CN109406893A - 一种防爆电动清扫车故障监测报警系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种防爆电动清扫车故障监测报警系统包括：驱动电机监测模块、主刷电机监测模块、恒速直流电机监测模块、车速监测模块、电池管理模块、易爆物监测模块、外接故障读取接口、车载防爆显示模块以及相关紧急处理对策。本发明有效地解决了电动防爆扫地车故障诊断问题，能及时高效的提醒驾驶员防爆清扫车的故障位置和类型，便于及时做出相关处理，避免引起不必要的安全事故；也可帮助维修人员快速处理故障问题，节省故障处理的时间和人力成本；同时监测到极限参数时，如电池高温、电机电流过大及易爆物监测浓度过高等时，及时关闭相关电源，为防爆增添一道安全屏障。
Description
技术领域
本发明属于防爆电动汽车故障诊断领域，具体涉及一种防爆电动清扫车故障监测报警系统。
背景技术
由于石油资源是不可再生资源，燃油汽车最终受限于石油这种不可再生资源，而电动汽车的使用将缓解这一问题，目前业已发展为全世界的热点，电动防爆扫地车是电动汽车的一种，它的特殊应用环境也使得它成为一种不可或缺的垃圾清扫车，其主要关键技术包括防爆电机驱动技术、防爆电池管理技术、易爆物监测技术、防爆能量回收技术等，但在复杂恶劣的环境下工作，防爆电动车出现故障是不可避免的，车载一套故障监测系统，可帮助维修人员快速准确定位故障点，缩短维修时间，提高工作效率，节省人力成本。
发明内容
针对上述情况，本发明的目的是提供一种防爆电动清扫车故障监测报警系统，其能及时高效的发出故障预警和报警，提醒驾乘人员对可能发生或已经发生的故障采取有效措施，避免在特殊工作环境下引起安全事故，同时也可帮助维修人员定位故障点，提高排查故障效率，节省人力、物理和时间，故障记录也会通过4G网络传送给服务终端，服务终端可随时看到清扫车的运行状态和故障状态。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：提供一种防爆电动清扫车故障监测报警系统，其结构包括：驱动电机监测模块、主刷电机监测模块、恒速直流电机监测模块、车速监测模块、易爆物监测模块、电池管理模块、外接故障读取接口及主控模块，各模块之间通过车载CAN总线或485总线连接，并与主控模块进行连接；此外，主控模块上连接有防爆显示模块与4G传输模块，4G传输模块上通过4G通信与服务器终端进行连接。
所述驱动电机监测模块，其结构是在行走驱动电机与行走驱动电机主控器单元之间，设置有霍尔转速监测单元、温度监测单元、电流监测单元及电压监测单元，行走驱动电机主控器单元将以上单元的监测数据进行汇总，并通过行走驱动电机主控器单元与总线进行连接。
所述主刷电机监测模块，其结构是在主刷电机与主刷电机主控单元之间设置有霍尔转速监测单元、温度监测单元、电流监测单元与电压监测单元，并将以上单元的监测数据汇总至主刷电机主控单元，并通过主刷电机主控单元与总线进行连接。
所述故障监测报警系统包括两个类型的电机故障监测，一是可调速电机的运行状态信息监测，二是恒速直流电机的工作电压、电流检测。
所述恒速直流电机监测模块，是包括边刷电机监测单元、水泵电机监测单元、液压驱动电机监测单元、震尘电机监测单元、风机电机监测单元及雨刷电机监测单元，恒速直流电机监测主控单元定时采集各单元监测信息，并定时汇报给主控模块。
所述车速监测模块，包括四个车轮速度监测单元及车速处理主控单元，车速处理主控单元对车路速度监测单元的监测数据进行汇总 ，并通过车速处理主控单元与总线进行连接；四个车轮速度监测单元采用高分辨率磁电式轮速传感器，车速主控单元负责计算速度值，并通过比对速度值判断故障位置，同时将速度信息和故障信息传送至主控单元。
所述四个车轮速度监测单元是指左前轮速度监测单元、右前轮速度监测单元、左后轮速度监测单元及右后轮速度监测单元。
