汽车车载网络应用

汽车车载网络应用（精选11篇）

汽车车载网络应用 第1篇

随着汽车工业日新月异的发展, 现代汽车上使用了大量的电子控制装置, 许多中高档轿车上采用了十几个甚至二十几个电控单元, 而每一个电控单元都需要与相关的多个传感器和执行器发生通讯, 并且各控制单元间也需要进行信息交换, 如果每项信息都通过各自独立的数据线进行传输, 这样会导致电控单元针脚数增加, 整个电控系统的线束和插接件也会增加, 故障率也会增加等诸多问题。

为了简化线路, 提高各电控单元之间的通信速度, 降低故障频率, 一种新型的数据网络CAN数据总线应运而生。CAN总线具有实时性强、传输距离较远、抗电磁干扰能力强;在自动化电子领域的汽车发动机控制部件、传感器、抗滑系统等应用中, CAN的位速率可高达1Mbps。同时, 它可以廉价地用于交通运载工具电气系统中。

2 CAN-BUS数据总线的组成与结构

CAN-BUS系统主要包括以下部件:CAN控制器、CAN收发器、CAN-BUS数据传输线和CAN-BUS终端电阻。

2.1 CAN控制器, CAN收发器

CAN-BUS上的每个控制单元中均设有一个CAN控制器和一个CAN收发器。CAN控制器主要用来接收微处理器传来的信息, 对这些信息进行处理并传给CAN收发器, 同时CAN控制器也接收来自CAN收发器传来的数据, 对这些数据进行处理, 并传给控制单元的微处理器。

CAN收发器用来接收CAN控制器送来的数据, 并将其发送到CAN数据传输总线上, 同时CAN收发器也接收CAN数据总线上的数据, 并将其传给CAN控制器。

2.2 数据总线终端电阻

CAN-BUS数据总线两端通过终端电阻连接, 终端电阻可以防止数据在到达线路终端后象回声一样返回, 并因此而干扰原始数据, 从而保证了数据的正确传送, 终端电阻装在控制单元内。

2.3 数据传输总线

数据传输总线大部分车型用的是两条双向数据线, 分为高位﹝CAN-H﹞和低位﹝CAN-L﹞数据线。为了防止外界电磁波干扰和向外辐射, 两条数据线缠绕在一起, 要求至少每2.5cm就要扭绞一次, 两条线上的电位是相反的, 电压的和总等于常值。

3 车载网络的应用分类

车载网络按照应用加以划分, 大致可以分为4个系统:车身系统、动力传动系统、安全系统、信息系统。

3.1 动力传动系统

在动力传动系统内, 动力传动系统模块的位置比较集中, 可固定在一处, 利用网络将发动机舱内设置的模块连接起来。在将汽车的主要因素-跑、停止与拐弯这些功能用网络连接起来时, 就需要高速网络。

动力CAN数据总线一般连接3块电脑, 它们是发动机、ABS/EDL及自动变速器电脑 (动力CAN数据总线实际可以连接安全气囊、四轮驱动与组合仪表等电脑) 。总线可以同时传递10组数据, 发动机电脑5组、ABS/EDL电脑3组和自动变速器电脑2组。数据总线以500Kbit/s速率传递数据, 每一数据组传递大约需要0.25ms, 每一电控单元7～20ms发送一次数据。优先权顺序为ABS/EDL电控单元→发动机电控单元→自动变速器电控单元。

在动力传动系统中, 数据传递应尽可能快速, 以便及时利用数据, 所以需要一个高性能的发送器, 高速发送器会加快点火系统间的数据传递, 这样使接收到的数据立即应用到下一个点火脉冲中去。CAN数据总线连接点通常置于控制单元外部的线束中, 在特殊情况下, 连接点也可能设在发动机电控单元内部。

3.2 车身系统

与动力传动系统相比, 汽车上的各处都配置有车身系统的部件。因此, 线束变长, 容易受到干扰的影响。为了防干扰应尽量降低通信速度。在车身系统中, 因为人机接口的模块、节点的数量增加, 通信速度控制将不是问题, 但成本相对增加, 对此, 人们正在摸索更廉价的解决方案, 目前常常采用直连总线及辅助总线。

舒适CAN数据总线连接一般连接七个控制单元, 包括中央控制单元、车前车后各一个受控单元及四个车门的控制单元。舒适CAN数据传递有七大功能:中控门锁、电动窗、照明开关、空调、组合仪表、后视境加热及自诊断功能。控制单元的各条传输线以星状形式汇聚一点。这样做的好处是:如果一个控制单元发生故障, 其他控制单元仍可发送各自的数据。该系统使经过车门的导线数量减少, 线路变得简单。如果线路中某处出现对地短路, 对正极短路或线路间短路, CAN系统会立即转为应急模式运行或转为单线模式运行。

数据总线以62.5Kbit/s速率传递数据, 每一组数据传递大约需要1ms, 每个电控单元20ms发送一次数据。优先权顺序为:中央控制单元→驾驶员侧车门控制单元→前排乘客侧车门控制单元→左后车门控制单元→右后车门控制单元。由于舒适系统中的数据可以用较低的速率传递, 所以发送器性能比动力传动系统发送器的性能低。

整个汽车车身系统电路主要有三大块:主控单元电路、受控单元电路、门控单元电路。

主控单元按收开关信号之后, 先进行分析处理, 然后通过CAN总线把控制指令发送给各受控端, 各受控端响应后作出相应的动作。车前、车后控制端只接收主控端的指令, 按主控端的要求执行, 并把执行的结果反馈给主控端。门控单元不但通过CAN总接收主控端的指令, 还接收车门上的开关信号输入。根据指令和开关信号, 门控单元会做出相应动作, 然后把执行结果发往主控单元。

(1) 安全系统

这是指根据多个传感器的信息使安全气囊启动的系统, 由于安全系统涉及到人的生命安全, 加之在汽车中气囊数目很多, 碰撞传感器多等原因, 要求安全系统必须具备通信速度快、通信可靠性高等特点。

(2) 信息系统

信息系统在车上的应用很广泛, 例如车载电话、音响等系统的应用。对信息系统通信总线的要求是:容量大、通信速度非常高。通信媒体一般采用光纤或铜线, 因为此两种介质传输的速度非常快, 能满足信息系统的高速化需求。

4 CAN总线技术在汽车中应用的关键技术

利用CAN总线构建一个车内网络, 需要解决的关键技术问题有:总线传输信息的速率、容量、优先等级、节点容量等技术问题;高电磁干扰环境下的可靠数据传输;确定最大传输时的延时大小;网络的容错技术;网络的监控和故障诊断功能;实时控制网络的时间特性;安装与维护中的布线;网络节点的增加与软硬件更新 (可扩展性)

5 结束语

CAN总线作为一种可靠的汽车计算机网络总线, 现已开始在先进的汽车上得到应用, 从而使得各汽车计算机控制单元能够通过CAN总线共享所有的信息和资源, 以达到简化布线、减少传感器数量、避免控制功能重复、提高系统可靠性和可维护性、降低成本、更好地匹配和协调各个控制系统之目的, 随着汽车电子技术的发展, 具有高度灵活性、简单的扩展性、优良的抗干扰性和纠错能力的CAN总线通信协议必将在汽车电控系统中得到更广泛的应用。

参考文献

[1]王箴.CAN总线在汽车中应用[N].中国汽车报.2004.

[2]邬宽明.CAN总线原理和应用系统设计.航空航天大学出版社.1996.

[3]周震.基于CAN总线的车身控制模块.南京航空航天大学.2005.

[4]李刚炎, 于翔鹏.CAN总线技术及其在汽车中的应用.中国科技论文在线.

[5]杨维俊.汽车车载网络系统.北京:机械工业出版社.2006.

提高汽车适应能力的车载自发电系统 第2篇

介绍了汽车车载自发电系统的.组成、原理.分析了汽车车载自发电与传统柴油发电机组的不同点,论述了相关的关键技术.大量应用实践表明,GSC-Ⅲ汽车车载自发电系统有效的提高了汽车的适应能力.

作 者：周亚伟 郑戍华 王德明 王向周 作者单位：周亚伟,王德明(包头北奔重型汽车有限公司,内蒙古包头,014032)

郑戍华,王向周(北京理工大学自动化学院,北京,100081)

车载信息服务让汽车更“聪明” 第3篇

“车载信息服务是当前汽车电子技术的一个市场热点，也是智能汽车和智能交通的关键。”沃尔沃信息技术（中国）公司东亚区总监Anders Dalmen告诉记者，“为应对优化交通系统，改善交通拥堵等问题的迫切需求，车联网产品及服务，不仅成为物联网的标志性应用，也在政府的大力支持及相关行业的积极参与下，不断地发展完善。”

所谓“车载信息服务(Telematics)”是以汽车为核心、整合了各种信息服务的平台架构，它以无线语音、数字通信和人造卫星的GPS系统为基础，通过无线定位系统和无线通信网向驾驶员和乘客提供交通信息、应对紧急情况、进行远距离车辆诊断和互联网服务。

“沃尔沃集团推出的卡车和客车远程诊断功能就给车主带来很大方便。一旦车辆抛锚，远程诊断系统能够在救援队到达之前分析出车辆故障的潜在因素，从而降低排除故障的时间和成本。”据Anders Dalmen介绍，车载信息服务应用广泛，包括车辆行驶信息实时提供、娱乐、节能环保、导航、故障诊断和维护、发生事故时的救援以及电子付费等多种类型。由于车载信息服务可以改善驾驶体验、提高驾驶安全性，深受车主们的推崇，正逐渐成为一些新车型尤其是高端车型的标准配备。

沃尔沃集团是最早进入车载信息服务的商业运输及建筑设备制造商之一。沃尔沃集团总部位于瑞典哥德堡，业务遍及世界50多个国家，其下属的沃尔沃信息技术公司是全球领先的车载信息服务提供商。

