工程車輛網絡化電子控制系統裝置的製作方法

2024-02-04 06:10:15

專利名稱：工程車輛網絡化電子控制系統裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種工程車，更具體地說，它們是一種工程車輛網絡化 電子控制系統裝置。
背景技術：
國外先進工業國家的工程車輛，在品種機型、技術、功能等方面，都早 已形成系列，而且都比較完善，特別是美國的卡特勒公司、日本的小松製作株式會社、瑞士的沃爾沃公司、英國的JCB公司等世界著名大型工程機械生 產企業，代表著工程車輛的發展方向和技術水平。在工程車輛網絡化電子控 制方面，國外各大公司早有研究，不僅成效斐然，而且已經得到廣泛應用， 對核心技術，這些國外大公司無一例外，始終實行壟斷政策和嚴格的保密。我國工程車輛的研製，雖然起步較晚，但近十年來有了較大發展，基本 上形成了產品系列，主要作業功能已基本上滿足國內建設工程的需要，部分 產品已向國外發展國家出口外銷。但國內生產的工程車輛與國際先進水平相 比，差距依照很大，特別是在工程車輛的網絡電子控制系統技術方面，國內 才剛剛起步不久，絕大多數項目都處在研究試驗階段，在國內優勢企業集團 中，也僅僅處在產品示範性研發之中。最近幾年，由於國內特大型建設項目開工建設，國外先進大型工程車大 量進口，再加上國際貿易竟爭日趨激烈，集傳感技術、微電子技術、微控制
器技術、通訊技術、控制技術於一體的工程車輛網絡化電子控制系統的研發與應用，逐漸成為竟爭的熱點，研發和裝備的步伐都在迅速加快，在國內科 研單位和生產企業已經形成共識，加快自主研發工程車輛網絡化電子控制系統裝置步伐，但在目前，尚未發現應用以網絡通訊為基礎的網絡線控制技術，把工程車輛由一個擁有大量電子技術與裝備的機械系統，轉變成為一個由一定機械裝置支撐的電子電器系統，並實現電子控制的工程車輛網絡化電子控制系統裝置。發明內容本實用新型的目的是克服了現有工程車輛尚未應用以網絡通訊為基礎 的網絡線控制技術，提供一種通過網絡化電子控制系統裝置中的電子監控系 統、故障診斷系統的處理，達到優化工程車輛運行過程，簡化維護保養，提 高工作效率的目的。本實用新型的目的通過下述技術領域方案予以實現在工程車輛產業 產品上應用網絡技術理論，依據網絡技術理論在工程車輛的電子系統中，應 用電子裝置及計算機技術，以其通訊和資源共享能力，開發提升現有工程車 輛信息系統和電子系統，把工程車輛上的所有電子裝置整合成一個集成的整 體系統控制裝置，提高工程車輛技術水平，從而實現傳動系統、牽引驅動系 統、液壓節能系統、信息系統的電子控制。本實用新型依據網絡技術理論，根據工程車輛發動機系統、底盤系統、作業 裝置系統的工作原理及整機工作過程中的分析和測控，得到決定工程車輛各系統及整機的工作特性及工作性能的各種參數、曲線，並由此確定出工程車
輛各系統及整機，並據此確定電子監控參數、故障特徵量；通過網絡化電子 控制系統裝置中的電子監控系統、故障診斷系統的處理，達到優化工程車輛 運行過程，簡化維護保養，提高工作效率的目的。本實用新型主要包括傳感測試單元、信號處理單元、故障診斷單元、 顯示報警單元、緊急驅動控制單元、信號通訊接口單元、參數設置調節單元、 測量單元等工作部件。工程車輛網絡化電子控制系統裝置的主要核心技術是把工程車輛由一 個擁有大量電子技術與裝置的機械系統，轉變成為一個由一定機械裝置支撐 的電子電器系統；以網絡通訊為基礎的網絡線控技術(CBW， Control—By 一Wire)，就是實現這種轉變的主要技術。線控技術是在工程車輛上用電子信息的傳送，取代傳統的機械、液壓或 氣動連接方式，形成全新的串行信息傳輸的網絡化線控系統結構。工程車輛網絡化電子控制系統裝置主要目標是根據網絡線控技術理 論，發明符合各類工程車輛系統特性的電子控制工程車輛，電子控制車輛是 由整機電子監控單元和工作過程單元兩部分組成，電子控制車輛的核心技術 是建立電子監控邏輯和電子優化控制規律。工程車輛網絡化電子控制系統裝置，主要包括技術有狀態變量和控制參數的提取，傳感器的合理布置、監測與控制特徵量的容錯處理、故障特徵 的辯識技術、故障之間的邏輯關係、優化控制約束、穩定性控制等；還包括: 傳感測試單元、信號處理單元、故障診斷單元、顯示報警單元、緊急驅動控 制單元、信號通信接口單元、參數設置調節單元、測量單元等工作部件。
