礦用電動(dòng)自卸車甲醇增程器第4部分：控制系統(tǒng)

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礦用電動(dòng)自卸車甲醇增程器第4部分：控制系統(tǒng)

1范圍

本文件規(guī)定了礦用電動(dòng)自卸車甲醇增程器的控制系統(tǒng)。

本文件適用于礦用電動(dòng)自卸車甲醇增程器。

其它使用甲醇增程器的電動(dòng)移動(dòng)機(jī)械、醇?xì)鋭?dòng)力裝置可參照本文件執(zhí)行。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中,注日期的引用文件,

僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文

件。

GB/T2423.3環(huán)境試驗(yàn)第2部分：試驗(yàn)方法試驗(yàn)Cab：恒定濕熱試驗(yàn)

GB/T2423.10環(huán)境試驗(yàn)第2部分：試驗(yàn)方法試驗(yàn)Fc：振動(dòng)(正弦)

GB/T4942旋轉(zhuǎn)電機(jī)整體結(jié)構(gòu)的防護(hù)等級(jí)（IP代碼）分級(jí)

GB14023車輛、船和內(nèi)燃機(jī)無(wú)線電騷擾特性用于保護(hù)車外接收機(jī)的限值和測(cè)量方法

GB/T17619機(jī)動(dòng)車電子電器組件的電磁輻射抗擾性限值和測(cè)量方法

GB/T17626電磁兼容試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù)電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗(yàn)

GB/T21437道路車輛電氣電子部件對(duì)傳導(dǎo)和耦合引起的電騷擾試驗(yàn)方法

GB/T33014道路車輛電氣電子部件對(duì)窄帶輻射電磁能的抗擾性試驗(yàn)方法

ISO11898-2道路車輛控制器局域網(wǎng)絡(luò)第2部分:高速媒體訪問(wèn)單元（Roadvehicles—

Controllerareanetwork（CAN）—Part2：High-speedmediumaccessunit）

ISO14229道路車輛-統(tǒng)一診斷設(shè)備(UDS)（Roadvehicles—Unifieddiagnosticservices

(UDS)）

SAEJ1939功能安全通信協(xié)議(FunctionalSafetyCommunicationsProtocol)

3術(shù)語(yǔ)和定義

3.1

甲醇增程器發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元enginecontrolunit（ECU）formethanolrange-extender

根據(jù)甲醇增程器的不同工況，向發(fā)動(dòng)機(jī)提供最佳空燃比的混合氣和最佳點(diǎn)火時(shí)刻，使發(fā)動(dòng)機(jī)始終處

于最佳工作狀態(tài)的電子控制單元。

3.2

甲醇增程器發(fā)電機(jī)控制單元generatorcontrolunit(GCU)formethanolrange-extender

用于啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)、將發(fā)動(dòng)機(jī)能量轉(zhuǎn)換為電能，對(duì)動(dòng)力電池充電及給驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供能量的電子控制單

元。

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3.3

整車控制單元vehiclecontrolunit(VCU)

監(jiān)測(cè)車輛狀態(tài)（車速、主要部件溫度等）信息，向動(dòng)力系統(tǒng)、儲(chǔ)能模塊發(fā)送車輛的運(yùn)行狀態(tài)控制指

令，控制車載附件電力系統(tǒng)的工作模式，實(shí)現(xiàn)整車控制決策的核心電子控制單元。

3.4

甲醇增程器控制單元methanolrange-extendercontrolunit(RCU)

接收VCU通過(guò)整車CAN發(fā)送啟動(dòng)、停止以及發(fā)電功率等指令并解析和轉(zhuǎn)發(fā)到ECU和GCU，滿足VCU實(shí)時(shí)

需求的電子控制單元。

4甲醇增程器控制系統(tǒng)

RCU、ECU和GCU三個(gè)控制單元組成內(nèi)部CAN網(wǎng)絡(luò)。內(nèi)部CAN網(wǎng)絡(luò)通過(guò)RCU與VCU通訊。VCU根據(jù)實(shí)時(shí)工況，

通過(guò)整車CAN發(fā)送啟動(dòng)、停止以及發(fā)電功率等指令給BMS、MCU和RCU。RCU不工作時(shí)，由BMS與MCU滿足VCU

的需求；RCU工作時(shí)，RCU轉(zhuǎn)發(fā)啟停指令到內(nèi)部CAN網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)增程器系統(tǒng)的啟?？刂乒δ?。另外，RCU

解析VCU的功率指令，計(jì)算效率最優(yōu)的需求轉(zhuǎn)速和需求扭矩，發(fā)送到內(nèi)部CAN網(wǎng)絡(luò)；ECU根據(jù)接收到的指

令控制發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行到目標(biāo)扭矩或轉(zhuǎn)速；GCU解析CAN幀，控制ISG電機(jī)為發(fā)動(dòng)機(jī)提供需求轉(zhuǎn)速或扭矩，以

此滿足VCU對(duì)發(fā)電功率的需求。

整車CAN網(wǎng)絡(luò)RCU只和VCU進(jìn)行通訊。RCU周期性發(fā)送RCU的工作狀態(tài)幀給VCU，包括增程器工況(啟動(dòng)、

