純電動(dòng)裝載機(jī)整車(chē)控制器設(shè)計(jì)

胡瓏渝 紀(jì)少波 魏敬宏 張珂 張志鵬 姜穎

摘要： 分析純電動(dòng)裝載機(jī)功能需求，明確整車(chē)控制器應(yīng)具備的硬件功能，并根據(jù)各傳感器和執(zhí)行器確定各硬件模塊的通道數(shù)量，完成整車(chē)控制器硬件設(shè)計(jì)。基于Bootloader實(shí)現(xiàn)生成代碼下載;基于局域網(wǎng)總線標(biāo)定協(xié)議開(kāi)發(fā)上位機(jī)標(biāo)定軟件，通過(guò)解析A2L文件對(duì)程序中的參數(shù)進(jìn)行觀測(cè)和標(biāo)定。對(duì)應(yīng)用整車(chē)控制器的純電動(dòng)裝載機(jī)進(jìn)行實(shí)車(chē)V型鏟裝作業(yè)試驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明：相同時(shí)間內(nèi)，純電動(dòng)裝載機(jī)的效率較柴油裝載機(jī)提高8.7%；相同工況下，純電動(dòng)裝載機(jī)作業(yè)成本約為柴油裝載機(jī)的35%。

關(guān)鍵詞： 純電動(dòng)裝載機(jī)；整車(chē)控制器；硬件設(shè)計(jì)；Simulink

中圖分類(lèi)號(hào)：TH243 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-6397（2024）01-0087-07

引用格式： ?胡瓏渝，紀(jì)少波，魏敬宏，等. 純電動(dòng)裝載機(jī)整車(chē)控制器設(shè)計(jì)［J］.內(nèi)燃機(jī)與動(dòng)力裝置，2024，41（1）：87-93.

HU Longyu， JI Shaobo， WEI Jinghong，et al. Design of vehicle controller for pure electric loader［J］.Internal Combustion Engine & Powerplant， 2024，41（1）：87-93.

0 引言

面對(duì)日益嚴(yán)峻的能源危機(jī)、大氣污染、溫室效應(yīng)等問(wèn)題，各國(guó)積極開(kāi)發(fā)可再生能源[1]。目前大部分工程機(jī)械使用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，排放的尾氣是溫室氣體的主要來(lái)源之一，柴油機(jī)的噪聲也對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不利影響[2]，因此，工程機(jī)械也開(kāi)始向電動(dòng)化工程機(jī)械轉(zhuǎn)型。裝載機(jī)是一種使用頻率較高的工程機(jī)械，傳統(tǒng)柴油裝載機(jī)工作時(shí)需頻繁起停，使用過(guò)程中存在油耗高、污染嚴(yán)重、噪聲大及駕駛體驗(yàn)差等問(wèn)題[3]，因此，有必要進(jìn)行純電動(dòng)裝載機(jī)研究。

國(guó)外對(duì)電動(dòng)裝載機(jī)的研究起步較早。1969年，勒?qǐng)D爾勒推出了第一臺(tái)電動(dòng)裝載機(jī)L-700，L-700利用發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)交流發(fā)電機(jī)發(fā)電，通過(guò)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)行駛和工作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了整車(chē)的電傳動(dòng)[4]。1999年，勒?qǐng)D爾勒推出的L-1350用開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)車(chē)輪，加快了整車(chē)驅(qū)動(dòng)響應(yīng)速度并增大了輸出轉(zhuǎn)矩[5]。沃爾沃于2008年推出了一款混合動(dòng)力裝載機(jī)，提高了能源使用效率[6]。2011年，約翰迪爾推出了644K混合動(dòng)力裝載機(jī)，采用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)電，再驅(qū)動(dòng)行駛和工作系統(tǒng)電機(jī)[7]。國(guó)內(nèi)，2014年中首重工研發(fā)了一款適用于水利工程及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工作環(huán)境的小型電動(dòng)裝載機(jī)[8];2016年中財(cái)機(jī)械推出世界首臺(tái)純電動(dòng)重型裝載機(jī)，較傳統(tǒng)柴油裝載機(jī)更經(jīng)濟(jì)環(huán)保[9]。

