新能源洒水车泵控制系统设计...化探析——基于节能控制理念_吴俊辰.pdf

工 程 技 术产业创新研究 2023.7 第14 期132作者简介：吴俊辰，男，浙江杭州人，硕士研究生；研究方向：机电一体化、系统集成。新能源洒水车泵控制系统设计优化探析基于节能控制理念吴俊辰（浙江威龙泵业有限公司，浙江湖州 313300）摘要：在城市化建设进程中，国民的环境保护意识水平逐渐升高，大量新能源技术被广泛应用于环保工作各领域中，例如不同类型汽车中的节能技术等。新能源洒水车承担着城市卫生的清理工作，需要消耗大量水资源与燃油资源，针对该类车型研究新能源环保技术、打造新能源洒水车势在必行。本文深入新能源洒水车的泵控制系统，探究其控制实践过程中的设计作用、原则，结合实践技术探索其节能控制理念。关键词：新能源洒水车；泵控制系统；设计作用；原则；节能控制一、引言新能源洒水车虽然运行线路较短，但使用频率极高，特别是在人口密度大的城市中，新能源洒水车的利用范围更广，工作强度更高。所以对新能源洒水车进行进一步改进，优化其泵控制系统，努力实践节能控制理念以及相关技术内容是非常有必要的。二、新能源洒水车中的泵控制系统及其设计价值（一）泵控制系统在新能源洒水车中，主要核心部件是洒水泵，洒水泵的主要组成部分包括电机驱动、电机等。但新能源洒水车在安装洒水泵的过程中会出现与电机连接不紧凑这一现实状况，电机与洒水泵之间也容易出现相互传动效率不高的现实问题。如此一来，容易出现无效能耗消耗过多、节能效果不利等问题，亟待改善。（二）泵控制系统的设计价值要进一步对新能源洒水车的泵控制系统进行设计，体现其设计价值。从物理技术层面来讲，新能源洒水车在夏季路面洒水对路面进行降温，水箱中的水是通过水泵增压喷水的，此时就需要泵控制系统控制水泵，配合电瓶等重要移动电源设备来进行供电，维持洒水车工作。要深入了解泵控制系统，分析其设计结构是否存在不合理现象，因为这些不合理现象容易导致故障，不利于正常使用，整体看来机械性能表现较差。在深入分析新能源洒水车上的水泵结构的过程中，会发现其泵体专门设置了口环与叶轮，且齿轮直接设置于增速箱之内，增速箱上端则设置了上盖作为保护。再者是输出轴，输出轴是通过机械密封件来实现与叶轮之间的传动连接的，输出轴另一端则连接了齿轮与输入轴传动连接，配合油封轴承、液螺塞等，全部设置于泵体下端位置，整体来看结构设计非常合理且精巧，机械性能表现水平高且较少发生故障，整体使用寿命较长。如此看来，新能源洒水车的泵控制系统是具有一定设计 价值的1。三、新能源洒水车中的泵控制系统设计的缺陷在新能源洒水车中，泵控制系统的不足之处较多，大体来讲可以归纳总结两点：首先一点是水泵以及泵控制系统在安装到新能源洒水车上以后必须保证所安装水泵以及泵控制系统相互匹配，其中固定过程仅仅通过螺栓固定不牢靠，这在一定程度上降低了水泵的实用价值；再一点，新能源洒水车中泵控制系统主要通过车载电瓶进行供电，如果电瓶电量不足，则无法满足水泵供电要求，洒水工作任务也无法顺利推进，必须到指定充电桩地点充电才能继续工作，这就无端浪费了大量时间，不符合节能理念要求，水泵以及泵控制系统的整体实用价值都会严重降低2。四、新能源洒水车中的泵控制系统基本结构新能源洒水车的泵控制系统基本结构如图 1 所示。工 程 技 术INDUSTRIAL INNOVATION 产业创新研究1331.系统主体；11.叶轮孔；15.叶轮孔；17.连接轴；18.轴孔；19.叶轮壳体；24.水泵壳体；25.叶轮轴棒；A 叶轮盖；C 装配件图 1 新能源洒水车泵控制系统结构示意图图 1 为新能源洒水车的泵控制系统，该系统的主要目的是节能并提高洒水车整体工作效率，它应该包括泵体、电机、传动轴以及泵控制系统。传动轴主要通过拨动液体流动的叶轮来设置叶轮外周泵壳，且泵壳内支撑叶轮传动轴，同时在两端端部设置固定连接的连接盘。