“未来的运输车辆就是一个微型的数据中心，车载信息服务透过数据中心与外界进行通信，监控汽车各个部件的运行状态，从而使汽车越来越聪明，最终让汽车驾乘人员更安全。” Anders Dalmen认为，“安全是车载信息服务的核心。”

凭借WirelessCar品牌以及其它信息技术为商业运输领域客户提供全面的整体解决方案，包括自动碰撞警示系统、路边紧急援助、被窃车辆追踪、车队维护管理、在线服务、遥控车门开锁以及远程诊断系统等全球性车载信息服务。沃尔沃信息技术公司不断秉承并完善着集团的发展理念，为用户带来更多优质的性能体验。

现代汽车车载网络技术应用 第4篇

在传统汽车中, 开关、继电器、电磁仪表等与电子相关的零部件构成了汽车电器, 它们之间信息交互是建立在点对点电气信号连接基础上的。电气信号的种类也局限于模拟信号和开关信号。实施信号连接的电线束, 通常称为线束。

汽车中电器的技术含量和数量是衡量汽车性能的一个重要标志。汽车电器技术含量和数量的增加, 意味着汽车性能的提高。但汽车电器的增加, 同样使汽车电器之间的信息交互桥梁线束和与其配套的电器接插件数量成倍上升。在1955年平均一辆汽车所用线束总长度为45米;而到了2002年, 一辆汽车所用的平均线束总长度达到了4000米。线束的增加不但占据了车内的有效空间, 增加了装配和维修的难度, 提高了整车成本, 而且妨碍了整车可靠性的提高。

为了在提高性能与控制线束数量之间寻求一种有效的解决途径, 在20世纪80年代初, 出现了一种基于数据网络的车内信息交互方式车载网络。

汽车制造商根据各个地方不同速度的要求, 将会制定出几个不同标准的车载网络。“对于所有的汽车制造商来说, 车载网络中的很多运行都涉及到工业标准, ”通用汽车公司的一位研究电子动力传输的专家Dennis Bogden说。“如果你获得高速的数据是通过链接一个网络, 而低速的数据又是链接另一个网络的话, 我们就早已经停止了各种各样的技术尝试, 因为我们需要的仅仅是一个车载网络。”

2 车载网络的应用

车载网络按照应用加以划分, 大致可以分为4个系统:车身系统、动力传动系统、安全系统、信息系统。

在动力传动系统内, 动力传动系统模块的位置比较集中, 可固定在一处, 利用网络将发动机舱内设置的模块连接起来。在将汽车的主要因素行驶、停车与转向这些功能用网络连接起来时, 就需要高速网络。

动力CAN数据总线一般连接3块电脑, 它们是发动机、ABS/EDL及自动变速器电脑 (动力CAN数据总线实际可以连接安全气囊、四轮驱动与组合仪表等电脑) 。总线可以同时传递10组数据, 发动机电脑5组、ABS/EDL电脑3组和自动变速器电脑2组。数据总线以500Kbit/s速率传递数据, 每一数据组传递大约需要0.25ms, 每一电控单元7~20ms发送一次数据。优先权顺序为ABS/EDL电控单元发动机电控单元自动变速器电控单元。

与动力传动系统相比, 汽车上的各处都配置有车身系统的部件。因此, 线束变长, 容易受到干扰的影响。为了防干扰应尽量降低通信速度。在车身系统中, 因为人机接口的模块、节点的数量增加, 通信速度控制将不是问题, 但成本相对增加, 对此, 人们正在摸索更廉价的解决方案, 目前常常采用直连总线及辅助总线。

整个汽车车身系统电路主要有三大块:主控单元电路、受控单元电路、门控单元电路。

主控单元按收开关信号之后, 先进行分析处理, 然后通过CAN总线把控制指令发送给各受控端, 各受控端响应后作出相应的动作。车前、车后控制端只接收主控端的指令, 按主控端的要求执行, 并把执行的结果反馈给主控端。门控单元不但通过CAN总接收主控端的指令, 还接收车门上的开关信号输入。根据指令和开关信号, 门控单元会做出相应动作, 然后把执行结果发往主控单元。

网络技术在汽车上的应用, 不但增强了汽车的性能, 而且减少了线束的用量。2003年6月在南京菲亚特下线的“派力奥周末风”, 由于采用了汽车整体车载网络技术, 从而减少了23%的线束, 降低元件重量2.8千克。在“派力奥周末风”中, 车载网络将前照灯照明、前/后窗自动玻璃清洗控制、转向灯控制、后风窗雨刮器、内部照明系统、单点触电动窗自动升降、电子防盗系统通过网络连为一体。

3 汽车网络的发展

近两年在中国生产, 价格在8万元~20万元之间, 采用车载网络的轿车、SUV情况。价格在20万元以下的轿车属于普及型轿车, 但车载网络却在近两年在中国生产的普及型轿车中占据了相当大的比重, 说明车载网络已在轿车中进入产业化阶段, 它不再是高档轿车独享的专用高级技术。说明CAN总线已成为普及型轿车车载网络的主流。

在车载网络的发展过程中, 通信介质已日益引起关注, 目前POF已得到大量应用。此前德国宝马汽车公司宣布在2002年3月上市的最高级新款轿车“BMW7”系列中采用了50米POF。它表明大量采用POF车载网络的汽车已经开始进入实用阶段。

数据通信对速度的要求是永无止境的。在车载网络的发展过程中, 介质的通信速度是制约车载网络应用和发展的一个重要因素。POF在汽车上的成功应用, 不但推动了以Bytefl ight、Flex Ray和MOST等现有的以POF为介质的高速车载网络的产业化应用, 而且为下一代车载网络的发展创造了条件。随着人类生活空间的拓展, IT融合于汽车之中是未来发展的必然趋势, 而作为IT装置之间实施信息交互媒介的网络, 将会有更多类似于IEEE1394、Bluetooth等IT领域应用的网络向汽车渗透。

随着中国经济的高速发展, 面对中国巨大的轿车市场, 世界上各大汽车制造商纷纷与国内汽车制造厂合作生产轿车, 并且所生产轿车的技术含量正逐渐与世界同步。据相关资料报道, 近年来在国内生产的轿车中, 汽车电子在汽车中所占的比例及其汽车电子的技术含量已超过世界轿车的平均水平。

目前国际汽车工业广泛采用系统开发、项目平台、全球采购、模块化供货等运作方式。最近上海、浙江、广东已在不同程度上起动了汽车电子产业。政府的支持、市场的需求为中国汽车电子的发展提供了良好平台。车载网络是典型的实时嵌入式网络系统, 而中国拥有较多的嵌入式系统开发人员, 提供了大量的人才储备。这是中国汽车电子的发展机遇, 也是具有自主知识产权车载网络在中国的发展机遇。

车载网络作为连接车内机械、电器和电子信息的纽带, 是整车的核心技术, 而国内汽车工业的现状将注定具有自主知识产权的车载网络的大量运用还需要汽车企业和相关技术开发商付出大量的努力。

摘要：车载网络是现代汽车电子技术发展的必然趋势, 本文就车载网络形成的必要性及其应用进行了分析, 并对车载网络的发展前景做了研究, 以便更好地理解新一代汽车电子控制系统。

关键词：车载网络,车身系统,动力传动系统,安全系统,信息系统

参考文献

[1]李刚炎, 于翔鹏.CAN总线技术及其在汽车中的应用[Z].中国科技论文在线, 2006.

[2]杨维俊.汽车车载网络系统[M].北京:机械工业出版社, 2009.

GPS技术车载导航系统应用 第5篇

摘 要：GPS车载导航设备作为一种全新概念的汽车电子用品，可以在地理信息服务、城市导航、自驾远游等方面为车主提供诸多便利。在欧美、日本等国，GPS车载导航仪已经成为大众的一个生活辅助工具，甚至是必需品。通过对日常生活的客观状况的了解，提出自己粗略的见解。目前，随着私家车保有量的大幅提升，参与国内GPS市场角逐的企业也如雨后春笋，GPS车载导航仪产品不再是少数专业人士及探险家手里的“发烧”级装备。选购此类高科技产品时，消费者往往处于“一知半解”的状态，容易产生困惑和迷茫。

关键词：GPS技术；车载系统应用

1 GPS地图卫星定位系统技术内容简介

1.1 GPS技术系统简介

GPS（GlobalPositioningSystem），一般译为“全球卫星定位系统”，是美国国防部安排部署的，其首要的任务是为美军及其盟军提供全球范围内不间断的定位、导航等数据。GPS系统包括GPS卫星、GPS监控站，以及用户接收设备和GPS应用软件等部分。GPS系统目前共有24颗卫星分布在6条固定的轨道上，绕地球运行。轨道距地面约20400km，每颗星以12h为周期，连续向地面发送关于时间和自身位置的精确信息。

由于地球上任一点到卫星的距离不等，且都有一组相对应的比较确定的数据，因此在实际应用中在用手持接收器于测试点接收到这一组数据信号时，即可用这组数据到达的时间差来计算该点相对卫星的距离，并以此来确定该点的相对位置，从而达到定位的目的。根据计算公式，定位有二维和三维之分，二维定位至少需要接收三颗卫星的星历；而三维定位至少要接收四颗卫星的星历。

1.2 其他卫星定位系统

GPS地图导航卫星系统除美国的GPS卫星系统外，能与其比拟的就是俄国的GLONASS卫星系统，也是24颗卫星组成的系统，由于经费困难，缺乏维护和补充，目前可能有19颗可用，随着俄国经济的复苏和军事上的需要，将会得到完善和健全。GLONASS系统是开放性，有利于使用，许多GPS生产厂商，为了提高GPS接收机使用性能和精度，都积极地研究GPS与GLONASS结合双系统应用软件，充分地利用GLONASS系统，已初见成效。如美国JAVAD公司GPS接收机，利用超级集成技术，在芯片中集成40个通用信道，把GPS与GLONASS的差异无端地缩小了，结合起来使用，使观测卫星增多。

