CN114527702B - 一种基于大数据分析的电动环卫车智能上装控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于大数据分析的电动环卫车智能上装控制系统，涉及车辆上装控制技术领域。本发明通过环卫车上装单元和底盘整车控制器VCU，获取环卫车上装工作操作习惯数据、上装工作各类统计数据(如电耗、水耗、累计工作时间)、故障信息、故障频次等各类数据，通过车载T‑Box发送到远程信息化平台，进行大数据过滤、分析及图形化显示；通过智能上装控制系统，实现了上装作业信息的远程信息化平台搭建，让环卫车辆运营公司及相关监管部门，可以对所有环卫车辆在生命周期内的电耗、水耗及故障发生情况有更直观的认识；通过优化后的上装控制器支持按照不同传输频率实现对大量上装作业信息，并发送到远程信息化平台，实现作业监控远程信息化。
Description
技术领域
本发明涉及车辆上装控制技术领域，尤其涉及一种基于大数据分析的电动环卫车智能上装控制系统。
背景技术
随着科技的进步和社会的不断发展，越来越多的人意识到了环保的重要性。其中，2020年，交通运输业碳排放量占比约10％，位列各行业第三，交通运输业碳减排势在必行。相比于家用和商用汽车，公共领域用车受政策推动作用更加明显，将率先实现新能源替代。目前，已有超过半数省份颁布了环卫领域用车新能源替代政策，新能源环卫车需求将会不断增加。
新能源环卫车需要上装系统来执行环卫任务，上装系统通常包括3个部分：上装动力单元、上装控制系统和上装作业执行机构。上装动力单元是指驱动电机、电机控制器、上装动力输出部件(高压水泵、风机、油泵等)构成的动力单元机组；上装控制系统由上装控制器、中控屏、硅胶面板及上装信号传感器构成；上装作业执行机构则是指具体的执行终端，如扫盘、喷嘴、吸盘、液压油缸等。其中，上装控制系统是实现智能控制的关键。
现有的上装控制系统，如申请号为：CN201911120473.4的发明申请提供了一种环卫车及其上装控制系统，系统包括整车控制器、动力电池、电力电子单元、高压配电盒、上装电机控制器和上装控制器，其中，电力电子单元与动力电池电连接；高压配电盒的第一端与电力电子单元的取电口电连接，高压配电盒的第二端与上装电机控制器的供电端电连接；上装控制器分别与整车控制器、上装电机控制器和高压配电盒通信连接，上装控制器用于通过高压配电盒对上装电机控制器进行上装上电或下电控制。该环卫车的上装控制系统，通过上装控制器与整车控制器的通信连接和高压配电盒的设置，有助于提升上装上电的可靠性和安全性，避免动力电池的过放。
该申请就上装系统的结构进行了改进，但是未就其上装系统工作运行时产生的数据进行处理，也未提出任何相关的技术内容；其他现有的对数据进行收集处理的电动环卫车上装控制系统通常是按照国标GBT32960电动汽车远程服务及管理系统技术规范进行处理的, 规范仅对电动环卫车的整车运行数据、驱动电机数据、动力电池数据、位置数据等进行了要求，但关于上装系统的相关作业数据，在电动汽车远程服务及管理系统技术规范中却是缺失的，然而，对于环卫运营公司及环卫专用车生产厂家来说，这是监管的盲区。
但是，随着大数据分析技术的产生，上装系统的相关作业数据也蕴含着数据价值，因此，有必要提供一种能对电动环卫车上装系统进行数据收集，并结合大数据分析进行处理的电动环卫车智能上装控制系统来解决上述技术问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于大数据分析的电动环卫车智能上装控制系统，包括环卫车上装单元和底盘整车控制器VCU。
具体的，所述环卫车上装单元包括上装执行单元、上装动力单元和上装控制单元；所述上装执行单元包括若干上装执行机构，所述上装执行机构部署在电动环卫车上并用于执行环卫任务；所述上装动力单元包括若干驱动电机，所述驱动电机与各上装执行机构传动连接并用于提供工作动能；所述上装控制单元部署在底盘整车控制器VCU上并对上装动力单元进行上装控制操作。
