摘要：隨著藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)的打響，純電動(dòng)環(huán)衛(wèi)車輛需求逐步增加。介紹了一種純電動(dòng)洗掃車電氣控制系統(tǒng)，采用CAN總線分布式控制技術(shù)，模塊化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了純電動(dòng)洗掃車上裝與底盤之間的上下高壓控制及上裝作業(yè)模式控制，同時(shí)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了環(huán)衛(wèi)車輛云端監(jiān)控與管理。

關(guān)鍵詞：純電動(dòng)洗掃車;CAN總線;模塊化;云平臺(tái)

中圖分類號(hào)：U469*91 收稿日期：2022—02—10

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2022.05.015

1 純電動(dòng)洗掃車系統(tǒng)組成基本介紹

近年來(lái)，隨著環(huán)衛(wèi)機(jī)械化程度的不斷提高和環(huán)衛(wèi)車數(shù)量的不斷增加，傳統(tǒng)的車輛管理模式已經(jīng)不能適應(yīng)新形勢(shì)下的環(huán)衛(wèi)車大規(guī)模、大區(qū)域、多車種聯(lián)合作業(yè)的特點(diǎn)，對(duì)環(huán)衛(wèi)車輛的系統(tǒng)調(diào)度、遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程管理逐漸成為一種發(fā)展趨勢(shì)。本系統(tǒng)通過(guò)加裝車載遠(yuǎn)程監(jiān)控終端，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了純電動(dòng)洗掃車的云平臺(tái)管理。

純電動(dòng)洗掃車主要包括純電動(dòng)底盤、上裝動(dòng)力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)、水路系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)。其中底盤提供行走動(dòng)力及高壓配電管理，風(fēng)機(jī)、水泵、油泵分別由電機(jī)提供動(dòng)力。上裝電氣控制系統(tǒng)為整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，電氣系統(tǒng)與底盤電池管理系統(tǒng)進(jìn)行通信，從底盤預(yù)留上裝接口取電，同時(shí)上裝控制器與上裝三合一電機(jī)控制器進(jìn)行通訊，分別控制風(fēng)機(jī)、水泵、油泵三個(gè)電機(jī)，進(jìn)而控制環(huán)衛(wèi)車清掃系統(tǒng)、水路系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)的正常工作。

2 純電動(dòng)洗掃車電氣控制系統(tǒng)硬件組成

純電動(dòng)洗掃車電氣系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)分為高壓動(dòng)力部分和低壓控制部分，高壓控制部分主要由底盤高壓配電盒、高壓電纜、上裝多合一電機(jī)控制器、風(fēng)機(jī)電機(jī)、水泵電機(jī)以及油泵電機(jī)組成。洗掃車底盤高壓配電盒已經(jīng)預(yù)留上裝取電接口，多合一電機(jī)控制器通過(guò)底盤取電，經(jīng)過(guò)預(yù)充電管理模塊后給電機(jī)供電。風(fēng)機(jī)電機(jī)功率50 kW、水泵電機(jī)功率35kW、油泵電機(jī)5kW，根據(jù)不同工況，上裝總功率合計(jì)不超過(guò)80kW，底盤電壓為直流590 V，通過(guò)計(jì)算再結(jié)合底盤高壓配電盒接插件型號(hào)，上裝三合一控制器選用50平方的EV電纜，風(fēng)機(jī)電機(jī)選用35平方電纜，水泵電機(jī)選用25平方電纜，油泵電機(jī)選用3x2.5平方電纜。高壓部分硬件電路如圖1所示。

低壓控制部分從底盤蓄電池低壓配電盒預(yù)留的保險(xiǎn)取電，經(jīng)過(guò)上裝保險(xiǎn)繼電器盒分配五路低壓24 V電源，分別給上裝車載終端、上裝作業(yè)照明燈警示燈、洗掃降塵水泵、上裝顯示屏控制器、上裝IO模塊供電，此5路電源根據(jù)負(fù)載大小匹配不同的保險(xiǎn)，做到通訊、控制、報(bào)警、作業(yè)監(jiān)控等功能在出現(xiàn)故障時(shí)互不干擾，局部故障不會(huì)影響整個(gè)電氣控制系統(tǒng)，保證上裝控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

純電動(dòng)洗掃車電氣系統(tǒng)主要包括車載控制器及顯示屏、IO模塊、車載終端、風(fēng)機(jī)電機(jī)控制器、水泵電機(jī)控制器、油泵電機(jī)控制器及維修調(diào)試操作盒組成。整體方案采用分布式CAN總線控制方式，控制器為整套系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)與底盤、上裝動(dòng)力及低壓控制部分進(jìn)行CAN通訊及輸入輸出采集。同時(shí)與車載終端通訊，將車輛實(shí)時(shí)狀態(tài)發(fā)送給GPS車載終端，車載終端將車輛的實(shí)時(shí)作業(yè)狀態(tài)及工作參數(shù)回傳到服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控環(huán)衛(wèi)車作業(yè)情況，控制系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖2所示。