所述电池管理模块，是包括电量计算单元、电池电压监测单元、电池温度监测单元和电池管理主控单元，电池管理主控单元定时采集各单元监测信息，并定时汇报给主控模块。
所述易爆物监测模块，包括粉尘浓度监测单元与可燃气体浓度监测单元，以上单元的监测数据被汇总至易爆物监测主控单元，并通过易爆物监测主控单元与总线进行连接；易爆物监测主控单元定时采集各单元监测信息，并定时汇报给主控模块；若监测值超出阈值报警，提醒驾驶人员停止操作，退出危险区域。
所述外接故障读取接口，是包括一个CAN接口，用于外接故障信息读取设备，该设备通过CAN总线读取相关故障信息；
所述车载防爆显示模块，是带有触摸输入功能的防爆显示屏，完全由主控模块控制显示内容；显示实时车速、电池电量、电池温度及相关故障信息等。
所述主控模块，是搜集各个电路模块的监测信息，并做出相应计算、判断和执行的电路模块；是整车的控制核心，所有控制处理均由该模块发出命令。
整车工作环境是易燃易爆环境，故障监测系统中的所有部件均有防爆功能，在不需要防爆的环境下去除防爆部件或直接使用均能完成相应功能。
驱动电机和主刷电机是可调速的，其平均电流值与电机输出功率有关，因此实际工作电流与电机转速相关，偏离对应关系，故障系统报警。其余直流电机均为恒速工作，不涉及变速，正常工作电流值是定值，若电流偏离正常范围，故障系统报警。
所述主控模块是故障诊断系统核心模块，收集包括所有监测模块的监测及故障信息，对其进行存储、判断，并选择性的将其显示在防爆显示终端；其中，主控模块故障信息选择需要存储信息，存入主控模块的铁电存储器；主控模块读取监测信息，处理后经485总线送至防爆显示终端；主控模块接收外接CAN总线接口的故障信息查询命令，读取相关保存信息经CAN总线送至外接终端设备；主控模块定期向服务器终端发送数据，时间间隔为0.3s，数据传输采用移动通信4G网，传送数据包含清扫车的正常运行状态数据和故障信息数据。
防爆电动清扫车运行状态数据及故障数据的上传，形成的清扫车大数据平台使监控中心可以实时监控到所有清扫车辆的行驶状态，以便车辆的调度及损坏后的快速维修。
故障判断1，故障监测系统获取驱动电机或主刷电机工作中的转速、电流、电压、温度等信息；若给出调速信号，转速为0时，则判断供电电压是否正常，若不正常，则判断电池电源电压是否正常，若电池电压出现异常，则发出电池故障报警信号，若电池正常，则供电电源转换模块出现异常，发出供电电源转换模块故障报警信号，若电机电源供电正常，则判断车是否在移动，若在移动，则为电机转速转感器故障，发出相应故障报警信号，若车速也为0，则考虑为驱动电机或其控制器故障，发出相应故障报警信号。
故障判断2，驱动电机或主刷电机监测中，若转速超过额定最大转速过多，则判断供电电压是否波动过大，若过大，则供电电源转换模块出现异常，发出相应故障报警信号，否则多数是电机故障，发出电机故障信号。
故障判断3，驱动电机监测或主刷电机中，若温度超出正常使用温度时，发出相应故障报警信号，并判断电机供电电压是否正常，若不正常给出故障信号，若正常，则多数因为负载过重，提醒司机下车检查。
故障判断4，驱动电机监测或主刷电机中，若驱动电机供电电压和电流，若电压不在正常范围内，多数为供电电源模块故障、若电压正常电流不正常，多为电机故障，同时发出相应故障报警信号。
故障判断5，故障监测系统获取恒速防爆直流电机电压、平均电流等信息，若电压不在正常范围内，多数为供电电源模块故障、若电压正常电流不正常，多为电机故障，同时发出相应故障报警信号。
故障判断6，故障监测系统获取工作环境中的可燃气体及粉尘浓度信息，若可燃气体或粉尘浓度超出设定报警阈值，给出报警信号，提醒司机停止作业，若燃气体或粉尘浓度超出设定爆炸阈值，关闭电机电源，防止意外发生。
故障判断7，故障监测系统通过磁电式轮速传感器获取四个车轮的转速信息，若某一车轮明显慢于其他三个同速车轮，则认为该车轮存在故障问题，发出相应报警信号，三个或三个以上车轮同速时，其速度信息可用于判断，驱动电机转速与车速的关系，若比例关系异常，说明系统动力传动装置出现故障，发出报警信号。