停機(jī)、怠速和發(fā)電)，故障等級(jí)，主動(dòng)放電反饋，實(shí)際功率反饋，當(dāng)前允許最大功率，低壓反饋和自檢

狀態(tài)。同時(shí)，RCU會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)ECU和GCU的狀態(tài)信息給VCU，包括電機(jī)母線電壓，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等信息。VCU則給

RCU周期性地發(fā)送啟停控制，發(fā)電功率需求和整車故障等級(jí)等信息。

啟動(dòng)增程器前，VCU需要判斷RCU的故障等級(jí)。故障等級(jí)為0時(shí)，可以發(fā)送啟動(dòng)命令給RCU通過(guò)使能RCU

啟?？刂莆唬梢詫?shí)現(xiàn)增程器的啟動(dòng)。

增程器處于工作工況時(shí)，VCU根據(jù)RCU當(dāng)前允許的最大功率和當(dāng)前的功率需求，向RCU發(fā)送需求功率，

同時(shí)RCU也會(huì)向VCU反饋實(shí)時(shí)功率。

5性能要求

5.1車輛行駛數(shù)據(jù)管理

甲醇增程自卸車的動(dòng)力單元必須按照駕駛員意圖輸出驅(qū)動(dòng)或制動(dòng)扭矩。駕駛員主要通過(guò)加速踏板和

制動(dòng)踏板控制車輛啟動(dòng)、加速、減速和制動(dòng)等?？刂葡到y(tǒng)必須根據(jù)踏板信號(hào)決定電機(jī)的扭矩輸出。

5.2整車信息管理

整車信息管理通過(guò)整車網(wǎng)絡(luò)管理實(shí)現(xiàn)。整車網(wǎng)絡(luò)應(yīng)滿足ISO11898-2、CAN2.0A和CAN2.0B規(guī)范、

SAEJ1939等標(biāo)準(zhǔn)。

5.3整車能量管理

整車能量管理需對(duì)電機(jī)動(dòng)力部件、空調(diào)等電動(dòng)附件的耗能進(jìn)行管理，并對(duì)相應(yīng)的電池組進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)

控。

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5.4車輛檢測(cè)和管理

車輛運(yùn)行過(guò)程中，需要檢測(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、增程器和空調(diào)等部件的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，并通過(guò)LCD顯示，進(jìn)

而提供給駕駛員進(jìn)行判斷。整車控制單元應(yīng)對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行處理，并通過(guò)通訊接口在LCD顯示。

5.5故障診斷與處理

控制單元要能對(duì)甲醇增程器的故障進(jìn)行分析處理，保障增程器的正常工作。在檢測(cè)到本單元自身故

障或接收到VCU反饋的其它整車故障時(shí)，需保證車輛在足夠安全的條件下，給出增程器可使用工作范圍，

以滿足故障狀態(tài)下車輛的應(yīng)急行駛需要。

6技術(shù)要求

6.1信號(hào)采集要求快速、準(zhǔn)確。車輛在行駛過(guò)程中，必須準(zhǔn)確及時(shí)地測(cè)量出相關(guān)信號(hào)。

6.2控制單元處理數(shù)據(jù)和運(yùn)算的速度要快。要求甲醇增程器控制單元要盡可能提高運(yùn)算速度，節(jié)省運(yùn)

算時(shí)間。

6.3控制精度要高，確保甲醇增程器滿足高精度、高速度、控制靈活、穩(wěn)定可靠的要求。

7硬件

7.1硬件組成

7.1.1增程器控制單元RCU

礦用電動(dòng)自卸車甲醇?jí)埑唐靼l(fā)電機(jī)控制單元RCU硬件組成應(yīng)滿足圖1要求。

圖1增程器控制單元RCU硬件原理圖

7.1.2發(fā)電機(jī)控制單元GCU

礦用電動(dòng)自卸車甲醇?jí)埑唐鞯陌l(fā)電機(jī)控制單元GCU的硬件組成應(yīng)滿足圖2要求。

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圖2發(fā)電機(jī)控制單元GCU硬件原理圖

7.1.3發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元ECU

礦用電動(dòng)自卸車甲醇?jí)埑唐鞯陌l(fā)動(dòng)機(jī)控制單元ECU硬件組成應(yīng)滿足圖3要求。

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圖3發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元ECU硬件原理圖

7.2硬件開(kāi)發(fā)測(cè)試流程

電子控制單元按流程進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)證測(cè)試。電子控制單元硬件電路需求確定后，進(jìn)行模擬電路原理

圖設(shè)計(jì)，然后PCB設(shè)計(jì)，樣片制版后，進(jìn)行功能調(diào)試、型式試驗(yàn)、電磁兼容性測(cè)試以及集成測(cè)試，進(jìn)而

開(kāi)展小批市場(chǎng)驗(yàn)證。對(duì)于測(cè)試中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，再對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)或更改，直到最后測(cè)試合格。PCB板尺

