純電動(dòng)底盤(pán)環(huán)衛(wèi)?上裝動(dòng)?系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)與仿真驗(yàn)證

摘要：針對(duì)純電動(dòng)底盤(pán)上裝動(dòng)?系統(tǒng)改裝后，底盤(pán)上?壓時(shí)報(bào)動(dòng)?系統(tǒng)故障，且?壓上電失敗的故障問(wèn)題，需要對(duì)上裝動(dòng)?系統(tǒng)進(jìn)?改進(jìn)與優(yōu)化設(shè)計(jì)，改進(jìn)優(yōu)化后的上裝動(dòng)?系統(tǒng)不會(huì)?擾底盤(pán)?壓上電流程，底盤(pán)動(dòng)?系統(tǒng)故障報(bào)?不復(fù)現(xiàn)，且經(jīng)過(guò)Matlab的Simulink?具仿真后，觀察到系統(tǒng)啟動(dòng)沖擊電流符合安全標(biāo)準(zhǔn)，有效減少底盤(pán)?壓接觸器燒結(jié)粘連的?險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：純電動(dòng)底盤(pán);環(huán)衛(wèi)?;上裝動(dòng)?系統(tǒng);預(yù)充;優(yōu)化設(shè)計(jì);仿真

中圖分類(lèi)號(hào)：U469.6+91 收稿?期：2022-04-15

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2022.06.007

1 前?

與傳統(tǒng)燃油底盤(pán)改裝相?較，純電動(dòng)底盤(pán)上的環(huán)衛(wèi)?改裝最?的區(qū)別就在于負(fù)載動(dòng)?源接口問(wèn)題，由于不同?家底盤(pán)，甚?是同?家不同型號(hào)底盤(pán)動(dòng)?電池平臺(tái)電壓都不相同，而?些輕型負(fù)載選型相對(duì)固定且?作電壓遠(yuǎn)低于底盤(pán)VCU所開(kāi)放的DC接口電壓，在整個(gè)上裝動(dòng)?系統(tǒng)匹配時(shí)需要?種電源供應(yīng)器作為底盤(pán)DC與負(fù)載連接搭建橋梁。但是在實(shí)?裝配后試運(yùn)?中出現(xiàn)了底盤(pán)動(dòng)?系統(tǒng)故障報(bào)警，并且底盤(pán)的?壓接觸器?法正常閉合，經(jīng)過(guò)對(duì)底盤(pán)報(bào)?采集分析后發(fā)現(xiàn)，是由于底盤(pán)檢測(cè)到負(fù)載側(cè)電壓過(guò)低達(dá)不到主接觸器閉合條件，且負(fù)載側(cè)瞬時(shí)電流過(guò)?，存??險(xiǎn)故障。

本?主要對(duì)上裝的動(dòng)?系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)展開(kāi)研究，并通過(guò)仿真驗(yàn)證優(yōu)化設(shè)計(jì)的可靠性。

2 系統(tǒng)分析產(chǎn)品研發(fā)所選?的底盤(pán)是?款某品牌的純電動(dòng)?類(lèi)底盤(pán)，底盤(pán)型號(hào)是T4C。與其他T8F、T8E重載底盤(pán)相?較，該款?VCU隨開(kāi)發(fā)供改裝所?的?壓DC接口，但是接口處?單獨(dú)的預(yù)充電路。當(dāng)?shù)妆P(pán)主?壓接觸器閉合后，?壓DC接口就會(huì)送出直流?壓，所形成的動(dòng)?系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所?。

由于該型底盤(pán)VCU內(nèi)部?壓主正接觸器與DC接口正直連，底盤(pán)操作?壓上電時(shí)，主負(fù)接觸器閉合，底盤(pán)?壓正直接通過(guò)DC接口正送?電源供應(yīng)器，根據(jù)電源供應(yīng)器需要將?壓小電流轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪?電流的?作特性，故而前端的濾波電路形成了?個(gè)?耐壓的?電容，在主正接觸器閉合瞬間電源供應(yīng)器輸?側(cè)近似短路，接觸器內(nèi)流過(guò)很?的沖擊電流導(dǎo)致底盤(pán)出現(xiàn)動(dòng)?系統(tǒng)故障。如圖2所?，底盤(pán)請(qǐng)求?壓上電（“OK”擋請(qǐng)求）后，圖1中的主負(fù)接觸器閉合，BMS接收到該狀態(tài)請(qǐng)求后，進(jìn)?到預(yù)充檢測(cè)，為保證底盤(pán)?壓接觸器安全，會(huì)在預(yù)充電阻串接狀態(tài)下對(duì)出口電壓進(jìn)?檢測(cè)，標(biāo)定值?般為不小于170 V即可閉合主正接觸器。