更具体的，所述底盘整车控制器VCU用于采集使用者的上装操作信息，转化为上装控制决策并进行电控实现，其中，环卫车上装单元和底盘整车控制器VCU之间通过CAN总线进行通讯，使用者对环卫车上装单元的上装操作信息通过底盘整车控制器VCU转化为上装控制决策，再由CAN总线发送至上装控制单元，操作系统对上装控制决策进行电控执行。
作为更进一步的解决方案，所述上装执行单元包括扫盘、喷嘴、吸盘和液压油缸；所述扫盘用于清扫路面垃圾；所述喷嘴用于冲刷路面；所述吸盘用于吸附路面灰尘和垃圾；所述液压油缸用于调节扫盘、喷嘴和吸盘的路面相对位置。
作为更进一步的解决方案，所述上装动力单元包括驱动电机、电机控制器、高压水泵、风机和油泵；所述驱动电机用于为扫盘提供动力，所述电机控制器与驱动电机电性连接；所述高压水泵用于为喷嘴提供冲刷动力；所述风机为吸盘提供风力吸附；所述油泵为液压油缸提供液压动力。
作为更进一步的解决方案，所述上装控制单元包括上装控制器和上装信号传感器；所述上装信号传感器用于采集环卫车上装单元的高压水泵流量、水压，扫盘运行转速，风机运行的风量、全压参数，所述上装控制器通过CAN总线与上装动力单元进行控制连接，并通过上装信号传感器对上装动力单元各输出功率、能耗、作业时间的实时监测；实时监测数据通过CAN总线发送给底盘整车控制器VCU。
作为更进一步的解决方案，还设置有车载T-BOX和远程服务器，所述车载T-BOX与底盘整车控制器VCU电性连接并能读取汽车CAN总线数据和私有协议，通过GPRS网络将数据传出到远程服务器。
一种基于大数据分析的电动环卫车智能上装控制系统，运用于如上述任一项所述的一种电动环卫车上，包括上装控制系统和上装信息化系统。
具体的，所述上装控制系统接收来自底盘整车控制器VCU的上装控制决策，并将上装控制决策转化为IO控制信号，通过IO口向上装动力单元输出IO控制信号，实现上装控制操作。
更具体的，所述上装信息化系统包括车端和远程端；所述车端部署在电动环卫车上，并实时采集环卫车上装单元的上装工作信息和使用者对环卫车上装单元的上装操作信息，将上装操作信息和上装操作信息封装为数据包后，通过CAN总线发送给底盘整车控制器VCU，底盘整车控制器VCU接收到数据包后启动车载T-BOX，车载T-BOX将数据包通过GPRS网络转发给远程端。
详尽的，所述远程端部署在远程服务器上并接收来自各车端的数据包，解析数据包得到，通过云端信息化平台对上装作业数据进行大数据分析与可视化显示。
作为更进一步的解决方案，所述上装控制系统和上装信息化系统的车端均通过上装控制器软件部署在上装控制器上；所述上装控制器软件包括传感器及IO信号处理模块、上装作业操控功能模块、上装信息采集及计算模块、上装信息化统计及封装模块和CAN通信功能模块。
作为更进一步的解决方案，所述上装控制系统通过CAN通信功能模块、上装作业操控功能模块和传感器及IO信号处理模块进行实现；所述CAN通信功能模块用于接收来自底盘整车控制器VCU的上装控制决策，并与上装作业操控功能模块进行双向数据连接；所述上装作业操控功能模块用于将上装控制决策转化为IO控制信号，并与传感器及IO信号处理模块双向数据连接；所述传感器及IO信号处理模块用于将IO控制信号处理并分发至对应的上装动力单元。
作为更进一步的解决方案，所述车端包括传感器及IO信号处理模块、上装信息采集及计算模块、上装信息化统计及封装模块和CAN通信功能模块；所述传感器及IO信号处理模块用于采集传感器信号和IO控制信号，并发送给上装信息采集及计算模块；所述上装信息采集及计算模块还能读取上装作业操控功能模的上装控制决策，并将接收到的数据发送给上装信息化统计及封装模块；所述上装信息化统计及封装模块按照预设的统计规则对数据进行统计后，封装得到数据包，并将数据包发送给CAN通信功能模块；所述CAN通信功能模块将接收到的数据包实时发送给底盘整车控制器VCU，所述底盘整车控制器VCU将接收到的数据包通过GPRS网络转发给远程端。