寸確定后進(jìn)行外殼設(shè)計(jì)，測(cè)試完成后整理輸出原理圖文檔、加工文件、BOM表、電路測(cè)試報(bào)告、調(diào)試手

冊(cè)和硬件測(cè)試文檔等。

7.3電子控制單元型式測(cè)試內(nèi)容

結(jié)合使用環(huán)境，確定包括機(jī)械性能試驗(yàn)、環(huán)境試驗(yàn)、電性能試驗(yàn)和EMC試驗(yàn)的主要測(cè)試包括表1所示

內(nèi)容。

7.4其它性能

7.4.1耐久性

耐久性即產(chǎn)品使用的無(wú)故障性或使用壽命長(zhǎng)，滿足整車使用壽命要求。

7.4.2可維修性

可維修性是指當(dāng)產(chǎn)品發(fā)生故障后，可通過(guò)診斷工具讀取故障碼，給出診斷建議，能夠快速且方便地

通過(guò)維護(hù)或維修排除故障。產(chǎn)品的可維修性與產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)有很大的關(guān)系。

7.4.3設(shè)計(jì)可靠性

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這是決定產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵，由于人機(jī)系統(tǒng)的復(fù)雜性，以及人在操作中可能存在的差錯(cuò)和操作使用環(huán)

境因素的影響，發(fā)生錯(cuò)誤的可能性依然存在，所以設(shè)計(jì)時(shí)必須充分考慮產(chǎn)品的易使用性和易操作性，并

確保其可靠性。

表1型式測(cè)試內(nèi)容

序號(hào)試驗(yàn)項(xiàng)目類別

1低溫運(yùn)行環(huán)境

2高溫運(yùn)行環(huán)境

3防水防塵環(huán)境

4耐溫度快速變化環(huán)境

5耐溫濕度組合循環(huán)變化環(huán)境

6低溫儲(chǔ)存環(huán)境

7高溫儲(chǔ)存環(huán)境

8耐甲醇環(huán)境

9耐工業(yè)溶劑環(huán)境

10振動(dòng)試驗(yàn)機(jī)械性能

11自由跌落機(jī)械性能

12輻射發(fā)射EMC

13傳導(dǎo)發(fā)射EMC

14輻射抗擾度EMC

15瞬態(tài)抗擾EMC

16過(guò)電壓電性能

17靜電放電電性能

18電壓驟降復(fù)位性能電性能

19氣動(dòng)特性電性能

20反向電壓電性能

8基礎(chǔ)軟件

8.1開(kāi)發(fā)流程

礦用電動(dòng)自卸車甲醇?jí)埑唐麟娮涌刂茊卧幕A(chǔ)軟件開(kāi)發(fā)需要通過(guò)流程規(guī)范開(kāi)發(fā)過(guò)程，保證軟件可

靠性并從需求、開(kāi)發(fā)和測(cè)試的每個(gè)環(huán)節(jié)可控可追湖。

8.2開(kāi)發(fā)工具鏈

為保證基礎(chǔ)軟件質(zhì)量，開(kāi)發(fā)過(guò)程中優(yōu)先保證使用到的工具鏈，比如編譯器、測(cè)試工具等需經(jīng)過(guò)可靠

性方面的驗(yàn)證。

編譯器需具備高安全性、高可靠性，滿足SIL4（安全完整性水平）和ASILD（汽車安全完整性水平）

資質(zhì)要求；仿真器應(yīng)具備實(shí)時(shí)錯(cuò)誤任務(wù)處理機(jī)制、多級(jí)觸發(fā)單元技術(shù)、動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)技術(shù)、實(shí)時(shí)內(nèi)存查看、

實(shí)時(shí)跟蹤代碼運(yùn)行狀態(tài)、大容量追蹤緩存用于實(shí)時(shí)根據(jù)和觸發(fā)等。

8.3靜態(tài)分析

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靜態(tài)分析主要包括代碼分析、代碼審查與軟件度量三個(gè)方面。通過(guò)靜態(tài)分析盡可能發(fā)現(xiàn)程序中的缺

陷，要求軟件結(jié)構(gòu)與邏輯合理清晰，分析是否有變量冗余或者未定義的信息，接口是否脫節(jié)。

8.4容錯(cuò)設(shè)計(jì)

基礎(chǔ)軟件要求有一定的容錯(cuò)能力，包括軟件模塊的冗余設(shè)計(jì)和信息冗余等。

8.5余量設(shè)計(jì)

8.5.1存儲(chǔ)資源分配以及余量要求

在制定礦用電動(dòng)自卸車甲醇?jí)埑唐麟娮涌刂茊卧麄€(gè)開(kāi)發(fā)需求時(shí)，要求評(píng)估整個(gè)軟件系統(tǒng)的存儲(chǔ)

量，包括FLASH（程序和標(biāo)定數(shù)據(jù)不小于4MB）和RAM(不小于190KB)的需求。電控系統(tǒng)的應(yīng)用層軟件需

要通過(guò)合適工具鏈進(jìn)行評(píng)估、統(tǒng)計(jì)應(yīng)用層模型的資源需求。存儲(chǔ)空間的分配由基礎(chǔ)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，為了保

