CN106092194A - 电动汽车救援车用综合状态监测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动汽车救援车用综合状态监测系统，包括传感系统、测量分析系统、通讯系统、中央系统；传感系统包括电压传感器、电流传感器、压力传感器、加速度传感器、应力传感器、位置传感器；测量分析系统包括发电机状态监测单元、电池状态监测单元、充电桩状态监测单元、避震状态监测单元、救援机构状态监测单元、整车环境状态监测单元；通讯系统为RS485及CAN总线通讯系统；中央系统包括车载电脑、人机接口及供电电源。本发明用于对车辆电气系统、发电机、救援装置、充电桩、电池组等进行全面连续监测，提高救援车自身安全性和可靠性。

Description

电动汽车救援车用综合状态监测系统
技术领域
本发明涉及机动车辆状态监测领域，更具体地说，涉及一种电动汽车救援车用综合状态监测系统。
背景技术
电动汽车作为新型节能交通工具受到广泛关注，各级政府大力扶持电动汽车产业发展，越来越多的电动汽车在道路上行驶。汽车作为全天候使用的交通工具，故障在所难免。对发生故障的电动汽车进行救援成为电动汽车发展过程中的必然支撑。电动汽车的故障除包括一般机动车辆的机械、传动、电气故障外，还有很大一部分是与电动汽车电源系统相关的故障。因此，电动汽车救援车除具备常规机动车辆清障救援功能外，还应具备电动汽车电源(电池)充电功能，这对于发生亏电故障的电动汽车来说，通过快速充电即可解决问题。由于电动汽车救援车具备多种复杂的功能，对其自身的可靠性提出了更高的要求。电动汽车救援车包括车辆自发电系统、电气系统、充电系统、救援装置等部分，通过对各部分进行全面的整车状态监测，能够及时反映各部分的工作状态，通过监测诊断分析，为车辆救援提供必要的技术支撑辅助手段。
现有技术公开了一些关于车辆电池监测、轮胎监测、运行状态检测、发电机监测的技术，但对于电动汽车救援车整车的状态监测来说，仍显不足，尤其是对于救援机构的监测、车上设备柜/电气柜的避震状态监测等没有述及。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种电动汽车救援车用综合状态监测系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种电动汽车救援车用综合状态监测系统，包括：
传感系统，包括由物理信号传感器组成的分布式传感器阵列，所述物理信号传感器将信号转换为中低频电信号，并将中低频电信号传递至测量分析系统，为测量分析系统提供原始信息；
测量分析系统，包括救援车状态监测单元，所述救援车状态监测单元对物理信号传感器的中低频电信号进行采集测量，并计算分析救援车的状态信息；
通讯系统，所述通讯系统为RS485及CAN总线通讯系统；所述RS485采用Modbus协议进行通讯，以中央系统为主设备、所述救援车状态监测单元为从设备；所述CAN采用CANopen协议进行通讯，通过对设备对象字典的定义以实现主设备与从设备之间的信息交互；
中央系统，包括主控车载电脑、供电电源及救援车的外围系统，所述中央系统通过RS485及CAN与所述救援车状态监测单元进行通讯，将救援车的状态信息集中显示，并可通过无线网络将救援车的状态信息传输至管理系统。
在上述方案中，所述物理信号传感器包括电压传感器、电流传感器、电量传感器、温度传感器、湿度传感器、应力传感器、压力传感器、位置传感器。
在上述方案中，所述救援车状态监测单元包括发电机状态监测单元、充电桩状态监测单元、电池状态监测单元、设备柜避震监测单元、救援机构状态监测单元、电气柜避震监测单元、整车环境状态监测单元。
在上述方案中，所述发电机状态监测单元通过所述电量传感器对救援车发电机的工作状态进行连续监测，获取并将发电机的工作状态信息通过所述RS485传输至中央系统。发电机的工作状态信息包括但不限于其输出电压、电流、功率、联轴发动机的转速。
在上述方案中，所述电池状态监测单元连续监测救援车电池组的状态信息，通过所述CAN将电池组的状态信息传输至中央系统，并计算分析电池组的内阻变化及控制通风散热。电池组的状态信息包括但不限于其输入/输出电压、电流、输入/输出功率、电池组容量、温度和绝缘状况等信息。
在上述方案中，所述救援机构状态监测单元采用所述应力传感器、压力传感器、位置传感器连续监测救援机构的工作状态信息，通过所述RS485将救援机构的工作状态信息传输至中央系统。
在上述方案中，所述整车环境状态监测单元对救援车的电气状态、环境状态、位置状态及OBD数据进行监测并通过RS485将监测信息传输至中央系统。电气状态包括工作直流母线的电压/电流/功率、外市电输入的工作交流电源的电压/电流/频率/功率；环境状态包括救援车内部照度、外部周边照度、环境温度、湿度；通过车载GPS和GIS地图信息系统对位置状态即救援车位置进行连续监控；通过救援车的OBD接口监测发动机等信息。