目前，對(duì)于電動(dòng)裝載機(jī)控制策略的研究集中在混合動(dòng)力裝載機(jī)，主要內(nèi)容包括能量管理策略、驅(qū)動(dòng)控制策略、故障診斷與處理策略等。純電動(dòng)裝載機(jī)的研究起步晚，控制策略方面的研究也相對(duì)較少。本文中針對(duì)純電動(dòng)裝載機(jī)整車(chē)控制器軟硬件開(kāi)發(fā)開(kāi)展研究：分析純電動(dòng)裝載機(jī)構(gòu)型，確定控制器的功能需求；設(shè)計(jì)控制器硬件，設(shè)計(jì)硬件與Simulink的接口驅(qū)動(dòng)模塊和上位機(jī)軟件，并對(duì)整車(chē)性能進(jìn)行綜合測(cè)試。

1 整車(chē)控制器軟硬件設(shè)計(jì)

1.1 控制器功能需求分析

圖1 ?試驗(yàn)用純電動(dòng)裝載機(jī)構(gòu)型

試驗(yàn)用純電動(dòng)裝載機(jī)主要部件包括動(dòng)力電池、工作電機(jī)、行走電機(jī)、液壓泵及變速泵等裝置，如圖1所示。工作電機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵，為工作裝置油缸、轉(zhuǎn)向油缸和制動(dòng)器提供液壓壓力；行走電機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛行駛系統(tǒng)；采用前、后雙主減速器布置方案，并選用兩擋變速器。

整車(chē)控制器 （vehicle control unit，VCU）應(yīng)具備以下功能：1）整車(chē)電氣模式管理，根據(jù)硬線信號(hào)和控制器局域網(wǎng)總線（controller area network，CAN）信號(hào)合理控制整車(chē)高低壓上下電；2）整車(chē)故障診斷與處理，監(jiān)測(cè)車(chē)輛狀態(tài)，判斷整車(chē)故障等級(jí)并及時(shí)采取安全措施，保證駕駛員和車(chē)輛安全；3）行走系統(tǒng)控制，通過(guò)硬線信號(hào)和CAN信號(hào)實(shí)現(xiàn)車(chē)輛行走、換擋、能量回收、駐坡等功能；4）工作系統(tǒng)控制，根據(jù)先導(dǎo)信號(hào)控制工作電機(jī)轉(zhuǎn)速和液壓系統(tǒng)電磁閥動(dòng)作，使裝載機(jī)正常進(jìn)行鏟裝作業(yè)；5）遠(yuǎn)程監(jiān)控，與車(chē)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)（telematics box，TBOX）進(jìn)行信息交互，將車(chē)輛當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)傳送至后臺(tái)進(jìn)行監(jiān)控；接收后臺(tái)指令，對(duì)整車(chē)行走和工作系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力限制。

VCU功能框圖如圖2所示。VCU通過(guò)獲取車(chē)上各種傳感器信號(hào)、開(kāi)關(guān)信號(hào)和接收的其他部件CAN信號(hào)，綜合判斷駕駛員意圖和車(chē)輛狀態(tài)，確定各控制參數(shù)，通過(guò)硬線輸出信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁閥、繼電器等部件的控制，并通過(guò)CAN總線向電機(jī)控制器（motor control unit，MCU）、電池管理系統(tǒng)（battery management system，BMS）等下發(fā)指令，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛正常工作。

根據(jù)整車(chē)功能和控制器功能需求，明確控制器硬件需具備的功能模塊。試驗(yàn)用純電動(dòng)裝載機(jī)控制器連接的傳感器和執(zhí)行器的類(lèi)型如表1所示。

根據(jù)表1可知：除CAN通信電路外，控制器還需具備模擬信號(hào)采集、數(shù)字信號(hào)采集、頻率量采集、H橋驅(qū)動(dòng)、低邊驅(qū)動(dòng)及高邊驅(qū)動(dòng)等電路。根據(jù)傳感器、執(zhí)行器類(lèi)型和通道數(shù)量以及整車(chē)控制器的其他功能，考慮一定的接口冗余，制定了整車(chē)控制器硬件的接口模塊，如圖3所示。

1.2 控制器硬件設(shè)計(jì)

