摘要：自改革开放以来，我国社会和经济的发展越来越快，交通机车行业的相较之前也有了巨大的进步。动系统是高速动车组九大关键技术之一，是一个充分考虑安全并具有丰富控制和诊断策略的系统。对于高速动车组制动系统的电气开发，传统的开发模式已经无法满足需求，必须以系统级的设计理念为基础，高铁系统的核心装备是动车组，动车组的核心作用是运载乘客。动车组往往都装备了电气系统，目的是在运输中让旅客感觉更安全并体验高铁高度的舒适度和更快的速度。基于此，本文主要阐述了传统设计的弊端、设计平台主要目的、目标、平台构建、动车电气计算机系统设计与功能介绍，希望能为今后我国交通机车行业的发展带来帮助。
关键词：电气 动车组 车辆研究 计算系统
在现在社会的发展中，对动车组而言，传统的电气系统开发方式已过时，眼下在设计理念上必须把系统级作为基础，并为此搭建新型的电气计算平台。传统电气平台常常发生的问题比如：制造成本、设计周期等，都可在新型平台中得以解决。
一、传统设计的弊端
传统电气系统在平台上的弊端是：第一、设计效率低下、设计能力差；第二、仿真环节同运行情况脱节严重；第三、代码必须手工编写及校对，安全性低；第四、系统完成后才可对控制算法做验证，如果有问题又必须重新设计，既费时间又耗人力；第五、测试方法不够全面，会有潜在问题被遗留下来，最终形成安全隐患。
二、设计平台主要目的、目标
电气仿真设计平台是为了进行高速动车组分布式电控空气制动系统的设计工作而组建的。电控空气制动系统可以根据制动指令、车辆载重、速度及再生制动的投入程度，自动调整摩擦制动力的大小，实现基于减速度的制动控制，提高制动操纵的平稳性和舒适性。每个车辆的分布式电控空气制动控制系统，可以集中躲测各个装置的指令响应、制动缸压力变化、车辆载重、制动效果及各装置的状态信息和故障信息，并且根据制动指令及车辆状态，通过制动机构实现车辆的制动和制动的缓解。分布式电空制动系统内部采用CAN总线交换控制所需的各种控制及状态信号，并通过cAN总线实现诊断、内存标定等相关功能。
高速动车组制动控制系统软件设计以系统级的设计理念为基础，引入了目前国际上领先的基于V模型的电气系统软件设计流程，可以解决在传统的控制系统设计中所遇到的各种问题，包括从系统设计到控制、算法、数据的可视化，再到控制系统的实现与在线监测与维护管理等软件开发全过程。在设计过程中可以将在桌面上的控制算法的离线仿真，试验室内的控制原型的测试，以及车辆的实际测试标定过程统一起来，减少设计的成本和冗余的工作，加快设计的进程。
三、平台构建
3计是在方案设计完成后，不必等软件人员来编程或代码进行硬件集成，仅是运用辅助工具把控制方案图自动转为代码并下载至硬件平台，便能让控制系统原型快速地实现。然后通过各种测试对控制方案的实际效果进行检验。这时即便需要对模型作出修改，形成新模型也只需花费短短的几分钟。在控制方案定型前，就能对效果及最终方案做出基本确认，避免了耗费资源及时间。
3.2设计操作系统
针对电气系统，由于应用环境特定，必须对特定操作系统进行定制。该系统是一个微内核的实时嵌入式操作系统。它可对硬实时、多任务等功能进行支撑。
3.3图形化的设计平台
该环境主要对控制算法进行模型构建，其中模块库用于对有限状态机进行建模及对动态系统进行搭建。在该环境下，对模块库里的模块进行连接、拖拉和配置等，可让控制算法搭建起来更为方便。
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3.4生成代码的平台
它包含：通信功能、操作系统、启动加载、控制算法4个方面的代码，然后将其集成，同时依据硬件平台做出对应的优化、调整。
3.5网络平台的设计
仿真及网络建模主要是：第一、构建仿真节点及通信行为，对前期通信的合理性进行评估；第二、对各节点的控制指令及通信行为进行模拟，为后续设计及后续测试打下基础。
3.6硬、软件的仿真平台
控制产品初样形成后，还必须对初样做全面测试，以确认产品跟指标要求是否一致。但是，若用实际对象来测试，不仅环境条件难以实现而且代价很大。新型设计可用辅助工具来完成，用HILS工具及方法对各种条件做出测试，尤其是在极限条件及故障情况下。对传统来说这些都是欠缺的地方。
3.7标定平台、在线测量
用在线、离线的方式对表格、特征曲线及特征值进行调整。对动车组的环境及BCU进行测量信号的采集，同时将参数一并优化。除了被当作标定及测量的核心系统，还具备BCU管理项目、对测量数据作分析、标定参数配置等功能。
四、动车电气计算机系统设计与功能介绍
4.1电气计算机动车系统设计
本次设计按照与国际接轨的V设计模型，通过不断进行功能验证与理论验证确保整个设计的产品从基层到高层都实现一致。基于现代计算机理念，通过图形化的模式构建动车组车辆电气计算机系统。该系统在Similink环境下进行设编程，由设计的模型编制代码，使得整个系统中的功能都符合设计要求。（1）动车组的控制系统包含了定义到最终产品的生产全过程，从软件设计到算法、控制以及数据变化等都实现了可视化操作；（2）根据V设计流程建立起动车制动的软件设计平台，对动车的控制系统实验、调试和测试等，为程序开发提供一个高效环境；（3）电气计算系统。电气计算机系中牵引系统最为重要，因为牵引系统受到电弓、牵引电机、齿轮传动装置等影响和控制。
4.2电气计算机机动车系统功能
（1）图形化以及离线仿真。图形化模型过程中，离线仿真阶段，可以有效的建立起系统的控制模型，同时还可以结合高可靠性的嵌入式软件设计对功能进行有效验证；（2）快速控制的原型功能。通过原型设计的功能阶段，直接生成了实时的仿真硬件代码，可以有效的完成快速原型和半实物仿真工作，并且可以有效提供一个实时的测试环境；（3）标定与测量功能。使用标定的工具，基于总线的测量设备来进行BCU标定，需提供相应的分析和测试工具，在此阶段可实现分析、设计、测试一体化；另外还可以使用采集等相连的工具来帮助完成数字化测试。通过应用电气仿真设计平台使得动车组制动控制系统软件真正做到了周期可控、成果可靠，大大节约了设计和维护成本。
五、结束语
综上所述，把电气仿真平台改良后，新型的仿真平台把动车组的电气系统从定义到成品的整个过程全部覆盖，并验证了该模型是可靠、高效的。设计中，每个阶段都通过验证及确认，这让产品自顶层设计起到最终的实现都保持一致。对新型的电气仿真系统进行应用，让参数化、模块化的设计理念被充分地体现，从而使得电气系统在性能和控制功能上也变得柔性可变。
参考文献
[1]杨国文. 出口巴西动车组车辆电气系统[J]. 铁道车辆，2013（03）
[2]尹怀仙. 基于多功能车辆总线的CRH_3型动车组单车电气调试系统[J]. 中国铁道科学，2014（05）
论文作者:郭杰
论文发表刊物:《基层建设》2017年第18期
论文发表时间:2017/10/17
标签：车组论文; 系统论文; 电气论文; 平台论文; 车辆论文; 功能论文; 测试论文; 《基层建设》2017年第18期论文;