純電動清掃車整車控制器

張 華 張子吟 游恒浩

(邢臺職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 邢臺 054000)

1 整車控制器的組成部分

在純電動清掃車的整車控制系統(tǒng)中，包含了3個方面，其中有執(zhí)行層、中間層和組織層[1]。每一層次都發(fā)揮各自的作用，進而構(gòu)建出閉環(huán)式的控制系統(tǒng)，完成對純電動清掃車的操控。其中，整車控制器則是純電動環(huán)衛(wèi)車控制系統(tǒng)的核心部件，在具體應(yīng)用中則由安全故障管理層、數(shù)據(jù)交換層、能源管理層以及駕駛員意圖解釋層等部分組成，它們根據(jù)性能承擔(dān)著相應(yīng)的職責(zé)，發(fā)揮著結(jié)構(gòu)價值。

2 純電動清掃系統(tǒng)工作原理

純電動清掃車包含了行駛系統(tǒng)和清掃系統(tǒng)2個部分。首先，行駛系統(tǒng)由驅(qū)動電機、車輛底盤、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以及電池組等部分組成，主要控制整個車輛的行駛、轉(zhuǎn)向等工作。其次則是清掃系統(tǒng)，其中包括了傳送帶、掃盤、垃圾收集系統(tǒng)以及滾刷等部分，在運轉(zhuǎn)中噴嘴初步向路面灑水，其中塵土和垃圾則相應(yīng)會由前邊刷運送至滾刷前邊部分集中起來，而滾刷則會將集中起來的塵土垃圾掃入到傳送帶，然后由傳送帶輸送至垃圾箱。垃圾箱則裝置有自卸傾倒結(jié)構(gòu)，使其進入到垃圾處理點。在運轉(zhuǎn)過程中，同時吸入垃圾和塵土的風(fēng)機，通過濾塵設(shè)備對流動氣流和垃圾塵土進行分離，然后排出干凈的空氣。在清掃系統(tǒng)中的滾刷和清掃盤結(jié)構(gòu)中具備升降和左右移動的功能，可以很好地滿足清掃需求。當(dāng)明確純電動清掃車主要的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理后，開發(fā)工作人員可以對控制需求和控制系統(tǒng)進行分析，進而設(shè)計相應(yīng)的方案。

3 開發(fā)純電動清掃車整車控制器的方法

3.1 對控制需求和控制系統(tǒng)進行分析

在純電動清掃車整車控制器的開發(fā)中，要特別明確控制系統(tǒng)的需求和具體實現(xiàn)辦法。首先，清掃動作。由于在清掃過程中包括傳送帶、滾刷、掃刷和風(fēng)機要滿足同時動作的需求，所以可以統(tǒng)一設(shè)置一個清掃按鍵來控制；其次，掃刷電機的控制。需要以路面的寬度為標準對橫向的距離進行控制，所以在系統(tǒng)控制中要獨立設(shè)計橫向移動部件。由于純電動清掃車運行的道路平整度較好，掃刷由此可以保持一致性，將升降動作同時進行控制。再次，灑水和傾倒的控制要求。純電動清掃車的灑水動作需要依靠水泵來完成，它并不要求持續(xù)性運轉(zhuǎn)，所以可以設(shè)置獨立的開關(guān)進行控制。而在傾倒控制上，主要來自垃圾箱這一部分的要求，在完成傾倒后還需要實現(xiàn)回位，所以要借助液壓閥和液壓泵，安設(shè)自復(fù)位按鍵開關(guān)完成控制需求。

