- 相關(guān)推薦
車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中電動汽車高壓安全監(jiān)控系統(tǒng)論文
1 監(jiān)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計
1. 1 高壓安全監(jiān)控
電動汽車高壓安全故障主要包括動力電池熱失控故障、電機過熱故障、上電沖擊故障、短路故障、絕緣失效故障、接觸不良或斷路故障、事故引發(fā)故障、電池過充過放等類型。針對以上故障，電動汽車高壓安全監(jiān)控系統(tǒng)主要實現(xiàn)包括電池與電機溫度監(jiān)控、上電防瞬態(tài)沖擊、絕緣電阻檢測、過流保護、高壓回路互鎖檢測、事故斷電、電池充放電保護等功能。在此基礎(chǔ)上，筆者設(shè)計的系統(tǒng)還包括實現(xiàn)車內(nèi)傳感器信息共享，以及電動汽車與周圍車輛、路基設(shè)施、數(shù)據(jù)處理中心、用戶進行通信的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。
各子系統(tǒng)工作原理描述如下:1) 動力電池充放電保護。充電時監(jiān)控系統(tǒng)接收電池管理系統(tǒng)估計的電池荷電狀態(tài)( state ofcharge，SOC) 。當SOC 達到上限值時，在經(jīng)過一段時間涓流充電后斷開繼電器K1。同樣，放電過程中當SOC 達到下限值時，提醒駕駛員停車充電。2) 電池溫度檢測。溫度傳感器T1實時檢測動力電池的溫度，出現(xiàn)異常時通過聲光報警提醒駕駛員。如果溫度達到上限，則斷開繼電器K1停止充電，或斷開繼電器K2和K3，切斷高壓回路。另外，當電動汽車停車斷電時，如果電池溫度高于允許值，則閉合繼電器K6使散熱風扇工作，直至溫度低于允許值。3) 電機溫度檢測。在電動汽車行駛過程中，溫度傳感器T2實時檢測電機溫度。溫度出現(xiàn)異常時進行聲光報警，或斷開繼電器K2和K3，切斷高壓回路。4) 絕緣電阻檢測。檢測電池正負母線對地電阻，當絕緣電阻異常時進行聲光報警，或斷開繼電器K2和K3，切斷高壓回路。5) 預(yù)充電保護。當電動汽車點火開關(guān)閉合時，預(yù)充電繼電器的常開開關(guān)K4閉合，而常閉開關(guān)K5斷開，電流經(jīng)預(yù)充電阻R1對電機等高壓負載進行預(yù)充電。預(yù)充電結(jié)束時，K4斷開而K5閉合，動力電池直接向高壓負載供電。6) 高壓回路電流檢測。在電動汽車行駛過程中，實時檢測高壓回路的電流。當電流異常時進行聲光報警，或斷開繼電器K2和K3，切斷高壓回路。7) 高壓互鎖檢測。檢測高壓回路是否存在接觸不良和斷開故障，如果存在接觸不良故障，則進行聲光報警; 如果存在斷開故障，則斷開繼電器K2和K3，切斷高壓回路。8) 事故檢測。監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)其他控制系統(tǒng)共享的傳感器信號，如安全氣囊、車身穩(wěn)定控制系統(tǒng)共享的X，Y 和Z 等3 個方向的加速度信號，車身側(cè)傾角信號，判斷車輛是否發(fā)生正碰、追尾、側(cè)碰、跌落和側(cè)翻等事故。如果發(fā)生交通事故則斷開繼電器K2和K3，切斷高壓回路。
1. 2 車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)
車聯(lián)網(wǎng)是一種基于人—車—環(huán)境協(xié)同的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其通過先進的信息通信與處理技術(shù)，實現(xiàn)人、車、環(huán)境的深度融合。在車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，利用車輛內(nèi)部、車輛之間以及路基設(shè)施和互聯(lián)網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)資源，及時將車輛的故障類型、應(yīng)保持的安全距離發(fā)送給其他車輛和數(shù)據(jù)處理中心，以便其他車輛和交通控制系統(tǒng)作出相應(yīng)調(diào)整。對于特別嚴重的高壓安全故障或事故，可自動申請醫(yī)療、消防和警力救援。
