电动环卫车设计

电动环卫车设计设计提纲•设计输入•底盘机械设计•电动系统设计•整车控制器设计•测试结果HEV00纯电动底盘-设计输入项目参数长×宽×高（mm）4360*1795*2160整车整备质量kg1850最大总质量kg449040km/h等速续驶里程（km）110最高车速km/h60最大爬坡度(%)20能量消耗率(Wh/km)348设计提纲•设计输入•底盘机械设计•电动系统设计•整车控制器设计•测试结果底盘机械设计底盘采用平头驾驶室、槽形纵梁车架、钢板弹簧非独立悬架、前转向后驱动桥，电池组在车架两侧布置、电机与驱动桥之间采用传动轴连接驱动。电动环卫车设计-底盘机械设计电动环卫车设计-底盘机械设计模态分析：7---15阶模态有限元分析电动环卫车设计-底盘机械设计模态分析：7---15阶模态有限元分析模态阶次固有频率（Hz)72.2482.6792.87107.49119.061210.691311.271411.751512.02电动环卫车设计-底盘机械设计把前后桥载荷反向作用力分别施加在前桥与车架连接处和后桥与车架连接处：车架强度分析：最大位移点（-1000，43525，-400）位移1.886mm最大应力（-758.79,12.5，250）51.7MPa，小于355MPa的屈服极限电动环卫车设计-底盘机械设计建立了企业的产品设计开发工作流程和设计规范及作业指导书设计确认设计文件归档评审设计更改立项报告批准立项设计任务书进行各阶段设计输出文件评审设计验证试制产品定型评审设计提纲•设计输入•底盘机械设计•电动系统设计•整车控制器设计•测试结果电气系统设计电动环卫车设计-电动系统设计电气系统设计电气系统设计电气系统设计电气系统设计电气系统设计电气系统设计电气系统设计电气系统设计电气系统设计后桥主减速器驱动电机减速器电机控制器传动轴三相交流电高压配电箱放电电流回馈电流集成电源转向机（前桥转向系统）12V蓄电池制动总泵系统12VDC/DC快充充电座地面充电机动力电池电池管理系统整车控制器车用仪表整车CAN快充CAN12V电源12V电源12V电源电气系统设计整车控制器ACC信号ON信号钥匙开关档位盒D档R档AD油门踏板开关信号制动踏板电机控制器电池管理系统车用仪表整车CAN整车控制器设计输入1硬件需求1.1特性参数电压工作范围：9~18V功率消耗：≤50W存储环境温度:-40℃～90℃工作环境温度：-40℃～85℃工作湿度：≤90%，不结露MCU选型：汽车级32BIT保护措施：输入输出管脚具有对地、对电源开路保护和诊断，具有过压、过流、短路和反接保护功能。整车控制器设计输入1.2功能指标•实现加速踏板、刹车踏板、开关信号、CAN总线通讯。具体如下：5V电源输出2路CAN总线接口3路标准CAN2.0B、SAEJ1939IO输入12路IO输出6路ATD模拟量采集3路SCI通讯接口1路整车控制器设计输入1.3通讯功能完成与电机控制器、电池管理系统、仪表系统的CAN总线通信，波特率达到250KHz，兼容J1939标准。1.4可靠性、电磁兼容性方面满足•防护等级QC/T413-2002IP65•抗震QC/T413-2002•电磁兼容性GB/T18655-2002、GB/T17619-1998、GB/T21437.2-2008整车控制器设计输入•耐电压QC/T413-2002，具有过压、过流、短接、反接保护•盐务性24h盐务试验后，产品内部干燥、无腐蚀现象，常温正常使用•温度冲击电子控制器经10个循环（温度范围：-40~85℃）转换时间：＜10s；停留时间：-40℃时停留40min、90℃时停留20min）温度冲击试验后，能满足常温正常使用的要求•平均无故障时间6000小时整车控制器设计输入2软件需求•实现司机意图正确解析；•部署设计的控制策略；•实现基于CAN协议的调试、分析、更新软件的接口3策略需求•整车协调控制；•能耗管理与优化；•故障处理整车控制器设计输入•硬件系统是整车控制器的硬件基础，是控制策略、网络驱动、应用软件、调试标定等软件运行的载体。