證系統(tǒng)缺陷的修復(fù)及新功能的擴(kuò)展，存儲(chǔ)資源要求余量不小于20%。

8.5.2時(shí)序安排和系統(tǒng)負(fù)荷的余量要求

隨著軟件復(fù)雜度和運(yùn)算量的增加，甲醇增程器電子控制單元涉及到優(yōu)先級(jí)別和周期各不相同的中斷

和定時(shí)周期性任務(wù)等，需要合理分配任務(wù)時(shí)序安排，結(jié)合具體對(duì)象合理確定時(shí)間周期，如采樣周期、數(shù)

據(jù)計(jì)算處理周期、控制周期、診斷周期和輸入輸出周期等。為保證系統(tǒng)缺陷修復(fù)、新功能的擴(kuò)展，整個(gè)

系統(tǒng)負(fù)荷應(yīng)該不大于60%。

9應(yīng)用軟件

9.1應(yīng)用軟件架構(gòu)

礦用電動(dòng)自卸車甲醇?jí)埑唐鲬?yīng)用軟件架構(gòu)應(yīng)包括：

a)增程器控制單元RCU負(fù)責(zé)的混動(dòng)功能管理；

b)發(fā)電機(jī)控制單元GCU負(fù)責(zé)的發(fā)電功率協(xié)調(diào)；

c)發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元ECU的基本功能管理；

a)各控制單元之間的CAN通訊協(xié)議，如圖4所示。

圖4甲醇增程器架構(gòu)

9.2增程器控制單元RCU基本功能管理

9.2.1概述

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將整車VCU指令轉(zhuǎn)化為增程器的發(fā)電功率，然后由RCU根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)條件和運(yùn)轉(zhuǎn)工況，以及發(fā)電

機(jī)控制單元GCU的自身和環(huán)境條件，分別給發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元ECU和發(fā)電機(jī)控制單元GCU發(fā)出工作指令，確

保兩者協(xié)同工作。

9.2.2輸入處理控制

要求開(kāi)關(guān)信號(hào)通過(guò)相關(guān)的時(shí)間延遲實(shí)現(xiàn)“防反跳”功能，避免誤操作、無(wú)判斷，包括點(diǎn)火鑰匙開(kāi)關(guān)、

啟動(dòng)開(kāi)關(guān)等；溫度傳感器、電壓采樣等，轉(zhuǎn)化為工程值需考慮使用合適的濾波函數(shù)，并計(jì)入溫度補(bǔ)償。

9.2.3發(fā)電機(jī)水泵控制

增程器根據(jù)發(fā)電機(jī)繞組溫度和發(fā)電機(jī)控制單元GCU的溫度控制水泵的開(kāi)啟和關(guān)閉。增程器根據(jù)發(fā)電

機(jī)繞組溫度和發(fā)電機(jī)控制單元GCU的溫度控制水泵的PWM開(kāi)度。

9.2.4發(fā)電機(jī)風(fēng)扇控制

增程器根據(jù)發(fā)電機(jī)繞組溫度和發(fā)電機(jī)控制單元GCU的溫度控制風(fēng)扇的開(kāi)啟和關(guān)閉。增程器根據(jù)發(fā)電

機(jī)繞組溫度和發(fā)電機(jī)控制單元GCU的溫度控制風(fēng)扇的PWM開(kāi)度。

9.2.5外接充電控制

增程器接收到外接充電信號(hào)后停機(jī)并禁止起動(dòng)。

9.2.6暖風(fēng)功能

利用發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫度加熱駕駛艙溫度。

9.2.7發(fā)電功率限制

最大發(fā)電功率受電機(jī)繞組溫度、電機(jī)逆變器溫度和電機(jī)回路發(fā)電故障限制。

9.2.8發(fā)電機(jī)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)

發(fā)電機(jī)發(fā)出正轉(zhuǎn)矩快速起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，以期節(jié)約發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程燃料噴射量。

9.2.9發(fā)電機(jī)發(fā)電控制

發(fā)電機(jī)發(fā)出負(fù)轉(zhuǎn)矩對(duì)電池進(jìn)行充電，發(fā)電機(jī)可選轉(zhuǎn)速或扭矩控制。當(dāng)發(fā)電機(jī)發(fā)電時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)先調(diào)速，

當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到目標(biāo)轉(zhuǎn)速附近后，開(kāi)始按照一定速率加入發(fā)電機(jī)發(fā)電轉(zhuǎn)矩，避免發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的異常波動(dòng)。

9.2.10發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩步長(zhǎng)控制

實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電功能，為了實(shí)現(xiàn)較好的控制效果，要求限制不同控制模塊中發(fā)電機(jī)的速

率步長(zhǎng)。

9.2.11發(fā)動(dòng)機(jī)控制

發(fā)動(dòng)機(jī)不參與驅(qū)動(dòng)，主要在發(fā)電時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)速或扭矩控制。

9.2.12發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)制暖機(jī)

不發(fā)電時(shí)，保持發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫處于合適溫度，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作。

9.2.13發(fā)動(dòng)機(jī)功率保護(hù)

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發(fā)動(dòng)機(jī)因異常無(wú)法滿足發(fā)電功率時(shí)，發(fā)電機(jī)響應(yīng)降低發(fā)電功率。

