CN219476022U - 电动工程机械增程器控制单元 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电动工程机械增程器控制单元，所述的控制单元包括模拟信号处理电路、数字信号处理电路、时间信号处理电路、中央处理器、低边驱动电路和CAN通讯电路；所述的中央处理器的输入端分别与模拟信号处理电路、数字信号处理电路、时间信号处理电路连接；所述的中央处理器的输出端与低边驱动电路连接；所述的中央处理器的通讯端与CAN通讯电路连接。与现有技术相比，本实用新型具有高集成性，节约空间，可靠性更高；对于不同类型的时间信号的适配效果高；使用国产芯片成本更低等优点。

Description

电动工程机械增程器控制单元

技术领域

本实用新型涉及一种增程器的控制单元，尤其是涉及一种电动工程机械增程器控制单元。

背景技术

工程机械，比如挖掘机、压路机、矿山卡车等一直以来是采用柴油发动机作为动力源，随着环境保护的重要性越来越高，这些领域的动力机械都需要逐步电动化，以适应排放法规越来越严格的要求。另一方面，工程机械由于其持续工作时间长的特点，纯电动的解决方案需要配置非常庞大的锂电池，这显然不符合工程机械的实际应用需要。因此，就需要在电动工程机械上配置一个基于发动机的增程器，相当于一个“充电宝”给锂电池持续不断的提供充电。

增程器是指发动机与特殊设计的ISG(IntegratedStarterGenerator)电机的组合，是增程式电动工程机械必不可少的关键部件。增程式电动工程机械是一种在电池电量不足的情况下使用其他能源(如传统燃料：柴油、汽油；低碳燃料：甲醇、氢气)进行电能补给的动力机械。增程器的工作原理为，通过发动机将燃料燃烧产生的热能转化为机械能(发动机旋转)，再通过发电机(ISG)转化为电能(ISG电机切割磁力线)。增程式电动工程机械的主要工作特点(理念)是大多数情况下工作在增程模式，少数情况下工作在纯电动模式，即增程器产生的电能可以直接通过电线供给电机驱动，同时也可以间接地供给锂电池充电。

增程器控制单元主要负责与发动机的ECU(EngineControlUnit)以及ISG电机的电控单元GCU(GeneratorControlUnit)进行CAN通信，下传发动机的控制指令，以及接受ECU反馈的诊断报文，并且控制ISG电机电磁阀驱动以及继电器。通过对ECU数据流的控制，间接实现对发动机的控制以及ISG电机的控制。从而保证发动机工作在高效率区间，达到发动机热效率最大化。同时控制ISG的GCU，使得ISG电机能够与发动机转速匹配，根据充电需要使得增程器工作在最佳效率。

目前市面上的增程器控制单元均是通过整车的VCU(VehicleControlUnit)来实现。

VCU是专用于纯电动车辆或工程机械的控制，内部的硬件针对纯电动机械的高压特性使用了很多隔离模块，以防止外部高压部件对VCU的冲击，而增程器控制单元仅仅与发动机ECU通信，没有高压系统，VCU的高压隔离设计会给控制系统带来额外且不必要的成本上升；VCU内部的软件策略以及模型需求基于纯电动工程机械的策略执行，无法便捷地满足增程器的应用需求；目前主流的VCU均使用国外进口的车规中央处理器以及驱动芯片执行工作任务，成本较高。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种电动工程机械增程器控制单元。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

根据本实用新型的一个方面，提供了一种电动工程机械增程器控制单元，所述的控制单元包括模拟信号处理电路、数字信号处理电路、时间信号处理电路、中央处理器、低边驱动电路和CAN通讯电路；

所述的中央处理器的输入端分别与模拟信号处理电路、数字信号处理电路、时间信号处理电路连接；

所述的中央处理器的输出端与低边驱动电路连接；

所述的中央处理器的通讯端与CAN通讯电路连接。

作为优选的技术方案，所述的数字信号处理电路具有多路数字输入通道。

作为优选的技术方案，所述的数字信号处理电路的识别电压端与中央处理器的模拟信号采集通道连接。

作为优选的技术方案，所述的时间信号处理电路的识别电压端与中央处理器的PWM模块连接。

作为优选的技术方案，所述的控制单元还包括用于提供控制器的低压供电的低压电源模块，该低压电源模块分别与中央处理器、模拟信号处理电路、数字信号处理电路、时间信号处理电路连接。

