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一线多控线束系统在斯泰尔汽车上的应用 |
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作者：陕西重型汽车集团有限公司 马继周 |
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[摘要] 简要介绍了一线多控线束系统的概念、特点和控制原理，主要针对其在斯泰尔车型汽车电器系统改造上应用情况作了概括性的阐述。
关键词：一线多控线束系统 模块 继电器控制模式 编码 译码 数字信号
斯泰尔车电器系统采用的是传统的电路设计思路，用开关、继电器、熔断丝等电器元件组合来实现汽车上的电器功能。长期以来汽车电路设计一直采用这种方式，其电路原理属于继电器控制模式。其特点是原理简单，每根导线功能是唯一的。但是随着汽车上电气化的程度增大，控制线路越来越庞大，线束越来越复杂，占用了大量的空间，这和汽车零部件紧凑化设计产生了矛盾。而且这种矛盾已经变得很尖锐，一定程度上制约了汽车电器在汽车上的应用。而一线多控线束系统则解决了这个矛盾，它将数字技术引入了汽车电器系统，一根导线上可传输多种信号，大大提高了导线的利用率。打个比方：把电线比作公路，把电信号比作汽车，继电器控制模式相当于一辆汽车在一条公路上行驶，每辆汽车都需要一条专用的公路。而一线多控线束系统相当于一条公路上同时行驶多辆汽车。可见后者公路的利用率更高，同时省去了其它公路的修建，节省了资源。两种控制方式比较如图。
1—开关板 2—熔断丝盒 3—组合插接器 4—配电盒 5—组合尾灯 6—尾灯模块
7—制动灯开关 8—制动灯继电器 9—中央控制器模块
1 斯泰尔车一线多控线束系统的概念
一线多控线束系统使用模块构成供电网络，用开关的闭合作指令信号，经模块内部电路处理后转变为一定格式的跳频信号，用一根导线作为公用信号线控制车身各处用电设备。
其与传统继电器控制模式相比，它有如下优点：
（1）电子开关替代寿命有限的继电器，实现整车无触点化；省掉了开关与电器间的复杂线束和插接件，以及电磁继电器、熔断丝等，实现整车数字化供电。
（2）增强了电器控制系统的可靠性，模块内采用自修复过载保护，基本达到免维修水平。
（3）基本消除了因电路故障而发生的火灾隐患，确保了整车的安全。
（4）简化控制线路的复杂程度且采取公共信号线传输，大幅减少了线束的数量，降低了线束成本。
2 斯泰尔车一线多控线束系统的组成
2.1 中央控制器模块（见图1）
对驾驶室各种开关（包括组合开关、仪表台上的开关）指令信息进行编码的模块。它用一根导线输出多路信号，此导线简称ƒ0 信号线。编码信号标记用F01、F02、...F16 表示。可集成或提供其它功能，如雾灯功能、仪表指示灯显示功能等。
中央控制器模块为相当于一个A/D 转换器，它将低电平的开关量转换为数字信号进行处理，并进行编码输出到车身各处的终端智能模块。
2.2 驾驶室专用供电模块（见图2）
直接将开关指令输入到该模块（不需要编、译码），就能直接控制用电器（或让用电器能在不同状态下）工作，配合一线多路控制系统模块完成整车的电器控制。可集成多种功能满足实际车辆的需要，如鼓风机调速功能，雨刮低速、高速、间歇功能等。
2.3 终端智能模块（见图3）
根据车辆需要设置在以某局部电器为中心，安装在车辆前、后、左、右、发动机室及底盘上的模块，一个模块有多路输出并能从一根信号线ƒ0 上鉴别出该模块各路所要控制电器的开关信号（简称译码），驱动内部电子开关向负载供电，各路输出有独立的自恢复电子保险和诊断功能。译码信号用Y01、Y02、...Y16 表示。它可以是一路输出或多路输出。
终端智能模块相当于一个D/A 转换器，它将中央控制器模块输出的数字信号进行译码，转化为模拟量后从相应的端口输出到用电器。
2.4 控制开关
包括所有手动开关，用于控制所有用电器。控制开关仅需要控制一个低电平信号，以输入到驾驶室专用供电模块和中央控制器模块。
2.5 电子开关
内置于终端智能模块之中，利用半导体材料制作的开关元件，主要替代寿命有限的继电器。电子开关向负载供电，可改变传统的寿命有限的继电器控制，推动汽车电路向无触点、长寿命、电子模块化的方向发展。可根据电器工作要求，在模块内设置特种功能控制，对用电器进行自动控制。
2.6 自恢复电子保险
内置于终端智能模块之中，当输出电流增大或输出端发生短路时，能自动减小或切断输出电流，保护模块不受毁坏，并能在故障排除后又能恢复正常状态的保险装置。替代人工经常更换的熔断器。