9.2.14主被動(dòng)發(fā)電控制

主動(dòng)模式：增程器根據(jù)整車車速及輪端扭矩、實(shí)際車重等信息，自主計(jì)算發(fā)電功率。

被動(dòng)模式：增程器響應(yīng)整車控制單元VCU指令發(fā)電功率需求。

電池容量低于閾值時(shí)，強(qiáng)制啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電。

9.2.15發(fā)電機(jī)溫度保護(hù)

發(fā)電機(jī)溫度超過(guò)閾值時(shí)，降低發(fā)電功率或停止發(fā)電。

9.2.16發(fā)動(dòng)機(jī)溫度限制

發(fā)動(dòng)機(jī)溫度超過(guò)閾值時(shí)，降低發(fā)電功率或停止發(fā)電。

9.2.17電池電壓充放電限制

根據(jù)電池電壓限制增程器當(dāng)前實(shí)際發(fā)電功率，以及根據(jù)電池電壓限制增程器發(fā)電機(jī)的當(dāng)前實(shí)際電動(dòng)

功率。

9.2.18發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)怠速控制

根據(jù)發(fā)電機(jī)以及整車能耗要求靈活控制發(fā)電前以及停機(jī)前維持發(fā)動(dòng)機(jī)保持怠速的時(shí)間。

9.2.19發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)制怠速

維持發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械水泵運(yùn)轉(zhuǎn)，避免增壓器回?zé)釡囟冗^(guò)高損壞增壓器。

9.2.20預(yù)熱功能

起動(dòng)前對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣進(jìn)行預(yù)熱以提高低溫啟動(dòng)能力。

9.2.21主動(dòng)放電

整車下電后實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)控制單元GCU快速放電。

9.2.22輔助停機(jī)

總成怠速到停機(jī)過(guò)程通過(guò)發(fā)電機(jī)扭矩輔助以達(dá)到快速停機(jī)效果。

9.2.23電附件控制

增程器接收VCU的電附件CAN報(bào)文電流及電壓信息計(jì)算發(fā)電功率。

9.2.24車速限制

基于噪聲考慮，根據(jù)車速限制發(fā)電功率。

9.2.25余熱利用

需對(duì)甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)排放熱量進(jìn)行有效利用，包括但不僅限于甲醇裂解制氫等技術(shù)。由增程器根據(jù)系統(tǒng)

當(dāng)前儲(chǔ)能電壓、環(huán)境溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫以及發(fā)電功率等綜合判斷，給出指令并閉環(huán)控制余熱利用功

能的實(shí)施。

9

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9.2.26通訊管理

RCU至少具有3路CAN：一路CAN接入整車CAN網(wǎng)絡(luò)與VCU通訊；一路接入內(nèi)部CAN網(wǎng)絡(luò)與ECU、GCU通訊；

一路CAN做標(biāo)定用，并滿足數(shù)據(jù)刷寫要求。

9.3發(fā)電機(jī)控制單元GCU基本功能管理

9.3.1概述

主要負(fù)責(zé)接收RCU指令，根據(jù)ECU控制的增程式發(fā)動(dòng)機(jī)所發(fā)出的功率、來(lái)最大效率地控制ISG發(fā)電機(jī)

轉(zhuǎn)化為發(fā)電功率。

9.3.2發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩閉環(huán)

發(fā)電機(jī)控制單元采用轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制，發(fā)電機(jī)控制單元及電機(jī)響應(yīng)整車控制單元發(fā)出的轉(zhuǎn)矩指令。要

求不出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)滯后并具備轉(zhuǎn)矩限制功能?？刂茊卧答伵ぞ刂祽?yīng)按照電機(jī)實(shí)際臺(tái)架標(biāo)定扭矩值來(lái)反

饋。

9.3.3發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)

發(fā)電機(jī)控制單元采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制，發(fā)電機(jī)控制器單元及發(fā)電機(jī)響應(yīng)整車控制器發(fā)出的轉(zhuǎn)速指令，

同時(shí)有速度限制功能。

9.3.4轉(zhuǎn)速/扭矩控制模式切換

轉(zhuǎn)速和扭矩功能應(yīng)能進(jìn)行雙向自由切換。

9.3.5發(fā)電機(jī)控制單元CAN

發(fā)電機(jī)控制單元帶CAN總線接口，該接口硬件層面上應(yīng)符合SAEJ1939規(guī)范。通過(guò)CAN總線接收整車

控制單元發(fā)出的扭矩信號(hào)，并將電機(jī)及控制單元各種狀態(tài)信號(hào)和報(bào)警信號(hào)發(fā)送給整車控制單元。

9.3.6發(fā)電機(jī)功率限制

發(fā)電機(jī)控制單元可根據(jù)不同系統(tǒng)部件發(fā)來(lái)的限功指令等信號(hào)對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行限功，限功過(guò)程及解除限

功的過(guò)程都必須是柔和的。當(dāng)發(fā)電機(jī)控制單元實(shí)施上述操作時(shí)應(yīng)同時(shí)通過(guò)CAN給出相應(yīng)狀態(tài)信號(hào)以便儀