作为更进一步的解决方案，还设置有电气信号读取模块，所述电气信号读取模块用于读取上装动力单元各电气信号，并将读取到的电气信号发送至上装信息采集及计算模块；所述端信息化平台设置有上装信息大数据分析算法，所述上装信息大数据分析算法用于上装作业信息的搜集、统计和分析，通过计算得到环卫车上装单元累计工作时间、累计工作电耗、水耗、无故障工作时间、上装单一操作发生次数、零部件故障状态和故障发生频次。
与相关技术相比较，本发明提供的一种基于大数据分析的电动环卫车智能上装控制系统具有如下有益效果：
1、本发明通过完善的传感器方案及大数据分析算法，获取环卫车上装工作操作习惯数据、上装工作各类统计数据(如电耗、水耗、累计工作时间)、故障信息、故障频次等各类数据，通过车载T-Box发送到远程信息化平台，进行大数据过滤、分析及图形化显示；
2、本发明通过智能上装控制系统，实现了上装作业信息的远程信息化平台搭建，让环卫车辆运营公司及相关监管部门，可以对所有环卫车辆在生命周期内的电耗、水耗及故障发生情况有更直观的认识；
3、本发明通过优化后的上装控制器支持按照不同传输频率实现对大量上装作业信息，通过CAN总线发送给底盘VCU，再通过车载T-BOX通讯模块发送到远程信息化平台，实现作业监控远程信息化；
4、本发明通过上装信息化统计及封装模块将各类信息进行封装打包为标准化的数据包，远程端仅需要接收数据包；就能了解各车上装单元的工作情况。
附图说明
图1为本发明提供的一种基于大数据分析的电动环卫车智能上装控制系统较佳实施例系统示意图；
图2为本发明提供的上装控制器软件较佳实施例软件架构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
新能源环卫车即采用电动/混动进行驱动的环卫车(以下统称为电动环卫车)，具备诸多优点：
环保:电动汽车采用动力电池组及电机驱动动力,它工作时不会产生的废气,不排尾气污染,对环境保护和空气的洁净是十分有益的,可以说几乎是“零污染”；
低噪音:电动汽车不会像传动汽车那样发出噪音,它所产生的噪音几乎可以忽略不计；
经济:电动汽车使用成本低廉,只有汽油车的五分之一左右。而且能量转换效率高,同时可回收制动、下坡时的能量,提高能量的利用效率。在夜间利用电网的廉价“谷电”进行充电,起到平抑电网的峰谷差作用；易保养:电动汽车采用电动机及电池驱动,无需传统发动机哪些繁琐的养护项目,比如:更换机油、滤芯、皮带等。电动汽车只需定期检查电机电池等组件即可。故非常适合城市环卫清洁的运用场景。
但是，现有新能源环卫车需按照国标GBT32960电动汽车远程服务及管理系统技术规范, 电动环卫车的整车运行数据、驱动电机数据、动力电池数据、位置数据等进行收集处理，但是对上装系统的相关作业数据，在电动汽车远程服务及管理系统技术规范中却是缺失的，然而，对于环卫运营公司及环卫专用车生产厂家来说，这是监管的盲区。但是上装系统的相关作业数据可由大数据处理后发挥其价值，故本实施例通过一种基于大数据分析的电动环卫车智能上装控制系统来实现对上装系统的相关作业数据的采集、上传和分析。
如图1至图2示，一种基于大数据分析的电动环卫车智能上装控制系统，包括环卫车上装单元和底盘整车控制器VCU。
具体的，所述环卫车上装单元包括上装执行单元、上装动力单元和上装控制单元；所述上装执行单元包括若干上装执行机构，所述上装执行机构部署在电动环卫车上并用于执行环卫任务；所述上装动力单元包括若干驱动电机，所述驱动电机与各上装执行机构传动连接并用于提供工作动能；所述上装控制单元部署在底盘整车控制器VCU上并对上装动力单元进行上装控制操作。