在上述方案中，所述充电桩状态监测单元连续监测充电桩的状态信息并通过CAN将充电桩的状态信息传输至中央系统。充电桩的状态信息包括其电源电压/电流、充电电压/电流/功率/电量/电费、电池温度。
在上述方案中，所述设备柜避震监测单元及电气柜避震监测单元连续监测避震状态并通过RS485将避震状态信息传输至中央系统。设备柜及电气柜在其柜体和支撑件中间安装有压力传感器、倾角传感器及三向加速度传感器，用于采集柜体的避震反馈信号，连续监测避震状态，并进行测量分析，获知柜体避震工况。
实施本发明电动汽车救援车用综合状态监测系统，具有以下有益效果：
本发明可全面、可靠地监测整车状态，可全面、及时报告整车状况，预计充放电时间，对主要监测对象进行实时监测及预警，提高救援车自身的安全性和可靠性。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为本发明电动汽车救援车用综合状态监测系统的架构图；
图2为本发明电动汽车救援车用综合状态监测系统的逻辑框图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1-2所示，本发明电动汽车救援车用综合状态监测系统包括传感系统、测量分析系统、通讯系统及中央系统。
传感系统，包括由物理信号传感器组成的分布式传感器阵列，物理信号传感器将信号转换为中低频电信号，并将中低频电信号传递至测量分析系统，为测量分析系统提供原始信息。其中，物理信号传感器包括电压传感器、电流传感器、电量传感器、温度传感器、湿度传感器、应力传感器、压力传感器、位置传感器。
测量分析系统，包括救援车状态监测单元，救援车状态监测单元对物理信号传感器的中低频电信号进行采集测量，并计算分析救援车的状态信息。其中，救援车状态监测单元包括发电机状态监测单元、充电桩状态监测单元、电池状态监测单元、设备柜避震监测单元、救援机构状态监测单元、电气柜避震监测单元、整车环境状态监测单元。
通讯系统为RS485及CAN总线通讯系统；RS485采用Modbus协议进行通讯，以中央系统为主设备、救援车状态监测单元为从设备；CAN采用CANopen协议进行通讯，通过对设备对象字典的定义以实现主设备与从设备之间的信息交互。
中央系统，包括主控车载电脑、供电电源及救援车的外围系统，中央系统通过RS485及CAN与救援车状态监测单元进行通讯，将救援车的状态信息集中显示，并可通过无线网络将救援车的状态信息传输至管理系统。
下面简单介绍救援车状态监测单元的功能：
(1)发电机状态监测单元，用于对嵌入式安装在汽车底盘传动系统的取力发电机的工作状态进行全面监测。取力发电机通过汽车发动机牵引发电，其发电效率和发电质量受到发动机工作状态的影响，由于发动机在车辆行驶过程中的转速变化非常大，不便于控制取力发电机的电能输出。在车辆驻车时，汽车发动机的能量主要传输给取力发电机，通过控制系统，调节发动机转速，可以调节取力发电机工作于合适的工作点，能量使用率最高。发电机状态监测单元通过电压传感器、电流传感器监测发电机的输出，通过转速传感器监测和控制发电机的转速。发电机状态监测单元的处理器采用ARM7，通过隔离的RS485总线与中央系统进行通讯。
(2)电池状态监测单元，用于对车载电池组的工作状态进行全面监测，相当于BMS(电池管理系统Battery management system)。由于电池组的容量较大，车载电池组采用多组分箱的电池块串/并联构成，电池状态监测单元对各电池块的电压、电流、温度进行监测，对充/放电进行控制。电池状态监测单元的数据通过CAN总线与中央系统进行通讯。
(3)充电桩状态监测单元，用于对车载交直流一体式充电桩进行综合监测管理。救援车提供的交流、直流充电功能通过车载交直流一体式充电桩实现，充电桩状态监测单元通过多种交直流电量传感器，测量输入、输出电源信号，计算充电功率、电量和累计电量，监测充电桩内部主要功率器件的温升情况。充电桩状态监测单元的处理器采用ARM7芯片，外扩LCD显示器，及时显示充电信息；采用CAN总线与中央系统进行通讯。
(4)救援机构状态监测单元，用于对车尾隐藏式救援托臂工作状态进行监控。救援托臂有两种状态：备用状态和救援状态。救援托臂处于备用状态时，隐藏收缩在车辆底盘桥架中；救援状态时，救援托臂从底盘下伸出，固定救援车辆后，对被救车辆进行拖拽牵引。救援机构状态监测单元通过位置传感器监测救援托臂的备用/救援状态，在固定和托举被救车辆的部位安装有压力传感器、应力传感器、扭矩传感器，监测其受力、变形情况。救援机构状态监测单元通过隔离的RS485总线与中央系统进行通讯。
