小型自行式电动扫地车执行机构PCU 控制器设计需求书一、项目概述1.1.自行式电动扫地车基本描述：（1）动力源：锂电池或免维护电池，直流，48V。

兼容 36V。

（2）行走机构：单电机链条传动后轮驱动。

（3）转向机构：前单轮人力转向，无转向助力。

（4）扫刷：可升降，每边 1 组 2 个，总计 4 个，工作时速度恒定；扫刷由直流电机经减速器驱动扫刷，扫刷升降机构由电推杆驱动，电推杆由直流电动机驱动。

（5）滚刷： 1 个，将扫刷扫入的垃圾滚卷、旋抛至垃圾箱，直流电动机经带传动驱动，工作时转速恒定。

滚刷升降机构，一种方式是滚刷与后边刷、集尘器刚性连接，由边刷电推杆驱动升降；一种是与集尘器刚性连接，独立设置电推缸驱动升降。

（6）风机： 1 个，吸尘，直接电动机直接驱动。

（7）振尘机构：采用振动的方式把滤网上吸附的垃圾剥离，掉入垃圾箱，由直流电动机直接驱动偏心振动器。

（8）垃圾箱上下车机构：由 2 个液压缸驱动，液压油由 1 台液压齿轮泵提供，三位四通电磁阀控制液压缸。

液压齿轮泵由电动机直接驱动， 2 台液压缸同步由同步阀和刚性连接共同实现同步控制。

（9）喷淋降尘机构：由 1 台直流电动机驱动离心泵供水喷淋，实现降尘。

1.2.项目实施的目的：项目实施的目的是为自行式电动扫地车控制系统设计提供技术参数要求和设计要求，项目实施不涉及自行式电动扫地车的结构设计及其相关计算。

1.3.项目实施时间要求：本项目要求在 6 月 10 日前完成“自行式电动扫地车电气控制设计需求报告”。

二、电动扫地车执行机构动作描述2.1.行走机构1 台 2.5kW、额定转速 1500r/min 直流无刷电动机的转速、转矩经减速器后（需要计算传动比、行走力矩等滞后，才可确定是否需要减速器），通过链条传动输入驱动桥，经主减速器、差速器、半轴，驱动车体行走。