故障判断8，故障监测系统监测电池的剩余电量、工作温度、电池输出电压，若剩余电量过少或输出电压接近放电终止电压，发出电池亏电报警信号，提示需马上充电；
故障判断9，电池监测中，若电池温度高于设定温度阈值，发出电池温度过高报警信号，提醒司机需停车降温。
故障判断10，故障监测系统的CAN总线上的设备是确定的，若某部分设备无法读取相关信息，则认为该部分设备损坏或缺失，发出故障报警信号，并显示缺失的具体内容。
故障判断11，故障监测系统的故障信息均需存储，为保证信息存储成功，数据块加入CRC校验，并存完数据后进行读取，若读取数据与存入数据不一致，发出故障报警信息，提示故障存储系统异常，需维修。
本发明的有益效果是：所述故障报警系统会对超临界故障信息做强制响应，如可燃气体或粉尘浓度接近爆炸极限，系统会强制切断大功率设备，并不停发出报警信号，直至外界响应。
附图说明
图1为防爆电动清扫车故障监测系统结构图；
图2为故障监测系统运行流程示意图；
图3为驱动电机、主刷电机故障监测流程图；
图4为电池故障监测流程图；
图5为易爆物故障监测流程图。
具体实施方式
下面结合附图对系统的具体实施方式做详细说明。
如图1所示，一种电动防爆清扫车故障监测系统共包括驱动电机监测模块、主刷电机监测模块、恒速直流电机监测模块、车速监测模块、易爆物监测模块、电池管理模块、外接故障读取接口及主控模块，各模块之间通过车载CAN总线或485总线连接，并与主控模块进行连接；此外，主控模块上连接有防爆显示模块与4G传输模块，4G传输模块上通过4G通信与服务器终端进行连接。其中，驱动电机监测模块，其结构是在行走驱动电机与行走驱动电机主控器单元之间，设置有霍尔转速监测单元、温度监测单元、电流监测单元及电压监测单元，行走驱动电机主控器单元将以上单元的监测数据进行汇总，并通过行走驱动电机主控器单元与总线进行连接； 主刷电机监测模块，其结构是在主刷电机与主刷电机主控单元之间设置有霍尔转速监测单元、温度监测单元、电流监测单元与电压监测单元，并将以上单元的监测数据汇总至主刷电机主控单元，并通过主刷电机主控单元与总线进行连接；恒速直流电机监测模块，包括边刷电机监测单元、水泵电机监测单元、液压驱动电机监测单元、震尘电机监测单元、风机电机监测单元、雨刷电机监测单元，以上单元的电流、电压监测数据汇总至恒速直流电机监测主控单元，并通过恒速直流电机监测主控单元与总线进行连接；车速监测模块，包括四个车轮速度监测单元及车速处理主控单元，车速处理主控单元对车路速度监测单元的监测数据进行汇总，并通过车速处理主控单元与总线进行连接；易爆物监测模块，包括粉尘浓度监测单元与可燃气体浓度监测单元，以上单元的监测数据被汇总至易爆物监测主控单元，并通过易爆物监测主控单元与总线进行连接；电池管理模块，包括电量计算单元、电池电压监测单元及电池温度监测单元，以上单元的监测数据被汇总至电池管理主控单元，并通过电池管理主控单元与总线进行连接；外接故障读取接口，是包括一个CAN接口，用于外接故障信息读取设备，该设备通过CAN总线读取相关故障信息；防爆显示模块，是带有触摸输入功能的防爆显示屏，其显示内容由主控模块通过485总线控制；主控模块，是整个故障监测报警系统的核心模块，搜集各个故障监测模块的监测信息，并做出相应计算、判断和执行，完成各故障数据的汇总、报警决策。
如图2所示为故障监测系统运行流程图，主控模块收集相关模块信息后，就做故障判断，若有故障，发出故障报警信息，并显示故障位置，无论有无故障信息，最终将信息汇总后均通过4G模块传送至远程服务终端，特别对易燃易爆物监测和电池温度监测做了故障紧急处理，当超出设定范围值时，将关断所有电机等大功率设备。