2 车载导航系统的现状

利用全球卫星定位系统（GPS）信号进行汽车导航，根据采用的硬件平台不同，可分CAR-PC 车载导航系统、DVD汽车导航仪、基于掌上电脑的车载导航仪及其他形式的导航仪等。

2.1 CAR-PC 车载导航系统

计算机技术在汽车上的应用程度日益向纵深发展，在1998年1月，美国消费者电子产品展示会上展出了首台CAR-PC系统。它安装在一台名为超豪华概念车Else的仪表板上，是属于开放式结构的轿车微机平台，使用微软Windows CE操作系统。从功能上看，它集轿车音响功能、计算机功能、导航功能、语音识别式无线通讯系统功能等于一体，并以轿车技术为核心，为轿车提供了信息和娱乐设施，实现了驾驶者安全驾驶过程中自由接收电子邮件、打电话拨号、查询特殊目的地、接收交通和气候信息以及改选音乐唱片等功能。

国内在CAR-PC导航产品方面研究开始较早，但由于价格及实用性等方面的原因，主要应用在公安、部队及其他一些特殊行业中，普及面很小，知名品牌的产品还没有出现，许多大学也都在研制类似的产品，但是具有广泛影响的产品及技术还不多见市场推广工作进展比较缓慢。

2.2 CD-ROM/DVD汽车导航仪

CD-ROM/DVD汽车导航仪需要预先加装到汽车上，并且一旦将它安装到汽车上以后，就无法拆下来，也不能移到别的汽车上使用。在这类汽车导航仪中需要使用经过屏蔽（防磁）处理的高价电缆线，以防止其电磁波对于其他的车载设备产生影响，所以它的价格也比较高。在日本，九州松下电器 公司、建伍、先锋等电气公司所推出的产品基本上为DVD的形式，DVD产品比CD-ROM产品具有更大的容量和更好的性能。

3 车载导航GPS地图的应用原理及其应用模式

3.1 车载导航GPS地图的应用原理

利用GIS中的电子地图和GPS接收机的实时定位技术，组成GPS+GIS的各种电子导航系统。

3.2 车载导航电子地图的应用模式

车载导航电子地图的应用模式主要有如下二种：一是GPS单机定位+矢量电子地图。该系统可根据目标位置（工作时输入）和车船现位置（由GPS测定）自动计算和显示最佳路径，引导司机最快地到达目的地，并可用多媒体方式向驾驶员提示。制作矢量地图数据库需要花费较大成本。二是GPS差分定位+矢量电子地图。该系统通过固定站与移动车船之间的两台GPS伪距差分技术，可使定位精度达到1～3M，当采用双向通讯方式时，则可构成车船的自动导航系统，又可将移动车船上的GPS定位结果准确实时地传送到控制中心，并在电子地图上显示出来，构成交通网络监控指挥系统。

4 GPS定位过程简介

GPS结合电子地图能够实现城市交通管理、车辆调度管理，公安、银行车辆，港口、河流船舶的自动导引与监控，具有巨大的应用潜力。根据地形图制作而成的矢量电子地图，GPS坐标还需经过坐标转换才能正确与之匹配。下面将从GPS定位坐标系、WGS-84大地坐标、地图投影、平面坐标变换等几方面详细讨论坐标匹配问题。GPS定位过程主要有如下几个步骤：

第一，确定用户的宇宙直角坐标系位置，即用户的X、Y、Z位置。

第二，宇宙直角坐标系至WGS-84大地坐标系的转换，既求出用户的WGS-84大地坐标位置λ、φ、h。

第三，坐标投影转换，即将球面坐标λ、φ、h转换成平面电子地图投影坐标，如高斯-克吕格投影坐标。

第四，二维平面相似性变换，即经过平移、旋转、缩放运算，达到其与GPS地图的配准。上述四个过程全部都是由计算机用程序自动计算获得，具体算法这里介绍从略。

5 基于GPS和电子地图的车辆自动导航系统的组成及功能

5.1 基于GPS和电子地图的车辆自动导航系统的组成

整个GPS电子地图车辆动态引导系统构成如下图所示，它由主控计算机、液晶显示器、语音报警器、遥控器、组合导航处理器、GPS传感器、速率陀螺仪、光驱等组成。主控计算机视用户需求不同，可以是通用计算机，也可以是专用处理器。

5.2 基于GPS和电子地图的车辆自动导航系统的功能

本系统可以实现车、船等运动载体的电子地图中的实时跟踪显示、最优路径选择及导引、显示导航信息、地图检索、语音提示告警、矢量图分层显示及缩放显示；可以满足城市车辆，港口、河流、海用船只的导引与监视，GPS+航迹推算组合导航功能即使在信号不正常的条件下也能正确引导。电子地图存储于光盘中，可存储大容量矢量电子地图。矢量电子地图生成点阵形式存放于主机内存中，可达到地图检索和车辆跟踪的平滑效果。车船行至地图边缘时，将自动从光盘中调入下一幅新的矢量图，实现自动切换。

作者简介：田野（1995—），男，辽宁大连人，沈阳理工大学学生。

李培安（1993—），男，甘肃庆阳人，沈阳理工大学学生。

汽车车载网络应用 第6篇

1 从OBDⅠ到OBDⅡ

OBD系统经历了OBDⅠ(第一代车载诊断系统)和OBDⅡ(第二代车载诊断系统)、EOBD 2个阶段。目前正往OBDⅢ阶段发展。

1.1 OBDⅠ阶段

OBD起源于上世纪八十年代美国,美国加州环保局(CARB)1985年立法,1988年开始实施,称为OBDⅠ。OBDⅠ的诊断主要针对诊断与车辆排放有关的零部件的完全失效,这些被监测的硬件包括氧传感器、废气再循环阀、供油系统和发动机控制系统。OBDⅠ是OBD系统的早期发展阶段。功能相对简单,美国加州环保局(CARB)规定OBDⅠ必须符合下列要求:

①仪表板必须有“故障报警灯”(MIL),提醒车辆特定的系统已发生故障(主要与废气控制系统有关)

②系统必须有记录、传输相关废气控制系统故障码的功能。

③电器元件监控必须包括:氧传感器、废气再循环EGR阀、油气蒸发控制系统(E-VAP)。

起初,加利福尼亚州大气资源局制定OBDⅠ的用意是要减少车辆废气排放以及简化维修流程,但由于OBDⅠ不够严谨,遗漏了二元催化器的效率监测、油气蒸发系统的泄漏侦测以及发动机是否缺火的检测,导致碳氢化合物排放增加。再加上OBDⅠ的监测线路敏感度不高,等到发觉车辆故障再进厂维修时,事实上已排放了大量的废气。

OBD I没有统一的标准,OBD连接器插口、故障代码、通讯协议等形式内容大都不同,给电控汽车的故障诊断和维修带来了诸多不便。图2列举了OBDⅠ阶段一些不同车系诊断插座。

(a)奔驰诊断插座(b)克莱斯勒诊断插座(c)丰田诊断插座

1.2 OBDⅡ(EOBD)阶段

(1)OBD-Ⅱ概述

为弥补OBDⅠ系统的缺点,美国开发制定出了新一代OBD系统的标准,即为OBDⅡ。第二代OBD系统的监测诊断功能更为强大,也对诊断标准进行了统一。因为美国和欧洲采用了两种不同的排放法规体系,所以第二代车载诊断系统有OBDⅡ、EOBD两种形式。美国实施OBDⅡ,而采用欧洲排放法规的国家则实施EOBD系统。从根源上来说,美国的OBDⅡ系统实施得更早,标准更严格。美国环保局规定1996年以后生产的轿车和轻型卡车(载重在6.5t以下)的电控系统都要求配置OBDⅡ系统,并在2000年1月1日开始所有汽车制造商生产的轿车及轻型卡车都必须配置OBDⅡ系统。欧洲则从2000年开始逐步实施EOBD系统,2001年欧洲所有新生产的轿车(载重2.5t以下汽油发动机)配置EOBD系统。EOBD系统源于OBDⅡ,其基本诊断功能与OBDⅡ相同。

(2)OBD-Ⅱ特点

①通用术语和缩写词。例如,为计算机提供曲轴位置和转速信息的装置称为曲轴位置传感器,缩写均为“CKP”,发动机控制单元统一都称为“PCM”。

②诊断座(DLC)统一为16针,装在驾驶侧仪表板下方,如图3所示。

③DLC脚有两个标准:ISO (EOBD用)--欧洲统一标准(INTERNATIONAL STANDARDS ORGANI-ZATION 9141-2),利用7#,15#脚传输资料。SAE(OBDⅡ用)--美国统一标准(SAE-J1850),利用2#,10#脚传输资料。OBDⅡ标准诊断插座各端子功能如表1所示。

④具有数值分析资料传输功能。

⑤统一故障代码及意义。

⑥具有行车记录器功能。

⑦具有重新显示记忆故障码功能。

⑧具有可由仪器直接清除故障码功能。

(3)OBD-Ⅱ的诊断功能

与OBDⅠ相比,OBDⅡ增加了新的监测技术,其主要功能如下:

①三元催化转化器效率监测:氧传感器通常是加热型氧传感器。上下流的双氧传感器组合起来对催化转换器的净化率进行监控,同时对燃油控制进行补偿。

②二次空气喷射:发动机在低温下发动机燃烧往往不是很好,大量的CO排出到大气中。二次空气喷射装置将新鲜空气喷入发动机的排气管,使废气中可燃烧成分继续燃烧,以减少排放污染物,使之达到欧Ⅲ排放。

③燃油蒸发控制系统:进入进气歧管的回收燃油蒸汽量必须加以控制,以防破坏正常的混合气成分。这一控制过程由微机根据发动机的水温、转速、节气门开度等运行参数,通过操纵控制电磁阀的开、闭来实现。