表顯示相應(yīng)狀態(tài)。

9.3.7制動(dòng)功率控制

有再生能量制動(dòng)功能，制動(dòng)功率或制動(dòng)扭矩由整車控制單元給出，制動(dòng)最大功率、最大扭矩等可以

通過(guò)軟件設(shè)置。制動(dòng)過(guò)程必需是柔和的，以保證車輛的平順性，同時(shí)避免造成母線電壓超限。

9.3.8發(fā)電機(jī)控制單元預(yù)充電

預(yù)充電電阻為100Ω～200Ω，發(fā)電機(jī)控制單元內(nèi)置電容1mF。

9.3.9發(fā)電機(jī)控制單元下電控制

發(fā)電機(jī)控制單元帶有自動(dòng)下電功能，當(dāng)輸入高壓切斷后，發(fā)電機(jī)控制單元在低壓供電切斷后通過(guò)放

電電阻將輸入濾波電容上的電能泄放掉。

9.3.10故障診斷

10

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發(fā)電機(jī)控制單元有IGBT故障、短路、過(guò)流、過(guò)壓、欠壓和過(guò)溫保護(hù)等功能，依據(jù)故障程度執(zhí)行限功

或停機(jī)操作，并同時(shí)發(fā)出故障報(bào)警代碼，整車控制單元應(yīng)根據(jù)電機(jī)發(fā)出的故障信號(hào)，執(zhí)行相應(yīng)的處理措

施。

9.3.11各種失效保護(hù)

輸出短路、缺相、BUSoff、VCU通訊，電機(jī)超速、溫度過(guò)高、堵轉(zhuǎn)，控制單元過(guò)流，母線電壓過(guò)高

等，以及各種傳感器失效后的保護(hù)策略。

9.4發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元ECU基本功能管理

9.4.1概述

礦用電動(dòng)自卸車甲醇?jí)埑唐靼l(fā)動(dòng)機(jī)控制單元ECU應(yīng)用軟件架構(gòu)包含：發(fā)動(dòng)機(jī)的基本控制功能，以及

根據(jù)需要包括但不限于以下其它管理功能：后處理、熱系統(tǒng)、安全控制、通訊和診斷等。不同應(yīng)用場(chǎng)景

可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行刪減和（或）增加對(duì)應(yīng)功能模塊。

9.4.2傳感器輸入

除特殊規(guī)定外，礦用電動(dòng)自卸車甲醇?jí)埑唐鲬?yīng)根據(jù)用途、使用場(chǎng)景和開(kāi)發(fā)要求定義傳感器輸入部分，

主要包括曲軸位置傳感器、凸輪軸位置傳感器、冷卻液溫度傳感器、環(huán)境溫度和壓力傳感器、寬域氧傳

感器、開(kāi)關(guān)氧傳感器、爆震傳感器、機(jī)油壓力溫度傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、進(jìn)氣壓力溫度傳感器、

增壓壓力溫度傳感器、甲醇軌壓傳感器、EGR位置傳感器、EGR壓力傳感器、EGR壓差傳感器、EGR溫度傳

感器及曲軸箱通風(fēng)壓力傳感器等(可根據(jù)礦用電動(dòng)自卸車甲醇?jí)埑唐鞯木唧w應(yīng)用和配套需求予以增

減)。

9.4.3執(zhí)行器輸出

除特殊規(guī)定外，礦用電動(dòng)自卸車甲醇?jí)埑唐鲬?yīng)根據(jù)用途、使用場(chǎng)景、開(kāi)發(fā)要求定義出執(zhí)行器輸出部

分，主要包括但不限于電子節(jié)氣門、廢氣旁通控制閥、EGR閥、汽油噴嘴、甲醇噴嘴、汽油油泵繼電器、

甲醇油泵繼電器和碳罐電磁閥等(可根據(jù)礦用電動(dòng)自卸車甲醇?jí)埑唐鞯木唧w應(yīng)用和配套予以增減)。

9.4.4扭矩協(xié)調(diào)及控制

協(xié)調(diào)各種扭矩需求（駕駛員扭矩請(qǐng)求、轉(zhuǎn)速控制扭矩請(qǐng)求和發(fā)電扭矩請(qǐng)求等），輸出目標(biāo)慢扭矩（確

定目標(biāo)空氣量）、目標(biāo)快扭矩（確定目標(biāo)點(diǎn)火角）等。

9.4.5空氣量控制

根據(jù)目標(biāo)空氣量和充氣效率等，計(jì)算目標(biāo)進(jìn)氣壓力，確定目標(biāo)節(jié)氣門開(kāi)度和目標(biāo)增壓壓力，然后驅(qū)

動(dòng)節(jié)氣門和廢氣旁通閥，使得實(shí)際空氣量達(dá)到目標(biāo)值。

9.4.6噴醇量控制

根據(jù)實(shí)際空氣量、理論空燃比和目標(biāo)空燃比等計(jì)算目標(biāo)噴醇量，并根據(jù)噴嘴特性、甲醇軌壓等計(jì)算

最終的噴射脈寬。

9.4.7點(diǎn)火控制

根據(jù)目標(biāo)點(diǎn)火效率、基本點(diǎn)火角、參考點(diǎn)火角及各種點(diǎn)火角修正值，確定最終點(diǎn)火角。

9.4.8碳罐控制

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根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況，在合適的時(shí)間逐步打開(kāi)碳罐電磁閥，并計(jì)算碳罐負(fù)荷，修正空燃比控制和噴醇量，

