CN107117067A - 一种电动环卫车控制系统 - Google Patents

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Abstract

一种电动环卫车控制系统，包括整车控制单元VCU，整车控制单元VCU与牵引控制单元DCU、电池管理系统BMS、辅助变流单元ACU、组合仪表和智能恒温冷却系统ATS之间通过CAN总线连接；整车控制单元VCU与各控制单元通过CAN总线实现信息采集、信息传递、以及对各单元的控制及保护，实现整车逻辑控制、整车故障诊断、故障记录及保护功能。本发明控制系统适用于电动环卫车。

Description

一种电动环卫车控制系统
技术领域
本发明涉及电动环卫车，尤其是一种电动环卫车控制系统。
背景技术
环卫车是用于城市市容整理、清洁的专用车辆，主要分为洒水车系列和垃圾车系列为主。目前，市场上绝大多数以柴油发动机控制，车辆在路上行驶时柴油燃烧所造成的尾气排放，长期以往对环境的污染较大，不利于低碳环保。所以，电动环卫车便应运而生，电动环卫车相比传统的燃油环卫车，其控制方式有所不同，因此需要专门针对电动环卫车做控制系统的调整。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种电动环卫车控制系统，适用于电动环卫车。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种电动环卫车控制系统，包括整车控制单元VCU，整车控制单元VCU与牵引控制单元DCU、电池管理系统BMS、辅助变流单元ACU、组合仪表和智能恒温冷却系统ATS之间通过CAN总线连接；
整车控制单元VCU与各控制单元通过CAN总线实现信息采集、信息传递、以及对各单元的控制及保护，实现整车逻辑控制、整车故障诊断、故障记录及保护功能；
组合仪表通过CAN总线及硬线I/O接收整车信息，完成对整车的主要信息进行显示，包括车辆运行信息、电池管理系统状态信息、主/辅变流器信息和牵引电机信息；
电池管理系统BMS通过CAN总线实时传输网络数据，包括闭合高压指令、电池温度、电池充放电状态、电池电压和电流，实现对电池组的状态监控及管理；
主变流器DCU通过CAN总线实时传输网络数据，包括电机温度、电机控制器温度、电机运行模式和电机转矩信息，实现对电机的状态监控及控制；
辅助变流器ACU包括一路DC/DC单元、一路DC/AC气泵单元和一路DC/AC油泵单元，通过CAN总线和硬线与整车控制单元VCU进行通信；其中DC/DC单元将动力电池高压电变换为低压24V，为车辆24V电路供电及蓄电池充电；DC/AC油泵单元将动力电池高压电转换为三相交流电，一路为制动系统空压机供电，另一路为转向油泵电机供电；整车控制单元VCU通过硬线控制ACU内部预充电接触器、主接触器、主负接触器动作以及DC/AC气泵使能，辅助变流器ACU通过硬线反馈主接触器和主负接触器状态，通过CAN总线反馈故障信号；
智能恒温冷却系统ATS通过CAN总线接收主电机温度以及主电机控制器温度信号，实现对散热器的调速，并实时反馈故障信号；
整车控制器作为整车的控制中枢实时采集驾驶员的操作指令以及整车各部件的状态信息，并根据相应的控制策略进行控制决策，输出并实时调节转矩指令，实现对整车及各部件的监督、控制和管理功能；整车控制逻辑主程序包括系统初始化、自检、高压回路上电、起步、牵引转矩给定、制动转矩给定、停机以及信号处理；