1.2.1 單片機(jī)及外圍電路

根據(jù)試驗(yàn)用純電動(dòng)裝載機(jī)實(shí)際接口數(shù)量和整車(chē)控制器運(yùn)算能力需求，選用MPC5744P微處理器，該芯片采用基于PowerPC架構(gòu)的雙內(nèi)核，總線頻率最高可達(dá)200 MHz。芯片配有2.5 Mibyte的flash和384 Kibyte的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，96 Kibyte的帶電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器，具備4路串行外設(shè)接口（serial peripheral interface，SPI）通信、3路CAN模塊、24通道脈沖寬度調(diào)制（pulse width modulation，PWM）模塊及64通道模擬數(shù)字信號(hào)（analog to digital，AD）采集。單片機(jī)及其周?chē)娐啡鐖D4所示。該單片機(jī)采用40 MHz的晶振，通過(guò)電容C31、C32構(gòu)成外部晶振電路，經(jīng)過(guò)鎖相環(huán)寄存器配置使總線頻率達(dá)到200 MHz。

1.2.2 電壓測(cè)量電路

電壓測(cè)量電路如圖5所示，圖中Q7為金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor， ?MOSFET），簡(jiǎn)稱(chēng)MOS管。該電路可根據(jù)采集信號(hào)電壓范圍切換采集模式，若采集電壓范圍為0～5 V，則由單片機(jī)拉低Q7引腳1電平， Q7斷開(kāi)，電壓信號(hào)正常接入單片機(jī)AD采集通道；若采集的電壓大于5 V，則單片機(jī)將Q7引腳1電平拉高，Q7導(dǎo)通，則接入單片機(jī)AD采集通道的電壓由電阻R75和R76分壓得到，單片機(jī)根據(jù)電阻和分壓后的電壓可計(jì)算測(cè)量電壓。

1.2.3 模擬信號(hào)采集電路

試驗(yàn)車(chē)型有多種類(lèi)型傳感器，其中使用PT1000溫度傳感器測(cè)量溫度，該傳感器輸出與溫度相關(guān)的電阻信號(hào)[10]。通過(guò)測(cè)量液壓系統(tǒng)的比例電磁閥的控制電流，計(jì)算電磁閥的開(kāi)度，實(shí)現(xiàn)對(duì)比例電磁閥的控制。VCU直接采集壓力傳感器等輸出電壓信號(hào)，并進(jìn)行處理。由于需采集的模擬信號(hào)不同，設(shè)計(jì)了模擬信號(hào)采集電路，如圖6所示。

該電路通過(guò)AI_CH1_CTRL0 （簡(jiǎn)稱(chēng)CTRL0）和AI_CH1_CTRL1 （簡(jiǎn)稱(chēng)CTRL1）分別控制MOS管Q3和Q4，可切換采集模式。當(dāng)CTRL0上拉且CTRL1下拉時(shí)，該電路采集電壓信號(hào)；當(dāng)CTRL0下拉時(shí)，Q3導(dǎo)通，R22和R33串聯(lián)組成上拉電阻，此時(shí)電路可采集熱電阻傳感器信號(hào)；當(dāng)CTRL1上拉時(shí)，Q4導(dǎo)通，該電路可用于電流采集，R32為采樣電阻。

1.2.4 H橋驅(qū)動(dòng)電路

試驗(yàn)用裝載機(jī)冷卻系統(tǒng)中的循環(huán)水泵電機(jī)由VCU驅(qū)動(dòng)，H橋驅(qū)動(dòng)電路采用橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L9958，L9958具有較大范圍的工作電壓，最高工作頻率為30 kHz，最大輸出電流為8.6 A，同時(shí)該芯片具有短路和過(guò)溫故障診斷功能，可通過(guò)SPI設(shè)置熱警示溫度閾值。基于L9958芯片的H橋驅(qū)動(dòng)電路如圖7所示。該電路通過(guò)使能引腳EN和DI控制芯片進(jìn)入工作狀態(tài)，通過(guò)單片機(jī)輸出的PWM信號(hào)實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，通過(guò)單片機(jī)控制芯片引腳（directory，DIR）實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)向調(diào)節(jié)。

1.2.5 整車(chē)控制器

開(kāi)發(fā)的VCU硬件實(shí)物圖如圖8所示。使用鋁殼對(duì)控制器進(jìn)行封裝，隔離控制器與外部環(huán)境，避免液體和粉塵對(duì)電路造成破壞；提高控制器散熱能力，避免控制器出現(xiàn)溫度過(guò)高情況；屏蔽電磁干擾，降低外部電磁場(chǎng)對(duì)控制器的影響。選用PIN121接插件將控制器內(nèi)部電路與整車(chē)各相關(guān)電氣部件進(jìn)行連接。