實(shí)現(xiàn)對(duì)碳罐的有效清洗，且把空燃比波動(dòng)控制在較小范圍，避免對(duì)駕駛性和排放造成較大影響。

9.4.9增壓壓力控制

通過(guò)閉環(huán)控制廢氣旁通閥，實(shí)現(xiàn)增壓壓力快速、準(zhǔn)確且穩(wěn)定地達(dá)到目標(biāo)值。

9.4.10EGR控制

滿足EGR開(kāi)啟條件時(shí)，通過(guò)目標(biāo)EGR率計(jì)算目標(biāo)EGR流量，調(diào)節(jié)EGR閥開(kāi)度使得實(shí)際EGR流量達(dá)到目標(biāo)

值。

9.4.11怠速控制

在怠速工況，通過(guò)怠速控制PID調(diào)節(jié)節(jié)氣門開(kāi)度和點(diǎn)火角，使得發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速快速且穩(wěn)定地達(dá)到目標(biāo)

怠速，無(wú)抖動(dòng)及游車等。

9.4.12爆震及早燃監(jiān)測(cè)和控制

通過(guò)專用芯片及軟件對(duì)爆震傳感器信號(hào)進(jìn)行處理，監(jiān)測(cè)是否爆震及早燃。如果爆震則根據(jù)爆震強(qiáng)度

推遲點(diǎn)火角，爆震消失則逐漸恢復(fù)點(diǎn)火角；如果早燃則按邏輯作相應(yīng)處理。

9.4.13混動(dòng)功能管理

混動(dòng)功能主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)和停機(jī)功能（響應(yīng)外部起動(dòng)和停機(jī)指令）、發(fā)電扭矩控制功能（響應(yīng)

外部扭矩請(qǐng)求，保持發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩穩(wěn)定，高效地工作在目標(biāo)發(fā)電工況）等。

9.4.14后處理管理

除特殊規(guī)定外，礦用電動(dòng)自卸車甲醇?jí)埑唐鞲鶕?jù)需要可增加對(duì)應(yīng)后處理單元。

9.4.15熱管理

包括發(fā)動(dòng)機(jī)水溫控制（電子風(fēng)扇或硅油風(fēng)扇控制）和冷卻系統(tǒng)監(jiān)測(cè)等。

9.4.16安全控制管理

包括碰撞斷醇功能（收到碰撞斷醇信號(hào)后，立即切斷甲醇供給）、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速限制功能、發(fā)動(dòng)機(jī)零

部件保護(hù)功能和跛行回家功能等。

9.4.17通訊管理

與甲醇增程器控制單元RCU進(jìn)行信息通訊和交互，獲取控制需求。參考標(biāo)準(zhǔn)SAEJ1939協(xié)議，輸出發(fā)

動(dòng)機(jī)相關(guān)狀態(tài)信息。

9.4.18故障診斷和故障管理

故障診斷包括對(duì)9.3.2和9.3.3所列傳感器和執(zhí)行器進(jìn)行診斷，并制定相應(yīng)的失效處理策略。故障管

理系統(tǒng)包含從故障觸發(fā)到判斷、再到實(shí)際失效措施執(zhí)行過(guò)程，涵蓋軟件架構(gòu)中的各個(gè)方面（可根據(jù)礦用

電動(dòng)自卸車甲醇?jí)埑唐鞯木唧w應(yīng)用和配套予以增減）。

10技術(shù)指標(biāo)

12

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10.1增程器控制單元RCU硬件資源

RCU的硬件資源應(yīng)不低于以下參數(shù)指標(biāo)：

a)CPU指標(biāo)：主頻112MHz、1MBFlash、128KBRAM、2路開(kāi)關(guān)輸入、4路PWM輸入、9路ADC、

3路CAN、2路SPI；

b)接插件針腳數(shù)：接插件38針腳、其中3路5V電源輸出、3路CAN（其中1路CAN帶報(bào)文喚醒

功能）、9路AD輸入、4路頻率輸入。

10.2發(fā)電機(jī)控制單元GCU硬件資源

GCU的硬件資源應(yīng)不低于以下參數(shù)指標(biāo)：

a)CPU指標(biāo)：主頻100MHz、1MBFlash、100KBRAM、10路ADC、2路CAN；

b)接插件針腳數(shù)：1路24V供電電源、2路CAN、2路控制單元溫度信號(hào)、1路旋變傳感器信號(hào)