但是由于上述電源供應(yīng)器?電容的影響，導(dǎo)致在底盤(pán)預(yù)充檢測(cè)階段出口電壓在設(shè)計(jì)時(shí)間內(nèi)始終?法到達(dá)170 V，現(xiàn)場(chǎng)反復(fù)實(shí)測(cè)底盤(pán)“OK”擋?法激活。因此，需要對(duì)上裝的動(dòng)?系統(tǒng)部分進(jìn)?優(yōu)化：?先要建?上裝動(dòng)?系統(tǒng)??的預(yù)充回路，以保證供電安全;其次要對(duì)?壓DC接口與電源供應(yīng)器連接進(jìn)?隔離，阻斷負(fù)載對(duì)底盤(pán)?壓上電流程的?擾。

3 上裝動(dòng)?系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)根據(jù)上述分析，對(duì)動(dòng)?系統(tǒng)回路進(jìn)?優(yōu)化設(shè)計(jì)，如圖3所?，截取駕駛室內(nèi)?個(gè)預(yù)留開(kāi)關(guān)的信號(hào)作為獨(dú)?的上裝電源信號(hào)，上裝負(fù)載需要?作時(shí)，待“OK”擋激活成功后，視需要?動(dòng)激活上裝電源信號(hào)，底盤(pán)?壓上電時(shí)?壓DC接口與后端電源供應(yīng)器斷開(kāi)，當(dāng)上裝電源信號(hào)激活后K 繼電器閉合，此時(shí)時(shí)間繼電器KT激活，其常閉點(diǎn)處1于初始狀態(tài)，串電阻預(yù)充回路接觸器KM1閉合，電源供應(yīng)器處于預(yù)充供電狀態(tài);KT到時(shí)后其常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，電源供應(yīng)器處于正常供電狀態(tài)，該狀態(tài)下可以啟動(dòng)負(fù)載。

預(yù)充回路實(shí)際上就是?個(gè)底盤(pán)?壓DC接口向上裝電源供應(yīng)器輸送電能的保護(hù)裝置，底盤(pán)上?壓擋后，上裝請(qǐng)求?作初期通過(guò)串聯(lián)?電阻向電源供應(yīng)器供電，系統(tǒng)處于安全回路狀態(tài)并延時(shí)保持，狀態(tài)保持過(guò)程上裝控制器會(huì)采集實(shí)時(shí)電壓、電流作為外部狀態(tài)是否安全的判斷依據(jù)，若判斷結(jié)果為正常，則在設(shè)定延時(shí)到達(dá)后切斷預(yù)充回路，同時(shí)閉合主繼電器使底盤(pán)?壓與上裝電源供應(yīng)器正常連接。

對(duì)于實(shí)際項(xiàng)?開(kāi)發(fā)所使?的T4C底盤(pán)而?，或許所預(yù)留的上裝電源硬線(xiàn)信號(hào)，使?硬件搭設(shè)上述的預(yù)充回路可以對(duì)底盤(pán)VCU以及上裝負(fù)載所需的電源供應(yīng)器提供較好的保護(hù)，但是這也與電源供應(yīng)器的容性特性、底盤(pán)配置以及上裝控制器配置有關(guān)。對(duì)于?些?噸位純電動(dòng)底盤(pán)?家在出?前可能就內(nèi)置了預(yù)留給上裝的?壓預(yù)充接口，但需對(duì)上裝控制系統(tǒng)有?定的要求，?如?少需要兩路CAN，?路掛在底盤(pán)動(dòng)?CAN?上，?路實(shí)現(xiàn)上裝電控控制，在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)上還有匹配底盤(pán)提供的數(shù)據(jù)協(xié)議，以使底盤(pán)預(yù)留的預(yù)充回路能夠正常運(yùn)作，保證系統(tǒng)安全，這對(duì)于?些小型?輛的簡(jiǎn)易上裝控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)較不經(jīng)濟(jì)，也往往難以實(shí)現(xiàn)。