④发动机失火检测系统:当发动机点火系统发生损坏时,吸入缸内的混合气不能及时被点燃,大量的HC便直接排出汽缸。OBD-Ⅱ在发动机运行过程中监控发动机的失火率,发动机失火会导致发动机曲轴转速不稳。根据这一特性,发动机电脑根据发动机的曲轴转速传感器来监控发动机曲轴旋转平稳情况。

2 中国轻型车(汽油机)车载诊断系统(OBD)的应用及相关国家标准、技术规范解读

2.1 GB 18352.3-2005《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国Ⅲ、Ⅳ阶段)》[1]中关于车载诊断系统(OBD)解读

2005年4月5日,国家环境保护总局公告(2005)14号颁布《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国Ⅲ、Ⅳ阶段)》GB18352.3-2005,轻型汽车Ⅲ、Ⅳ号标准参照欧Ⅲ和欧Ⅳ汽车排放标准,与Ⅱ号标准相比,在技术内容上做了重大调整,进一步降低了污染物排放限值:中国Ⅲ号标准的尾气污染物排放限值比我国目前执行的中国Ⅱ号标准尾气污染物排放限值降低了30%,而中国Ⅳ号标准将进一步降低60%。同时正式明确了我国对OBD系统的技术要求。自2007年7月1日开始实施标准第Ⅲ阶段,2008年7月1日起第一类汽油车要求装有车载诊断系统(OBD),2010年7月1日起所有轻型车辆都要装配车载诊断系统(OBD)。自实施之日起代替GB1835212-2001,并提出了第Ⅳ阶段预告性要求。

国Ⅲ标准与国Ⅱ标准最大的不同是加装车载排放诊断(OBD)系统。也是我国实施国Ⅲ排放标准过程中的重点和难点。要达到国Ⅱ标准,轻型车只是在三元催化转化器前安装氧并进行发动机的改进。国Ⅲ标准则需要采用双氧传感器、二次空气喷射、废气再循环、和失火检测等新技术。

2.2 HJ 500-2009《轻型汽车车载诊断(OBD)系统管理技术规范》[2]解读

2009年12月1日国家环境保护部发布国家环境保护标准HJ500-2009《轻型汽车车载诊断(OBD)系统管理技术规范》,规定2010年2月1日开始实施,技术规范对GB18352.3-2005中有关车载诊断(OBD)系统的技术要求内容作了补充,对在标准中规定较模糊的内容,做了补充说明和界定。对OBD系统在型式核准、设计、生产一致性检查、在用汽车检验、通用型故障诊断仪等方面提出了管理技术要求。主要体现在以下几个方面。

(1)车载诊断系统的技术要求

①规定故障指示器(MIL)的符号,对于与排放无关的发动机故障,在符合相关标准的要求下允许使用其它型式的故障指示灯表示;

②对车载诊断(OBD)系统信息的记录和读取作了详细地说明;

③要求监测发动机控制系统中与排放相关的传感器信号值合理性及执行部件功能。如果只监测传感器的电路连通状态,而不对数值的合理性进行监测,会造成有时在排放异常的情况并不报警的现象。

④提出与外部设备(诊断仪)间的通讯接口必须标准化,规定了车辆上通讯接口位置的设置应变便于检查和维修人员使用。应不需任何工具就能使用。

⑤为便于对带有车载诊断(OBD)系统的车型的管理,制造厂应将车型的OBD系统按照对OBD系统系族的定义来命名。

(2)生产一致性管理

要求生产厂在产品出厂前进行车载诊断系统检验的目的是保证每辆车都能在车辆无排放相关故障和车载诊断系统工作正常的情况下出厂,以降低车辆的点灯率和返修率,降低故障车辆对大气环境污染。提出了生产线终端确认检验的参考检验程序。

(3)在用车辆的管理

GB18352.3-2005对年检的执行没有明确的规定,本技术规范对地方环保部门、认证主管部门和制造厂提出了对在用车的OBD系统的管理要求。同时提出了数据统计管理的内容,目的是将使用过程中的情况系统地进行统计,为国家环保部门提供有力的数据支持,及时掌握各种机动车的在实际使用中的情况,及时发现问题,为大气环境的治理提供有效途径和方向。

3 我国现阶段轻型车载诊断系统(OBD)应用的局限性

(1)部分用户在OBD发出故障警告后,对此不予理会,使OBD应有的功能无法实现。

(2)目前法规中对于催化器的监测,只要求OBD系统监测HC转化效率的下降,不能测量车辆的排放物CO、NOx和HC的实际排放量。因此,如果需要准确分析车辆尾气排污状况,尚需要其他的监测手段或配备其他尾气分析仪。

(3)厂家为了保证所有车辆排放将要超过OBD限值时,及时给予报警,通常会将车辆的报警限值向下调整,这样就存在车辆OBD系统已经报警,但尾气排放并未超标的情况,同时也可能存在误报漏报情况。

(4)用对车载诊断(OBD)系统的检查代替在用车的尾气排放测试,可以提高检测效率和降低车检费用。如何更好的利用OBD系统来监控在用汽车高排放是欧美环保专家所正在考虑的问题。而对于OBD系统对在用车排放管理的经验,在国内的研究还处在刚起步阶段。

4 OBDⅢ及未来发展方向

目前,欧美一些发达国家已进入第三代车载诊断系统(OBD-Ⅲ)时代,对汽车尾气进行检测、维护和管理一体化操作,以满足更高的环境要求。OBDⅢ是在OBDⅡ基础上发展起来的,OBDⅢ的主要目的是使汽车的检测、维护和管理合为一体,以满足环境保护的要求。其突出的技术特点是:OBDⅢ系统会进入发动机、变速器、ABS等系统的ECU中去读取故障码和其它相关数据,以无线方式读取或修改汽车电脑系统的有关数据,并对汽车电脑的工作进行外部干预。如利用GPS导航系统或无线通信方式将车辆的身份代码(VIN号)、故障诊断码及所在位置等信息自动通告管理部门,管理部门根据该车辆排放问题的等级对其发出指令,包括去哪里维修的建议,解决排放问题的时限等,还可对超出时限的违规者的车辆发出禁行指令[3]。车管部门能远距离监督车辆气体排放,从而保证排放标准得到彻底执行。

2009年12月10日,环境保护部科技标准司在北京组织召开了《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(第五阶段)》国家环境保护标准的开题论证会。《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(第五阶段)》标准将在《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国Ⅲ、Ⅳ阶段)》(GB18352.3-2005)的基础上,参考欧洲相关排放法规的最新要求,并充分考虑我国国情以及标准实施的可行性,提出我国第五阶段轻型汽车排放标准。该标准将进一步加严排放限值,提高排放耐久性要求,完善OBD诊断功能等。标准的实施将促进轻型汽车的排放控制水平达到一个新的高度。

参考文献

[1]GB 18352.3-2005.轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国Ⅲ、Ⅳ阶段)[S]

[2]HJ 500-2009《轻型汽车车载诊断(OBD)系统管理技术规范》[S]

[3]刘庆华,OBD-Ⅱ第二代车载故障诊断系统[J].汽车维修与保养,2006(7):62-66

汽车车载网络应用 第7篇

汽车诊断 (Vehicle Diagnosis) 是指对汽车在不解体 (或仅卸下个别零件) 的条件下, 确定汽车的技术状况, 查明故障部位及原因的检查。随着现代电子技术、计算机和通信技术的发展, 汽车诊断技术已经由早期依赖于有经验的维修人员的“望闻问切”, 发展成为依靠各种先进的仪器设备, 对汽车进行快速、安全、准确的不解体检测。

为了满足美国环保局 (EPA) 的排放标准, 20世纪70年代和80年代初, 汽车制造商开始采用电子控制燃油输送和点火系统, 并发现配备空燃比控制系统的车辆如果排放污染超过管制值时, 其氧传感器通常也有异常, 由此逐渐衍生出设计一套可监控各排放控制元件的系统, 以在早期发现可能超出污染标准的问题车辆。这就是车载诊断系统 (On-Board Diagnostics, 缩写为OBD) 。OBD系统随时监控发动机工况以及尾气排放情况, 当尾气超标或发动机出现异常后, 车内仪表盘上的故障灯 (MIL) 或检查发动机灯 (Check Engine) 亮, 同时动力总成控制模块 (PCM) 将故障信息存入存储器, 通过一定的程序可以将故障码从PCM中读出。根据故障码, 维修人员能迅速准确地确定故障的性质和部位。OBD-II是20世纪90年代推出的新的ODB标准, 几乎提供了完整的发动机控制, 并监控底盘、车身和辅助设备, 以及汽车的诊断控制网络。

2、汽车诊断接口

OBD-II的规范规定了标准的硬件接口--16针 (2x8) 的J1962插座。OBD-II接口必须在方向盘2英尺范围内, 一般在方向盘下。

SAE的J1962定义了OBD-II接口的引脚分配如下:

3、与汽车诊断有关的主要通信协议

20世纪90年代中期, 为了规范车载网络的研究设计与生产应用, 美国汽车工程师协会 (SAE) 下属的汽车网络委员会按照数据传输速率划分把车载网络分为Class A、Class B、Class C三个级别。

目前OBD使用的通信协议主要有5种:ISO9141、KWP2000、SAEJ1850 (PWM) 、SAEJ1850 (VPW) 、CAN。大部分车辆只实现了某一种协议, 我们可以根据J1962插座上有哪些引脚来推断所使用的协议。下面对KWP2000、SAEJ1850 (PWM) 、SAEJ1850 (VPW) 和CAN进行简单的介绍。

3.1 KWP2000

KWP2000 (Keyword Protocol 2000) 欧洲汽车领域广泛使用的一种车载诊断协议, 该协议实现了一套完整的车载诊断服务, 并且满足EOBD标准。