•开发出的动力总成控制器具有较强的运算能力，保证系统的实时性；•能够采集加速踏板、制动踏板、档位、温度、母线电压、母线电流等各种信号；•能够与电机控制器、电池管理系统、仪表系统等进行通信，能实现整车的协调控制。•针对汽车环境中存在电磁干扰强、震动频繁、温度变化大等问题，拟选择合理器件，优化电路结构，设计完备的EMC保护电路，以保证系统的可靠性，通过相关国标检测。整车CAN协议的制定基本情况•波特率：250kbps•接口要求：隔离，连接器有屏蔽线•规范：ISO11898•数据格式：Intel•CAN信息标志符：29bit•硬件要求：主控器配置终端电阻(120Ω)，终端电阻采用固定安装，通过开关设置连接方式，以便灵活配置。硬件要求隔离。整车CAN协议的制定ID编号编号结点名称SA1整车控制器(VCU)2292电机控制器(MCU)2393电池管理系统(BMS)2414车用仪表245VCU状态帧MCU发送车用仪表接收0x0c02F1E5VCU状态帧整车控制器故障状态字VCU与MCU之间的CAN协议数据格式定义数据类型比例因子范围(实际量程)偏移量字节数电压（交流为有效值）1V/bit0to600（0to600V）02BYTE电流（交流为有效值）1AV/bit0to1000（0to1000A）02BYTE转速（rpm）1rpm/bit0to15000（0to15000rpm）02BYTE转矩（N.m）0.1N.m/bit0to50000（0to5000N.m）02BYTE功率（kW）0.1kW/bit0to10000（0to1000kW）02BYTE温度（℃）1℃/bit0to250（-40℃to210℃）-401BYTEVCU与MCU之间的CAN协议VCU发送MCU接收ID0c01efe5VCU与MCU之间的CAN协议电机工作模式状态字VCU与MCU之间的CAN协议MCU发送VCU接收一0X0C01E5EFVCU与MCU之间的CAN协议MCU工作状态字VCU与MCU之间的CAN协议•MCU发送VCU接收二VCU与MCU之间的CAN协议•MCU故障字VCU与BMS之间的CAN协议VCU发送BMS接收：ID=0x0CFFF1E5VCU与BMS之间的CAN协议BMS发送一0X1821e5f1VCU与BMS之间的CAN协议VCU与BMS之间的CAN协议SysStatus(系统状态)说明•0000—PowerUP：低压上电(12或24V)•0001—Ready：BMS准备好(可以进行充放电工作)•0010—Precharging：正预充电(接收到VMS的放电命令后)•0100—Enabled：使能(BMS高压放电主回路已吸合)•0101—(高压)断开•0110—Charging：充电•0111—ErrorVCU与BMS之间的CAN协议BMS发送二VCU与BMS之间的CAN协议VCU与BMS之间的CAN协议BMS发送三VCU与BMS之间的CAN协议VCU与BMS之间的CAN协议BMS发送四VCU与BMS之间的CAN协议VCU与BMS之间的CAN协议整车CAN协议基本说明1）整个低压供电系统上电初始化正常后，VCU、MCU、BMS各自按协议格式，在整车CAN总线上周期性发送状态参数，进行各种判断和交互；整车控制器软件设计整车控制器软件设计整车控制器策略设计一上电流程1）钥匙开关打到ACC位置1.1VCU、MCU、BMS、车用仪表上电；1.2VCU自检：检测加速踏板等状态是否正常，正常后周期性发送ID=0x0c02F1E5的CAN报文给车用仪表；车用仪表上电3秒内没收到VCU状态报文，则显示车辆“ERROR”状态。