車載控制器總共由三路CAN總線通訊接口，CAN總線波特率為250K，為保證通訊質(zhì)量穩(wěn)定可靠，對(duì)上裝通訊系統(tǒng)進(jìn)行合理分配：CAN1負(fù)責(zé)和上裝電機(jī)控制器及上裝IO模塊進(jìn)行通訊，保證洗掃作業(yè)功能穩(wěn)定可靠;CAN2負(fù)責(zé)和純電動(dòng)底盤通訊，保證上裝和底盤高壓上電及下電功能穩(wěn)定可靠;CAN3負(fù)責(zé)與環(huán)衛(wèi)平臺(tái)車載終端通訊，將洗掃車實(shí)時(shí)作業(yè)狀態(tài)發(fā)送給車載終端，上傳至環(huán)衛(wèi)平臺(tái)。三路CAN總線互不干擾，負(fù)載率全部在30%以下，保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

3 純電動(dòng)洗掃車電氣控制系統(tǒng)軟件主要功能

本系統(tǒng)選用的車載控制器以CODESYS V3.5為編程平臺(tái)，通用性強(qiáng)，可以采用多種編程語(yǔ)言編程，本程序采用ST語(yǔ)言進(jìn)行編程。純電動(dòng)洗掃車電氣系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要功能包括：上裝高壓取電控制、作業(yè)模式選擇、作業(yè)流程控制、車輛狀態(tài)監(jiān)控及遠(yuǎn)程傳輸功能。

3.1上裝高壓取電控制流程

純電動(dòng)環(huán)衛(wèi)車底盤通常會(huì)預(yù)留上裝高壓取電接插件，上裝通過(guò)底盤高壓配電盒預(yù)留接插件，將底盤直流高壓接插件連接至上裝風(fēng)機(jī)、水泵、油泵三合一電機(jī)控制器。底盤高壓上電后，上裝控制器上電，當(dāng)上裝控制器檢測(cè)到底盤高壓上電正常后，與上裝三合一控制器進(jìn)行通訊，向電機(jī)控制器發(fā)送高壓上電指令，三合一控制器開始進(jìn)行預(yù)充流程，吸合上裝預(yù)充接觸器，當(dāng)上裝電壓達(dá)到要求以后，閉合主接觸器同時(shí)斷開預(yù)充接觸器，上裝上高壓完成2。當(dāng)?shù)妆P高壓異?；蛘叩妆P鑰匙開關(guān)關(guān)閉發(fā)出退電信號(hào)以后，上裝控制器與電機(jī)控制器通訊，電機(jī)控制器執(zhí)行下高壓控制。上裝高壓上電流程如圖3所示。

3.2作業(yè)模式選擇控制流程

純電動(dòng)洗掃車包括干掃和洗掃兩種作業(yè)模式，每種作業(yè)模式根據(jù)掃盤及吸盤自由組合作業(yè)，總共分為全洗掃、左洗掃、右洗掃、全清洗、左清洗、右清洗、全干掃、左干掃、右干掃及單獨(dú)吸塵作業(yè)10種作業(yè)模式。本系統(tǒng)采用CAN總線觸摸屏設(shè)計(jì)，按下主界面模式觸摸按鍵，顯示屏自動(dòng)翻頁(yè)到模式選擇界面，選擇對(duì)應(yīng)的模式，按下確認(rèn)按鍵，控制器自動(dòng)根據(jù)選擇的模式切換掃盤、吸盤等作業(yè)機(jī)構(gòu)，同時(shí)控制器會(huì)記憶當(dāng)前作業(yè)模式，斷電重新上電后自動(dòng)進(jìn)入上次選擇的模式，方便環(huán)衛(wèi)作業(yè)人員操作，作業(yè)模式選擇如圖4、圖5所示。

3.3作業(yè)流程控制

作業(yè)模式選擇完成后，控制器根據(jù)選擇的作業(yè)模式，監(jiān)測(cè)清水箱是否缺水，水路閥門是否打開，是否需要啟動(dòng)風(fēng)機(jī)、水泵、油泵電機(jī)。同時(shí)監(jiān)測(cè)底盤高壓狀態(tài)及上裝電機(jī)狀態(tài)，如果系統(tǒng)正常，則進(jìn)行下一步作業(yè)流程。如果異常，則發(fā)送報(bào)警指令給語(yǔ)音報(bào)警模塊，語(yǔ)音報(bào)警模塊根據(jù)預(yù)制的系統(tǒng)語(yǔ)音報(bào)警，提醒作業(yè)人員系統(tǒng)異常。