KWP2000最初是基于K线的诊断协议, 由于K线物理层和数据链路层在网络管理和通讯速率上的局限性, 使得K线无法满足日趋复杂的车载诊断网络的需求。而CAN网络 (Controller Area Network) 由于其非破坏性的网络仲裁机制、较高的通讯速率 (可达1M bps) 和灵活可靠的通讯方式, 在车载网络领域广受青睐, 越来越多的汽车制造商把CAN总线应用于汽车控制、诊断和通讯。近年来欧洲汽车领域广泛采用了基于CAN总线的KWP2000, 即ISO 15765协议, 而基于K线的KWP2000物理层和数据链路层协议将逐步被淘汰。

基于K线的KWP2000协议

基于K线的KWP2000协议波特率为10.4 kbps, 用单线 (K线) 通信, 也可用双线 (K线和L线) 通信, 目前多用单线通信。K线本质上是一种半双工串行通信总线。

基于K线的KWP2000协议的报文包括报文头、数据域和校验和三部分, 如表3所示。

表3中各参数含义如下:

报文头:Fmt-帧字节;Tgt*-目标地址;Src*-源地址;Len*-附加长度字节。

*可选字节, 取决于格式字节Fmt的A1A0位

数据域:Sld-服务标识符, 数据域的第一个字节;Data-数据字节;。

校验和:CS。

在开始诊断服务之前, 诊断设备必须对ECU进行初始化, 通过ECU的响应获取ECU的源地址、通讯波特率、支持的报文头格式、定时参数等信息。ECU所支持的报文头和定时参数信息包含在ECU返回的“关键字 (Key Word) ”中 (这也是协议命名的由来) 。关键字由两个字节构成, 关键字的低字节中各位的含义如表4所示。

诊断设备可以采用两种方式对ECU进行初始化5Baud初始化和快速初始化, 对于这两种初始化的时序在数据链路层协议中均有明确规定。

基于CAN总线的KWP2000协议[7]

基于CAN总线的KWP2000协议是把KWP2000应用层的诊断服务移植到CAN总线上。数据链路层采用了ISO 11898-1协议, 该协议是对CAN2.0B协议的进一步标准化和规范化;应用层采用了ISO 15765-3协议, 该协议完全兼容基于K线的应用层协议14230-3, 并加入了CAN总线诊断功能组;网络层则采用ISO 15765-2协议, 规定了网络层协议数据单元 (N_PDU, 如表5所示) 与底层CAN数据帧、以及上层KWP2000服务之间的映射关系, 并且为长报文的多包数据传输过程提供了同步控制、顺序控制、流控制和错误恢复功能。

1) 地址信息:包含源地址 (SA) 、目标地址 (TA) 、目标地址格式 (TA_Type) 和远程地址 (RA)

2) 协议控制信息:有四种帧格式, 即单帧 (SF) 、第一帧 (FF) 、连续帧 (CF) 和流控制帧 (FC)

3) 数据域:KWP2000服务标识符 (Service ID) +服务参数

应用层协议规定了四种服务数据结构, .Request、.Indication、.Response和.Confirm, 分别用于诊断设备 (Tester) 的服务请求、ECU的服务指示、ECU的服务响应和Tester的服务确认。这些数据结构中包含了地址信息、服务请求ID和服务请求参数等内容。基于CAN总线的KWP2000诊断服务流程如图3所示。

从上面的服务流程可以看出, 基于CAN总线的KWP2000协议支持多包数据传输, 并且多包数据的管理和组织是在网络层完成的, 应用层不必关心数据的打包和解包过程。

3.2 SAE J1850

SAE J1850协议有两种, J1850 (脉宽调制编码方式PWM-Pulse Width Modulation) 和J1850 (可变脉宽调制编码方式VPM-Variable Pulse Width Modulation) 。它们所采用的编码方式不同, 因此有着不同的物理层, 但应用层和数据链路层相同。

SAE J1850 PWM:福特公司采用的标准, 采用双线传输, 通信速率为41.6Kbps。[1]

pin 2:Bus+;pin 10:Bus–;高电压为+5V;报文长度限制为12个字节, 包括CRC

采用非破坏性仲裁的载波侦听多路访问 (CSMA/NDA) 的多主仲裁机制

SAE J1850VPW:通用公司采用的标准, 采用单线传输, 通信速率为10.4Kbps。[1]

pin 2:Bus+;总线空闲状态为低电平;高电压为+7 V;决策点是+3.5V;报文长度限制为12个字节, 包括CRC;采用非破坏性仲裁的载波侦听多路访问 (CSMA/NDA) 的多主仲裁机制

J1850协议规定网络的最大节点数为32个 (包含车内ECU和车外诊断设备) 。车内的最大网络长度为40米, 车外最大网络长度为5米。车外诊断设备最小等效电阻为10.6K欧, 最大等效电容为500p F。

J1850数据传输网络中的数据通常是按照以下格式传输的, 参见图4:

Idle, SOF, DATA_0, ..., DATA_N, CRC, EOD, NB, IFR_1, ..., IFR_N, EOF, IFS, Idle

其中各元素的定义如下

Idle:总线空闲, 总线处于空闲状态时, 任何节点都可以占用总线来发送数据。

SOF:帧起始标志。不计入CRC码。

DATA_N:报文数据。

EOD:数据结束标志。数据帧发送方用EOD表示数据发送结束。

NB:标准位。仅在VPW编码方式中有效。

EOF:帧结束标志。IFR:帧内快速应答。

IFS:帧内分割标志。

CRC:CRC错误校验位。

3.3 CAN

CAN总线是20世纪80年代才开始形成和发展的新一代总线技术。最初由BOSCH汽车公司提出。在20世纪90年代初, CAN总线被提交作为国际标准。

CAN总线协议是一种可以满足控制系统所需的中等通信速率的通信协议, 尤其适用于车身功能和车辆舒适功能的管理, 同样其较高的速率也可满足车辆内部系统功能管理的需求。

CAN是为连接各个复杂通信系统为目的研发的, 各电控单元按照总线-树型拓扑结构相互连接。CAN能够使用多种物理介质, 例如双绞线、光纤等, 最常用的是双绞线。CAN网络的传速速度最快可达1Mbit/s。

CAN网络中有两种不同的帧格式, 标准帧格式和扩展帧格式, 不同之处为标准帧为11位标识符, 而扩展帧有29位标识符。如图5和图6所示。

在CAN网络中有四种不同类型的帧:数据帧、远程帧、错误帧和过载帧。其中数据帧和远程帧可以使用标准和扩展两种格式。

CAN协议具有以下特点[3]:

(1) 多主:当总线空闲时, 连接到总线上的各单元都可以开始发送消息。第一个开始发送消息的单元获得发送权。如果多个单元同时开始发送, 具有最高优先级的单元获得发送权。

(2) 报文传输:所有的渻都按预定的格式传输。

(3) 系统的灵活性:连接到总线上的单元没有类似于地址的识别信息。因此, 当一个单元添加到总线上或从总线上移走时, 不需要改变任何其它设备的软件、硬件或应用层。

(4) 通信速度:可以设定为任意的通信速度以可适合网络的大小。但在一个网络中, 所有单元必须使用统一的通信速度。

(5) 远程数据请求:可以向其它单元发送“远程帧”请求数据传输。

(6) 具有错误检测、错误通知和错误恢复功能。

(7) 错误隔离:CAN有区分暂时故障和持续故障的功能, 这有助于降低易出故障的单元的优先级以防止阻碍正常单元的通信。

(8) 连接:CAN总线允许同时连接多个单元。然而, 实际可以连到总线的单元数受电力负荷和延迟时间的限制。

在汽车诊断网络中, J2480和ISO15765协议都是基于CAN的。包括KWP2000、SAE J1850等数据网络都逐渐被CAN网络所代替。

4、车载诊断系统在中国

2005年4月5日, 国家环保总局发布批准《轻型汽车污染物排放限值及测量方法 (中国III、IV阶段) 》 (GB18352.3-2005) 等五项标准为国家污染物排放标准。OBD作为强制性要求首次出现在我国的法规标准中。

此项标准是通过修改采用欧盟 (EU) 对70/220/EEC指令进行修订的98/69/EC指令以及随后截止至2003/76/EC的各项修订指令的有关技术内容产生的。主要的修改内容包括包含M1和M2类车型的分组、燃料的技术要求等5个方面, 而OBD部分基本照搬了欧盟的标准 (EOBD) 。

5、汽车诊断技术发展趋势

5.1 发展中的OBD-III

OBD-II虽然可以诊断出排放相关故障, 但是无法保证驾驶者接受MIL的警告并对车辆故障及时修复。这就是下一代OBD系统要重点解决的问题。OBD-III以无线传输故障信息为主要特征, 能够利用小型车载无线收发系统, 通过移动通信网络、卫星通信或者GPS系统将车辆的VIN、故障码及所在位置等信息自动上报管理平台。管理部门根据该车辆排放问题的等级对其发出指令, 包括去何处维修的建议、解决排放问题的时限等。这些信息可用于根据相关法规对造成过多排放污染的车辆所有者进行惩罚。[9]

OBD-III不仅需要相关通讯技术、标准和法规的不断成熟, 对OBD系统诊断功能本身的准确性和可靠性也是一个更高的要求。可以设想, 随着OBD-III的成熟和应用, 将带来汽车诊断服务模式的巨大变革。

5.2 对新的通信协议的支持

汽车车载网络应用 第8篇

1、汽车行驶时OBD主要功能

集成在发动机电控单元 (ECU) 中的OBD除电控单元自检外, 还监控输入、输出信号和电控单元间的通信。

1.1 输入信号监控

根据对输入信号的处理、分析, 可对传感谢器, 接插件和到电控单元的连接线 (信号传输路径) 进行监控。通过监控可确定除传感器故障外的其他故障, 如到蓄电池电压UBattt短路、与地短路以及导线断路等。常用方法: (1) 监控传感器供电电压。 (2) 检验检测的值是否在允许的范围 (如0.5-4.5V) 。 (3) 在有附加信息时, 对检测值作可信度检查 (如比较曲轴转速与凸轮轴转速) 。 (4) 特别重要的传感器 (如节气门位置传感器) , 这样可对它们检测的信号直接比较。