作为优选的技术方案，所述的控制单元还包括内嵌于中央处理器内的存储模块。

作为优选的技术方案，所述的模拟信号处理电路的输入端包括增程器环境温度信号输入接口和增程器环境压力信号输入接口。

作为优选的技术方案，所述的数字信号处理电路的输入端包括点火钥匙开关信号输入接口、暖风使能开关信号输入接口、发动机强制启动开关信号输入接口和硬件唤醒开关信号输入接口。

作为优选的技术方案，所述的时间信号处理电路的输入端包括风扇转速输入接口和冷却泵转速输入接口。

作为优选的技术方案，所述的低边驱动电路的输出端包括发动机低压启动控制信号输出接口、泵控制信号输出接口、风扇控制信号输出接口、泵PWM运行控制信号输出接口、风扇PWM运行控制信号输出接口、继电器上电信号输出接口和故障指示灯信号输出接口。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1)本实用新型具有高集成性，将传感器、低端驱动、通讯模块等集成于一体，节约空间，可靠性更高；

2)本实用新型时间信号采集电路的可调节性通过软件控制中央处理器，可以实现对整形电路识别电压的调节，大大增加了该控制单元对于不同类型的时间信号的适配效果；

3)本实用新型应用了更集成化以及成本更低廉的国产芯片，成本更低。

附图说明

图1为本实用新型控制器的硬件连接示意图；

图2为本实用新型时间采集电路识别电压调节示意图；

图3为本实用新型数字输入识别电压标定原理图；

图1中标号所示：

1、模拟信号处理电路，2、数字信号处理电路，3、时间信号处理电路，4、中央处理器，40、通用数字输出接口，41、SRAM，42、FLASH，43、模拟输入接口，44、通用数字输入接口，45、RTC计数器，46、PWM模块，5、保护电路，50、低边驱动电路，6、CAN通讯电路；

图2中标号所示：

7、电源，8、比较器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提出的一种电动工程机械增程器控制单元，将电动工程机械增程器上需要使用的传感器、执行器、电源7、通讯模块等集成于一体，使用各种国产芯片和元器件实现其全部控制功能。并且软件上集成了发动机控制与ISG电机控制策略，实时充电与直接输出功率保障驾驶性能，具备故障诊断与安全监控功能。该专用于增程器的控制单元具有体积小、成本低以及功能集成度高、适用型号广泛的特点。

本实用新型如图1所示包括模拟信号处理电路1、数字信号处理电路2、时间信号处理电路3、低压电源模块、存储模块、CAN通讯电路6、低边驱动电路50、中央处理器4。模拟信号处理电路1、数字信号处理电路2、时间信号处理电路3的输出信号为中央处理器4的输入信号；低端输出模块的输入信号为中央处理器4的部分输出信号；存储模块内嵌于中央处理器4内，通过中央处理器4的指令代码实现；CAN通讯电路6与中央处理器4之间相互通讯；模拟信号处理电路1的输入信号包括但不限于增程器环境温度信号、增程器环境压力信号，数字信号处理电路2的输入信号包括但不限于点火钥匙开关、暖风使能开关、发动机强制启动开关，硬件唤醒开关，时间信号处理电路3的输入信号包括但不限于风扇转速输入、冷却泵转速输入；低边驱动电路50的输出信号包括但不限于发动机低压启动控制信号、泵控制信号、风扇控制信号、泵PWM运行控制信号、风扇PWM运行控制信号、继电器上电信号、故障指示灯信号；与CAN通讯电路6相互通讯的信号包括但不限于发动机启动信号、发动机发电控制信号、实时充电信号、扭矩/转速控制信号、发动机恒速控制信号、SOC控制信号、标定故障诊断信号；时间信号处理电路3中其输出电压也不相同的特性，动态调节信号参考电压的大小，实现对不同类型传感器信号的准确识别效果。