(5)避震监测单元，包括设备柜避震监测单元、电气柜避震监测单元，分别对设备柜和电气柜的避震状态进行连续监测。设备柜和电气柜是救援车主要电气功能集中的部件，加强对这些部件的避震监测，有利于提高整车的电气可靠性。设备柜和电气柜采用独立悬挂的底部和侧部减震器进行避震设计，通过安装在减震器部位的应力传感器、倾角传感器和三向加速度传感器连续监测柜体的避震状态，对减震弱化或不稳定情况进行预警。避震监测单元通过隔离的RS485总线与中央系统进行通讯。
(6)整车环境状态监测单元，用于对救援车的电气状态、环境状态、位置状态及OBD数据进行监测并通过RS485将监测信息传输至中央系统。电气状态包括工作直流母线的电压/电流/功率、外市电输入的工作交流电源的电压/电流/频率/功率，通过对这些电源系统电气参数进行监测，实时报告电源状况。环境状态包括救援车内部照度、外部周边照度、环境温度、湿度；通过车载GPS和GIS地图信息系统对位置状态即救援车位置进行连续监控；通过救援车的OBD接口监测发动机等信息，汽车OBD数据通过CAN通讯进行接口，获取车辆的发动机转速、车速等主要信息。
中央系统，用于对各监测单元上传信息数据进行综合管理，通过HMI界面向使用者(工作人员)展示救援车整车各部分的工作状态。中央系统与各监测单元之间通过隔离的RS485总线或CAN总线进行通讯。中央系统采用嵌入式工控机作为主处理器，并具备远程通讯功能，可将救援车现场工作状态信息通过无线公共网络(如4G网)远传至上级管理系统。
通讯系统为RS485和CAN共存的多总线通讯方式，RS485与各监测单元采用电气隔离(ADM2587E)的端口进行连接，使用Modbus通讯协议；CAN总线也通过ADuM1201双通道数字隔离芯片进行电气隔离，并使用CANopen通讯协议。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (9)

1.一种电动汽车救援车用综合状态监测系统，其特征在于，包括：
传感系统，包括由物理信号传感器组成的分布式传感器阵列，所述物理信号传感器将信号转换为中低频电信号，并将中低频电信号传递至测量分析系统，为测量分析系统提供原始信息；
测量分析系统，包括救援车状态监测单元，所述救援车状态监测单元对物理信号传感器的中低频电信号进行采集测量，并计算分析救援车的状态信息；
通讯系统，所述通讯系统为RS485及CAN总线通讯系统；所述RS485采用Modbus协议进行通讯，以中央系统为主设备、所述救援车状态监测单元为从设备；所述CAN采用CANopen协议进行通讯，通过对设备对象字典的定义以实现主设备与从设备之间的信息交互；
中央系统，包括主控车载电脑、供电电源及救援车的外围系统，所述中央系统通过RS485及CAN与所述救援车状态监测单元进行通讯，将救援车的状态信息集中显示，并可通过无线网络将救援车的状态信息传输至管理系统。
2.根据权利要求1所述的电动汽车救援车用综合状态监测系统，其特征在于，所述物理信号传感器包括电压传感器、电流传感器、电量传感器、温度传感器、湿度传感器、应力传感器、压力传感器、位置传感器。
3.根据权利要求2所述的电动汽车救援车用综合状态监测系统，其特征在于，所述救援车状态监测单元包括发电机状态监测单元、充电桩状态监测单元、电池状态监测单元、设备柜避震监测单元、救援机构状态监测单元、电气柜避震监测单元、整车环境状态监测单元。
4.根据权利要求3所述的电动汽车救援车用综合状态监测系统，其特征在于，所述发电机状态监测单元通过所述电量传感器对救援车发电机的工作状态进行连续监测，获取并将发电机的工作状态信息通过所述RS485传输至中央系统。
5.根据权利要求3所述的电动汽车救援车用综合状态监测系统，其特征在于，所述电池状态监测单元连续监测救援车电池组的状态信息，通过所述CAN将电池组的状态信息传输至中央系统，并计算分析电池组的内阻变化及控制通风散热。
6.根据权利要求3所述的电动汽车救援车用综合状态监测系统，其特征在于，所述救援机构状态监测单元采用所述应力传感器、压力传感器、位置传感器连续监测救援机构的工作状态信息，通过所述RS485将救援机构的工作状态信息传输至中央系统。
7.根据权利要求3所述的电动汽车救援车用综合状态监测系统，其特征在于，所述整车环境状态监测单元对救援车的电气状态、环境状态、位置状态及OBD数据进行监测并通过RS485将监测信息传输至中央系统。
8.根据权利要求3所述的电动汽车救援车用综合状态监测系统，其特征在于，所述充电桩状态监测单元连续监测充电桩的状态信息并通过CAN将充电桩的状态信息传输至中央系统。
9.根据权利要求3所述的电动汽车救援车用综合状态监测系统，其特征在于，所述设备柜避震监测单元及电气柜避震监测单元连续监测避震状态并通过RS485将避震状态信息传输至中央系统。
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