1.2 输出信号监控

通过末级 (功率级) 对电控单元控制执行器进行监控。利用监控功能可以识别除执行器故障外的导线断路和短路故障。为此要用下列一些方法: (1) 通过末级监控输出信号回路, 它可以监控回路到蓄电池的短路电压, 实现与地短路和回路断开。 (2) 通过功能监控或可信度监控, 直接或间接地检验执行器系统的作用。系统中的各执行器, 如排气再循环阀、节气门或涡流挡板, 可通过闭环控制回路 (如连续的控制偏差) 和部分附加的位置传感器 (如涡流挡板位置传感器) 间接监控。

1.3 电控单元内部功能监控

在电控单元的硬件 (如智能化的末级部件) 和软件中实现对电控单元的监控, 以在任何进修保证电控单元的各种功能。监控就是检验电控单元的各个组件 (微控制器、Flasch, EPROMROM) 在通电后, 就可进行政一系列的检验。在正常工作时, 每隔一定时间反复监控, 这样就可识别出各组件的故障。

1.4 电控单元的通信监控

与其他电控单元间的通信常通过CAN总线进行。为识别干扰, 将控制机构组合在CAN协议中, 这样可识别CAN传输故障, 并可在电控单元中继续检验。CAN信息是由有关的电控单元在一定时间发送的, 所以在这个时间检验是就可识别出电控单元中CAN控制器的故障。在电控单元中还有其他的冗余信息时, 根据如输入信号的这些信息可检验各接收的信号。

1.5 故障处理

故障识别:如果在整个定义时间中出现故障, 就可把信号路径归为无法挽回的损坏, 则把最扣出现故障的上一次检测值作为有效值。采用这样的识别分级通常可引入一个代用函数 (如发动机温度的代用值T=90℃) 。大多数的故障可排除, 并恢复其功能。

故障存储:每个故障在数据存储器的非易失范围以故障编码形式存储。故障编码表示了故障类型 (如短路、断路、可信度、数值超出规定范围) 。存储每一个故障时, 还存储了出现故障时的有关信息, 如发动机转速和温度的工作条件和环境条件 (冻结边界) 。紧急行驶功能 (跛车行驶) 。在识别故障时还可引入代用值, 并采取应急措施 (如限制发动机功率和转速) 。这些措施用以: (1) 保持行驶安全性。 (2) 避免继发损坏 (如催化转换器过热) 。 (3) 减少有害气体排放。

1.6 车间诊断

读出故障。利用汽车生产厂家的专用测试仪 (如Bosch KTS650) 可读出存储的故障。在车间中读邮故障数据, 排除故障后可用测试仪和电控单元间的通信需采用定义的接口。

诊断接口。按使用情况, 在世界范围有各种通信接口:

(1) 用于欧洲轿车的ISO9141-2; (2) 用于美国轿车的SAE J1850; (3) 用于欧洲轿车和商用车的ISO 14230-4 (KWP 2000) ; (4) 用于美国商用车的J1708。

串行接口的传输速率为5-10K Baud (波特) 。它是单线接口, 有共有的发送和接收导线或双线接口, 分成数据线 (K线) 和触发线 (L导线) 。在诊断接口中可能汇集多个电控单元 (如发动机的Motronic、汽车的ESP或EDC以及变速器控制) 。

在测试仪和电控单元间建立通信分3个步骤:触发电控单元;识别和设计波特 (Baud) 速率;读出关键字节, 它是传输协议的标志。

对下面这些功能进行分析处理:电控单元识别、读出故障存储器、擦除故障存储器中的数据、读出实际值、控制执行器。

OBDII 1994年美国加州实施第二阶段的CARB法规, OBDII要求监控所有与排放有重大关系部件和系统。如在功能失效时会增加有害气体排放 (超过OBDII限制值) 的系统和部件。

2、OBDII故障代码

2.1 故障码组成

OBDII故障码由五位组成。

第一位是英文字母, 代表测试系统。b-车身, p-发动机, c-底盘, u-未定义 (常时用于网络) 。

第二位起为数字, 第一个数字代表故障码由谁定义如:1代表汽车厂商。

第三位代表sae定义的故障范围。

(1) 燃油或空气测试系统不良 (2) 燃油或空气测试系统不良 (3) 点火系统不良或发动机间隙熄火 (4) 废气控制系统辅助装置不良 (5) 汽车或怠速控制系统不良 (6) 电脑或输出控制元件不良 (7) 变速器控制系统不良 (8) 变速器控制系统不良。

2.2 故障码分类

p01xx:燃油和进气系统;p02xx:燃油和进气系统;p03xx:点火系统;p04xx:排放污染物控制相关系统;p05xx:车速传感器和怠速控制相关系统;p06xx:控制电脑相关系统;p07xx:变速器故障码;p08xx:变速妻故障码;p09xx:预留。

3、OBD2标准诊断模式

开发OBD2诊断程序, 必须掌握ISO 15031-5 (SAE J1979) 定义的九种诊断模式, OBD系统输出信息的模式/服务:

(1) Mode 1:请求动力系当前数据; (2) Mode 2:请求冻结祯数据; (3) Mode 3:请求排放相关的动力系诊断故障码; (4) Mode 4:清除/复位排放相关的诊断信息; (5) Mode 5:请求氧传感器监测测试结果; (6) Mode 6:请求非连续监测系统OBD测试结果; (7) Mode 7:请求连续监测系统OBD测试结果; (8) Mode 8:请求控制车载系统, 测试或者部件; (9) Mode 9:读车辆和标定识别号。

每个模式后面紧跟一个参数标识 (PID) 表示后面是什么参数, 每个模式的PID 00是ISO15031定义专用的参数, 每个符合标准的电脑必须支持这个参数标识。代表该模式对其他PID是否支持。

4、OBDII应用实例

4.1 请求 (读取) 发动机水温MODE 01 PID 05

我们只要简单的向车辆发送0105指令

41代表MODE 01

05代表PID 05

7B是水温值10进制数值是 (7*16+11) 123水温是123-40=80度

4.2 读取发动机转速rpm MODE 01 PID 0C

同样只要向TL718发送:010C

1AF8是2字节的16进制值, 转换为10进制数是6904, 每格1/4rpm

转速是6904/4=1726 rpm

注:以上数据的转换, 及格式在ISO15031-5内有详细定义

5、故障代码清除

OBDII诊断模式MODE04是复位ECU的一个功能, 同时也清触故障代码;执行后ECU将:

(1) 复位故障代码的数量为0; (2) 删除所有的故障代码; (3) 删除存储的冻结桢数据; (4) 删除所有O2传感器听测试数据; (5) 删除模式MODE06和MODE07的数据信息。

复位后你的汽车由于复位了一些数据, 短时间内可能会引起工作异常。为了防止不小心复位ECU, ISO15031-5要求所有的扫描工具 (诊断仪) 在发送MODE04指令前, 必须加一个“确认信息”。>0444发送04指令后, 车辆ECU接收成攻, 将立即复位以上内容, 并发回一个MODE04的响应信息44 (04+40) 。一般的流程:

参考文献

[1]吴森.BOSCH汽油机系统.北京理工大学出版社.

[2]魏春源.BOSCH汽车工程手册.北京理工大学出版社.

电动汽车非车载式充电机系统研制 第9篇

1 方案设计

本非车载充电机系统由控制板、主回路、显示单元及通信系统等组成。系统结构框图如图1所示。

1.1 主回路电路部分

该电路部分包括了滤波、整流、逆变等所有的功率器件,通过插针接收主控制板传送的控制信号实现电压、电流的控制,并将采集到的信号传送给主控制板,该板还包括了给所有控制回路供电的辅助电源。前端滤波校正电路。该电路包括前端整理、滤波、稳压、功率因素校正电路,整流电路采用电容输入性,三相全波整流方式,为了限制启动时电容的充电电流,防止损坏保险和其他器件,需要设置软启动电路。冲击电流采用在PFC电感两端并接一压敏电阻,以限制因冲击电流过大导致PFC电感两端的感应电压,从而达到抑制冲击电流的目的。高频逆变电路。设计充电机功率为10 k W,采用了国内知名半导体企业设计的1 200 V 25 A IGBT单管,目前在5 k W以下的充电机中,主要采用小功率功率场效应管等器件进行主回路逆变部分的设计,而在10 k W充电设备中,功率场效应管器件已经无法满足使用要求,需要高电压大功率IGBT器件来设计大功率充电机逆变部分。IGBT属于全控型器件,集载流能力大、承受电压高等优点于一身[3],所以采用IGBT设计高频逆变部分对于目前规模较大充电站设计来说是必不可少的器件。高频逆变环节是充电机模块的核心部分,该部分采用移相全桥软开关拓扑结构,开关器件的选型、主变压器和谐振电感的设计及吸收缓冲电路的设计是关键技术之一。ZVSZCS。软开关全桥变换电路作为目前中大功率应用场合的首选拓扑,一直是研究人员关注的热点[4]。

近年来,国内外相继提出了多种适用于中大功率应用场合的全桥软开关技术,大致可以分为三类[5]:全桥零电压开关PWM变换器、全桥零电流开关PWM变换器和全桥零电压零电流PWM变换器。本充电机设计采用了移相全桥ZVSZCS软开关技术,超前臂利用谐振电感及并联电容的充放电过程,为ZVS创造条件[5],滞后臂的零电流关断需要原边电流尽快地复位,原边电流越大,电流复位就越困难,采用祸合电感给箱位电容充电的方式实现ZCS关断[6]。