更具体的，所述底盘整车控制器VCU用于采集使用者的上装操作信息，转化为上装控制决策并进行电控实现，其中，环卫车上装单元和底盘整车控制器VCU之间通过CAN总线进行通讯，使用者对环卫车上装单元的上装操作信息通过底盘整车控制器VCU转化为上装控制决策，再由CAN总线发送至上装控制单元，操作系统对上装控制决策进行电控执行。
需要说明的是：本实施例所提出的一种基于大数据分析的电动(含混动)环卫车智能上装控制系统，包括但不限于部署在某一特定环卫车型的上装控制系统中。环卫车上装控制系统信息化是大数据分析的基础。环卫车辆种类多，上装功能差异大，上装系统多为机械、液压、水力机构，在电动化后，上装系统升级为了电控机械、电控液压、电控水力系统，具备信息化的基础。
作为更进一步的解决方案，所述上装执行单元包括扫盘、喷嘴、吸盘和液压油缸；所述扫盘用于清扫路面垃圾；所述喷嘴用于冲刷路面；所述吸盘用于吸附路面灰尘和垃圾；所述液压油缸用于调节扫盘、喷嘴和吸盘的路面相对位置，上装执行单元包括扫盘、喷嘴、吸盘和液压油缸采用现有结构，故不进行赘述。
作为更进一步的解决方案，所述上装动力单元包括驱动电机、电机控制器、高压水泵、风机和油泵；所述驱动电机用于为扫盘提供动力，所述电机控制器与驱动电机电性连接；所述高压水泵用于为喷嘴提供冲刷动力；所述风机为吸盘提供风力吸附；所述油泵为液压油缸提供液压动力。
作为更进一步的解决方案，所述上装控制单元包括上装控制器和上装信号传感器；所述上装信号传感器用于采集环卫车上装单元的高压水泵流量、水压，扫盘运行转速，风机运行的风量、全压参数，所述上装控制器通过CAN总线与上装动力单元进行控制连接，并通过上装信号传感器对上装动力单元各输出功率、能耗、作业时间的实时监测；实时监测数据通过CAN总线发送给底盘整车控制器VCU。
需要说明的是：对于环卫车来说，上装作业信息当前是不可获取的，当上装作业信息数据是有价值的。通过完善的传感器方案及大数据分析算法，获取环卫车上装工作操作习惯数据、上装工作各类统计数据(如电耗、水耗、累计工作时间)、故障信息、故障频次等各类数据，通过车载T-Box发送到远程信息化平台，进行大数据过滤、分析及图形化显示。
作为更进一步的解决方案，还设置有车载T-BOX和远程服务器，所述车载T-BOX与底盘整车控制器VCU电性连接并能读取汽车CAN总线数据和私有协议，通过GPRS网络将数据传出到远程服务器。
一种基于大数据分析的电动环卫车智能上装控制系统，运用于如上述任一项所述的一种电动环卫车上，包括上装控制系统和上装信息化系统。
具体的，所述上装控制系统接收来自底盘整车控制器VCU的上装控制决策，并将上装控制决策转化为IO控制信号，通过IO口向上装动力单元输出IO控制信号，实现上装控制操作。
更具体的，所述上装信息化系统包括车端和远程端；所述车端部署在电动环卫车上，并实时采集环卫车上装单元的上装工作信息和使用者对环卫车上装单元的上装操作信息，将上装操作信息和上装操作信息封装为数据包后，通过CAN总线发送给底盘整车控制器VCU，底盘整车控制器VCU接收到数据包后启动车载T-BOX，车载T-BOX将数据包通过GPRS网络转发给远程端。
详尽的，所述远程端部署在远程服务器上并接收来自各车端的数据包，解析数据包得到，通过云端信息化平台对上装作业数据进行大数据分析与可视化显示。
需要说明的是：该智能上装控制系统，实现了上装作业信息的远程信息化平台搭建，让环卫车辆运营公司及相关监管部门，可以对所有环卫车辆在生命周期内的电耗、水耗及故障发生情况有更直观的认识。经过优化后的上装控制器支持按照不同传输频率实现对大量上装作业信息，通过CAN总线发送给底盘VCU，再通过车载T-BOX通讯模块发送到远程信息化平台，实现作业监控远程信息化。