另外是优选地部分，它主要负责连接盘具体内容，形成工字形连接盘，该连接盘中还包括工第一端盘、第二端盘等，其中传动轴部分直接与阶梯形中心腔体相连接，形成多台阶面结构。在优选地中，主要配合传动轴形成阶梯形中心腔体，可以做到对传动轴的有效控制，保护电机油封部分。如此设计改造，更有利于新能源洒水车洒水泵正常节能运行，其中的泵控制系统节能运行操作水平会不断提升3。五、新能源洒水车中的泵控制系统设计作用与原则（一）新能源洒水车的泵控制系统设计作用第一，泵控制系统能够为新能源洒水车提供更高效的水泵应用能源。可以了解到，目前我国工业发展中对大量非可再生能源的消耗导致自然生态环境被严重污染，污染排放物量每年激增，环保工作压力越来越大。在这一大背景下，有效节约能源、减少排放是人类能否可持续发展的关键所在。新能源洒水车在开发过程中追求节能减排，它其中的泵控制系统必须起到重要作用。在充分利用新能源过程中，需要对泵控制系统进行设计改造，迎合当前环保工作现实要求，更高效率应用各种能源。第二，泵控制系统能够提升新能源洒水车中发动机的整体运行效率。一般情况下，如果发动机转速较高则必须保证高冷却强度，否则发动机容易烧毁，直接影响水泵以及泵控制系统。新能源洒水车日常工作需要承受高负载，所以如果冷却强度不足就会导致发动机转速降低，届时水泵与风扇工作效率都会严重下降。在如此情况下，需要考虑到新能源洒水车中恒温器的安全状况，因为它由石蜡制作而成，如果泵控制系统设计不到位，就容易导致恒温器烧毁，车辆将无法正常工作运行。如此看来，泵控制系统的设计作用价值是非常高的，它保证了新能源洒水车的正常工 作运转4。（二）新能源洒水车的泵控制系统设计原则在笔者看来，新能源洒水车的泵控制系统在设计过程中需要满足多点设计原则，结合设计原则明确设计思路，大体来讲包含以下三点：第一，必须通过设计新能源洒水车泵控制系统来提升系统控制工作可靠性。因为在传统洒水车中，常规发动机冷却系统、风扇以及水泵都由曲轴驱动控制，而生产过程中则需要交由电动机驱动器控制。在整个操作过程中，容易出现发动机转速过高同时冷却密度过高情况，一旦发动机转速降低，冷却密度也随之降低，此时就容易出现洒水工作效率同步降低这一现实问题。目前对泵控制系统进行设计改造，专门融入电子控制技术，该技术能够保证泵控制系统完全独立于电机工作，保证机械损耗水平大幅度降低，同时也能确保车辆发动机始终处于最佳运行状态中。从某种程度来看，这种设计大幅度减少了燃油消耗所带来的碳排放，相当绿色环保。进一步分析泵控制系统中的无刷直流电动机，它的磁场转子组主要由稀土永磁材料所制作而成，所以无刷直流电动机的整体尺寸体积较小，且磁损耗接受能力较强，如此就减少了发动机的实际空间需求。实际上，其中设计不涉及任何机械切换内容，也并不依赖电刷以及反射镜，所以能有效减少水泵在大量换向过程中所产生的振动噪声，确保水泵能够在相对嘈杂、复杂的环境中正常运行。在设计中，也需要考虑到泵控制系统中转子部分容易发生启动错误，所以需要在泵控制系统中融入先进的 PID 控制理论，确保直流电动机驱动泵控制系统高效率运行5。第二，要为新能源洒水车泵控制系统采用自动化、智能化技术内容，保证设计改造一步到位。例如在分析车辆中冷却系统组件过程中，需要了解系统动力来源，结合水泵功能分析冷却液正常循环情况。传统洒水车水泵容易在长时间运行后发生机械强度降低情况，直接导致水泵变形断裂无法正常工作，故障问题接踵而来。为此，在泵控制系统设计过程中必须考虑采用自动化、智能化技术，目的在于提高泵控制技术稳定性，提高其可扩展性和灵活性，体现一定技术性优势。在这一点上，我国应该更多借鉴国外经验，因为新能源洒水车在国外运用广泛，技术研究深入，所以国内应该学习国外研究开发智能水泵，其中专门设计智能化冷却控制系统，这一系统源自美国，主要通过 PID 进行控制。