1.2 主控制板电路部分

该板以ADUC831作为中央控制CPU,完成各模拟量的t采集,控制量的输入/输出,键盘、显示及通信等系统主要功能,并控制UC3895实现全桥软开关的脉宽调制(PWM)。UCC3895及外围信号处理电路。UCC3895是德州仪器公司生产的一种移相谐振全桥软开关集成控制芯片,该控制芯片最高工作频率可达1 MHz,占空比控制范围可在0%~100%范围内调节。由于芯片采用了BCDMOS工艺技术,与其他软开关控制芯片相比,偏置电流显著降低,功耗更小,因而更加符合电力电子装置高效率、高频率、高可靠的发展要求[7]。电压电流检测电路。电压电流检测电路检测主回路的输出电压和电流,并与给定值进行比较对三相移相PWM控制器的输出脉冲进行调节,从而达到调整主回路输出电压、电流的目的。ADUC813及外围电路。控制板采用美国模拟器件公司Analog Devices的Aduc813有全集成12位数据采集系统,单个芯片有自校准8通道ADC、MCU内核和模拟转换器,二者都有正常、空闲及掉电工作模式,它提供了适合于低功率应用的灵活的电源管理方案。该电路主要采集电压电流信号和输出电压电流给定信号。

2 实验结论

在10 k W非车载充电机工程样机开发完成后,进行了系统的调试与实验,实验结果如图2所示。

在此分析了超前桥臂开关管零电压开关和滞后桥臂开关管零电流开关的实现情况,测定了满载时的效率,采用国产IGBT,绿色为IGBT驱动波形,黄色为滞后臂下管CE之间电压,紫色为Ip电流,通过采集波形可看到完全实现了ZVSZCS,效率达到了94%。

3 结语

该系统经过测试输出电压电流满足设计参数要求,为现阶段电动汽车普及推广注入新的技术支持,为国家下一步电动汽车基础设施建设提供更多解决方案。

参考文献

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车载式提升机工艺技术应用研究 第10篇

关键词：车载提升机　工艺技术　应用研究

中图分类号：TM937　文献标识码：A　文章编号：1674-098X(2012)01(c)-0093-01

本文基于对大庆油田水厂、水源设备、及零部件在维护检修、施工安装前后的拆卸、搬运过程中所面临的提升装运问题的考虑，采取了调查、分析和现场试验的方法，针对使用传统方式和办法提升装运设备及零部件过程中存在的时、费力、不够经济、不够安全的实际问题，以及研制新工具，改进新工艺、采用新技术等情况进行了认真科学的调查、分析、评估、和研究制造。通过生产现场反复试验和改进证明：新研制的车载式提升机在施工和检修现场可以安全有效的完成设备、零部件的提升装运工作，其功能优于传统的操作方式与方法，是一台随车携带、便于操作、经济耐用、安全高效、并且能够适用于多种环境、可以广泛在工程施工和设备维护检修中使用的新型机械工具。

1　问题提出

企业生产过程中，为了确保安全和效益，每年都要定期或不定期的对生产运行设备和零部件进行必要的检修及维护。因此，设备和零部件的拆卸、吊装和搬运是每次都要同时进行的项目。然而，对于工作量较少、设备和零部件重量在一吨左右的，每次都动用吊车，显然是大马拉小车，会增加检修维护成本，并且有的时候受现场环境和条件的制约，并不适合于使用吊车。而采用人工装卸设备和零部件不但劳动强度大、效率低，同时还存在一定的安全隐患。因此，需要研制一种便捷、高效、省时、省力、并且相对比较安全的专用机械工具，来取代传统的人工或不必要的大型吊车作业的方式方法。经过技术人员多年的研制和反复试验，车载式提升机是一利一比较理想并且较为有效的工程检修用辅助工具。

2　车载式提升机的结构

车载式提升机主要由机架、旋转机座、吊臂、棘轮、主动棘爪、止回棘爪、主动摆杆、重型扳手、绞盘、滑轮、齿轮、钢丝绳组成，各个零部件之间的连接和作用均符合力学传动原理和设计效果。车载式提升机整机自重60kG，制造成本不超过1000元，并且可以长时间重复使用。车载式提升机通过一个钢制的圆盘固定在工程车箱板的后部，不用的时候可以拆卸下来保存备用，使用时只需一个人10分钟以内便可安装完毕。

3　车载式提升机的工作原理

车载式提升机在操作使用过程中，主要是利用棘轮机构单项间歇运动的特点，通过手动操作主动摆杆单向驱动棘轮，然后通过齿轮带动绞盘和滑轮，从而产生较强的传动力矩将机械设备或零部件提升到需要的高度，然后利用机架整体转向功能将设备或零部件停放到车辆上、或卸载到车下指定位置上，还可以在施工场地范围内将設备或零部件根据需要进行搬运转移。

4　车载式提升机的特点及适用范围

一是由于车载式提升机不需要专门的电动机或燃油发动机提供动力，完全由一个人操作，通过主动摆杆的机械杠杆传动产生力矩作用于设备或零部件上，可以大大减轻工人的劳动强度，从而提高工作效率。以往200～300kG的设备或零部件往往要2-6个人来搬运，而此时如果用车载式提升机则只需一个人通过手工操控即可完成。

二是使用车载式提升机更加安全。以往一个设备或零部件要几个人来搬运，工人直接接触设备和零部件，如有不慎很可能会伤及作业员工从而导致生产事故。而车载式提升机是将吊钩挂在设备或零部件上后，由一名操控手进行非接触式操作作业，这样则不会导致人员受伤，是较为安全轻便的操作。

三是使用车载式提升机可以降低检修成本。以往检修施工中如果遇有400kG以上的设备或零部件时，往往要向生产调度申请使用吊车机械，而使用吊车每天的工时费用一般在2000元左右。而车载式提升机一般是安装在4～5吨的人机同车的工程车辆上，随车一同到达施工现场，使用起来较为方便，最大可以吊起一吨重的设备，或零部件。

四是车载式提升机适应能力比较强，受当时工程场地和气候条件影响较小、或不受影响，可以在任何检修、施工日根据工作计划需要进行使用操作。

车载式提升机由于轻便、经济、安全、便于拆卸安装和操作，适用于大型车辆不便到达的场地，可以在任何水厂、水源、变电站、转油站、加工车间等生产检修、加工制造现场或任何地面工程施工中使用，多数情况下可以取代大型吊车作业。

5　结论

汽车车载网络应用 第11篇

随着石油资源紧缺与汽车污染等问题的加剧，发展电动汽车已是势在必行[1]。而大规模无序充电行为将会严重影响电网的安全、经济运行，因此研究电动汽车调度策略[2,3]与充电设施规划[4,5]至关重要。

目前电动汽车电能补给模式可分为常规充电、快速充电和电池更换3种。从长期来看，随着电动汽车的逐步普及，利用安装在住宅小区、停车场内的交流充电桩进行常规充电应是电动汽车充电的主流模式。但车载充电机为非线性负载，其大规模接入将给小区配电网带来很大的谐波。因此，合理规划小区配电，以减小车载充电机带来的谐波影响，对电动汽车的普及具有重要意义[6]。

受电动汽车内部空间所限，车载充电机功率较小，一般为单相交流输入，而目前国内对电动汽车充电谐波问题的研究则主要集中在采用大功率地面直流充电机的充电站上。文献[7]根据某一型号的充电机参数建立了充电机(站)的MATLAB仿真模型，对不同数量充电机接入电力系统的谐波进行了仿真分析预测。文献[8]分析了不同结构充电机对电网的5、7次谐波电流影响，提出了电动汽车充电站电能质量在线监测及谐波治理方案。文献[9]利用电磁暂态仿真工具PSCAD/EMTDC搭建了3种充电机仿真模型，主要对含不同整流结构的充电机接入电力系统谐波进行了分析和比较，并研究了多台充电机不同时投入对系统的谐波影响。文献[10]建立了单个充电机的谐波分析数学模型，利用概率统计学大数定律和中心极限定律，进一步建立多谐波源谐波分析模型，研究多个充电机产生的谐波电流及概率特性。文献[11]建立了充电机的动态线性小信号模型，研究输入电压、充电电流、输出滤波器等参数与充电机环路特性的关系，以期为充电机的控制环路设计提供依据，但并未涉及充电机谐波特性的分析。综上，现有研究多基于直流充电机及充电站，缺少针对大规模车载充电机接入住宅区配电网的谐波分析，更没有考虑配电变压器容量与谐波的关系。

本文针对建有交流充电桩的住宅小区，基于Simulink平台建立了含车载充电机的住宅区传统三相配电网和新型单相配电网仿真模型，详细对比分析了2种配电模式下不同数量电动汽车接入充电产生谐波的变化规律，并结合配电变压器阻抗测算理论，研究了变压器容量对谐波的影响。

1 车载充电机建模及仿真

1.1 车载充电机模型

车载充电机首先对输入单相交流电进行不控整流，再经有源功率因数校正(APFC)环节及全桥隔离型DC-DC变换器输出为动力蓄电池充电。

车载充电机的整流桥等非线性结构将导致输入电流波形严重畸变，引发大量高次谐波，使输入交流电压与电流产生附加相移，降低系统输入端功率因数。本文选用平均电流模式Boost-PFC实现电流电压双闭环控制[12]：内环电流环可迅速、精确地校正电流误差，提高功率因数;外环电压环则保证得到稳定的直流输出电压。

实际中车载充电机多采用恒流恒压充电模式[13]，即起始阶段为恒流充电，当蓄电池电压升至规定的终止电压后转为恒压充电，此时电流将缓慢下降至充电完成。本文运用闭环PI调节分别实现恒流与恒压过程，通过逻辑控制环节完成两过程间的切换，从而模拟完整的充电过程。车载充电机仿真结构图如图1所示。

1.2 仿真分析

为验证模型有效性，利用Simulink的Battery模块模拟锂离子蓄电池，进行充电仿真试验。结果显示前述控制方法可实现恒流恒压充电，且平均电流模式Boost-PFC有效提高了系统输入端功率因数。图2为经APFC后的交流侧输入电压us与电流is波形，电压、电流间的相角为零，可保持单位功率因数。

车载充电机交流输入电流有效值一般不大于16 A，最大输出功率不超过4 kW[14]，其单相整流结构在交流侧主要产生3次谐波电流。对输入电流进行快速傅里叶变换FFT(Fast Fourier Transform)分析所得基波电流有效值为15 A，电流谐波总畸变率THD(Total Harmonic Distortion)为4.18%，满足小于5%的要求[15]。其中各次谐波含有率见表1。