作業(yè)啟動(dòng)后，根據(jù)選擇的作業(yè)模式，啟動(dòng)油泵電機(jī)控制器，油泵電機(jī)帶動(dòng)油泵，同時(shí)IO模塊控制液壓系統(tǒng)及氣路系統(tǒng)的液壓閥和氣閥得電，依次放下掃盤、吸嘴、擺出高壓水路噴桿等作業(yè)機(jī)構(gòu)，風(fēng)機(jī)電機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，水泵電機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)高壓水泵，根據(jù)不同路面設(shè)置不同的作業(yè)轉(zhuǎn)速，開始掃路作業(yè)。當(dāng)按下作業(yè)停止按鍵或作業(yè)過(guò)程中監(jiān)測(cè)到系統(tǒng)異常時(shí)，控制器發(fā)送停機(jī)指令I(lǐng)O模塊接收到停止作業(yè)指令時(shí)，反順序依次收起各作業(yè)機(jī)構(gòu)，停止作業(yè)，作業(yè)控制流程圖如圖6所示。

3.4車輛狀態(tài)監(jiān)控及遠(yuǎn)程傳輸功能

車輛狀態(tài)監(jiān)測(cè)主要包括通訊狀態(tài)、IO輸入狀態(tài)、輸出狀態(tài)、電機(jī)狀態(tài)、底盤狀態(tài)的監(jiān)控。電氣控制系統(tǒng)與底盤、IO模塊、電機(jī)控制器分別制定對(duì)應(yīng)功能的通訊協(xié)議，并且對(duì)CAN通訊進(jìn)行心跳監(jiān)測(cè)，當(dāng)某個(gè)模塊心跳信號(hào)保持不變時(shí)，系統(tǒng)判斷為模塊掉線，在顯示屏通訊狀態(tài)監(jiān)控界面進(jìn)行圖形及文字提示。在顯示屏系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控界面，分別顯示輸入、輸出、電機(jī)、底盤的實(shí)時(shí)狀態(tài)，操作者可以非常方便地了解車輛的工作狀態(tài)。同時(shí)車載控制器和智能終端進(jìn)行CAN通訊，將車輛的所有工作狀態(tài)以CAN報(bào)文形式發(fā)給車載終端，車載終端通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)傳輸發(fā)送給環(huán)衛(wèi)平臺(tái)，環(huán)衛(wèi)平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)車輛狀態(tài)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)可以統(tǒng)計(jì)及分析車輛數(shù)據(jù)，方便故障排除，提高售后服務(wù)效率。

4 智慧環(huán)衛(wèi)云平臺(tái)功能

純電動(dòng)洗掃車智能終端通過(guò)GPS及北斗定位系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車輛位置，平臺(tái)服務(wù)器根據(jù)車輛設(shè)備軌跡點(diǎn)實(shí)現(xiàn)車輛軌跡回放功能。另外，車載終端通過(guò)CAN總線與環(huán)衛(wèi)設(shè)備控制器通訊，將車輛的實(shí)時(shí)作業(yè)狀態(tài)及工作參數(shù)回傳到服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控環(huán)衛(wèi)車作業(yè)情況。

環(huán)衛(wèi)云平臺(tái)的主要功能包括：

a.車輛實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管理：通過(guò)安裝車載終端實(shí)現(xiàn)掃路車作業(yè)車輛的實(shí)時(shí)位置與作業(yè)狀態(tài)的在線查看與追蹤。具體包括實(shí)時(shí)位置、地址、速度、方向、行駛路線、點(diǎn)火狀況等信息，同步實(shí)時(shí)預(yù)警車輛違規(guī)行為。

b.車輛軌跡回放：系統(tǒng)通過(guò)保存車輛所有的實(shí)時(shí)位置數(shù)據(jù)，生成車輛軌跡記錄。選擇對(duì)應(yīng)的車牌號(hào)、時(shí)間，可以檢索到車輛的軌跡記錄，實(shí)現(xiàn)在線回放行程軌跡記錄。

c.車輛信息管理：主要包括車輛列表、車輛信息維護(hù)與狀態(tài)監(jiān)控、司機(jī)信息管理等。環(huán)衛(wèi)平臺(tái)運(yùn)用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)環(huán)衛(wèi)車輛基本信息的管理，包括車牌號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)號(hào)、作業(yè)類型、所屬作業(yè)隊(duì)伍、所屬部門、服務(wù)區(qū)域、品牌型號(hào)、載質(zhì)量、開始使用時(shí)間、使用年限等，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)衛(wèi)作業(yè)設(shè)備信息化管理。

d.環(huán)衛(wèi)任務(wù)調(diào)度管理：管理人員可以規(guī)劃環(huán)衛(wèi)任務(wù)路線，指派車輛進(jìn)行規(guī)劃路徑任務(wù)作業(yè)，同時(shí)可以在軌跡回放時(shí)比較路徑是否出現(xiàn)偏離，提升環(huán)衛(wèi)作業(yè)質(zhì)量。

