统的设计所提出的智能开关系统的基本思路是在电力

3、电缆传输高频率的载波信号，以方便远程电源控制。该系统的简化电路如图1所示［2］。它基本上是一个总线网络电缆（电源总线），负载（家电），电源（电池），智能主控制器和智能幵关单元组成［141。主机控制器接收用户通过用户界面传来的命令，并传送信号到电源总线的智能开关，以方便电源控制和家电的监测。由于传播数据与电源的结合线，使得接线的S杂性和车辆使用的电缆数量减少。使用总线拓扑结构，最大限度地减少多路径回声和确保可预见的通信传输延迟，在低信号碰撞概率和也有助于减少电缆的使用量。图1所提岀的智能开关系统的基木电路主机控制器上的用户界时，使用户能够控制或监视任何连接到电源总线的

4、智能开关设备的状态。例如，当用户输入用户界面的命令打开头灯，主控制器将发送一个信号，通过电源总线控制智能开打开关相关的头灯。然后智能开关将打开头灯完成的信息送到主机控制器，打开头灯的命令完成。然而，在实践中，由于电阻和寄生电感的存在，电力电缆电源总线上的设备通常是连接在并联电容器，电源总线的行为就像一个非常低的截止频率的低通滤波器[11]。图2给出了VDC是电池电压的电源总线的实际电路。r是电池内阻。器RP1,RP2的和RPN是电源线的部分阻力；LP1,LP2,LP3和LPN是电源线的寄生电感。RL1,RL2和喉返祌经，连接到智能交换机的负载。并联负载和RC1的滤波

5、电容器C1,C2和CN。RC2和RCN滤波电容器的等效串联电阻（ESR）的。在图2中可以看岀，智能开关1打开吋，从主控制器发送的载波信号通过一个低通T型过滤器通过智能开关2,T型过滤器组成电源负载电阻和滤波电界器的电阻和电感。假设负载电阻RL1远大于ESR和电界的阻抗的总和,可以忽略不计，直流电源线传输功能，可以很容易地定义：Vv2=Vs,x久,+coC'coC(2-1)coC'/?C2+coC•其•巾仍。得出WslxcoC，Rc2+coCRpi+coLP{+RCI+RCi+coCn-l/^Cn-I+ojC//-I//?C2+coCRc”+coC,ojC(2-2)图

6、2实际电路中的智能开关系统如公式（2-1）和（2-2）所示，载波信号的衰减主要取决于电源总线的寄生电感，换句话说取决于电源总线的长度。巾于电源总线的截止频率随着电源线的长度和容性负载的增加数减少，当主机控制器和智能开关的目标相距甚远时，就是窄带传输，将导致严重的信号损失。此外，是因为由发电机产生的噪声的频率车速与车速成正比，当车辆超过一定的速度运行时，这可能干扰窄带载波，受干扰的信号频率范围非常大。力/解决这些M题，使用扩频通信技术。使用扩频通信技术的主要优点是高抗干扰，运行时拦截概率低，抵抗干扰能力强和产生干扰的概率低。利用宽带带宽，扩频后的载波信号的能量分布在所

7、允许的频率段，保持了低能量的载波带宽（近似于附近环境噪音）［10］。换句话说，传输信号的行力类似于噪声通过电源总线传递。智能开关系统的信号传输，使用lOOKHz的450kHz的传播与直接序列频谱传输［121。图3a主机控制器框图(b)图3b智能开关框图第三章主控制器和智能开关的电路设计主机控制器和智能开关的电路设计非常相似，两者基本上是由一个微控制器，一个扩频载波收发器和电源稳压器组成。它们之间的区别是主机控制器连接到用户界面，而智能开关单元集成一个电源开关和电流监测电路。图3显示了主机控制器和智能开关的框图。微控制器是主机控制器和智能开关电路的核心组件。它可以