在車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，將發(fā)生高壓安全故障的電動汽車作為信息系統(tǒng)的一個節(jié)點，在網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)故障信息的互聯(lián)共享。通信方式包括: 利用車輛內(nèi)部的LAN/CAN 網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)傳感器信號的共享; 通過DSRC/藍牙網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)車與車和車與路基設(shè)施之間的短程通信; 通過GPRS /3G/4G 網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)車與用戶和車與互聯(lián)網(wǎng)之間的遠程通信。發(fā)生故障時，通信的信息除實時的車輛運行參數(shù)、汽車部件工作狀態(tài)、汽車位置參數(shù)、道路狀況等信息外，還包括車輛故障信息和建議采取的措施。具體來說，車內(nèi)信號包括車輛內(nèi)部加速度、側(cè)傾角等傳感器信號; 車與車之間的通信信息包括故障信息，以及應(yīng)保持的安全距離等信息; 車與用戶之間的通信信息包括車輛的實時SOC 和故障報警信息; 車與數(shù)據(jù)處理中心之間的通信信息包括故障信息、以及需要的救援類型等信息。數(shù)據(jù)處理中心根據(jù)故障類型和嚴重程度，通過控制交通燈實現(xiàn)交通調(diào)度，并實施交通管制和組織救援等。全球定位系統(tǒng)( global position system，GPS) 用于檢測車輛位置信息，路基設(shè)施通過互聯(lián)網(wǎng)中繼站與數(shù)據(jù)處理中心通信。
2 監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控流程
2. 1 車輛啟動時的監(jiān)控流程
電動汽車啟動時的監(jiān)控流程，主要包括檢測電池對地絕緣電阻、高壓回路互鎖、電池SOC，以及進行預(yù)充電保護等。當絕緣電阻和高壓回路互鎖出現(xiàn)故障，或SOC 低于下限值時，不能啟動車輛，通過聲光報警提醒駕駛員，液晶屏提示故障內(nèi)容和處理方法。當SOC 處于下限值與上限值之間時，通過液晶屏顯示續(xù)駛里程。如果在導(dǎo)航狀態(tài)下，則顯示沿路的充電設(shè)備分布情況，便于駕駛員及時充電。如果無故障且變速器處于空擋時，高壓安全監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出預(yù)充電指令。在預(yù)充電結(jié)束時，如果高壓回路的端電壓低于動力電池名義電壓的10%，則判斷高壓負載存在故障，通過聲光報警和液晶屏提示故障類型和處理方法; 如果高壓回路的端電壓在電池名義電壓的10% ～ 90% 之間，則認為高壓回路上電不正常，延遲一段時間之后進行第2 次預(yù)充電;如果第2 次預(yù)充電結(jié)束時，端電壓仍未高于電池名義電壓的90%，則停止高壓回路的接通，并通過聲光報警和液晶屏提示故障類型和處理方法。反之預(yù)充電成功，高壓監(jiān)控系統(tǒng)接通高壓回路，轉(zhuǎn)而執(zhí)行行駛過程中的監(jiān)控流程。
2. 2 行駛過程中的監(jiān)控流程
電動汽車的行駛過程是高壓安全故障發(fā)生的主要階段，按故障的嚴重程度可分為一般故障和嚴重故障。發(fā)生一般故障時，如果車輛行駛在車流量較少的路面，且速度較慢時，通過聲光報警提醒駕駛員，由液晶屏提示停車檢修; 如車輛行駛在車流量大的市區(qū)，除聲光報警外，還通過雙閃燈和車與車之間通信網(wǎng)絡(luò)提示周圍車輛避讓，液晶屏提示盡快行駛至安全區(qū)域進行檢修; 如果車輛行駛在高速公路上，除聲光報警提醒駕駛員和開啟雙閃燈提示后面車輛保持車距外，通過車與車和車與路基設(shè)施之間的通信網(wǎng)絡(luò)提醒同向車輛注意避讓，而液晶屏提示駕駛員盡快行駛至安全港或服務(wù)區(qū)進行檢修。