系统初始化：当电源开关闭合时，整车控制单元VCU、牵引控制单元DCU、电池管理系统BMS、辅助变流单元ACU、组合仪表和智能恒温冷却系统ATS之间通过CAN总线连接，各控制单元自行开始系统初始化；整车控制单元的初始化内容包括中断设置、波特率设置和看门狗设置；
自检：当检测到电源开关闭合，钥匙开关处于关断状态时，进行系统自检，自检包括故障检查和检查方向手柄信号是否在中间零位；高压回路上电：当钥匙开关打到ON，自检无1级故障、充电机未连接、高压未上电成功时，进行高压上电；高压回路先闭合高压继电器然后控制预充电接触器对回路进行预充电，预充电完成后闭合主正接触器，高压上电完成；高压上电过程中出现接触器故障将停止上电并报警；
起步：正常起步：驾驶员踩下制动踏板，制动踏板下的制动开关返回信号1，触发组合仪表制动指示灯亮，此时驾驶员释放驻车制动手柄，驻车制动缓解，将方向手柄打到向前位或向后位，释放制动踏板，轻踩加速踏板，车辆向前/向后运行；半坡起步：当车辆在坡道上准备起动时，驻车制动为施加状态，移动方向手柄，使之处于向前或后的状态，踩踏加速踏板，感觉有推进力时，松开驻车制动手柄，释放驻车制动，车辆开始向前或向后运行；车辆零速时，不管驻车制动是否施加，都允许输出牵引转矩；当输出牵引转矩持续10s，驻车制动状态始终为施加时，牵引卸载；当车辆非零速时，如果驻车制动状态为施加，牵引卸载，驱动蜂鸣器报警，故障记录；
牵引转矩给定：牵引电机特性分为恒转矩阶段，恒功率阶段和自然特性阶段，恒转矩阶段：输出转矩为最大转矩×踏板百分比；恒功率阶段、自然特性阶段：电机转速对应最大转矩×踏板百分比；
电制动转矩给定：牵引电机特性分为恒转矩阶段，恒功率阶段和自然特性阶段；恒转矩阶段：输出转矩为最大转矩×踏板百分比；恒功率阶段、自然特性阶段：电机转速对应最大转矩×踏板百分比；高压下电：车辆运行时，松开加速踏板，踩踏制动踏板，实施制动，禁止牵引；整车零速后，方向手柄打到中间零位；钥匙开关打到LOCK位，高压回路断开，高压下电成功，READY＝0；
停机：高压下电完成，牵引控制单元DCU放电，母线电压≤36V，施加驻车制动，关闭电源开关；当检测到电源开关断开后，驻车制动手柄未施加，则驱动蜂鸣器报警；
信号处理：包括上装电机控制，当READY有效时，整车控制单元VCU接收到取力开关高电平时，驻车制动手柄在驻车制动位，触发上装电机继电器高电平，硬线触发上装电机工作；上装电机工作时，禁止牵引；行车时，上装电机不能工作。
附图说明
图1为整车CAN网络拓扑图。
图2为整车控制单元输入输出接口框图。
图3为车辆上电到停机流程图。
图4为方向手柄基本动作逻辑判断流程图。
图5为停机流程图。
图6为上装电机控制流程图。
图7为驻车制动缓解违规流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步说明。
一种电动环卫车控制系统，如图1所示，包括整车控制单元VCU，整车控制单元VCU与牵引控制单元DCU、电池管理系统BMS、辅助变流单元ACU、组合仪表和智能恒温冷却系统ATS之间通过CAN总线连接。16t纯电动环卫车控制系统通过网络、硬线以及逻辑控制实现对车辆的运行监测、状态监测以及故障诊断进行综合处理。它应用CAN总线技术把分布于各个车辆内部、独立完成特定功能的控制单元互连起来形成局域网，以实现资源共享、协同工作、分散检测和集中操作的目的。
如图2所示，整车控制单元VCU与各控制单元通过CAN总线实现信息采集、信息传递、以及对各单元的控制及保护，实现整车逻辑控制、整车故障诊断、故障记录及保护功能。整车控制单元VCU采集的数据包括钥匙开关、方向手柄、驻车制动、制动开关、取力开关、电源开关、主正接触器反馈2、主负接触器反馈2、加速踏板、制动踏板、前桥气压传感器、后桥气压传感器、上装电机继电器、主正继电器、主负继电器、延时断电继电器和预充继电器。