本實用新型工程車輛網絡化電子控制系統裝置與現有技術相比較其有益效果是1、 本實用新型實現了以發動機最大功率輸出、最低燃料消耗、最低排 放目標，精確控制發動機的燃油嘴噴射、轉速特徵等，使發動機在各種情況下均處於最佳狀態；2、 根據工程車輛的作業特徵、行駛條件、工作環境諸因素，優化了精 確控制傳動系統的傳動比，使工程車輛始終處於最佳檔位，以提高傳動效率、降低油耗、提髙行駛平穩性、延長傳動部件使用壽命；3、 有效的通過精確控制工程車輛作業過程中的牽引力、驅動力及制動過程中的防抱死，提高牽引、驅動效率、減少行駛部件磨損、改善制動效能、保證行車安全、防止事故發生；4、 又可通過精確控制工程車輛的動力轉向、節能等系統，提高轉向能 力和轉向穩定性，提高作業裝置的作業效率、改善液壓系統工作狀態，提高 系統可靠性；5、 對信息顯示、報警、故障診斷、語言通訊、導航定位，以及車速、 裡程、油壓、溫度等方面能精確反映，全面判斷工程車輛工作環境及行駛作 業動態特徵，以便優化控制約東。


圖l是本實用新型工程車輛網絡化電子控制系統裝置人機接口執行機 構、線控系統基本結構原理示意圖； 圖2總線網絡結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步描述。在圖中，工程車輛人機接口 1、電信號(有線或無線)2、執行機構3、傳感機構4、工程車輛功能裝置5、發端點匹配6、發動機系統7、底盤系統 8、作業裝置系統9、端點匹配IO、計算機ll、計算機12、計算機13。圖1是本實用新型的工程車輛人機接口執行機構、線控系統基本結構原 理示意圖，這種線控技術系統的工作過程是通過人機接口 1，轉換成電信 號2，並傳到執行機構3，由執行機構3控制工程車輛的功能裝置，傳感機 構的傳感器4，感知功能裝置的工作狀態，並通過電信號2傳給人機接口 1， 反饋給操縱人員。工程車輛網絡化電子控制系統裝置主要核心技術是把工程車輛由一個擁有大量電子技術與裝置的機械系統，轉變成為一個由一定機械裝置支撐的 電子電氣系統；以網絡通訊為基礎的網絡線控技術(CBW, Control—By—Wire),是實現這種轉變的主要技術。線控技術是在工程車輛上用電子信息的傳送，取代傳統的機械、液壓或 氣動連接方式，形成全新的串行信息傳輸的網絡化線控系統結構。本實用新型主要目標是根據網絡線控技術理論，發明工程車輛系統特 性的電子控制，電子控制是由整機電子監控單元和工作過程單元兩部分組 成；電子控制模型的核心技術是建立電子監控邏輯和電子優化控制規律。工程車輛網絡化電子控制系統裝置，還包括的技術有狀態變量和控制 參數的提取，傳感器的合理布置、監測與控制特徵置的容錯處理、故障特徵
的辯識技術、故障之間的邏輯關係、優化控制約束、模型穩定性控制辦法、 校驗與標定等。本實用新型主要技術性能指標適應溫度-4(TC—125°C、抗外來電磁幹擾、容錯及故障恢復時間。 工程車輛網絡化電子控制系統裝置是把網絡技術中，以串行信息傳輸為基礎的，主要體現在以下四個方面-.第一、根據網絡線控技術理論，發明了一條總線連接所有入網工作單元 或局部網絡的總線網絡結構，工程車輛網絡化電子控制系統置，是由多個局 部網絡的互聯而構成，在工程車輛的網絡化電子控制系統裝置內部，各種信 號的傳送都是按一定的通訊協議，由網絡連接著各種控制單元或智能裝置， 通過網絡把控制信號或傳感器信號傳送到目的系統。據此可以確認信呈傳 送通訊含義佔有較大比重。根據工程車輛結構及功能特點，根據網絡線控技 術理論，把工程車輛網絡化電子控制系統裝置，設計成以一條總線連接所有 入網計算機的總線網絡結構。圖2總線網絡結構示意圖所示發端點匹配6、發動機系統7、底盤系 統8、作業裝置系統9、端點匹配IO、計算機ll、計算機12、計算機13。這種總線網絡結構，雖然網絡長度、網絡節點數量會受到總線網絡的傳 輸延時，驅動能力及訪問機制限制，但特別適用工程車輛網絡化電子控制系 統裝置的傳輸距離短、節點數量少，而且分時訪問總線的特點，具有信息利 用率高、配置方便、價格低廉等優點。第二、根據網絡線控技術理論，編制了具有開放結構及廣普適應性的工