1.3 基于模型設(shè)計(jì)的概述

基于模型設(shè)計(jì)（model-based design，MBD）是一種使用可視化方法設(shè)計(jì)復(fù)雜控制系統(tǒng)程序的新型開(kāi)發(fā)方法，適用于汽車(chē)電子、工業(yè)控制、嵌入式軟件設(shè)計(jì)等領(lǐng)域[11]。

與傳統(tǒng)開(kāi)發(fā)流程相比，MBD開(kāi)發(fā)方法具有很多優(yōu)勢(shì)：1）采用圖形化設(shè)計(jì)，可視化程度高，目標(biāo)明確，邏輯清晰，便于查找錯(cuò)誤和進(jìn)行維護(hù)；2）在各開(kāi)發(fā)階段具備相對(duì)獨(dú)立的技術(shù)手段，可及時(shí)進(jìn)行測(cè)試，盡量避免在開(kāi)發(fā)初期引入問(wèn)題；3）代碼自動(dòng)生成，MBD開(kāi)發(fā)工具由圖形化程序生成代碼，避免了手寫(xiě)代碼的繁瑣過(guò)程，提高開(kāi)發(fā)效率的同時(shí)也降低了引入錯(cuò)誤的可能性；4）大部分文檔由MBD開(kāi)發(fā)工具自動(dòng)生成，極大節(jié)省了開(kāi)發(fā)時(shí)間，提高了開(kāi)發(fā)效率。

Simulink可提供完善的建模和仿真環(huán)境，是進(jìn)行MBD開(kāi)發(fā)的核心工具。目前MBD開(kāi)發(fā)方式有2種處理思路：1）利用Simulink中集成的算法模塊搭建控制算法模型，在自動(dòng)生成控制代碼后，與底層驅(qū)動(dòng)代碼進(jìn)行聯(lián)合編譯，再燒寫(xiě)至目標(biāo)控制器；2）開(kāi)發(fā)驅(qū)動(dòng)芯片對(duì)應(yīng)的Simulink接口驅(qū)動(dòng)模塊，該接口模塊與底層驅(qū)動(dòng)代碼關(guān)聯(lián)，對(duì)所搭建控制算法模型中的輸入和輸出接口進(jìn)行替換，在生成代碼過(guò)程中可直接生成應(yīng)用于目標(biāo)驅(qū)動(dòng)芯片的程序。第2種方式可以避免程序二次編譯，有效提高程序開(kāi)發(fā)效率，因此采用該方式進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。

1.4 接口驅(qū)動(dòng)模塊

按照模塊來(lái)源，自主開(kāi)發(fā)的純電動(dòng)裝載機(jī)VCU控制算法模型可分為2個(gè)部分：1）Simulink模塊庫(kù)常用模塊，包括基本邏輯運(yùn)算模塊和Stateflow等，在進(jìn)行自動(dòng)代碼生成時(shí)可以直接編譯為C代碼；2）與開(kāi)發(fā)的控制器硬件相連接的接口驅(qū)動(dòng)模塊，這部分驅(qū)動(dòng)模塊調(diào)用單片機(jī)底層驅(qū)動(dòng)程序，由使用人員自主編寫(xiě)并加入庫(kù)中，與Simulink標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中模塊共同使用，進(jìn)行代碼生成時(shí)可直接編譯為應(yīng)用于控制器的程序文件。接口驅(qū)動(dòng)模塊的建立過(guò)程可大致分為S函數(shù)編寫(xiě)、目標(biāo)語(yǔ)言編譯器（target language compiler， TLC）文件編寫(xiě)、Simulink模塊封裝和Simulink驅(qū)動(dòng)庫(kù)導(dǎo)入4個(gè)部分。