组合仪表通过CAN总线及硬线I/O接收整车信息，完成对整车的主要信息进行显示，包括车辆运行信息、电池管理系统状态信息、主/辅变流器信息和牵引电机信息。
电池管理系统BMS通过CAN总线实时传输网络数据，包括闭合高压指令、电池温度、电池充放电状态、电池电压和电流，实现对电池组的状态监控及管理。
主变流器DCU通过CAN总线实时传输网络数据，包括电机温度、电机控制器温度、电机运行模式和电机转矩信息，实现对电机的状态监控及控制。
辅助变流器ACU包括一路DC/DC单元、一路DC/AC气泵单元和一路DC/AC油泵单元，通过CAN总线和硬线与整车控制单元VCU进行通信；其中DC/DC单元将动力电池高压电变换为低压24V，为车辆24V电路供电及蓄电池充电；DC/AC油泵单元将动力电池高压电转换为三相交流电，一路为制动系统空压机供电，另一路为转向油泵电机供电；整车控制单元VCU通过硬线控制ACU内部预充电接触器、主接触器、主负接触器动作以及DC/AC气泵使能，辅助变流器ACU通过硬线反馈主接触器和主负接触器状态，通过CAN总线反馈故障信号。
智能恒温冷却系统ATS通过CAN总线接收主电机温度以及主电机控制器温度信号，实现对散热器的调速，并实时反馈故障信号。
整车控制器作为整车的控制中枢实时采集驾驶员的操作指令以及整车各部件的状态信息，并根据相应的控制策略进行控制决策，输出并实时调节转矩指令，实现对整车及各部件的监督、控制和管理功能。如图3所示，整车控制逻辑主程序包括系统初始化、自检、高压回路上电、起步、牵引转矩给定、制动转矩给定、停机以及信号处理。
1、系统初始化；当电源开关闭合时，整车控制单元VCU、牵引控制单元DCU、电池管理系统BMS、辅助变流单元ACU、组合仪表和智能恒温冷却系统ATS之间通过CAN总线连接，各控制单元自行开始系统初始化；整车控制单元的初始化内容包括中断设置、波特率设置和看门狗设置。
2、自检；当检测到电源开关闭合，钥匙开关处于关断状态时，进行系统自检。自检包括：
(2.1)、故障检查；
(2.2)、检查方向手柄信号是否在中间零位。若VCU得电时检测到方向手柄处于非中间零位，直接判断此信号为无效信号，报“方向手柄设置非法故障”，组合仪表显示“请检查手柄档位是否在中间零位”。只有当方向手柄回零后再次输出向前/向后信号才认为是有效信号。
3、高压回路上电；当钥匙开关打到ON，自检无3级故障、充电机未连接、高压未上电成功时，进行高压上电；高压回路先闭合高压继电器然后控制预充电接触器对回路进行预充电，预充电完成后闭合主正接触器，高压上电完成；高压上电过程中出现接触器故障将停止上电并报警。
4、起步：
(4.1)正常起步：驾驶员踩下制动踏板，制动踏板下的制动开关返回信号1，触发组合仪表制动指示灯亮，此时驾驶员释放驻车制动手柄，驻车制动缓解，将方向手柄打到向前位或向后位，释放制动踏板，轻踩加速踏板，车辆向前/向后运行；
(4.2)半坡起步：当车辆在坡道上准备起动时，驻车制动为施加状态，移动方向手柄，使之处于向前或后的状态，踩踏加速踏板，感觉有推进力时，松开驻车制动手柄，释放驻车制动，车辆开始向前或向后运行；车辆零速时，不管驻车制动是否施加，都允许输出牵引转矩；当输出牵引转矩持续10s，驻车制动状态始终为施加时，牵引卸载；当车辆非零速时，如果驻车制动状态为施加，牵引卸载，驱动蜂鸣器报警，故障记录，显示：“驻车牵引同时存在”；