e.車輛報(bào)警管理：報(bào)警信息管理可查看車輛報(bào)警記錄，在線查看車輛故障狀態(tài)，查詢報(bào)警時(shí)間地點(diǎn)。環(huán)衛(wèi)平臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車輛作業(yè)狀態(tài)，根據(jù)預(yù)先設(shè)置的報(bào)警條件，可以實(shí)時(shí)判斷車輛各部件的工作情況，當(dāng)車輛發(fā)生故障報(bào)警時(shí)，實(shí)時(shí)提醒管理人員和車輛司機(jī)，為車輛正常作業(yè)保駕護(hù)航。

f.統(tǒng)計(jì)報(bào)表管理：主要包括車輛數(shù)量統(tǒng)計(jì)、車輛運(yùn)行狀況統(tǒng)計(jì)、車輛型號(hào)統(tǒng)計(jì)、油耗里程統(tǒng)計(jì)、停車時(shí)長(zhǎng)統(tǒng)計(jì)等。匯總統(tǒng)一管理模塊通過(guò)一定的查詢條件，形成統(tǒng)計(jì)報(bào)表。如查詢某一區(qū)域所有車輛數(shù)量分布、某一區(qū)域除雪車數(shù)量等，支持導(dǎo)出打印。環(huán)衛(wèi)運(yùn)營(yíng)管理部門通過(guò)分析統(tǒng)計(jì)報(bào)表，合理優(yōu)化環(huán)衛(wèi)作業(yè)設(shè)備，提升環(huán)衛(wèi)作業(yè)質(zhì)量。

5 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)采用CAN總線全觸摸加實(shí)體按鍵顯示屏為控制核心，基于分布式模塊化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了純電動(dòng)洗掃車上裝電氣控制功能及云平臺(tái)遠(yuǎn)程管理功能。較其他控制模式，本系統(tǒng)有以下優(yōu)點(diǎn)：

a.采用分布式CAN總線拓?fù)湓O(shè)計(jì)，模塊化設(shè)計(jì)，整車線束簡(jiǎn)單可靠，同時(shí)模塊化設(shè)計(jì)方便在后期加裝其他功能進(jìn)行擴(kuò)展，通用性強(qiáng)。

b.采用全觸摸加實(shí)體按鍵顯示屏設(shè)計(jì)，界面美觀，操作簡(jiǎn)便，一鍵作業(yè)模式選擇及啟停控制，人機(jī)交互方便。

c.利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了車輛狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)控與云平臺(tái)管理，為智慧環(huán)衛(wèi)提供接口，實(shí)現(xiàn)車輛集管控功能。

根據(jù)國(guó)家“十四五”發(fā)展規(guī)劃，公共領(lǐng)域會(huì)逐步推廣新能源車型。環(huán)衛(wèi)車作公共領(lǐng)域車輛的重要組成部分首當(dāng)其沖。純電動(dòng)環(huán)衛(wèi)車電氣系統(tǒng)作為上裝控制核心，其可靠性及易用性必然會(huì)影響環(huán)衛(wèi)車整車品質(zhì)。基于CAN總線的純電動(dòng)環(huán)衛(wèi)車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)布局合理，CAN總線是現(xiàn)場(chǎng)總線的一種，因其在數(shù)據(jù)通信方面有著較高的可靠性和實(shí)時(shí)性，在汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用3。

在物聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展的今天，基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字化智慧環(huán)衛(wèi)運(yùn)營(yíng)PPP模式已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。智慧環(huán)衛(wèi)云平臺(tái)是數(shù)字環(huán)衛(wèi)系統(tǒng)的延伸和發(fā)展，本系統(tǒng)通過(guò)與車載終端聯(lián)合通訊，實(shí)現(xiàn)了環(huán)衛(wèi)云技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)整合，實(shí)現(xiàn)了環(huán)衛(wèi)車的智慧集中遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理，必然會(huì)成為未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王淑寶，曹曼.我國(guó)智慧環(huán)衛(wèi)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)[J].建設(shè)科技，2016（21）：26-28.

[2]姚子欣.電動(dòng)汽車預(yù)充電保護(hù)設(shè)計(jì)[J].科技與創(chuàng)新，2021（19）：81—82.

[3]郭之梁.電動(dòng)汽車CAN總線網(wǎng)絡(luò)調(diào)度策略的研究[D].沈陽(yáng)：遼寧大學(xué)，2017.

作者簡(jiǎn)介：

陳凱，男，1987年生，工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)衛(wèi)車上裝電氣系統(tǒng)及煤礦掘進(jìn)設(shè)備智能化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)。