純電動底盤環衛?上裝動?系統優化設計與仿真驗證

摘要：針對純電動底盤上裝動?系統改裝后，底盤上?壓時報動?系統故障，且?壓上電失敗的故障問題，需要對上裝動?系統進?改進與優化設計，改進優化后的上裝動?系統不會?擾底盤?壓上電流程，底盤動?系統故障報?不復現，且經過Matlab的Simulink?具仿真后，觀察到系統啟動沖擊電流符合安全標準，有效減少底盤?壓接觸器燒結粘連的?險。

關鍵詞：純電動底盤;環衛?;上裝動?系統;預充;優化設計;仿真

中圖分類號：U469.6+91 收稿?期：2022-04-15

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2022.06.007

1 前?

與傳統燃油底盤改裝相?較，純電動底盤上的環衛?改裝最?的區別就在于負載動?源接口問題，由于不同?家底盤，甚?是同?家不同型號底盤動?電池平臺電壓都不相同，而?些輕型負載選型相對固定且?作電壓遠低于底盤VCU所開放的DC接口電壓，在整個上裝動?系統匹配時需要?種電源供應器作為底盤DC與負載連接搭建橋梁。但是在實?裝配后試運?中出現了底盤動?系統故障報警，并且底盤的?壓接觸器?法正常閉合，經過對底盤報?采集分析后發現，是由于底盤檢測到負載側電壓過低達不到主接觸器閉合條件，且負載側瞬時電流過?，存??險故障。

本?主要對上裝的動?系統優化設計展開研究，并通過仿真驗證優化設計的可靠性。

2 系統分析產品研發所選?的底盤是?款某品牌的純電動?類底盤，底盤型號是T4C。與其他T8F、T8E重載底盤相?較，該款?VCU隨開發供改裝所?的?壓DC接口，但是接口處?單獨的預充電路。當底盤主?壓接觸器閉合后，?壓DC接口就會送出直流?壓，所形成的動?系統結構如圖1所?。

由于該型底盤VCU內部?壓主正接觸器與DC接口正直連，底盤操作?壓上電時，主負接觸器閉合，底盤?壓正直接通過DC接口正送?電源供應器，根據電源供應器需要將?壓小電流轉變為低壓?電流的?作特性，故而前端的濾波電路形成了?個?耐壓的?電容，在主正接觸器閉合瞬間電源供應器輸?側近似短路，接觸器內流過很?的沖擊電流導致底盤出現動?系統故障。如圖2所?，底盤請求?壓上電（“OK”擋請求）后，圖1中的主負接觸器閉合，BMS接收到該狀態請求后，進?到預充檢測，為保證底盤?壓接觸器安全，會在預充電阻串接狀態下對出口電壓進?檢測，標定值?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器?電容的影響，導致在底盤預充檢測階段出口電壓在設計時間內始終?法到達170 V，現場反復實測底盤“OK”擋?法激活。因此，需要對上裝的動?系統部分進?優化：?先要建?上裝動?系統??的預充回路，以保證供電安全;其次要對?壓DC接口與電源供應器連接進?隔離，阻斷負載對底盤?壓上電流程的?擾。

3 上裝動?系統的優化設計根據上述分析，對動?系統回路進?優化設計，如圖3所?，截取駕駛室內?個預留開關的信號作為獨?的上裝電源信號，上裝負載需要?作時，待“OK”擋激活成功后，視需要?動激活上裝電源信號，底盤?壓上電時?壓DC接口與后端電源供應器斷開，當上裝電源信號激活后K 繼電器閉合，此時時間繼電器KT激活，其常閉點處1于初始狀態，串電阻預充回路接觸器KM1閉合，電源供應器處于預充供電狀態;KT到時后其常閉觸點斷開，常開觸點閉合，電源供應器處于正常供電狀態，該狀態下可以啟動負載。

預充回路實際上就是?個底盤?壓DC接口向上裝電源供應器輸送電能的保護裝置，底盤上?壓擋后，上裝請求?作初期通過串聯?電阻向電源供應器供電，系統處于安全回路狀態并延時保持，狀態保持過程上裝控制器會采集實時電壓、電流作為外部狀態是否安全的判斷依據，若判斷結果為正常，則在設定延時到達后切斷預充回路，同時閉合主繼電器使底盤?壓與上裝電源供應器正常連接。