屏提醒或提示本車和周圍車輛的駕駛員外，還通過車與車、車與路基設(shè)施之間通信網(wǎng)絡(luò)提示周圍車輛保持安全距離。同時，高壓監(jiān)控系統(tǒng)開啟車輛輔助駕駛系統(tǒng)，引導(dǎo)駕駛員緩慢制動車輛; 如果車輛行駛在高速公路上，除采取上述措施外，顯示屏提示盡快停至應(yīng)急車道進行檢修，并提醒駕駛員在車輛后方150 m 處放置三角警示牌。當車輛發(fā)生碰撞或側(cè)翻而無法行駛時，高壓安全監(jiān)控系統(tǒng)立即切斷高電壓回路，通過雙閃燈、車與車、車與路基設(shè)施之間的通信網(wǎng)絡(luò)提示后面車輛注意避讓，并通過車與路基設(shè)施、車與互聯(lián)網(wǎng)之間的通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送車輛事故類型和位置信息給數(shù)據(jù)處理中心，乘員和數(shù)據(jù)處理中心可根據(jù)需要申請醫(yī)療、消防和警力救援。與此同時，顯示屏提示乘員盡快離開車輛，在安全區(qū)域等待救援。
2. 3 停車斷電時的監(jiān)控流程
在高壓安全監(jiān)控系統(tǒng)接到停車斷電指令后，首先斷開高壓回路上的2 個繼電器K2和K3，并檢查是否真正斷開，否則提示手動斷開; 然后檢測電池箱內(nèi)溫度是否低于允許值，否則通過繼電器K6開啟電池箱內(nèi)的散熱風扇; 最后檢測高壓回路的剩余電量是否超過國家標準允許的20 J，否則進行電量泄放。如果是故障停車，停車后仍保持原故障報警和提示，如開啟雙閃燈等。需要說明的是，如果電動汽車停車斷電后進行充電，則實時檢測電池的溫度和SOC，避免充電時電池溫度過高而發(fā)生自燃，同時防止電池過充而影響使用壽命。當發(fā)現(xiàn)異常時，通過車與路基設(shè)施、車與互聯(lián)網(wǎng)之間的通信網(wǎng)絡(luò)，將故障信息傳送給數(shù)據(jù)處理中心和車輛所有者，由數(shù)據(jù)處理中心決定是否請求消防救援。
3 結(jié)論
在車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，開展了電動汽車高壓安全監(jiān)控系統(tǒng)研究，得到如下結(jié)論:
1) 將電動汽車高壓安全監(jiān)控系統(tǒng)融入車聯(lián)網(wǎng)，不僅能實現(xiàn)傳感器信號的共享，還能實現(xiàn)故障信息的互聯(lián)共享。2) 通過DSRC /藍牙通信手段，實現(xiàn)故障信息在車與車、車與路基設(shè)施之間共享; 通過GPRS /3G/4G通信手段，實現(xiàn)故障信息在車與用戶、車與互聯(lián)網(wǎng)之間共享。3) 車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中的電動汽車高壓安全監(jiān)控系統(tǒng)，不僅能提示周圍車輛避讓，還能根據(jù)需要自動申請交通救援。4) 提出的電動汽車高壓安全監(jiān)控系統(tǒng)僅處于方案設(shè)計階段，仍需通過實車試驗檢驗系統(tǒng)的有效性。
【車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中電動汽車高壓安全監(jiān)控系統(tǒng)論文】相關(guān)文章：
基于車聯(lián)網(wǎng)的汽車智能防盜系統(tǒng)設(shè)計分析論文07-02
中心機房安全自動化監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計論文07-03
基于物聯(lián)網(wǎng)的水稻田智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方案11-24
南水北調(diào)自動化調(diào)度系統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)平臺集成的應(yīng)用的論文07-03
視頻監(jiān)控系統(tǒng)整體框架設(shè)計與功能實現(xiàn)的論文07-02
關(guān)于論氣象UPS系統(tǒng)監(jiān)控軟件的設(shè)計與開發(fā)論文07-03
電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)與圖形編輯器論文07-04
遠程教育考試試卷流轉(zhuǎn)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計論文07-04