纯电动底盘环卫?上装动?系统优化设计与仿真验证

摘要：针对纯电动底盘上装动?系统改装后，底盘上?压时报动?系统故障，且?压上电失败的故障问题，需要对上装动?系统进?改进与优化设计，改进优化后的上装动?系统不会?扰底盘?压上电流程，底盘动?系统故障报?不复现，且经过Matlab的Simulink?具仿真后，观察到系统启动冲击电流符合安全标准，有效减少底盘?压接触器烧结粘连的?险。

关键词：纯电动底盘;环卫?;上装动?系统;预充;优化设计;仿真

中图分类号：U469.6+91 收稿?期：2022-04-15

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2022.06.007

1 前?

与传统燃油底盘改装相?较，纯电动底盘上的环卫?改装最?的区别就在于负载动?源接口问题，由于不同?家底盘，甚?是同?家不同型号底盘动?电池平台电压都不相同，而?些轻型负载选型相对固定且?作电压远低于底盘VCU所开放的DC接口电压，在整个上装动?系统匹配时需要?种电源供应器作为底盘DC与负载连接搭建桥梁。但是在实?装配后试运?中出现了底盘动?系统故障报警，并且底盘的?压接触器?法正常闭合，经过对底盘报?采集分析后发现，是由于底盘检测到负载侧电压过低达不到主接触器闭合条件，且负载侧瞬时电流过?，存??险故障。

本?主要对上装的动?系统优化设计展开研究，并通过仿真验证优化设计的可靠性。

2 系统分析产品研发所选?的底盘是?款某品牌的纯电动?类底盘，底盘型号是T4C。与其他T8F、T8E重载底盘相?较，该款?VCU随开发供改装所?的?压DC接口，但是接口处?单独的预充电路。当底盘主?压接触器闭合后，?压DC接口就会送出直流?压，所形成的动?系统结构如图1所?。

由于该型底盘VCU内部?压主正接触器与DC接口正直连，底盘操作?压上电时，主负接触器闭合，底盘?压正直接通过DC接口正送?电源供应器，根据电源供应器需要将?压小电流转变为低压?电流的?作特性，故而前端的滤波电路形成了?个?耐压的?电容，在主正接触器闭合瞬间电源供应器输?侧近似短路，接触器内流过很?的冲击电流导致底盘出现动?系统故障。如图2所?，底盘请求?压上电（“OK”挡请求）后，图1中的主负接触器闭合，BMS接收到该状态请求后，进?到预充检测，为保证底盘?压接触器安全，会在预充电阻串接状态下对出口电压进?检测，标定值?般为不小于170 V即可闭合主正接触器。

但是由于上述电源供应器?电容的影响，导致在底盘预充检测阶段出口电压在设计时间内始终?法到达170 V，现场反复实测底盘“OK”挡?法激活。因此，需要对上装的动?系统部分进?优化：?先要建?上装动?系统??的预充回路，以保证供电安全;其次要对?压DC接口与电源供应器连接进?隔离，阻断负载对底盘?压上电流程的?扰。

3 上装动?系统的优化设计根据上述分析，对动?系统回路进?优化设计，如图3所?，截取驾驶室内?个预留开关的信号作为独?的上装电源信号，上装负载需要?作时，待“OK”挡激活成功后，视需要?动激活上装电源信号，底盘?压上电时?压DC接口与后端电源供应器断开，当上装电源信号激活后K 继电器闭合，此时时间继电器KT激活，其常闭点处1于初始状态，串电阻预充回路接触器KM1闭合，电源供应器处于预充供电状态;KT到时后其常闭触点断开，常开触点闭合，电源供应器处于正常供电状态，该状态下可以启动负载。

预充回路实际上就是?个底盘?压DC接口向上装电源供应器输送电能的保护装置，底盘上?压挡后，上装请求?作初期通过串联?电阻向电源供应器供电，系统处于安全回路状态并延时保持，状态保持过程上装控制器会采集实时电压、电流作为外部状态是否安全的判断依据，若判断结果为正常，则在设定延时到达后切断预充回路，同时闭合主继电器使底盘?压与上装电源供应器正常连接。