将输入电流各次谐波有效值与国家标准GB17625.12003中规定的A类设备谐波电流限值[16]相比较，结果如表2所示。数据显示其各次谐波电流数值均远低于国标限值，APFC充分抑制了输入电流谐波畸变，有效提高了系统功率因数。

综上所述，本文设计的单台车载充电机模型可真实模拟蓄电池恒流恒压充电过程，并完全符合系统对接入负载的谐波限值要求，可用于充电机接入配电网的仿真。

2 车载充电机接入小区配电网谐波分析

2.1 配电变压器阻抗分析

车载充电机接入住宅区配电网产生的谐波电流与系统阻抗相互作用，导致输入电压波形同样发生畸变，进而影响系统内其他负载的正常运行。而阻抗的大小则与配电变压器的各类参数相关，特别是配电变压器的容量。因此，需对不同容量配电变压器的阻抗特性进行研究。

单相变压器模型的电气结构如图3所示。其中R1、L1及R2、L2分别为一、二次绕组的电阻与电感，Rm、Lm为励磁支路的阻抗。而变压器的铭牌参数则一般包括短路阻抗Uk、短路损耗Pk、空载电流I0、空载损耗P0、额定容量SN及高压侧额定电压UN。仿真时要求输入模型中所有参数的标幺值，显然由铭牌参数无法直接给定，应进行进一步的测算。

本文采用简化的等效电路模型来计算变压器参数，即假设R1=R2、L1=L2，从而将变压器二次侧折算到一次侧，所得等效电路结构如图4所示。

根据变压器短路试验，结合图4等效电路与变压器铭牌参数，可通过式(1)(5)计算变压器阻抗[17]。

其中，*表示取参数的标幺值;Zk*、Rk*、Lk*分别为阻抗、电阻与电抗;短路电流Ik*取额定值，即Ik*=1。将变压器铭牌数据中的短路损耗Pk与短路阻抗Uk代入即可求得变压器一、二次侧的电阻R1、R2与电感L1、L2数值。另一方面，依据等效电路与空载试验，还可通过式(6)确定励磁支路的电阻Rm与电感Lm。

其中，空载电流;所有变量均为有名值，求出Rm、Lm后还需折算为标幺值。

由式(1)(6)可知，配电变压器的阻抗与其容量密切相关，其中一、二次绕组电阻更是由容量直接决定，这将导致在同样的谐波电流影响下，不同容量的配电变压器所引发的电压畸变率有所差别，即体现为系统对谐波电流的耐受程度不同。

值得注意的是，对于三相变压器而言，等效电路是指一相的等效电路，上述计算过程同样完全适用，但所有物理量必须采用一相的数值，才能获得三相配电变压器每相的阻抗参数。

2.2 三相配电系统谐波分析

我国现有三相住宅区配电系统大多采用10 kV进线，经10 kV/0.4 kV电压等级的配电变压器后为用户供电。为抑制高次谐波电流，配电变压器一般使用Dyn11型联结方式[18]，中性点直接接地。低压侧为星形连接，每相与中性线间均可构成一个单相220 V回路为用户供电。对于可接入多台车载充电机的三相配电网而言，交流充电桩与传统家用负荷一同并联安装在低压侧，为车载充电机提供单相交流输入。建立含多台车载充电机的小区三相配电网模型如图5所示。为了便于仿真，模型中省略了传统负荷，且没有加入无功补偿装置。

现有小区配电变压器容量设置普遍存在“大马拉小车”的情况，造成电能浪费。已有研究提出通过变压器降容及过载运行等方式提高配电变压器经济性[19]。但是，这些配电方案均未考虑大量车载充电机接入的可能性。据此，以低压侧a相为例，针对不同标准容量的10 kV级S9系列配电变压器(参数详见表3)，经FFT测量不同数量车载充电机同时接入情况下低压侧电流与电压总谐波畸变如表4所示。

表4数据显示，随着车载充电机接入数量的增加，系统电压谐波畸变率明显升高，但增大幅度却逐渐减缓。另一方面，电流总谐波畸变率虽有所增加，但其并不等于各台车载充电机产生的谐波电流代数和，且整体趋势变化平缓，这是由于各台充电机彼此之间发生了谐波抵消效应[20]。由此，进一步分析了1 000 kVA容量下各次谐波电流含有率随车载充电机台数的变化情况(见图6)。

由图6可知，随着车载充电机台数增加，各次谐波电流总体变化不明显，其中3、5、7次谐波含量呈缓慢上升趋势，而11、13、17、19次谐波含有率基本维持不变。当接入充电机台数相同时，3、5次谐波数值明显高于其他次谐波数值。

进一步分析表4数据可知，在接入相同数量车载充电机的情形下，配电变压器容量越大，电压畸变率越低。在第2.1节分析已指出，随着配电变压器容量增大，等效阻抗将逐渐减小，使得同样的谐波电流在变压器低压侧引发的电压畸变降低。结合国家标准GB/T1454993[21]与表4数据可得出，配电变压器容量越大，允许同时接入的车载充电机数量越多。因此，变压器降容将使得小区在未来接入大量车载充电机后，较之前产生更大的电压谐波，反而不利于系统的安全稳定运行。

2.3 单相配电系统谐波分析

与国外电网相比，目前我国低压配电网普遍存在线损负荷高、电压质量差等问题。针对这一状况，且考虑到居民生活用电多为单相电，已有研究提出拟在未来居民住宅小区内推广使用单相配电变压器。经试点实例验证，在负荷分散、密度小、无三相电力用户的条件下使用单相变压器，可显著降低低压线损，提高供电质量。据此，为了分析电动汽车常规充电对该种新型配电模式的谐波影响，建立含车载充电机的单相配电网模型如图7所示，同样，为便于仿真忽略了传统负荷及无功补偿设备。

与三相配电网模型类似，将多台充电机并联在单相配电变压器的低压侧，针对不同标准容量的10 kV级D9油浸式单相配电变压器(参数见表5)，通过式(1)(6)分别确定其阻抗参数，经FFT法测量不同数量车载充电机接入对低压侧的谐波影响，所得数据见表6。

通过第2.1节对配电变压器的阻抗分析，单相配电变压器的低压侧等效电阻较三相变压器最大增长超过50%。因此，对于相同的谐波电流，车载充电机接入必将导致单相配电系统产生更为严重的电压谐波畸变，正如表6数据所显示。同时对比表4可知，在接入相同数量充电机情形下，单相配电的电压谐波畸变较三相配电系统可增大70%以上，这也印证了关于配电变压器阻抗分析的结论。另一方面，随着充电机数量增多，单相系统的电压总谐波畸变率增大幅度较三相系统也明显加快。但与三相系统不同的是，电流总谐波畸变率却逐渐降低，充电机间的谐波抵消现象更为明显，其各次谐波电流含有率随充电机数量变化如图8所示。

由图8可知，随着充电机同时接入数量增加，3、5次谐波电流含有率下降趋势明显，7、11、13、17、19等高次谐波含量变化较平缓。3次谐波电流数值明显高于其他各次谐波，整体谐波含有量较三相系统降低了约60%。

单相配电变压器因其损耗小、成本低、结构简单及架设便利等特点受到业界的青睐。但是其输出电压单一，只能应用于照明与小型电机，具有较大的局限性。更为重要的是，单相变压器小容量的特点，致使其对谐波的承受力较差，对于未来拟为电动汽车提供充电服务的住宅小区，接入同样数量的车载充电机将会给单相配电系统带来较三相配电系统更大的电压谐波污染，不仅无法起到节能与降低线损的效果，还会严重影响电气设备的正常工作，导致系统无法正常运行。

单相配电变压器的使用在我国刚刚起步，仍需借鉴国外成功的案例与经验，针对我国居民小区的实际情况，因地制宜地推广单相配电供电模式。而对于可为电动汽车充电的住宅小区而言，则不适宜单纯采用单相配电模式。

3 结论

a.本文通过Simulink平台设计了通用车载充电机模型，可实现恒流恒压充电过程并符合系统对于接入负载的谐波要求。基于该模型分别建立了含车载充电机的小区三相与单相配电网模型，使用快速傅里叶变换法测量了低压侧谐波。该方法同样适用于可为电动汽车提供常规充电服务的其他区域配电网谐波分析。

b.随着车载充电机接入数量增多，系统的电压总谐波畸变率明显升高，但是由于多台充电机彼此间的谐波抵消作用，各次谐波电流含有率和总电流谐波畸变率变化平缓，甚至有所减小。当接入充电机台数相同时，单相配电系统电压谐波畸变较三相配电而言更为严重。通过配电变压器阻抗特性分析，对于同样的谐波电流，配电变压器容量越大，系统等效阻抗值越低，产生的电压谐波畸变越小，系统对谐波电流的承受力越强。

c.单相配电模式容量小，对谐波电流的承受力差，未来拟为电动汽车提供车载充电服务的住宅小区不适宜采用该种配电模式。对于现行的三相配电系统，还需根据其同时接入的充电车辆数目进行配电容量改造，以减小系统电压谐波畸变。若短期内无法实现变压器增容，可以考虑在低压母线上加装谐波治理装置以抑制车载充电机的谐波电流。

摘要：分析了车载充电机接入小区低压配电网产生的谐波特征。基于Simulink平台建立了含车载充电机的住宅区传统三相配电网和新型单相配电网仿真模型,结合对配电变压器阻抗特性的研究,对比分析了2种配电模式下不同数量电动汽车接入充电产生谐波的变化规律。结果表明:随着车载充电机接入数量增多,2种配电模式下的谐波电流变化平缓,但电压畸变率均明显增大;在相同数量充电机接入情况下,配电容量越大,系统电压畸变越小;单相配电的电压谐波畸变较三相配电可增幅70%以上,对谐波耐受力较差。