(4.3)如图4所示，方向手柄档位判断：驾驶员操作方向手柄选择车辆前进方向。方向手柄有“D”(前进)、“N”(中间零位)、“R”(后退)三个档位，三个档位信号通过硬线送给VCU，方向信号由开关1、开关2、开关3信号决定。当VCU检测到除逻辑控制表以外其他组合时，报方向手柄设置非法故障，显示屏显示“方向设置非法”，禁止牵引。方向手柄只能在车辆零速时变换，车辆非零速时换方向报“非法换向”故障。
方向手柄基本动作逻辑控制表
5、牵引转矩给定：
(5.1)加速踏板；加速踏板有两路信号，两路信号成2倍关系并且在误差范围内时，认为踏板输入有效。踏板行程角度小于1°视为误操作范围，输出电压不变，踏板最大有效角度θmax＝16.5°。根据踏板角度计算出踏板输出百分比。
(5.2)牵引转矩给定；牵引电机特性分为恒转矩阶段，恒功率阶段和自然特性阶段，恒转矩阶段：输出转矩为最大转矩×踏板百分比；恒功率阶段、自然特性阶段：电机转速对应最大转矩×踏板百分比；
1)电池最大允许输出功率≥120kW，且整车不存在2级故障时，电机牵引最大功率设置为120kw。
2)电池最大允许输出功率＜120kW，且整车不存在除电池故障外的2级、3级故障时，电机发挥最大功率为电池输出最大功率。
3)电池最大允许输出功率＜120kW，且整车存在除电池故障外的2级故障时，通过比较电池最大允许输出功率和降功后功率的值，电机发挥最大功率取较小值运算。
电制动转矩给定；牵引电机特性分为恒转矩阶段，恒功率阶段和自然特性阶段；恒转矩阶段：输出转矩为最大转矩×踏板百分比；恒功率阶段、自然特性阶段：电机转速对应最大转矩×踏板百分比。
6、电制动转矩给定：
(6.1)制动踏板；设定踏板行程超过5°时，施加所有电制动力，计算出制动踏板曲线输出的踏板角度百分比。
(6.2)电制动转矩给定；牵引电机特性分为恒转矩阶段，恒功率阶段和自然特性阶段；根据电机牵引特性，得出过程牵引转矩；恒转矩阶段：输出转矩为最大转矩×踏板百分比；恒功率阶段、自然特性阶段：电机转速对应最大转矩×踏板百分比；
1)电池最大允许输出功率≥60kW，且整车不存在2级故障时，电机最大电制动功率为60kW。
2)电池最大允许输出功率＜60kW，且整车不存在除电池故障外的2级、3级故障时，电机发挥最大功率为电池输出最大功率。
电池最大允许输出功率＜60kW，且整车存在除电池故障外的2级故障时(，通过比较电池最大允许输出功率和降功后功率的值，电机电制动功率取较小值运算。
7、高压下电；车辆运行时，松开加速踏板，踩踏制动踏板，实施制动，禁止牵引；整车零速后，方向手柄打到中间零位；钥匙开关打到LOCK位，高压回路断开，高压下电成功，READY＝0。
8、停机；如图5所示，高压下电完成，牵引控制单元DCU放电，母线电压≤36V，施加驻车制动，关闭电源开关；当检测到电源开关断开后，驻车制动手柄未施加，则驱动蜂鸣器报警，显示“驻车制动未施加”。
9、信号处理：
(9.1)如图6所示，上装电机控制；当READY有效时，整车控制单元VCU接收到取力开关高电平时，驻车制动手柄在驻车制动位，触发上装电机继电器高电平，硬线触发上装电机工作；上装电机工作时，禁止牵引；行车时，上装电机不能工作。
(9.2)DC/AC气泵使能；当前/后桥的压力小于0.6Mpa时，驱动蜂鸣器报警，置制动故障与ABS故障为1，点亮制动故障指示灯和ABS故障指示灯，并使VCU置DC/AC气泵使能信号为1，DC/AC气泵启动，从而启动空气压缩机给储气缸补充气压；当压力大于0.9Mpa时，VCU置DC/AC气泵使能信号为0，电动空气压缩机关闭，故障恢复。当气压低于0.57MPa时，车辆停止工作。当气压高于0.95Mpa时，报传感器故障。
(9.3)断电延时继电器；当检测到电源开关闭合时，触发断电延时继电器工作；当检测到电源开关断开时，延迟10s触发断电延时器不工作。