對于實際項?開發所使?的T4C底盤而?，或許所預留的上裝電源硬線信號，使?硬件搭設上述的預充回路可以對底盤VCU以及上裝負載所需的電源供應器提供較好的保護，但是這也與電源供應器的容性特性、底盤配置以及上裝控制器配置有關。對于?些?噸位純電動底盤?家在出?前可能就內置了預留給上裝的?壓預充接口，但需對上裝控制系統有?定的要求，?如?少需要兩路CAN，?路掛在底盤動?CAN?上，?路實現上裝電控控制，在系統開發上還有匹配底盤提供的數據協議，以使底盤預留的預充回路能夠正常運作，保證系統安全，這對于?些小型?輛的簡易上裝控制系統來說較不經濟，也往往難以實現。

4 系統仿真為驗證優化性設計的可靠性，需對新系統電?特性進?仿真，并與原始系統仿真結果進?對照，分別查看優化設計前后回路中沖擊電流所產?的影響。Matlab是?種具有很強計算性能的且適合于數學計算、系統仿真的軟件，其?帶的Simulink?具，是?種基于本?圖形化的仿真環境，可以通過圖形化的系統模塊對動態系統描述，并對其進?求解。S i m u l i n k 庫中，有關electrical sources模塊、elements模塊、measurement模塊、以及scope模塊滿?對本次設計回路中所需的仿真結構搭建。根據設計的原動?系統回路與優化后系統回路結構特性，搭建的仿真模型包含DC Voltage Source、Series RLCBranch、Current measurement、Voltage measurement、SeriesRLC Branch1以及scope。根據設計所使?的?亞迪T4C底盤，動?系統平臺電壓為DC 290 V，如圖4所?，設定DCVoltage Source值為290 V，對于原始系統回路狀態，SeriesRLC Branch設置為純阻性，設定值為0.01 Ω，查閱電源供應器產品說明，將Series RLC Branch1設置容性，其值設定為550 μF，根據電容元件的電壓不突變性，初始電壓設定值為0 V，將?波器通道設置為雙路，運?顯?時間為0.1 s，仿真動?系統在圖1狀態下運?。EF769333-64A5-4E15-8E97-EBCE27B4D7AB

在圖4動?系統仿真模型中，阻性元件Series R L CBranch設定值為0.01 Ω時，相當于系統中?預充電阻，點擊仿真模型運?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，將結果導???作空間后看到系統啟動運?瞬間，電源供應器兩端近似“短路”所產?的瞬間電流達到2.9×104 A，在0.2 ms左右電容充滿?動?系統電壓290 V，此時電流值也即將衰減?0 A 左右。如此之?的沖擊電流勢必導致VCU內部主接觸器發熱粘連，造成主接觸器甚?是后端設備的損壞。

當將Series RLC Branch設定值為20 Ω時，系統運?開始時圖4所?的仿真模型會如圖3所?的狀態運?，如圖6所?，由于預充電阻的作?，系統運?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，此時起沖擊電流?幅衰減?0 A。這個沖擊電流對于VCU主接觸器的承載能?來說是極小的，也是安全的。

5 結語本?從實際項?開發故障問題解決出發，對設計初動?系統結構進?分析，并結合所出現的問題建?了系統的仿真模型并進?仿真運?，根據所得出的仿真結果驗證原始系統確實存在的缺陷與運??險，并對所設計的原始動?系統進?優化設計。同樣根據優化改動，在相應的仿真模型上進?調整，并再次進?仿真運?，根據新的仿真結果顯?，優化后的系統有效解決了原始系統所存在的?險問題，最后根據優化設計在實際開發樣件上進?了實施試驗，實際運?結果顯?，優化后系統啟動前，底盤能夠順利完成?壓上電，并在啟動后?壓系統穩定，啟動負載后，負載運?同樣穩定可靠。Simulink環境下的仿真，也逐漸成為了環衛?輛電?系統開發不可缺少且提?設計可靠性的研發?具。

參考?獻：

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[2] 鄧智慧.論繼電器帶容性負載有粘連—繼電器控制LUD燈具的探討[J].智能建筑，2019（8）：72-75.

[3] 王輝，魯春華，向穎，等.Matlab_Simulink在交流調壓電路教學中的應?[J].?西電?技術，2015（4）：17-18.

作者簡介：楊斌，男，1987年?，?程師，研究?向為專?汽?技術。EF769333-64A5-4E15-8E97-EBCE27B4D7AB