（包括sin正負(fù)信號(hào)、cos正負(fù)信號(hào)、勵(lì)磁正負(fù)信號(hào)）。

10.3發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元ECU硬件資源

ECU的硬件資源應(yīng)不低于以下參數(shù)指標(biāo)：

a)CPU指標(biāo)：主頻150MHz、2MBFlash、192KBRAM、24路ADC、3路CAN、2路SPI；

b)接插件針腳數(shù)：接插件154針腳、其中4路5V電源輸出3路CAN、2路爆震輸入、12路噴

嘴驅(qū)動(dòng)通道、6路智能點(diǎn)火線圈（回路接入ECU的診斷PIN）。

10.4可靠性

10.4.1防護(hù)等級(jí)應(yīng)符合GB/T4942的規(guī)定。

10.4.2防震應(yīng)符合GB/T2423.10的規(guī)定。

10.4.3平均無(wú)故障時(shí)間應(yīng)不低于20000h。

10.5電磁兼容性

電磁兼容性應(yīng)符合GB/T14023、GB/T21437、GB/T17626、GB/T33014和GB/T17619的規(guī)定。

10.6電氣特性

礦用電動(dòng)自卸車甲醇增程器控制系統(tǒng)容許電壓范圍：16V～32V，標(biāo)稱工作電壓24V。

10.7溫度特性

礦用電動(dòng)自卸車甲醇增程器控制系統(tǒng)存放溫度：-40℃～105℃；工作溫度：-40℃～105℃。

10.8濕氣靈敏度

通過(guò)暴露測(cè)試時(shí)，產(chǎn)品應(yīng)能夠正常工作，應(yīng)符合GB/T2423.3的規(guī)定。

10.9故障診斷協(xié)議

診斷協(xié)議應(yīng)符合ISO14229的規(guī)定。

_________________________________

13

ICS點(diǎn)擊此處添加ICS號(hào)

點(diǎn)擊此處添加中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)分類號(hào)

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

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礦用電動(dòng)自卸車甲醇增程器第4部分：

控制系統(tǒng)

Methanolrangeextenderforpowerfuelofdumptruckwithelectricwheels—Part4：

Controlsystem

（征求意見(jiàn)稿）

在提交反饋意見(jiàn)時(shí),請(qǐng)將您知道的相關(guān)專利連同支持性文件一并附上。

XXXX-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX實(shí)施

中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布

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礦用電動(dòng)自卸車甲醇增程器第4部分：控制系統(tǒng)

1范圍

本文件規(guī)定了礦用電動(dòng)自卸車甲醇增程器的控制系統(tǒng)。

本文件適用于礦用電動(dòng)自卸車甲醇增程器。

其它使用甲醇增程器的電動(dòng)移動(dòng)機(jī)械、醇?xì)鋭?dòng)力裝置可參照本文件執(zhí)行。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中,注日期的引用文件,

僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文

件。

GB/T2423.3環(huán)境試驗(yàn)第2部分：試驗(yàn)方法試驗(yàn)Cab：恒定濕熱試驗(yàn)

GB/T2423.10環(huán)境試驗(yàn)第2部分：試驗(yàn)方法試驗(yàn)Fc：振動(dòng)(正弦)

GB/T4942旋轉(zhuǎn)電機(jī)整體結(jié)構(gòu)的防護(hù)等級(jí)（IP代碼）分級(jí)

GB14023車輛、船和內(nèi)燃機(jī)無(wú)線電騷擾特性用于保護(hù)車外接收機(jī)的限值和測(cè)量方法

GB/T17619機(jī)動(dòng)車電子電器組件的電磁輻射抗擾性限值和測(cè)量方法

GB/T17626電磁兼容試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù)電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗(yàn)

GB/T21437道路車輛電氣電子部件對(duì)傳導(dǎo)和耦合引起的電騷擾試驗(yàn)方法

GB/T33014道路車輛電氣電子部件對(duì)窄帶輻射電磁能的抗擾性試驗(yàn)方法

ISO11898-2道路車輛控制器局域網(wǎng)絡(luò)第2部分:高速媒體訪問(wèn)單元（Roadvehicles—

Controllerareanetwork（CAN）—Part2：High-speedmediumaccessunit）

ISO14229道路車輛-統(tǒng)一診斷設(shè)備(UDS)（Roadvehicles—Unifieddiagnosticservices

(UDS)）

SAEJ1939功能安全通信協(xié)議(FunctionalSafetyCommunicationsProtocol)

3術(shù)語(yǔ)和定義

3.1

甲醇增程器發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元enginecontrolunit（ECU）formethanolrange-extender

根據(jù)甲醇增程器的不同工況，向發(fā)動(dòng)機(jī)提供最佳空燃比的混合氣和最佳點(diǎn)火時(shí)刻，使發(fā)動(dòng)機(jī)始終處

于最佳工作狀態(tài)的電子控制單元。

3.2

甲醇增程器發(fā)電機(jī)控制單元generatorcontrolunit(GCU)formethanolrange-extender

用于啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)、將發(fā)動(dòng)機(jī)能量轉(zhuǎn)換為電能，對(duì)動(dòng)力電池充電及給驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供能量的電子控制單

元。

1

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3.3

整車控制單元vehiclecontrolunit(VCU)

監(jiān)測(cè)車輛狀態(tài)（車速、主要部件溫度等）信息，向動(dòng)力系統(tǒng)、儲(chǔ)能模塊發(fā)送車輛的運(yùn)行狀態(tài)控制指

令，控制車載附件電力系統(tǒng)的工作模式，實(shí)現(xiàn)整車控制決策的核心電子控制單元。

3.4

甲醇增程器控制