4 系統(tǒng)仿真為驗(yàn)證優(yōu)化性設(shè)計(jì)的可靠性，需對(duì)新系統(tǒng)電?特性進(jìn)?仿真，并與原始系統(tǒng)仿真結(jié)果進(jìn)?對(duì)照，分別查看優(yōu)化設(shè)計(jì)前后回路中沖擊電流所產(chǎn)?的影響。Matlab是?種具有很強(qiáng)計(jì)算性能的且適合于數(shù)學(xué)計(jì)算、系統(tǒng)仿真的軟件，其?帶的Simulink?具，是?種基于本?圖形化的仿真環(huán)境，可以通過(guò)圖形化的系統(tǒng)模塊對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)描述，并對(duì)其進(jìn)?求解。S i m u l i n k 庫(kù)中，有關(guān)electrical sources模塊、elements模塊、measurement模塊、以及scope模塊滿(mǎn)?對(duì)本次設(shè)計(jì)回路中所需的仿真結(jié)構(gòu)搭建。根據(jù)設(shè)計(jì)的原動(dòng)?系統(tǒng)回路與優(yōu)化后系統(tǒng)回路結(jié)構(gòu)特性，搭建的仿真模型包含DC Voltage Source、Series RLCBranch、Current measurement、Voltage measurement、SeriesRLC Branch1以及scope。根據(jù)設(shè)計(jì)所使?的?亞迪T4C底盤(pán)，動(dòng)?系統(tǒng)平臺(tái)電壓為DC 290 V，如圖4所?，設(shè)定DCVoltage Source值為290 V，對(duì)于原始系統(tǒng)回路狀態(tài)，SeriesRLC Branch設(shè)置為純阻性，設(shè)定值為0.01 Ω，查閱電源供應(yīng)器產(chǎn)品說(shuō)明，將Series RLC Branch1設(shè)置容性，其值設(shè)定為550 μF，根據(jù)電容元件的電壓不突變性，初始電壓設(shè)定值為0 V，將?波器通道設(shè)置為雙路，運(yùn)?顯?時(shí)間為0.1 s，仿真動(dòng)?系統(tǒng)在圖1狀態(tài)下運(yùn)?。EF769333-64A5-4E15-8E97-EBCE27B4D7AB

在圖4動(dòng)?系統(tǒng)仿真模型中，阻性元件Series R L CBranch設(shè)定值為0.01 Ω時(shí)，相當(dāng)于系統(tǒng)中?預(yù)充電阻，點(diǎn)擊仿真模型運(yùn)?后，雙擊“scope”得到如圖5所?的波形。上半幅顯?為電流變化波形，下半幅顯?為電壓變化波形，將結(jié)果導(dǎo)???作空間后看到系統(tǒng)啟動(dòng)運(yùn)?瞬間，電源供應(yīng)器兩端近似“短路”所產(chǎn)?的瞬間電流達(dá)到2.9×104 A，在0.2 ms左右電容充滿(mǎn)?動(dòng)?系統(tǒng)電壓290 V，此時(shí)電流值也即將衰減?0 A 左右。如此之?的沖擊電流勢(shì)必導(dǎo)致VCU內(nèi)部主接觸器發(fā)熱粘連，造成主接觸器甚?是后端設(shè)備的損壞。

當(dāng)將Series RLC Branch設(shè)定值為20 Ω時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)?開(kāi)始時(shí)圖4所?的仿真模型會(huì)如圖3所?的狀態(tài)運(yùn)?，如圖6所?，由于預(yù)充電阻的作?，系統(tǒng)運(yùn)?瞬間的沖擊電流僅有14 A，在0.04 s左右電容完成充電?290 V，此時(shí)起沖擊電流?幅衰減?0 A。這個(gè)沖擊電流對(duì)于VCU主接觸器的承載能?來(lái)說(shuō)是極小的，也是安全的。

5 結(jié)語(yǔ)本?從實(shí)際項(xiàng)?開(kāi)發(fā)故障問(wèn)題解決出發(fā)，對(duì)設(shè)計(jì)初動(dòng)?系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)?分析，并結(jié)合所出現(xiàn)的問(wèn)題建?了系統(tǒng)的仿真模型并進(jìn)?仿真運(yùn)?，根據(jù)所得出的仿真結(jié)果驗(yàn)證原始系統(tǒng)確實(shí)存在的缺陷與運(yùn)??險(xiǎn)，并對(duì)所設(shè)計(jì)的原始動(dòng)?系統(tǒng)進(jìn)?優(yōu)化設(shè)計(jì)。同樣根據(jù)優(yōu)化改動(dòng)，在相應(yīng)的仿真模型上進(jìn)?調(diào)整，并再次進(jìn)?仿真運(yùn)?，根據(jù)新的仿真結(jié)果顯?，優(yōu)化后的系統(tǒng)有效解決了原始系統(tǒng)所存在的?險(xiǎn)問(wèn)題，最后根據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)在實(shí)際開(kāi)發(fā)樣件上進(jìn)?了實(shí)施試驗(yàn)，實(shí)際運(yùn)?結(jié)果顯?，優(yōu)化后系統(tǒng)啟動(dòng)前，底盤(pán)能夠順利完成?壓上電，并在啟動(dòng)后?壓系統(tǒng)穩(wěn)定，啟動(dòng)負(fù)載后，負(fù)載運(yùn)?同樣穩(wěn)定可靠。Simulink環(huán)境下的仿真，也逐漸成為了環(huán)衛(wèi)?輛電?系統(tǒng)開(kāi)發(fā)不可缺少且提?設(shè)計(jì)可靠性的研發(fā)?具。

參考?獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：楊斌，男，1987年?，?程師，研究?向?yàn)閷?zhuān)?汽?技術(shù)。EF769333-64A5-4E15-8E97-EBCE27B4D7AB