作为更进一步的解决方案，所述上装控制系统和上装信息化系统的车端均通过上装控制器软件部署在上装控制器上；所述上装控制器软件包括传感器及IO信号处理模块、上装作业操控功能模块、上装信息采集及计算模块、上装信息化统计及封装模块和CAN通信功能模块。
作为更进一步的解决方案，所述上装控制系统通过CAN通信功能模块、上装作业操控功能模块和传感器及IO信号处理模块进行实现；所述CAN通信功能模块用于接收来自底盘整车控制器VCU的上装控制决策，并与上装作业操控功能模块进行双向数据连接；所述上装作业操控功能模块用于将上装控制决策转化为IO控制信号，并与传感器及IO信号处理模块双向数据连接；所述传感器及IO信号处理模块用于将IO控制信号处理并分发至对应的上装动力单元。
作为更进一步的解决方案，所述车端包括传感器及IO信号处理模块、上装信息采集及计算模块、上装信息化统计及封装模块和CAN通信功能模块；所述传感器及IO信号处理模块用于采集传感器信号和IO控制信号，并发送给上装信息采集及计算模块；所述上装信息采集及计算模块还能读取上装作业操控功能模的上装控制决策，并将接收到的数据发送给上装信息化统计及封装模块；所述上装信息化统计及封装模块按照预设的统计规则对数据进行统计后，封装得到数据包，并将数据包发送给CAN通信功能模块；所述CAN通信功能模块将接收到的数据包实时发送给底盘整车控制器VCU，所述底盘整车控制器VCU将接收到的数据包通过GPRS网络转发给远程端。
作为更进一步的解决方案，还设置有电气信号读取模块，所述电气信号读取模块用于读取上装动力单元各电气信号，并将读取到的电气信号发送至上装信息采集及计算模块；所述端信息化平台设置有上装信息大数据分析算法，所述上装信息大数据分析算法用于上装作业信息的搜集、统计和分析，通过计算得到环卫车上装单元累计工作时间、累计工作电耗、水耗、无故障工作时间、上装单一操作发生次数、零部件故障状态和故障发生频次。
需要说明的是：由于各车的情况不同，若上装信息的统计及计算部署在远程端的话，很容易发生硬件不匹配、远程端运算负载过大等情况；故本实施例通过上装信息化统计及封装模块将各类信息进行封装打包为标准化的数据包，远程端仅需要接收数据包；就能了解各车上装单元的工作情况。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种基于大数据分析的电动环卫车智能上装控制系统，其特征在于，包括环卫车上装单元和底盘整车控制器VCU；
所述环卫车上装单元包括上装执行单元、上装动力单元和上装控制单元；所述上装执行单元包括若干上装执行机构，所述上装执行机构部署在电动环卫车上并用于执行环卫任务；所述上装动力单元包括若干驱动电机，所述驱动电机与各上装执行机构传动连接并用于提供工作动能；所述上装控制单元部署在底盘整车控制器VCU上并对上装动力单元进行上装控制操作；
所述底盘整车控制器VCU用于采集使用者的上装操作信息，转化为上装控制决策并进行电控实现，其中，环卫车上装单元和底盘整车控制器VCU之间通过CAN总线进行通讯，使用者对环卫车上装单元的上装操作信息通过底盘整车控制器VCU转化为上装控制决策，再由CAN总线发送至上装控制单元，操作系统对上装控制决策进行电控执行；
还包括上装控制系统和上装信息化系统；
所述上装控制系统接收来自底盘整车控制器VCU的上装控制决策，并将上装控制决策转化为IO控制信号，通过IO口向上装动力单元输出IO控制信号，实现上装控制操作；
所述上装信息化系统包括车端和远程端；所述车端部署在电动环卫车上，并实时采集环卫车上装单元的上装工作信息和使用者对环卫车上装单元的上装操作信息，将上装操作信息和上装操作信息封装为数据包后，通过CAN总线发送给底盘整车控制器VCU，底盘整车控制器VCU接收到数据包后启动车载T-BOX，车载T-BOX将数据包通过GPRS网络转发给远程端；
