CN104340235A - 整车控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种整车控制装置，属于机车技术领域，该整车控制装置具有更小的体积。该整车控制装置，包括对合的底板件和前板件；所述底板件与所述前板件之间形成封闭空间，所述封闭空间内设置有中央处理器；所述前板件上设置有容纳连接器的开口，所述中央处理器通过所述连接器与外部设备相连。本发明可用于内燃机车的旧车改造和维修。

Description

整车控制装置

技术领域

本发明涉及机车技术领域，具体地说，涉及一种整车控制装置。

背景技术

内燃机车是一种应用广泛的机车，整车控制装置是内燃机车中的重要组成部分，用于监控、调整内燃机车的运行状况。

目前，整车控制装置通常采用机箱式结构或柜体式结构，放置在机车的电气室中。在该整车控制装置的机箱(或柜体)内部安装有多个插槽，用于插放各种功能插件，其中主要包括电源插件、中央处理器插件、开关量输入插件、开关量输出插件、模拟量采集插件、频率量采集插件、通信插件、柴油机控制插件以及其他特定功能插件等。机箱(或柜体)和插槽的结构是相对固定的，并且各功能的单板本身的空间预留量很大，即使要实现很简单的整车控制，也需要多种插件的组合来完成。现有的整车控制装置由于其内部空间预留量很大，因此存在体积过大的技术问题，难以灵活选择安装位置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种整车控制装置，该整车控制装置具有更小的体积。

本发明提供一种整车控制装置，包括对合的底板件和前板件；

所述底板件与所述前板件之间形成封闭空间，所述封闭空间内设置有中央处理器；

所述前板件上设置有容纳连接器的开口，所述中央处理器通过所述连接器与外部设备相连。

优选的，所述底板件呈平板状，所述前板件呈一侧开放的盒状。

进一步，该整车控制装置还包括设置于所述开口处的接口板件，所述连接器安装在所述接口板件中。

优选的，所述底板件、所述前板件和所述接口板件均由铝合金制成。

优选的，所述连接器包括若干矩形连接器和若干M12连接器。

进一步，所述封闭空间内还设置有逻辑处理器，所述逻辑处理器通过接口电路与所述中央处理器相连。

优选的，所述接口电路包括数字开关量采集电路、数字开关量驱动电路、模拟量采集电路、频率量采集电路和柴油机调节电路。

优选的，所述中央处理器和所述逻辑处理器别设置在两个电路板上，且所述两个电路板叠层设置。

进一步，所述封闭空间内还设置有二次电源模块，用于对外部电源进行变压，并为所述中央处理器和所述逻辑处理器供电。

优选的，所述二次电源模块通过导热垫贴在所述底板件或所述前板件上。

本发明带来了以下有益效果：本发明提供的整车控制装置由对合的底板件和前板件形成封闭空间，将中央处理器设置于该封闭空间内。在前板件上设置开口，通过开口中的连接器使中央处理器与外部设备相连。因此，本发明提供的整车控制装置的整体结构更为紧凑，具有更小的体积，从而能够更为灵活的选择整车控制装置的安装位置。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要的附图做简单的介绍：

图1是本发明实施例提供的整车控制装置的示意图；

图2是图1中沿A-A方向的剖面图；

图3是本发明实施例提供的整车控制装置中对外接口的示意图；

图4是本发明实施例提供的整车控制装置中二次电源模块的示意图；

图5是本发明实施例提供的整车控制装置中数字开关量采集电路的示意图；

图6是本发明实施例提供的整车控制装置中数字开关量驱动电路的示意图；

图7是本发明实施例提供的整车控制装置中模拟量采集电路的示意图；

图8是本发明实施例提供的整车控制装置中频率量采集电路的示意图；

图9是本发明实施例提供的整车控制装置中柴油机调节电路的示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

本发明实施例提供一种用于内燃机车中的整车控制装置。如图1和图2所示，该整车控制装置包括对合的底板件1和前板件2，本实施例中，底板件1呈平板状，前板件2呈一侧开放的盒状，通过螺钉3固定，使底板件1与前板件2之间形成一封闭空间，该封闭空间内设置有中央处理器(图中未示出)。前板件2上设置有容纳连接器4的开口，中央处理器(CPU)通过连接器4与外部设备相连。

进一步，该整车控制装置还包括设置于开口处的接口板件5，接口板件5通过螺钉6固定在前板件2上，连接器4安装在接口板件5中，以便于固定连接器4。连接器4可包括若干矩形连接器和若干M12连接器，本实施例中为4个矩形连接器41和2个M12连接器42。在其他实施方式中，也可以使用其他类型的连接器，例如排针式矩形连接器可以替换为软连线，M12连接器可以替换为DB9插头或RJ45插头。