PID 控制水平较高，同时也能调节控制水泵风扇以及发动机转速，对工 程 技 术产业创新研究 2023.7 第14 期134水泵温度变化进行实时监控与计算调整，一旦发生故障第一时间通告报警，如此对于新能源洒水车泵控制系统工作准确性以及效率的提高都有巨大帮助。第三，需要在新能源洒水车中设计水泵电机保护控制装置，这也是泵控制系统的关键部分。该装置充分考虑到新能源洒水车在正常工作运行中可能会面临的各种紧急状况，例如保护电路的继电器、保险丝超负荷熔断短路等等。具体来讲，就是通过建模方式对泵控制系统实施仿真操作，分析电流、电压以及温度模板在车辆工作运行中所产生的数据代码组合，即通过装置滑块来保证泵控制系统正常操作运行。秉持着上述三点原则，能进一步优化新能源洒水车泵控制系统设计，深入实践节能控制理念的内容6。六、新能源洒水车中的泵控制系统节能控制设计要点（一）过压与欠压保护节能控制设计要点要为泵控制系统设计过压与欠压保护，满足节能控制技术应用要求，避免出现新能源洒水车正常运行期间电压严重下降这一现象问题，例如比较常见的负载端子电压因为线路连接接触不良而导致下降现象。具体来讲，需要了解到水泵中电动机电压实际情况，配合分析电动机的磁路饱和情况、温度或者电压升高情况，所以需要对泵控制系统进行设计改造。具体来讲，即加入过压和欠压保护机制，其工作原理是设置电流极限，确保其控制在 100ms 左右正常捕获电流值一次，确定是否出现极限超压现象。如果电压过大，则通过PID 计算并减小 PWM 值。具体要设置至少两组运算放大器，实现硬件级别保护操作过程，体现泵控制系统相对良好的过压与欠压保护效果7。（二）空转保护节能控制设计要点在新能源洒水车中，针对水泵负载导致的无法正常工作的问题进行分析，其控制策略性能参数评估水平能否提高成为关键。要结合校准内容分析电动机驱动参数内容，专门为泵控制系统设计空转保护。空转保护能够有效控制水泵、发动机由于高负荷运行所导致的温度急剧上升故障。具体来讲，就是参考水泵的运行速度分析空转电流上升或下降实际情况，专门设计空转保护节能控制技术内容8。（三）过热保护节能控制设计要点在对泵控制系统设计热保护节能控制设计技术要点时，需要分析控制器与执行器运行参数，智能监控水泵正常工作流程。在新能源洒水车正常工作过程中，泵控制系统主要通过传感器来行使过热保护节能控制机制，提出具体控制策略与关键参数。传感器会与泵控制系统、电机共同合作分析参数信号内容，为此系统中还需要设计电子控制单元，了解水泵电动机的实时状态内容，适当发出控制策略程序命令9。（四）调整优化电机控制参数设计要点最后，要调整优化电机控制参数，明确泵控制系统结构与功能设计要点。从某种程度来讲，就是做好水泵、发电机工作运行指标的电子化、智能化控制工作。因此，要分析、调整和优化电机控制参数，配合车辆中引擎运行状态来监控某些关键变量的变化过程。在通过产生参数分析解决电动机故障之余，也能实现对电机输出控制参数的有效修改，提高新能源洒水车中泵控制系统的节能控制水平10。七、结语本文探讨了目前比较常见的新能源洒水车，其泵控制系统在设计方面遵循一定需求与原则，体现了较强的各个设备参数控制能力。在对泵控制系统具体设计与改造过程中，也融入了大量节能控制理念，希望借此契机加强泵控制系统运行效率水平，提高新能源洒水车的整体运行工作效率。参考文献：1 绿友集团新能源车辆有限公司.一种新能源洒水车的洒水装置：CN202020506478.2P.2020-12-08.2 中国重汽集团成都王牌商用车有限公司.一种混合动力洒水车及其新能源底盘冷却系统：CN201820669729.1P.2018-12-11.3 陈增志.洒水车定量喷洒控制系统 J.专用汽车，2019（02）：92-95.4 李留胜，刘晋军.纯电动多功能抑尘车结构设计与原理 J.科技与创新，2022（12）：92-94.5 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