所述远程端部署在远程服务器上并接收来自各车端的数据包，解析数据包得到，通过云端信息化平台对上装作业数据进行大数据分析与可视化显示；
所述上装控制系统和上装信息化系统的车端均通过上装控制器软件部署在上装控制器上；所述上装控制器软件包括传感器及IO信号处理模块、上装作业操控功能模块、上装信息采集及计算模块、上装信息化统计及封装模块和CAN通信功能模块；
所述上装控制系统通过CAN通信功能模块、上装作业操控功能模块和传感器及IO信号处理模块进行实现；所述CAN通信功能模块用于接收来自底盘整车控制器VCU的上装控制决策，并与上装作业操控功能模块进行双向数据连接；所述上装作业操控功能模块用于将上装控制决策转化为IO控制信号，并与传感器及IO信号处理模块双向数据连接；所述传感器及IO信号处理模块用于将IO控制信号处理并分发至对应的上装动力单元。
2.根据权利要求1所述的一种基于大数据分析的电动环卫车智能上装控制系统，其特征在于，所述上装执行单元包括扫盘、喷嘴、吸盘和液压油缸；所述扫盘用于清扫路面垃圾；所述喷嘴用于冲刷路面；所述吸盘用于吸附路面灰尘和垃圾；所述液压油缸用于调节扫盘、喷嘴和吸盘与路面的相对位置。
3.根据权利要求2所述的一种基于大数据分析的电动环卫车智能上装控制系统，其特征在于，所述上装动力单元包括驱动电机、电机控制器、高压水泵、风机和油泵；所述驱动电机用于为扫盘提供动力，所述电机控制器与驱动电机电性连接；所述高压水泵用于为喷嘴提供冲刷动力；所述风机为吸盘提供风力吸附；所述油泵为液压油缸提供液压动力。
4.根据权利要求3所述的一种基于大数据分析的电动环卫车智能上装控制系统，其特征在于，所述上装控制单元包括上装控制器和上装信号传感器；所述上装信号传感器用于采集环卫车上装单元的高压水泵流量和水压、扫盘运行转速以及风机运行的风量和全压参数，所述上装控制器通过CAN总线与上装动力单元进行控制连接，并通过上装信号传感器对上装动力单元各输出功率、能耗和作业时间的实时监测；实时监测数据通过CAN总线发送给底盘整车控制器VCU。
5.根据权利要求4所述的一种基于大数据分析的电动环卫车智能上装控制系统，其特征在于，还设置有车载T-BOX和远程服务器，所述车载T-BOX与底盘整车控制器VCU电性连接并能读取汽车CAN总线数据和私有协议，通过GPRS网络将数据传出到远程服务器。
6.根据权利要求5所述的一种基于大数据分析的电动环卫车智能上装控制系统，其特征在于，所述车端包括传感器及IO信号处理模块、上装信息采集及计算模块、上装信息化统计及封装模块和CAN通信功能模块；所述传感器及IO信号处理模块用于采集传感器信号和IO控制信号，并发送给上装信息采集及计算模块；所述上装信息采集及计算模块还能读取上装作业操控功能模的上装控制决策，并将接收到的数据发送给上装信息化统计及封装模块；所述上装信息化统计及封装模块按照预设的统计规则对数据进行统计后，封装得到数据包，并将数据包发送给CAN通信功能模块；所述CAN通信功能模块将接收到的数据包实时发送给底盘整车控制器VCU，所述底盘整车控制器VCU将接收到的数据包通过GPRS网络转发给远程端。
7.根据权利要求6所述的一种基于大数据分析的电动环卫车智能上装控制系统，其特征在于，还设置有电气信号读取模块，所述电气信号读取模块用于读取上装动力单元各电气信号，并将读取到的电气信号发送至上装信息采集及计算模块；所述端信息化平台设置有上装信息大数据分析算法，所述上装信息大数据分析算法用于上装作业信息的搜集、统计和分析，通过计算得到环卫车上装单元累计工作时间、累计工作电耗、水耗、无故障工作时间、上装单一操作发生次数、零部件故障状态和故障发生频次。
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