驱动电机是清扫车的动力核心，因此其故障监测也尤为重要，防爆驱动电机监测模块，包括霍尔转速监测单元、温度监测单元、电流监测单元、电压监测单元、行走驱动电机主控单元，行走主控单元定时采集上述信息，并定时汇报给主控模块，主控模块根据如图3的方法给出故障信息。
故障判断1，故障监测系统获取驱动电机工作中的转速、平均电流、电源电压、温度等信息，若给出油门，但转速为0，判断供电电压是否正常，若不正常，则判断电池电源电压是否正常，若电池电压出现异常，则发出电池故障报警信号，若电池正常，则供电电源转换模块出现异常，发出供电电源转换模块故障报警信号，若电机电源供电正常，则判断车是否在移动，若在移动，则为电机转速转感器故障，发出相应故障报警信号，若车速也为0，则考虑为驱动电机或其控制器故障，发出相应故障报警信号。
故障判断2，驱动电机监测中，若转速超过额定最大转速过多，则判断供电电压是否波动过大，若过大，则供电电源转换模块出现异常，发出相应故障报警信号，否则多数是电机故障，发出电机故障信号。
故障判断3，驱动电机监测中，若温度超出正常使用温度时，发出相应故障报警信号，并判断电机供电电压是否正常，若不正常给出故障信号，若正常，则多数因为负载过重，提醒司机下车检查。
故障判断4，驱动电机监测中，若驱动电机供电电压和电流，若电压不在正常范围内，多数为供电电源模块故障、若电压正常电流不正常，多为电机故障，同时发出相应故障报警信号。
故障判断5，故障监测系统获取恒速防爆直流电机电压、平均电流等信息，通过CAN接口将信息传送给主控模块，主控模块判断故障类型，若电压不在正常范围内，则为供电电源模块故障、若电压正常电流不正常，则为电机故障，同时发出相应故障报警信号，同时将相关信息显示并传送至远程终端。
故障判断6，故障监测系统获取工作环境中的可燃气体及粉尘浓度信息，通过CAN总线将相关信息送至主控模块，主控模块判断故障类型，若可燃气体或粉尘浓度超出设定报警阈值，给出报警信号，提醒司机停止作业，若可燃气体或粉尘浓度超出设定爆炸阈值，关闭电机电源，防止意外发生，同时将相关信息显示并传送至远程终端，如图4所示。
故障判断7，故障监测系统通过磁电式轮速传感器获取四个车轮的转速信息，通过CAN总线将相关信息送至主控模块，主控模块判断故障类型，若某一车轮明显慢于其他三个同速车轮，则认为该车轮存在故障问题，发出相应报警信号，三个或三个以上车轮同速时，其速度信息可用于判断，驱动电机转速与车速的关系，若比例关系异常，说明系统动力传动装置出现故障，发出报警信号，同时将相关信息显示并传送至远程终端。
故障判断8，故障监测系统监测电池的剩余电量、电池输出电压，通过CAN总线将相关信息送至主控模块，主控模块判断故障类型，若剩余电量过少或输出电压接近放电终止电压，发出电池亏电报警信号，提示需马上充电，同时将相关信息显示并传送至远程终端。
故障判断9，电池监测中采集电池工作温度，通过CAN总线将相关信息送至主控模块，主控模块判断故障类型，若电池温度高于设定温度阈值，发出电池温度过高报警信号，提醒司机需停车降温；若电池超出设定电池可承受阈值，关闭电机电源，防止意外发生，同时将相关信息显示并传送至远程终端，如图5所示。
故障判断10，故障监测系统的CAN总线上的设备是确定的，若某部分设备无法被主控模块读取相关信息，则认为该部分设备损坏或缺失，发出故障报警信号，显示缺失的具体内容并传送至远程终端。
故障判断11，故障监测系统的故障信息均需存储，为保证信息存储成功，数据块加入CRC校验，并存完数据后进行读取，若读取数据与存入数据不一致，发出故障报警信息，提示故障存储系统异常，需维修，同时将相关信息显示并传送至远程终端。
故障报警系统会对超临界故障信息做强制响应，如可燃气体或粉尘浓度接近爆炸极限，系统会强制切断电机等大功率设备；如电池温度过高，系统会强制切断电机等大功率设备，不停发出报警信号，直至外界响应。显示缺失的具体内容并传送至远程终端。