(9.4)驻车制动缓解违规，其操作流程如图7所示。
10、故障诊断、记录和保护：
故障诊断主要有BMS故障、DCU故障、ACU故障、ATS故障以及整车级故障。VCU通过CAN总线接收到这些故障信息并通过组合表进行故障显示和报警功能。VCU对不同故障进行等级划分，根据不同的等级做出相应的处理并由整车控制器记录，具体故障等级分为3级：
3级：非常严重故障
处理方式：仪表显示故障并驱动蜂鸣器以5Hz频率报警，牵引卸载，禁止牵引，提示司机立即停车，要求立即停车检查故障；
2级：较严重故障
处理方式：仪表显示故障并驱动蜂鸣器以2Hz频率报警，车辆降功，限制行车速度不高于10km/h，要求车辆尽快行驶到适当安全位置后停车处理故障；
1级：轻微故障
处理方式：仪表显示故障并驱动蜂鸣器以0.5Hz频率报警，可带故障运行，需进行故障检查。

Claims (4)

1.一种电动环卫车控制系统，其特征在于：包括整车控制单元VCU，整车控制单元VCU与牵引控制单元DCU、电池管理系统BMS、辅助变流单元ACU、组合仪表和智能恒温冷却系统ATS之间通过CAN总线连接；
整车控制单元VCU与各控制单元通过CAN总线实现信息采集、信息传递、以及对各单元的控制及保护，实现整车逻辑控制、整车故障诊断、故障记录及保护功能；
组合仪表通过CAN总线及硬线I/O接收整车信息，完成对整车的主要信息进行显示，包括车辆运行信息、电池管理系统状态信息、主/辅变流器信息和牵引电机信息；
电池管理系统BMS通过CAN总线实时传输网络数据，包括闭合高压指令、电池温度、电池充放电状态、电池电压和电流，实现对电池组的状态监控及管理；
主变流器DCU通过CAN总线实时传输网络数据，包括电机温度、电机控制器温度、电机运行模式和电机转矩信息，实现对电机的状态监控及控制；
辅助变流器ACU包括一路DC/DC单元、一路DC/AC气泵单元和一路DC/AC油泵单元，通过CAN总线和硬线与整车控制单元VCU进行通信；其中DC/DC单元将动力电池高压电变换为低压24V，为车辆24V电路供电及蓄电池充电；DC/AC油泵单元将动力电池高压电转换为三相交流电，一路为制动系统空压机供电，另一路为转向油泵电机供电；整车控制单元VCU通过硬线控制ACU内部预充电接触器、主接触器、主负接触器动作以及DC/AC气泵使能，辅助变流器ACU通过硬线反馈主接触器和主负接触器状态，通过CAN总线反馈故障信号；
智能恒温冷却系统ATS通过CAN总线接收主电机温度以及主电机控制器温度信号，实现对散热器的调速，并实时反馈故障信号；
整车控制器作为整车的控制中枢实时采集驾驶员的操作指令以及整车各部件的状态信息，并根据相应的控制策略进行控制决策，输出并实时调节转矩指令，实现对整车及各部件的监督、控制和管理功能；整车控制逻辑主程序包括系统初始化、自检、高压回路上电、起步、牵引转矩给定、制动转矩给定、停机以及信号处理；
系统初始化；当电源开关闭合时，整车控制单元VCU、牵引控制单元DCU、电池管理系统BMS、辅助变流单元ACU、组合仪表和智能恒温冷却系统ATS之间通过CAN总线连接，各控制单元自行开始系统初始化；整车控制单元的初始化内容包括中断设置、波特率设置和看门狗设置；
自检；当检测到电源开关闭合，钥匙开关处于关断状态时，进行系统自检，自检包括故障检查和检查方向手柄信号是否在中间零位；
高压回路上电；当钥匙开关打到ON，自检无3级故障、充电机未连接、高压未上电成功时，进行高压上电；高压回路先闭合高压继电器然后控制预充电接触器对回路进行预充电，预充电完成后闭合主正接触器，高压上电完成；高压上电过程中出现接触器故障将停止上电并报警；