行走驱动电动机为长时间工作制。

行走机构电动机采用无刷直流电动机，有霍尔速度传感器，需能够方便地实现正反转控制和转速控制。

2.2.转向机构前轮转向。

因车体较轻、行走速度较低，前轮又为小型单轮，可采用机械式转向机构，无需转向助力系统。

2.3.扫刷转动机构驱动电动机为直流有刷电动机，单向旋转，额定转速1200r/min ，额定功率100W ，长时间工作制。

电动机应带有减速器（传动比应与扫刷额定转速匹配），减速器输出轴直接驱动扫刷。

扫刷在工作时需长间不间断转动， 4 个扫刷分别采用独立直流电动机驱动。

应注意左侧边刷的两个电动机与右侧边刷的两个电动机转向相反：俯视时，右侧两个边刷旋向为逆时针方向，左侧两个边刷旋向为顺时针方向。

2.4.滚刷机构直流有刷电机，单向旋转，额定转速600r/min ，额定功率 800W，长时间工作制。

通过齿形带或V 形带与滚刷轴端连接（电动机轴端、滚刷轴端带轮直径需要根据滚刷额定工作转速确定）。

2.5.扫刷、滚刷、集料板升降机构升降系统电推杆的电动机须能方便地实现正反转控制和行程控制。

（1）前边刷升降机构前边刷是指车体前端左右两侧的两个边刷。

左右两个的两个边刷各由一台电推杆独自直接驱动升降。

电推杆电动机为直流有刷电机，需进行正反转控制，额定转速 3600r/min ，额定功率 36W。

电推杆行程需要根据具体机构及边刷升降行程计算确定。

（2）后边刷、滚刷、集料板升降机构后边刷是指车体后端左右两侧的两个边刷。

①一种方式是集中升降机构：后边刷、滚刷、集料板通过机械结构连接，同步升降。

左右两侧各由 1 台电推杆驱动。

电推杆电动机为永磁有刷电机，需进行正反转控制，额定转速3600r/min ，额定功率 36W。

电推杆行程需要根据具体机构及边刷升降行程计算确定。

需要注意的是，左右两侧两个电推杆必须通过机械结构和控制实现同步升降，防止左右不同步造成升降机构卡死或滚刷转轴倾斜。

滚刷倾斜会导致清扫质量严重下降，升降机构卡死会造成扫地车无法工作。

②第二种方式是单独驱动升降机构：后边刷升降机构采用前边刷升降方式，即两个边刷分别采用两个独立的电推杆实现升降。

电推杆电动机为永磁有刷电机，需进行正反转控制，额定转速3600r/min ，额定功率 36W。

电推杆行程需要根据具体机构及边刷升降行程计算确定。

而滚刷和集料板共同采用 1 台或 2 台电推杆实现升降（需根据具体的结构进行设计），电推杆电动机为永磁有刷电机，正反转，额定转速3600r/min ，额定功率 36W。

电推杆行程需要根据具体机构及边刷升降行程计算确定。

第二种升降系统的缺点是至少需要多 1 台电推杆。

2.6.风机系统风机系统由风机、电动机组成。

风机驱动电动机为 1 台直流有刷电机，单向旋转，额定转速3000r/min ，额定功率800W，长时间工作制。

电动机是否经减速器后再连接风机，需要根据风机额定转速确定。

建议确定风机额定转速后再确定电动机转速，避免再连接减速器；除非需要减速后提升转矩。

风机电动机必须要防尘、防水、防爆电动机，防止电动机过早损坏或出现危险。

2.7.振尘系统振尘系统由 1 台永磁有刷电机驱动偏心振动发生器，电动机单向旋转，额定转速 1000r/min ，额定功率 100W，短时工作制。

建议振尘电动机直接购买偏心振动电动机，避免再设计偏心振动发生器。

振尘电动机需要防尘、防水电动机。

2.8.喷淋降尘系统由 1 台永磁有刷电机驱动离心式水泵，电动机单向旋转，额定转速须与离心式水泵额定转速匹配（这样可直接与水泵连接，避免再增加减速器），额定功率30W，长时间工作制。

水泵电动机需要防尘、防水电动机。

2.9.液压系统液压系统动力元件由 1 台串励电机直流电动机驱动齿轮泵，电动机单向旋转，额定转速 2800r/min ，额定功率 2200W ，长时间工作制。

建议确定液压系统工作技术参数后选用齿轮泵，根据齿轮泵额定参数确定是否需要加装减速器。

如果需要加装减速器，可直接购买带有减速器的直流电动机（减速器可降速增矩）。

液压系统控制元件建议采用先导式三位四通自复位手动阀，更易控制液压缸运动的平顺性。

三、电器执行元件及其控制要求3.1.电源显示车控钥匙孔在OFF 位置时，车控钥匙插入钥匙孔，为车辆启动工作最好准备；当钥匙旋至 ON 位置时，为各执行系统驱动电动机工作做好通电准备。

当车控钥匙在 ON 位置时，车控钥匙不能拔出取下，只有车控钥匙在OFF 位置时，车控钥匙才能拔出取下。

车控钥匙拔出取下时，全车断电。

此时，电池的正负极与全车截断，防止漏电或维修时电池损坏。

设置电池电压状态显示板，显示电池电压和充电状态；设置电池电压预警和报警系统：当电池电压达到一定值时，预警指示灯（黄色频闪）预警；当电池电压达到极限时，报警蜂鸣器报警，报警指示灯（红色频闪）报警。

3.2.行走系统控制要求（1）行走速度控制与显示行走包括前进和后退。

①电动机转速控制行走驱动电动机为直流电动机，建议采用比例积分调节器进行无差控制。

输入信号为调速电压信号。

②行走速度显示驱动电动机带有霍尔速度传感器，控制系统根据霍尔速度传感器反馈的电动机转速，根据机械传动系统的传动比，建立电动机与行走速度之间的数学模型，通过控制器直接显示车辆行走速度。

