电力系统在车辆和运载工具中的应用

汽车工业经常要考虑的是安全性相关的问题，需要不断地开发新的设计方法来提高安全标准，如智能辅助驾驶。但是，这种系统需要由计算机来控制，以实现最大的效率。因此，原有的机械或者液压备份装置都要用电气/电子器件来代替。要实现这一步只有确定取代机械或者液压备份装置的系统是足够安全的才可以。X-By-Wire线控系统就是其中之一。由奔驰公司、菲亚特公司、福特公司、沃尔沃公司、博世公司、Mecel公司、Magneti Marelli公司、瑞典查尔姆斯大学、维也纳理工学院等组成的协会在这个领域已经开展了研究工作。这种系统的应用包括线控转向系统和线控制动系统。图4-64举例说明X-By-Wire系统的一种典型应用。

系统由连接到电控单元（ECU）上的执行装置和传感器组成。传感器和执行装置是用来执行驾驶员的操作并将其反馈给ECU。根据这些操作的结果，驾驶者可以采取合适的调整操作，这些调整被传递给执行装置来执行。进行的这些操作必须保证精确。如果传感器接收到的结果不精确，或是驾驶者对执行装置回应的操作没有精确地执行，会导致很严重的后果。采用这项技术的另一个问题是大规模生产的经济可行性，此外，还有与这项技术相关的问题，如可靠性和易维护性。

图4-64 转向和制动系统的线控系统结构图

X-By-Wire系统的整个结构是基于时间触发方式。所有的操作在指定的时刻被立即执行。时间被划分为相等的一个个时间段。在每一个时间段中，都分配了特定的任务需要执行。所有的节点都与全局时间相同步。这种同步通过主节点产生的同步脉冲传输实现。

在特定的时刻，传感器得到在总线上轮流传输的测量值。这些测量值被用来更新特定的变量，通过将新得到的值覆盖原有的值。然后这些新值再被用于控制程序中进行控制。

X-By-Wire系统的一个主要特色是可结合性。这意味着无论子系统中具有什么特性，当各个子系统结合成一整体时，相同的特性可以提供一些功能和应用表现出来。

另外一个重要的特色是系统能处理一些错误，这些错误是在没有分配给节点的时间段中，节点想要通信造成的。这种节点被称为BabblingIdiot。这种错误在时间触发系统中可以被避免，因为哪一个节点应该在哪一个时间段内传输数据的信息已经知道。(www.xing528.com)

总线访问由TDMA方式控制。系统采用广播类型拓扑。前文已经提到过，关于特定节点在特定时间段可以传输数据的信息已经保存在存储空间中，这些信息存储在每一个节点本地的空间里。每一个节点都应该会按照时间表指定的时间去传输数据。使用的这种协议就是事件触发协议/C类（TTP/C）。

节点结构基于故障沉默模式来管理。这表示如果节点被检测到发生错误，它会被要求停止传输数据。这样可以保证错误节点不会影响到系统的正常性能。有时，两个节点会共同使用来提高容错性。如果一个节点因为出错被要求沉默，另一个节点在不出错的方式下可以继续执行分配的任务。

这项技术有很多显而易见的优点。首先，避免了使用复杂的电路来实现其他容错方式的必要。其次，与软件故障监测相结合，故障沉默结构能够应对所有可能出现的错误。第三，这种方式能通过试验来测试它的所有功能。

上文已经提过，每一个ECU都由传感器和执行装置组成。需要知道的是，在一个包含两个ECU的节点中，这两个ECU在操作执行时没有任何的不同。这也意味着每一个ECU会在公共总线中彼此交换传感器里的数据以使共同的操作被执行。另一种替代方法是使用传感器总线来代替公共系统总线。同样，如果采用数字传感器，每一个ECU中会有相同的值。如果两个ECU彼此远离，传感器会与最近的ECU相连接。另一方面，如果两个ECU离得很近，传感器会通过上文提到过的传感器总线与这两个ECU相连。

软件模块由两个层组成：系统软件层和应用程序层。系统软件层用来为应用程序层提供服务。服务程序如容错和错误检测在系统软件层面上执行。编写代码的语言是ANSIC子集，语言做了一些特定的修改，如去掉了容易产生错误的构造函数和增加了异常处理。有效的设计、更高的容错性、能被测试、易于同步是软件模块的主要优点。

由于这种系统的高效性和鲁棒性，能为驾驶者开发出驾驶辅助系统。同时能够淘汰当前的机械/液压后备系统。传感器和执行装置的结合可以使得与标准值间的偏差减为最小。因此，智能驾驶辅助系统能应运而生。