1.3VCU自检正常后，等待接收BMS和MCU的状态报文；1.4VCU如果自检正常3秒后，没有收到BMS或MCU的状态报文，发送ID=0x0c02F1E5的系统故障报文，仪表显示“ERROR”状态和CAN通讯故障，同时VCU进入ERROR状态，此时车辆只能重启；1.5VCU收到到BMS、MCU的CAN状态报文，但判断BMS或MCU的状态不正常（ID=0X0C01E5EF,ID=0X1821e5f1）发送ID=0x0c02F1E5的系统故障报文，仪表显示“ERROR”状态和CAN通讯故障，同时VCU进入ERROR状态，此时车辆只能重启；1.6VCU判断BMS处于充电状态，VCU状态切换到CHARGING状态，不再响应驾驶员的任何操作，同时仪表显示基本数据。1.7VCU判断BMS系统处于READY状态,MCU处于系统正常状态，则VCU进入READY状态，等待驾驶员下一步操作，同时仪表显示READY状态。开始ACC整车控制器策略设计一上电流程2）钥匙开关打到ON位置1)VCU采集到ON开关信号有效，且状态处于“READY”状态；2)发送ID=0x0CFFF1E5的开高压ENABLE命令；3)BMS收到开高压命令后，起动开高压动作：闭合主负接触器、预充接触器，在1秒内判断余充电压达到阈值，则闭合主正接触器，在预充阶段，发送预充电状态（Precharging）的报文ID=0X1821e5f1，预充成功，发送使能（Enabled）的状态报文；如果预充失败，则发送错误（Error）的状态报文；4）VCU判断BMS预充失败，则VCU系统进入ERROR状态，不再响应驾驶员的任何操作，仪表显示系统故障；5）VCU判断BMS预充成功，则进入ENABLE状态；接着判断其他参数；开始ACCON整车控制器策略设计一上电流程2）钥匙开关打到ON位置6）VCU进入ENABLE状态后，判断档位状态是否处于空档（N）,如果不是，则仪表提示档位故障；直到档位回归空档；7）VCU判断档位处于空档后，进入DRIVE状态，进入可以正常行驶状态，同时发送MCU的ID0c01efe5:接触器闭合、转矩模式、空转；整车控制器策略设计二行驶模式1)档位切换VCU判断有档位切换的动作，判断电机转速是否为零，不是则不执行实际档位切换；否则执行档位切换动作；2）油门开度处理油门开度（0~100），基本处理方式是线性对应电机的（0~Nmax）行驶过程中，如果有电机控制器故障、电池管理系统故障则按控制策略进行整车控制器策略设计二行驶模式3）电机故障类型电机、电机控制器温度过高故障、过流、欠压、编码器故障：MCU本身做限功率控制，同时VCU取加速踏板开度50%发送目标转矩；超速故障：MCU本身做限功率控制，VCU判断转速高于某个阈值，则取加速踏板开度基础上，做线性降目标扭矩处理，达到转速最大值，目标扭矩为零；IGBT故障：MCU停止相应VCU的控制命令，同时电机停止工作。整车控制器策略设计二行驶模式4）电池故障类型对故障进行3个等级的分类一级故障：仪表声光报警，故障码提示，车辆80%功率行驶；二级故障：仪表声光报警，故障码提示，车辆50%功率行驶；三级故障：仪表声光报警，故障码提示，BMS在3秒内没有接收到VCU关高压命令，则强行切断高压输出；VCU发现BMS三级故障报警后，输出0功率命令给MCU，然后发送关高压命令给BMS;整车控制器策略设计二行驶模式5）能量回馈判断条件：车辆在D档状态踩下加速踏板或油门开度为零SOC值低于95%电机转速高于某个低阈值，如600转；发送反扭矩给电机控制器电机做能量回馈时，回馈电流不能超过电池规定阈值；整车控制器策略设计二行驶模式5）蠕行功能判断条件：油门开度为零；档位在D档；VCU发送转速模式命令，转速值对应车速为5km/h;整车控制器策略设计二行驶模式6）驻坡功能判断条件：当前电机转速为零油门开度为零电机控制器判断电机转速有加上趋势，执行驻坡功能整车控制器策略设计二行驶模式7）跛性回家判断条件：SOC15%车辆按20%功率行驶整车控制器策略设计三下电模式判断条件ON档信号无效电机转速为零VCU发送关高压命令给BMS开始ACCON整车控制器策略设计四电器系统控制模式1）散热器风扇起停控制判断条件：电机控制器温度大于45度，VCU