2.7 信号灯、诊断灯
为了检修方便，我们在中央控制器和终端模块上设计了发光二极管（LED）信号、故障指示灯，驾驶员不需任何检测仪器或仪表，即可判断出有故障的电器。
3 斯泰尔车一线多控线束系统的控制过程（以制动灯工作过程为例）
首先打开电源总开关，然后将钥匙开关拨至ON 档，从而起动中央控制器模块（驾驶室电器控制板）和右后终端智能模块（车架后部），操纵制动灯开关将一个低电平信号输入中央控制器模块F06 端口。中央控制器模块识别该模拟信号后转换为一个数字信号并进行编码，通过公共信号线输入右后终端智能模块，右后终端智能模块对这个数字信号进行译码，转换为24V 电压信号从右后终端智能模块Y06 端口输出，通过导线接至后组合灯的制动灯灯泡上从而点亮制动灯。
4 斯泰尔车一线多控线束系统实际应用
斯泰尔汽车为我公司20 世纪80 年代初由奥地利原斯泰尔公司引进的系列车型，该车型为欧洲20 世纪70 年代设计，采用柴油发动机，其汽车电器设计上采用的是继电器控制模式，由驾驶室各种开关将控制信号输入中央电器板上的各种继电器，再由继电器输出到分布于车辆各处的用电设备。控制流程如下：
24V 电源→熔断丝→开关→继电器→用电设备。其特点是：每一根电线只有唯一的功能，随着汽车电子设备在汽车上的广泛应用，中央电器板的控制功能日渐复杂化，电线的数量大幅增加，造成仪表台部分越来越拥挤，电线束极易与其它机械部件发生干涉，短路和断路现象增多，而且空间小不易检修。
为了解决这个问题，仪表台部分作了相当大的改造以增加内部空间，但是受驾驶室空间限制，仪表台内部空间不可能无限的增大，而线束数量随着新增的电器设备的安装不断的增加，所以无法改变设计上的被动局面。当接触到一线多控线束系统时，发现其设计思路另辟蹊径，从根本上解决了以上问题。
根据斯泰尔车的实际情况，我们将整车上的用电设备划分为六个区域：驾驶室区，发动机区，底盘区，驾驶室左前区，驾驶室右前区，尾灯区。用这六个模块分别控制每一区域的用电设备，针对每个区域的用电设备的用电量和工作特点进行了核算，以确定该区模块的功率及特性。
以尾灯区域为例：这一区域距离驾驶室较远，则在尾灯附近安装一个执行模块，驾驶员将控制信号输入中央控制板上的中央控制器模块，中央制器模块经过内部处理后把控制信号通过一根公共的信号线输入该执行模块，执行模块再按照控制逻辑将24V 电源输出至相应的灯光设备，完成控制要求，从而节省了大部分导线。
再以驾驶室部分为例：这一区域包括驾驶室内部所有用电设备（如：开关照明灯、信号灯、暖风机、雨刷器等），其特点是用电量较小且分布分散，但整体区域不大。驾驶室专用供电模块将中央控制模块和终端执行模块功能合二为一，只要将开关信号输入其中即可按照一定逻辑准确输出给指定的用电设备，实现控制要求。
斯泰尔电器系统改进为模块控制模式对整车电器系统进行了重新设计后，电器系统与改进前相比，其变化主要体现在以下几个方面：
所有电器负载仍由原操作开关控制，开关闭合时只向控制器提供低电平命令信息，因此避免了误操作造成搭铁故障，每一信道信息电流≤4mA，降低了对开关电器性能的要求，有利于开关造型的优化、体积的缩小，电线直径也可大幅减小。
控制线路中的继电器和保险被中央控制器模块代替，外部连结线路大大简化，控制回路中减少了中间环节，更加简洁，底盘部分线路得到优化。线束数量大约减少40%。
取消了全车原有的继电器和熔断丝配电盒，同时也取消了特种功能的电子装置。如：雨刮继电器、起动保护复合继电器及暖风机调速电阻等。
我们完成了斯泰尔车上一线多控线束系统设计后，即进行了试制和装车工作，样车进行了道路试验，实验数据表明，该系统在斯泰尔车上的工作正常，电器故障率较低。说明该系统在斯泰尔车上的应用是成功的。
实际应用中我们发现采用该系统需注意以下两个方面：
(1) 模块参数的设定方面需要重点核算后予以确定。
(2) 线束制作需严格检验已确认无误。
5 结论
一线多控线束系统是一套全面的、完整的高技术汽车模块供电网络。使用单导线智能模块控制平台，方便了车型变换的灵活性，使主机厂CAD 线路设计更加简洁，也拓宽了设计空间，且降低了设计费用，提高了整车装配速度，而供电网络的可靠性减少了售后服务费用，并使车辆上升了一个档次。
参考文献
1 陈留见. 汽车无线束单线控制系统的开发与研究. 汽车电器，2000（3）：11～14(end)
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(5/8/2005) |
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