起步；正常起步：驾驶员踩下制动踏板，制动踏板下的制动开关返回信号1，触发组合仪表制动指示灯亮，此时驾驶员释放驻车制动手柄，驻车制动缓解，将方向手柄打到向前位或向后位，释放制动踏板，轻踩加速踏板，车辆向前/向后运行；半坡起步：当车辆在坡道上准备起动时，驻车制动为施加状态，移动方向手柄，使之处于向前或后的状态，踩踏加速踏板，感觉有推进力时，松开驻车制动手柄，释放驻车制动，车辆开始向前或向后运行；车辆零速时，不管驻车制动是否施加，都允许输出牵引转矩；当输出牵引转矩持续10s，驻车制动状态始终为施加时，牵引卸载；当车辆非零速时，如果驻车制动状态为施加，牵引卸载，驱动蜂鸣器报警，故障记录；
牵引转矩给定；牵引电机特性分为恒转矩阶段，恒功率阶段和自然特性阶段，恒转矩阶段：输出转矩为最大转矩×踏板百分比；恒功率阶段、自然特性阶段：电机转速对应最大转矩×踏板百分比；
电制动转矩给定；牵引电机特性分为恒转矩阶段，恒功率阶段和自然特性阶段；恒转矩阶段：输出转矩为最大转矩×踏板百分比；恒功率阶段、自然特性阶段：电机转速对应最大转矩×踏板百分比；
高压下电；车辆运行时，松开加速踏板，踩踏制动踏板，实施制动，禁止牵引；整车零速后，方向手柄打到中间零位；钥匙开关打到LOCK位，高压回路断开，高压下电成功，READY＝0；
停机；高压下电完成，牵引控制单元DCU放电，母线电压≤36V，施加驻车制动，关闭电源开关；当检测到电源开关断开后，驻车制动手柄未施加，则驱动蜂鸣器报警；
信号处理；包括上装电机控制，当READY有效时，整车控制单元VCU接收到取力开关高电平时，驻车制动手柄在驻车制动位，触发上装电机继电器高电平，硬线触发上装电机工作；上装电机工作时，禁止牵引；行车时，上装电机不能工作。
2.根据权利要求1所述的一种电动环卫车控制系统，其特征在于：信号处理还包括DC/AC气泵使能，当前/后桥的压力小于0.6Mpa时，驱动蜂鸣器报警，置制动故障与ABS故障为1，点亮制动故障指示灯和ABS故障指示灯，并使整车控制单元VCU置DC/AC气泵使能信号为1，DC/AC气泵启动，启动空气压缩机给储气缸补充气压；当压力大于0.9Mpa时，整车控制单元VCU置DC/AC气泵使能信号为0，电动空气压缩机关闭，故障恢复；当气压低于0.57MPa时，车辆停止工作；当气压高于0.95Mpa时，报传感器故障。
3.根据权利要求1所述的一种电动环卫车控制系统，其特征在于：信号处理还包括断电延时继电器，当检测到电源开关闭合时，触发断电延时继电器工作；当检测到电源开关断开时，延迟10s触发断电延时器不工作。
4.根据权利要求1所述的一种电动环卫车控制系统，其特征在于：故障诊断主要包括BMS故障、DCU故障、ACU故障、ATS故障以及整车级故障；整车控制单元VCU通过CAN总线接收到故障信息并通过组合表进行故障显示和报警功能；整车控制单元VCU对不同故障进行等级划分，根据不同的等级做出相应的处理并由整车控制器记录，具体故障等级分为3级：
3级：非常严重故障
处理方式：仪表显示故障并驱动蜂鸣器以5Hz频率报警，牵引卸载，禁止牵引，提示司机立即停车要求立即停车检查故障；
2级：较严重故障
处理方式：仪表显示故障并驱动蜂鸣器以2Hz频率报警，车辆降功，限制行车速度不高于10km/h，要求车辆尽快行驶到适当安全位置后停车处理故障；
1级：轻微故障
处理方式：仪表显示故障并驱动蜂鸣器以0.5Hz频率报警，可带故障运行，需进行故障检查。
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