连接器4用于采集内燃机车的各种传感器数据、触电接入、断开开关量，以及同其它机车部件之间的数据交换，转换成中央处理器能够接收、分析的数据，达到对整车的继电器、电磁阀的控制、柴油机的调节、内燃机车的故障诊断效果。如图3所示，连接器的对外接口具体可包括外部电源输入、10个+15V输出、10个-15V输出、24个开关量输入、12个开关量输出、1个励磁大电流输出、12个频率量输入、20个电压传感器输入、8个电流传感器输入、8个温度传感器输入、3个0～10V直流电压输出、2个4～20mA电流输出、1个PWM脉冲输出、RS232接口、RS422接口、RS485接口、2路CAN接口、以太网接口等。

作为一个优选方案，底板件1、前板件2和接口板件5均由铝合金材料经折弯、开孔等工艺制成，底板件2、前板件3和接口板件5组装成的整车控制装置可形成密封的封闭空间，具有很好的电磁屏蔽效果，并且采用铝合金材料能够节省整车控制装置的制造成本。

进一步，本发明实施例中，底板件2与前板件3之间形成的封闭空间内还设置有逻辑处理器(图中未示出)，逻辑处理器通过接口电路与中央处理器相连。优选的，中央处理器和逻辑处理器分别设置在两个电路板上，且两个电路板叠层设置，使整车控制装置的内部结构更加紧凑，以减小整车控制装置的体积。

本实施例中，中央处理器可以采用数字信号处理器(Digital SignalProcessing，简称，DSP)等芯片，逻辑处理器可以采用复杂可编程逻辑器件(Complex Programable Logic Device，简称CPLD)或者现场可编程逻辑阵列(FieldProgrammable Gate Array，简称FPGA)等器件实现逻辑控制功能。

进一步，本发明实施例中，封闭空间内还设置有二次电源模块(图中未示出)，优选的，二次电源模块通过导热垫贴在底板件1或前板件2上，以增加二次电源模块的散热面积，提高整车控制装置整体的散热效率。

本实施例中，整车控制装置采用常用的110V蓄电池作为外部电源的输入，并利用二次电源模块来完成直流/直流(DC/DC)转换，对外部电源进行变压，从而既能满足整车控制装置内部电路的需求，为中央处理器和逻辑处理器供电，又能满足为内燃机车上的各个传感器供电的要求。其工作原理如图4所示，外部电源输入的110V直流电首先经过一个DC/DC模块转换为+24V直流电和-24V直流电，然后经过另一个DC/DC模块将+24V直流电转换为+5V直流电、+15V直流电和-15V直流电，再经过两个低压差线性稳压器(Low Dropout Regulator，简称LDO)将+5V直流电分别转换为+1.2V直流电和+3.3V直流电。

在其他实施方式中，也可以利用分离器件来搭建，以实现二次电源模块的功能。

本实施例中，接口电路包括数字开关量采集电路、数字开关量驱动电路、模拟量采集电路、频率量采集电路和柴油机调节电路。此外，还可以根据实际需要，增加其他的功能电路。

数字开关量采集电路和数字开关量驱动电路主要完成内燃机车上各个继电器、断路器、接触器、电磁阀等开关器件的采集，通过采集各个触点的电压信号来判断这些开关器件的关闭、开通状态。同时，中央处理器根据内燃机车的状态给出指令驱动相应的开关器件关闭或者开通。

如图5所示，数字开关量采集电路的工作原理为，首先对开关量输入信号进行限流降压，再依次经过光电隔离、RC滤波和整形，由逻辑处理器接收。如图6所示，数字开关量驱动电路的工作原理为，由逻辑处理器驱动电流源输出电流信号，再经过光电隔离和RC滤波，由开光管输出一开关量信号，最后经过抑制保护即可进行开关量输出。

模拟量采集电路主要完成内燃机车上各种电流、电压、压力、温度等信号的采集，各个传感器采集到的模拟信号，经过滤波、模数(A/D)转换、逻辑处理后转换为中央处理器能够接收的数字信号，来参与内燃机车的控制。