3.2 軟件設(shè)計方案

在整車系統(tǒng)控制功能中，上層程序是核心部分，底層程序的作用是控制硬件設(shè)備，對于純電動清掃車而言，底層程序是整車控制單元運行獲取安全、穩(wěn)定的前提條件。在具體的設(shè)計過程中，首先在底層軟件中要考慮純電動車清掃車控制器的主程序，它會呈現(xiàn)出無限循環(huán)的運行模式，但控制單元在到達主程序之前，則需要完成初始化操作。當(dāng)?shù)竭_主程序之后，采集端口信號需要借助底層程序來實現(xiàn)，進而傳輸?shù)街鞒绦颍?jīng)過控制算法來完成計算。設(shè)計至最后，則要在執(zhí)行部件中獲取相應(yīng)的結(jié)果，進而完成系統(tǒng)的有效性控制；其次則是上層程序的控制。在純電動清掃車中，控制軟件可以將其狀態(tài)劃分為多個模式，而不同的模式需要判別出對應(yīng)的入口條件，即控制軟件要進行綜合性的判斷，以此為前提條件來判定整車系統(tǒng)的狀態(tài)，其中在判斷過程中所依據(jù)的要素有清掃車的狀態(tài)、加速踏板和制動踏板的位置、電池狀態(tài)等。然后再以整車系統(tǒng)的實際狀態(tài)來采取對應(yīng)的解決策略，同時發(fā)出整車運行過程中最高轉(zhuǎn)速的控制。

3.3 硬件設(shè)計方案

純電動清掃車整車控制器在開發(fā)中對于硬件的設(shè)計包含了MCU模塊、CAN通信模塊、模擬信號收集和調(diào)節(jié)模塊、數(shù)字信號收集和調(diào)節(jié)模塊[2]。首先，MCU塊屬于整車控制器的核心部件，它有著收集、處理數(shù)據(jù)的功能，并且還可以有效控制輸入的命令。在設(shè)計中根據(jù)純電動清掃車的需求，在硬件電路設(shè)計中采用相應(yīng)的處理器，確保它有較強的適應(yīng)能力，能夠達到純電動清掃車的標準要求。在CAN通信模塊的設(shè)計上，關(guān)于處理系統(tǒng)的內(nèi)部要設(shè)置符合相應(yīng)標準的總控制器；關(guān)于模擬信號收集和調(diào)節(jié)模塊的設(shè)計，純電動清掃車整車控制系統(tǒng)需要收集相關(guān)的數(shù)據(jù)信號，包括了每個部件模擬型傳感器信號、加速踏板開度信號等。通常來說，模擬量沒有較大的變化頻率，置于相對穩(wěn)固的狀態(tài)，但是當(dāng)整車控制器其他零部件進行干擾時，將會出現(xiàn)嚴重的信號失真情況。所以為了防止這些因素的干擾，需要在純電動清掃車硬件方案的設(shè)計中運用RC地濾波電路。除此之外，在設(shè)計數(shù)字信號采集和調(diào)節(jié)模塊中要采集相應(yīng)的數(shù)字信號內(nèi)容，其中包含了點火開關(guān)位置信號、檔位開關(guān)信號。

3.4 對開發(fā)的整車控制器實行可靠性測試

純電動清掃車在完成整車控制器設(shè)計后，各個系統(tǒng)、模塊被組合，有了相應(yīng)的功能，為保證應(yīng)用的效果和可靠性，則要求測試整車控制器。通常來說，測試的內(nèi)容有多個標準，測試人員需要按照具體的標準一一完成測試。首先，要對純電動清掃車控制器的溫度進行測試。但要注意的是在特定高溫和低溫靜置一定的時間之后對相應(yīng)的部件性能進行測試；其次，要實施老化測試。關(guān)于這一內(nèi)容的測試，控制器在接通電源連續(xù)工作標準的時間以后開展測試工作；再次，振動測試。這一環(huán)節(jié)的測試需要對電動車控制器的頻率、加速度以及振幅進行有效地控制，且要保證測試的時間超過15min。最后，則要測試純電動清掃車整車控制器的電磁兼容性，在長時間特殊的工作環(huán)境中，控制器會受到多種因素的干擾，所以要測試干擾性，判斷在其它因素的影響下控制器是否會正常運轉(zhuǎn)。

4 結(jié)語

關(guān)于純電動清掃車的開發(fā)需要充分地結(jié)合它所處的工作條件以及工作環(huán)境，進而明確整車控制器的組成部分和整車控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，以確保開發(fā)的過程能夠達到各項功能的應(yīng)用標準，繼而展開軟件方案和硬件方案的設(shè)計，最后實施可控性測試，從而確保純電動清掃車整車控制器達到穩(wěn)定運行的狀態(tài)。