電子控制技術在車輛工程中的應用研究

王 偉

中車長春軌道客車股份有限公司 吉林 長春 130000

正文：

電子控制系統，分為開環和閉環控制系統。具體來說，開環控制系統主要是利用計算機系統來收集、整合和處理相關數據，但不會直接參與控制系統。其次，開環控制系統不必再將后續產生的數據反饋至上級系統；閉環控制系統主要是將計算機系統收到的相關數據信息傳遞到執行系統內，進而有效控制相關數據信息。閉環系統已成熟應用于自動駕駛車輛（ATO），隨著技術成熟度的提高，目前也已在全自動駕駛車輛（FAO）上發揮優勢。

一、電子控制技術的具體過程控制

（一）實時采集數據

由于電子控制技術作用的發揮是依賴于豐富的數據的，因此，實時采集數據至關重要。工作人員利用計算機、互聯網技術充分掌握系統控制特征，進而加強對被控制對象的監督管理。做好對瞬間數據信息的測量收集工作，并將所收集的數據視作數據辨別憑證。

（二）對實時控制科學決策

工作人員要在計算機中事先安裝好信息處理軟件，一旦系統成功采集到所需數據后，利用電子控制技術相關軟件來批量、高效、系統化處理這些數據，并將最終數據進行整合后用到適當的部位中。

（三）實時控制

如果收集到所需數據后，系統將信息直接反饋至上級處理中心系統，這兩級系統相輔相成、相互促進，共同輔助實施電子控制技術。

二、城軌車輛電氣牽引控制技術應用

（一）軌道運輸裝備牽引/制動特性

在城軌運輸中，牽引/制動特性是最基本、最重要的性能，裝備運輸是首要考慮的一個因素，運輸的速度、加速性能等都要滿足城軌運輸的需求。在運輸裝備牽引/制動時，優先采取再生制動，電機回饋的電能通過交流裝置回饋給電網，在這個系統控制中，高功率的密度變流裝置，能控制電機和矩陣電機，從而能順利實現對電機的牽引/制動。整個技術應用中，直流電動機轉動，產生交流異步傳動，將直流電動轉為交流傳動，最終能將轉差電流控制發展成為矢量電流控制，相較于傳統的控制技術，現代電子牽引/制動系統的優勢更加明顯。

（二）CBTC電子通信系統的應用

CBTC屬于現代先進的電子技術，在城軌控制系統中發揮著重要的作用，其中的監控和連續控制作用，能實現城軌車輛的移動閉塞制運行模式，能實現實時的雙向通信信息交流，減少了城軌工程中的硬件工程設備的投入，從而更有效節約安裝和維護的成本，系統的安裝和調試等工作更加便捷，更加低成本的全壽命運行。整個CBTC系統主要包括地面設備（軌旁設備以及聯鎖系統），還有車載設備系統等。當地面設備向車載設備傳輸控制信息時，通過控制城軌列車的運行時間和速度等，能形成閉環信息傳輸和控制。這種電子通信技術的應用能進一步提升城軌安全性，結構更加簡便。

（三）脈沖寬度調制技術（PWM）應用

這種交流技術在現代城軌交通工程建設中的應用，主要是對城軌車輛進行變頻調節，降低能耗，實現其綠色節能發展。通過改變輸出的脈沖占比，實現輸出電壓與頻率之間的轉換，從而能將交流脈沖轉變為直流脈沖，最終形成能量的轉換，采用空間適量的脈沖調制系統，在三相對稱正弦波電壓供電時，最終合成旋轉的空間電壓矢量，形成脈沖波。

（四）無觸點邏輯控制技術應用

無觸點邏輯控制技術屬于現代電力電子技術和現代計算機控制技術實現的一種車載控制和設備驅動的技術，在城軌車輛車載控制方面的應用很廣泛，其主要采用分布式的邏輯控制單元（LCU）構建控制系統，在每一個邏輯單元的內部使用控制器和輸入、輸出電路，替代原來電氣柜內的大量中間繼電器，通過時間繼電器和迂回線路對車輛進行有效的控制。LCU的核心就是微機控制單元和大集成電路，其中微機控制單元主要是對各種電器的邏輯聯鎖關系進行控制，采用功率場效應管等電力電子元器件，對繼電器進行代替，能直接驅動電磁控制器和控制線圈繞組，從而將指令傳遞給各個單元，并且執行指令。

其具體應用時，根據車輛的控制需求，在每一個節點相應的位置，選擇相應數量的LCU，LCU之間借助硬連線連接，并且可以相互通信，可以布置可靠的網絡系統，例如MVB、RS485及CAN總線等。駕駛司機通過操作信號進行操作，并且根據系統監控信號和指令進行行車過程中的操作。在硬連線端可以直接進入LCU輸入的操作端口，經過LCU的邏輯語言運算，將驅動信號通過輸出電路直接傳達到相應的功能器件上面，實現功能要求。在這個過程中輸入信號的采集一般可以分為4類：（1）司控器的控制信號，當司機操作后，各個司控器行程結束，鑰匙、旋鈕狀態信號等都將處于關閉狀態；（2）司機臺、屏柜的按鈕，當信號燈亮起的時候，司機和維護人員可以根據指示完成操作，根據各操作器件的狀態信號進行檢查，保證正常運行；（3）執行部件的監控信號，這個部分的信號主要是各執行部件的行程開關、位置等狀態信息，如門、制動系統的閥等狀態信號；（4）網絡信號，在車輛運行的過程中，LCU通過網絡能與其他系統相互連接，在這個過程中會獲取其他系統通過網絡發射的信號和控制指令等，并且獲得相關的監控信號。在這個系統中，為了抗干擾，可以將各硬線傳來的輸入信號定義，根據邏輯直流的有效信號，最終能提升系統的抗干擾能力。這種技術在現代城軌車輛工程中正逐漸應用，其結構緊湊、占用空間小，冗余度高，可編程邏輯響應速度快，非常能滿足切實的需求。

結束語

綜上所述，城軌交通行業實現蓬勃式發展的原因除了經濟的發展，還有一個重要原因就是電子控制技術在車輛工程中的應用，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生率。在未來，我們還要不斷優化電子控制系統，提高城軌交通本身以及運行的質量，推動城軌交通行業又好又快發展。