不同类别的模拟信号要采用不同的采集电路来完成，具体工作过程如图7所示，电压型传感器输出0～10V的电压，经过RC滤波和信号放大，进入模数转换器；电流型传感器输出4～20mA的电流，经过电阻采样、RC滤波和信号放大，进入模数转换器；温度传感器采用热阻式传感器，温度信号以电阻形式输出，经过分压采样和信号放大，进入模数转换器。模数转换器对采集到的电压、电流、温度信号转换为数字信号之后输入逻辑处理器，再经逻辑处理器处理之后输入中央处理器。

频率量采集电路主要用于采集内燃机车上的各种速度传感器的输出信号，例如柴油机转速传感器、电机转速传感器、各冷却风扇转速传感器等。传感器本身输出信号为不同幅值、不同频率的正弦波、脉冲方波等，通过频率量采集电路的处理，转换成中央处理器能够接收的数字信号，用于机车故障诊断、保护、界面的显示等功能。

频率量采集电路的具体工作过程如图8所示，频率输入信号的波形依次经过RC滤波、比较、光电隔离和整形，形成脉冲方波，再经逻辑处理器处理之后输入中央处理器。

柴油机调节电路主要是完成内燃机车与柴油机之间的数据交换、柴油机转速的调节控制。内燃机车与柴油机之间通过CAN通信接口进行数据交换，遵循通用的J193.9协议；柴油机的转速可以通过PWM波的占空比、PWM波的频率值和4～20mA电流三种方式进行调节。本发明实施例提供的整车控制装置中，集成了不同厂家、不同型号柴油机的转速调节方式，因此可以根据实际情况的需求灵活选用。

柴油机调节电路的具体工作过程如图9所示，逻辑处理器输出的脉冲方波信号经过整形和光电隔离输入PWM驱动器，然后由PWM驱动器输出PWM脉冲波，以调节PWM波的占空比或频率值，从而调节柴油机的转速。另一方面，逻辑处理器还可以输出电信号，经数模(D/A)转换器进行转换，再经过RC滤波、信号放大、隔离、电压电流(V/I)转换，输出4～20mA电流，从而调节柴油机的转速。

本发明实施例提供的整车控制装置中，由对合的底板件和前板件形成封闭空间，将中央处理器和逻辑处理器设置于该封闭空间内。在前板件上设置开口，并在开口处固定接口板件，通过安装在接口板件中的连接器使中央处理器及逻辑处理器与外部设备相连。因此，本发明提供的整车控制装置的整体结构更为紧凑，具有更小的体积，其整体尺寸可达到280mm×256mm×40mm，从而能够更为灵活的选择整车控制装置的安装位置。

另外，由于目前内燃机车的新造项目较少，而旧车的保有量较大，所以每年有相当大数量的内燃机车需要改造、维修，但内燃机车技改的经费有限。本发明实施例提供的整车控制装置技术成熟、性能稳定可靠，结构轻巧，成本经济，维护和更换成本也较低，因此更为适合在内燃机车的小型调车、旧车技改车上大批量的推广应用。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种整车控制装置，其特征在于，包括对合的底板件和前板件；

所述底板件与所述前板件之间形成封闭空间，所述封闭空间内设置有中央处理器；

所述前板件上设置有容纳连接器的开口，所述中央处理器通过所述连接器与外部设备相连。

2.如权利要求1所述的整车控制装置，其特征在于，所述底板件呈平板状，所述前板件呈一侧开放的盒状。

3.如权利要求1或2所述的整车控制装置，其特征在于，还包括设置于所述开口处的接口板件，所述连接器安装在所述接口板件中。

4.如权利要求3所述的整车控制装置，其特征在于，所述底板件、所述前板件和所述接口板件均由铝合金制成。

5.如权利要求1至4任一项所述的整车控制装置，其特征在于，所述连接器包括若干矩形连接器和若干M12连接器。

6.如权利要求1至5任一项所述的整车控制装置，其特征在于，所述封闭空间内还设置有逻辑处理器，所述逻辑处理器通过接口电路与所述中央处理器相连。

7.如权利要求6所述的整车控制装置，其特征在于，所述接口电路包括数字开关量采集电路、数字开关量驱动电路、模拟量采集电路、频率量采集电路和柴油机调节电路。

8.如权利要求6或7所述的整车控制装置，其特征在于，所述中央处理器和所述逻辑处理器别设置在两个电路板上，且所述两个电路板叠层设置。

9.如权利要求6至8任一项所述的整车控制装置，其特征在于，所述封闭空间内还设置有二次电源模块，用于对外部电源进行变压，并为所述中央处理器和所述逻辑处理器供电。

10.如权利要求9所述的整车控制装置，其特征在于，所述二次电源模块通过导热垫贴在所述底板件或所述前板件上。