本实用新型的关键之处在于该增程器控制单元使用全国产的元器件与芯片实现。包括中央处理器4选用国产车规级ARM内核芯片；所涉及的被动元器件选用已经应用多年的国产车规级元器件；时间信号处理电路3与CAN通讯电路6选用国产车规级的比较8芯片与CAN通信芯片。低边驱动电路50输出通过分立电路的方式，从中央处理器4直接输出PWM信号或数字驱动信号，对国产车规级MOSFET执行控制，再通过采集的电流反馈给中央处理器4，实现破坏性的过流故障保护功能。

本实用新型将模拟信号输入、数字信号输入、时间信号输入、低端驱动、通讯模块、保护功能等集成于一体。时间信号处理电路3的时间输入信号模块能够处理正弦波信号、方波信号，并且通过中央处理器4的边沿测量功能，实现频率测量、正脉宽测量、负脉宽测量、占空比测量总计四种时间参数测量。其中正弦波信号通过比较器8电路转化为方波信号进入到中央处理器4采集。比较器8输入端具有动态可调节的识别电压，识别电压通过中央处理器4的PWM模块46的信号的不同占空比经过低通滤波电路来实现0-5V调节，同时硬件上通过中央处理器4的数字驱动输出口控制NPN型三级管的通断，进而实现上下拉配置的选择，以适配磁电与霍尔两种类型的传感器的选择；数字输入的识别电压通过中央处理器4的模拟信号采集通道，将电压转换为AD值，在软件上通过标定不同的高识别电压阈值与低识别电压阈值，实现0-5V范围内识别电压的调节。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电动工程机械增程器控制单元，其特征在于，所述的控制单元包括模拟信号处理电路(1)、数字信号处理电路(2)、时间信号处理电路(3)、中央处理器(4)、低边驱动电路(5)和CAN通讯电路(6)；

所述的中央处理器(4)的输入端分别与模拟信号处理电路(1)、数字信号处理电路(2)、时间信号处理电路(3)连接；

所述的中央处理器(4)的输出端与低边驱动电路(5)连接；

所述的中央处理器(4)的通讯端与CAN通讯电路(6)连接。

2.根据权利要求1所述的一种电动工程机械增程器控制单元，其特征在于，所述的数字信号处理电路(2)具有多路数字输入通道。

3.根据权利要求1所述的一种电动工程机械增程器控制单元，其特征在于，所述的数字信号处理电路(2)的识别电压端与中央处理器(4)的模拟信号采集通道连接。

4.根据权利要求1所述的一种电动工程机械增程器控制单元，其特征在于，所述的时间信号处理电路(3)的识别电压端与中央处理器(4)的PWM模块(46)连接。

5.根据权利要求1所述的一种电动工程机械增程器控制单元，其特征在于，所述的控制单元还包括用于提供控制器的低压供电的低压电源模块，该低压电源模块分别与中央处理器(4)、模拟信号处理电路(1)、数字信号处理电路(2)、时间信号处理电路(3)连接。

6.根据权利要求1所述的一种电动工程机械增程器控制单元，其特征在于，所述的控制单元还包括内嵌于中央处理器(4)内的存储模块。

7.根据权利要求1所述的一种电动工程机械增程器控制单元，其特征在于，所述的模拟信号处理电路(1)的输入端包括增程器环境温度信号输入接口和增程器环境压力信号输入接口。

8.根据权利要求1所述的一种电动工程机械增程器控制单元，其特征在于，所述的数字信号处理电路(2)的输入端包括点火钥匙开关信号输入接口、暖风使能开关信号输入接口、发动机强制启动开关信号输入接口和硬件唤醒开关信号输入接口。

9.根据权利要求1所述的一种电动工程机械增程器控制单元，其特征在于，所述的时间信号处理电路(3)的输入端包括风扇转速输入接口和冷却泵转速输入接口。

10.根据权利要求1所述的一种电动工程机械增程器控制单元，其特征在于，所述的低边驱动电路(5)的输出端包括发动机低压启动控制信号输出接口、泵控制信号输出接口、风扇控制信号输出接口、泵PWM运行控制信号输出接口、风扇PWM运行控制信号输出接口、继电器上电信号输出接口和故障指示灯信号输出接口。