所有故障信息及相关的正常运行状态信息，均会通过4G模块传回远程终端，方便了管理人员实时监控防爆清扫车的运行状态信息，也极大地放了管理人员调度和快速维修车辆。
上面对本系统的实施方式做了详细说明。但是本系统并不限于上述实施方式，在基于上述设计原理的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明所公开的结构基础上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种防爆电动清扫车故障监测系统，其特征在于，结构包括：驱动电机监测模块、主刷电机监测模块、恒速直流电机监测模块、车速监测模块、易爆物监测模块、电池管理模块、外接故障读取接口及主控模块，各模块之间通过车载CAN总线或485总线连接，并与主控模块进行连接；此外，主控模块上连接有防爆显示模块与4G传输模块，4G传输模块上通过4G通信与服务器终端进行连接；
所述驱动电机监测模块，其结构是在行走驱动电机与行走驱动电机主控器单元之间，设置有霍尔转速监测单元、温度监测单元、电流监测单元及电压监测单元，行走驱动电机主控器单元将以上单元的监测数据进行汇总，并通过行走驱动电机主控器单元与总线进行连接；
所述主刷电机监测模块，其结构是在主刷电机与主刷电机主控单元之间设置有霍尔转速监测单元、温度监测单元、电流监测单元与电压监测单元，并将以上单元的监测数据汇总至主刷电机主控单元，并通过主刷电机主控单元与总线进行连接；
所述恒速直流电机监测模块，包括边刷电机监测单元、水泵电机监测单元、液压驱动电机监测单元、震尘电机监测单元、风机电机监测单元、雨刷电机监测单元，以上单元的电流、电压监测数据汇总至恒速直流电机监测主控单元，并通过恒速直流电机监测主控单元与总线进行连接；
所述车速监测模块，包括四个车轮速度监测单元及车速处理主控单元，车速处理主控单元对车路速度监测单元的监测数据进行汇总 ，并通过车速处理主控单元与总线进行连接；
所述易爆物监测模块，包括粉尘浓度监测单元与可燃气体浓度监测单元，以上单元的监测数据被汇总至易爆物监测主控单元，并通过易爆物监测主控单元与总线进行连接；
所述电池管理模块，包括电量计算单元、电池电压监测单元及电池温度监测单元，以上单元的监测数据被汇总至电池管理主控单元，并通过电池管理主控单元与总线进行连接；
所述外接故障读取接口，是包括一个CAN接口，用于外接故障信息读取设备，该设备通过CAN总线读取相关故障信息；
所述防爆显示模块，是带有触摸输入功能的防爆显示屏，其显示内容由主控模块通过485总线控制；
所述主控模块，是整个故障监测报警系统的核心模块，搜集各个故障监测模块的监测信息，并做出相应计算、判断和执行，完成各故障数据的汇总、报警决策。
2.根据权利要求1所述的一种防爆电动清扫车故障监测系统，其特征在于：所述故障监测系统是基于CAN总线的故障报警系统。
3.根据权利要求1所述的一种防爆电动清扫车故障监测系统，其特征在于：所述四个车轮速度监测单元是指左前轮速度监测单元、右前轮速度监测单元、左后轮速度监测单元及右后轮速度监测单元。
4.根据权利要求1所述的一种防爆电动清扫车故障监测系统，其特征在于：所述四个车轮速度监测单元采用高分辨率磁电式轮速传感器，负责计算速度值，并通过比对速度值判断故障位置，同时将速度信息和故障信息传送至主控单元。
5.根据权利要求1所述的一种防爆电动清扫车故障监测系统，其特征在于：所述电池管理模块包括电池电量的实时测量、电池状态估计、密封电池包温度监测。
6.根据权利要求1所述的一种防爆电动清扫车故障监测系统，其特征在于：所述故障监测系统的故障监测信息实时存入铁电存储器。
7.根据权利要求1所述的一种防爆电动清扫车故障监测系统，其特征在于：所述防爆显示屏，通过485总线与主控模块连接，故障信息是经过主控器解码后的信息，显示具体故障及位置。
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