1.4.1 S函數(shù)編寫(xiě)

S函數(shù)將Simulink中的設(shè)置參數(shù)傳遞至目標(biāo)語(yǔ)言編譯器TLC。采用C語(yǔ)言編寫(xiě)S函數(shù)，MATLAB提供S函數(shù)模板，用戶只需在模板內(nèi)自定義函數(shù)名稱(chēng)，S函數(shù)適用Simulink版本，回調(diào)函數(shù)頭文件、變量，以及C MEX形式的S函數(shù)頭文件等，若回調(diào)函數(shù)含輸入和輸出，還需在對(duì)應(yīng)位置定義數(shù)據(jù)類(lèi)型和數(shù)據(jù)維度。S函數(shù)編寫(xiě)完成后，使用MATLAB內(nèi)部的build函數(shù)，將S函數(shù)編譯為mexw32/mexw64格式的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)。

1.4.2 TLC文件編寫(xiě)

TLC將模型描述文件翻譯為目標(biāo)代碼。模型描述文件是由Simulink編譯得到的.rtw文件，該文件是文本文件，描述了各個(gè)模塊參數(shù)、接口等信息，是Simulink模型到控制器目標(biāo)代碼之間的中間量。目標(biāo)代碼生成過(guò)程如圖9所示。

1.4.3 Simulink模塊封裝

使用S-Function模塊調(diào)用已編寫(xiě)好的S函數(shù)，并對(duì)其進(jìn)行Mask封裝處理。設(shè)置封裝模塊的輸入、輸出變量及其數(shù)據(jù)類(lèi)型；在模塊界面上加入模塊內(nèi)部參數(shù)可編輯文本框，方便及時(shí)對(duì)模塊內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行修改；添加模塊功能描述，直接將描述信息體現(xiàn)在模塊界面上；加入模塊使用說(shuō)明，指明模塊輸入、輸出信號(hào)類(lèi)型和模塊復(fù)用功能的選擇方法。

1.4.4 Simulink驅(qū)動(dòng)庫(kù)導(dǎo)入

對(duì)Simulink模塊進(jìn)行封裝后，還需將編寫(xiě)好的模塊加入到Simulink驅(qū)動(dòng)庫(kù)中，自定義接口驅(qū)動(dòng)模塊的使用方式與基礎(chǔ)庫(kù)中模塊一致。最終建立的自定義接口驅(qū)動(dòng)模塊庫(kù)包括AD采集、開(kāi)關(guān)量采集、CAN通信、H橋驅(qū)動(dòng)、低邊驅(qū)動(dòng)、高邊驅(qū)動(dòng)等功能。在進(jìn)行代碼生成時(shí)TLC文件將Simulink產(chǎn)生的.rtw文件編譯為可運(yùn)行于目標(biāo)控制器的代碼。

1.5 上位機(jī)軟件

控制算法模型在Simulink中進(jìn)行編譯后，通過(guò)Bootloader將自動(dòng)生成的代碼燒寫(xiě)到目標(biāo)控制器內(nèi)運(yùn)行。為提高開(kāi)發(fā)效率，利用基于CAN總線的標(biāo)定協(xié)議 （CAN calibration protocol，CCP）開(kāi)發(fā)了數(shù)據(jù)觀測(cè)和標(biāo)定軟件[12]。

1.5.1 程序下載軟件

Bootloader是固化于控制器中的一段加載引導(dǎo)程序，不可更改和刪除，控制器通電后首先執(zhí)行這段程序。Bootloader是硬件與軟件的交互接口，與應(yīng)用程序分別處于2個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域，二者不會(huì)同時(shí)運(yùn)行。本文中設(shè)計(jì)的控制算法模型經(jīng)過(guò)編譯后生成s19格式的可執(zhí)行文件， s19文件包含出錯(cuò)校驗(yàn)功能，可以保障傳輸?shù)恼_性；程序更新采用了CAN總線通信方式，程序下載軟件將應(yīng)用程序生成的s19文件直接利用Bootloader進(jìn)行下載，可以顯示擦除、刷寫(xiě)、校驗(yàn)等進(jìn)度，并可對(duì)程序文件、數(shù)據(jù)文件、配置文件等進(jìn)行選擇性下載。