对于实际项?开发所使?的T4C底盘而?，或许所预留的上装电源硬线信号，使?硬件搭设上述的预充回路可以對底盘VCU以及上装负载所需的电源供应器提供较好的保护，但是这也与电源供应器的容性特性、底盘配置以及上装控制器配置有关。对于?些?吨位纯电动底盘?家在出?前可能就内置了预留给上装的?压预充接口，但需对上装控制系统有?定的要求，?如?少需要两路CAN，?路挂在底盘动?CAN?上，?路实现上装电控控制，在系统开发上还有匹配底盘提供的数据协议，以使底盘预留的预充回路能够正常运作，保证系统安全，这对于?些小型?辆的简易上装控制系统来说较不经济，也往往难以实现。

4 系统仿真为验证优化性设计的可靠性，需对新系统电?特性进?仿真，并与原始系统仿真结果进?对照，分别查看优化设计前后回路中冲击电流所产?的影响。Matlab是?种具有很强计算性能的且适合于数学计算、系统仿真的软件，其?带的Simulink?具，是?种基于本?图形化的仿真环境，可以通过图形化的系统模块对动态系统描述，并对其进?求解。S i m u l i n k 库中，有关electrical sources模块、elements模块、measurement模块、以及scope模块满?对本次设计回路中所需的仿真结构搭建。根据设计的原动?系统回路与优化后系统回路结构特性，搭建的仿真模型包含DC Voltage Source、Series RLCBranch、Current measurement、Voltage measurement、SeriesRLC Branch1以及scope。根据设计所使?的?亚迪T4C底盘，动?系统平台电压为DC 290 V，如图4所?，设定DCVoltage Source值为290 V，对于原始系统回路状态，SeriesRLC Branch设置为纯阻性，设定值为0.01 Ω，查阅电源供应器产品说明，将Series RLC Branch1设置容性，其值设定为550 μF，根据电容元件的电压不突变性，初始电压设定值为0 V，将?波器通道设置为双路，运?显?时间为0.1 s，仿真动?系统在图1状态下运?。EF769333-64A5-4E15-8E97-EBCE27B4D7AB

在图4动?系统仿真模型中，阻性元件Series R L CBranch设定值为0.01 Ω时，相当于系统中?预充电阻，点击仿真模型运?后，双击“scope”得到如图5所?的波形。上半幅显?为电流变化波形，下半幅显?为电压变化波形，将结果导???作空间后看到系统启动运?瞬间，电源供应器两端近似“短路”所产?的瞬间电流达到2.9×104 A，在0.2 ms左右电容充满?动?系统电压290 V，此时电流值也即将衰减?0 A 左右。如此之?的冲击电流势必导致VCU内部主接触器发热粘连，造成主接触器甚?是后端设备的损坏。

当将Series RLC Branch设定值为20 Ω时，系统运?开始时图4所?的仿真模型会如图3所?的状态运?，如图6所?，由于预充电阻的作?，系统运?瞬间的冲击电流仅有14 A，在0.04 s左右电容完成充电?290 V，此时起冲击电流?幅衰减?0 A。这个冲击电流对于VCU主接触器的承载能?来说是极小的，也是安全的。

5 结语本?从实际项?开发故障问题解决出发，对设计初动?系统结构进?分析，并结合所出现的问题建?了系统的仿真模型并进?仿真运?，根据所得出的仿真结果验证原始系统确实存在的缺陷与运??险，并对所设计的原始动?系统进?优化设计。同样根据优化改动，在相应的仿真模型上进?调整，并再次进?仿真运?，根据新的仿真结果显?，优化后的系统有效解决了原始系统所存在的?险问题，最后根据优化设计在实际开发样件上进?了实施试验，实际运?结果显?，优化后系统启动前，底盘能够顺利完成?压上电，并在启动后?压系统稳定，启动负载后，负载运?同样稳定可靠。Simulink环境下的仿真，也逐渐成为了环卫?辆电?系统开发不可缺少且提?设计可靠性的研发?具。

参考?献：

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[2] 邓智慧.论继电器带容性负载有粘连—继电器控制LUD灯具的探讨[J].智能建筑，2019（8）：72-75.

[3] 王輝，鲁春华，向颖，等.Matlab_Simulink在交流调压电路教学中的应?[J].?西电?技术，2015（4）：17-18.

作者简介：杨斌，男，1987年?，?程师，研究?向为专?汽?技术。EF769333-64A5-4E15-8E97-EBCE27B4D7AB