（2）电动机启动与正反转控制档杆推至前进位或后退位时，直流电动机不能自行正转或反转，须由操作人员通过加速踏板给定旋转控制信号旋转和加速。

只有操作人员把刹车踏板踩到底，并霍尔转速传感器反馈转速为零时，控制器才会相应前进后退档位变化。

允许车辆前进会后退时，档杆由前进档位或后退档位推至空挡位，但当车辆前进时推到后退档位时，控制器执行空挡操作。

（3）有源逆变反馈控制当档杆在前进档位时，霍尔转速传感器的速度反馈信号大于给定信号时，有源逆变控制回路开始工作，驱动电动机变为发电机，把车辆的惯性能量转变为电能，反馈输送给蓄电池。

因车辆回退时间相对于前进时间过短，为避免有源逆变系统过于复杂，车辆后退时，无需有源逆变。

（4）行车制动由于电动扫地车整车质量相对较小，且行走速度较低，建议简化行车制动系统，采用一般机械拉线式盘刹（类似于摩托车行车制动系统）。

高级一些的摩托车行车制动也有手动液压助力刹车。

（5）驻车制动①一种形式是与行车制动并联，手动拉杆控制。

这样可使制动系统简化。

②在驱动电机输出端采用刹车带作为驻车制动。

带式驻车制动器结构简单，驻车效果良好。

3.3.边刷、滚刷、集料板控制系统（1）工作前的安全控制车控钥匙旋至 ON 位置时，若边刷、滚刷和集料板的 4 个升降电推杆任何一个没有处于上止点位，电推杆驱动电动机将立刻得电，驱动电推杆工作，提升边刷、滚刷和集料板上升至上止点位。

这种控制的目的是避免边刷、滚刷处于下止点位且没有旋转工作时，车辆直接行走造成刷毛受损。

（2）工作与行走控制①按下工作按钮， 4 个电推杆驱动电动机、 4 个边刷旋转驱动电动机、 1 个滚刷旋转驱动电动机同时得电工作；当电推杆下降至下止点（工作位置）时，电推杆驱动电动机停止工作，同时锁定 4 个边刷旋转驱动电动机、1 个滚刷旋转驱动电动机保持得电工作状态。

工作按钮按下的同时，驾驶室顶端工作灯、前后、左右两侧工作指示灯开始得电，显示扫地车处于工作状态；建议顶灯采用旋转式黄色旋转灯，前后、左右工作指示灯采用黄色频闪指示灯；驾驶室设置扫地工作指示灯，与驾驶室外侧工作指示灯同步，建议采用红色指示灯（最好不频闪，防止干扰操作人员驾驶）。

②按下停止按钮， 4 个电推杆驱动电动机得电，驱动电推杆上升；此时，1个滚刷驱动电动机、 4 个边刷驱动电动机不失电，继续旋转。

当电推杆提升边刷、滚刷和集料板上升至上止点时， 4 个电推杆驱动电动机、4 个边刷驱动电动机、 1 个滚刷驱动电动机失电停止工作，并锁定失电状态；同时，驾驶室顶端工作灯、前后、左右两侧工作指示灯失电，表示扫地车处于非工作状态。

建议采用非工作状态指示灯：与工作状态指示灯联锁，即工作指示灯得电时，非工作指示灯自动失电，当工作指示灯失电时，非工作指示灯自动得电。

非工作指示灯建议采用绿色（最好不频闪，防止干扰操作人员驾驶）。

3.4.风机控制建议风机单独控制。

在路面无尘状态下，可不开风机，节省电能。

路面尘较大或清扫扬尘较大时，独立控制风机开启。

设置风机工作指示灯：当风机工作时，指示灯亮；否则指示灯熄灭。

3.5.水泵电机控制①水泵电机工作控制建议水泵电机单独控制。

需要喷淋降尘时，单独开启水泵电机工作；不需要喷淋降尘时，关闭水泵电机，可节省电能和水箱水源。

设置水泵电动机工作指示灯：当水泵电动机工作时，指示灯亮；否则指示灯熄灭。

②水箱水位显示及水箱水位与水泵电动机互锁控制水箱应设置水位测定装置，并能够在驾驶室显示水箱水位。

水箱水位测定装置应能够锁定水泵电动机的得电状态，即当水位低于安全水位时，水泵电动机无法启动工作，防止水泵产生汽蚀。