1.5.2 標(biāo)定軟件

基于CCP協(xié)議開(kāi)發(fā)了VCU標(biāo)定軟件，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)觀測(cè)和標(biāo)定功能。本文中主設(shè)備為PC上位機(jī)，從設(shè)備為需進(jìn)行標(biāo)定的VCU。在自動(dòng)生成代碼過(guò)程中，同時(shí)生成了A2L文件，A2L文件定義了標(biāo)定過(guò)程中上位機(jī)和VCU之間通信所需的信息，包含控制器配置參數(shù)、單片機(jī)內(nèi)部變量地址等。使用標(biāo)定軟件對(duì)A2L文件進(jìn)行解析，獲取控制器中變量地址，根據(jù)地址獲取變量值實(shí)現(xiàn)觀測(cè)功能，根據(jù)變量地址對(duì)變量進(jìn)行修改實(shí)現(xiàn)標(biāo)定功能。控制算法模型重新編譯時(shí)，需在標(biāo)定軟件中更新A2L文件。該軟件支持多種數(shù)據(jù)類(lèi)型變量的在線實(shí)時(shí)標(biāo)定。為方便對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行觀測(cè)，開(kāi)發(fā)了多種形式的監(jiān)控界面，包括波形圖、儀表圖、數(shù)值列表等顯示方式，并支持標(biāo)定數(shù)據(jù)及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的錄制。

2 VCU性能試驗(yàn)

為了對(duì)自主開(kāi)發(fā)的控制器功能進(jìn)行驗(yàn)證，設(shè)計(jì)了VCU的控制策略，并應(yīng)用在純電動(dòng)輪式裝載機(jī)上進(jìn)行實(shí)車(chē)驗(yàn)證。輪式裝載機(jī)鏟裝作業(yè)有L、T、I和V型，其中V型鏟裝作業(yè)方式適應(yīng)范圍廣，因此采用V型鏟裝作業(yè)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性驗(yàn)證。選擇額定載質(zhì)量相同的純電動(dòng)裝載機(jī)和柴油裝載機(jī)進(jìn)行1 h V型鏟裝作業(yè)試驗(yàn)，分別計(jì)算二者耗電量和耗油量，對(duì)比二者經(jīng)濟(jì)性。試驗(yàn)時(shí)控制每次鏟裝物料質(zhì)量基本一致，純電動(dòng)裝載機(jī)和柴油裝載機(jī)進(jìn)行V型鏟裝作業(yè)的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)對(duì)比如表2所示。

由表2可知：在相同時(shí)間的V型鏟裝作業(yè)中，純電動(dòng)裝載機(jī)完成循環(huán)次數(shù)多于柴油裝載機(jī)，純電動(dòng)裝載機(jī)的鏟裝效率比柴油裝載機(jī)提高了8.7%；在相同作業(yè)工況下，純電動(dòng)裝載機(jī)的使用成本約為柴油裝載機(jī)的35%。

3 結(jié)論

1）開(kāi)發(fā)了滿足純電動(dòng)裝載機(jī)控制需求的VCU，設(shè)計(jì)了各功能模塊的底層驅(qū)動(dòng)軟件，開(kāi)發(fā)了基于CCP協(xié)議的上位機(jī)標(biāo)定軟件。

2）通過(guò)實(shí)車(chē)試驗(yàn)對(duì)開(kāi)發(fā)的控制器的性能進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明：安裝自主開(kāi)發(fā)VCU的純電動(dòng)裝載機(jī)工作效率較相同規(guī)格柴油裝載機(jī)提高8.7%，使用成本約為后者的35%，開(kāi)發(fā)的VCU能夠滿足純電動(dòng)裝載機(jī)的使用要求。

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Design of vehicle controller for pure electric loader

HU Longyu， JI Shaobo*， WEI Jinghong， ZHANG Ke，

ZHANG Zhipeng， JIANG Ying

School of Energy and Power Engineering， Shandong University， Jinan 250061， China

Abstract： The functional requirements of the pure electric loader are analyzed and the hardware functions of the vehicle controller are confirmed. The hardware circuit of the vehicle controller is designed according to the types of sensors and actuators. The generated code can be downloaded to the controller based on Bootloader. The host computer calibration software is developed according to the CCP protocol. The monitored and calibrated parameters can be operated in the calibration software by the A2L file. The developed controller is installed on a pure electric loader which is compared with a same specifications of diesel loader. The test result shows that the efficiency of the pure electric loader is enhanced 8.7% with the cost reduced，35% compared with the using cost of diesel loader in the V-shaped shovel loading operation.

Keywords： pure electric loader; vehicle control unit; hardware design；Simulink

（責(zé)任編輯：郎偉鋒）