程車輛網絡協議技術標準。適應一定的技術標準，或對一定技術標準的認可 和遵從，現在已應用於車輛上的網絡系統和相應技術標準，不僅數量較多，而且極不規範；特別是連接到車輛網絡系統中的傳感器、執行機構、控制單元等工作部件，由於來自不同生產企業，甚至來自不同行業，技術標準更難 統一。根據網絡線控技術理論和工程車輛特點，編制了工程車輛網絡化電子控 制系統裝置，具有開放結構及廣普適應性的車輛網絡協議技術標準。這項車 輛網絡協議技術標準，不僅具有數據傳輸速度髙、可靠性好、通訊時間離散度小、延遲固定、支持時間觸發通信方式的技術特徵；而且還為尚未納入系 統的裝置，或可能替代系統內現有元件、單元的裝置留有接口。按照這項具有開放結構及廣普適應性車輛網絡協議標準發明的工程車 輛網絡化電子控制系統裝置，不僅有利於把不同行業、不同企業生產的各種 元件、單元、裝置進行集成組裝；也有利於項目產品的設計、生產和維修； 同時，更有利於使項目產品能對相當範圍內技術標準的適應、認可和遵從， 大大提高項目產品的適應性。第三、根據網絡線控技術理論，確定了解反映工程車輛運行狀態的變量 及控制參數，實現控制項目完備性與控制參數相關性的完整統一。針對工程車輛結構特點和運行狀態，通過測試、研究、分析等多種手段， 獲取工程車輛所有功能單元在典型工況、非典型工況、故障工況等各種狀態 下的運行環境、工作參數、誤差容限等方面的所有狀態變量及控制參數，分 析掌握所有工作狀態與參數關係；並據此確定能反映工程車輛所有運行特徵
的監控項目和優化控制約東，達到控制項目完備性與控制參數相關性的完整 統一，不會發生混淆或錯報、漏報。第四、根據網絡線控技術理論，能反映工程車輛運行狀態及過程的電 子監控邏輯和優化控制規律，建立了穩定可靠的電子控制系統。通過對能反映工程車輛所有功能單元狀態變量及控制參數的深入和詳 細掌握，以反映工程車輛運行狀態的典型工況、狀態變量、控制參數為輸入，以反映工程車輛運行過程的典型故障特徵、監控項目、優化控制約束為輸出；以構成工程車輛所有功能單元的工作特性、工作模式以及各單元之間的耦合 關係為依據，建立了能反映工程車輛運行狀態的電子監控邏輯和優化控制規 律。本實用新型的主要內容根據網絡線控技術理論提出1、 一條總線連 接所有入網工程單元或局部網絡的總線網絡結構；2、編制出具有開放結構 及廣普適應性的工程車輛網絡協議技術標準；3、提出完整準確的工程車輛 運行狀態電子監控邏輯和運行過程優化控制規律，建立起穩定可靠的電子控 制系統；4、適應各類工程車輛需要的網絡化電子控制系統裝置，並實現產 品化。根據工程車輛的作業特點，充分考慮工程車輛作業過程中的變量負荷 特徵，以發動機最大功率輸出、最低燃料消耗、最低排放為目標，精確控制 發動機的燃油嘴噴射、轉速特徵，使發動機在各種情況下均處於最佳狀態。本實用新型要解決的技術問題有，應用以網絡通信為基礎的網絡線控 技術，把工程車輛由一個擁有大量電子技術與裝置的機械系統轉變成為一個
由一定機械裝置支撐的電子電氣系統，並實子電子控制，它包括下述項目(1) 傳動系統的電子控制，根據工程車輛的作業特徵、行駛條件、工 作環境等因素，精確控制傳動系統的傳動比，使工程車輛始終處於最佳檔位， 以提高傳動效率、降低油耗、提髙行駛平穩性、延長傳動部件使用壽命。(2) 牽引驅動系統的電子控制，通過精確控制工程車輛作業過程中的 牽引力、驅動力及制動過程中的防抱死，提高牽引、驅動效率、減少行駛部 件磨損、改善制動效能、保證行車安全、防止事故發生。(3) 液壓節能系統電子控制，通過精確控制工程車輛的動力轉向、工 作裝置、節能等系統，提高轉向能力和轉向穩定性，提高作業裝置的作業效 率、改善液壓系統工作狀態，提高系統可靠性。(4) 信息系統的電子控制，通過信息顯示、報警、故障診斷、語言通訊、導航定位，以及車速、裡程、油壓、溫度等方面的精確反映，全面判斷 工程車輛工況環境及行駛作業動態特徵，以便優化控制約東。對工程車輛網絡化電子控制系統裝置，最後將所有單件、單元、模塊、導線、插接件、安裝件等組成件，進行系統集成、裝機。這種網絡線控技術, 就是在工程車輛上實現用電子信息的傳遞取代傳統的機械、液壓或氣動連接 方式，形成全新的串行信息傳輸的網絡化經控系統結構。
權利要求1、一種工程車輛網絡化電子控制系統裝置，包括傳感測試單元、信號處理單元、故障診斷單元、顯示報警單元、緊急驅動控制單元、信號通訊接口單元、參數設置調節單元、測量單元，工程車輛人機接口(1)、電信號、(2)、執行機構(3)、傳感機構(4)、工程車輛功能裝置(5)、發端點匹配(6)、發動機系統(7)、底盤系統(8)、作業裝置系統(9)、端點匹配(10)、計算機(11)、計算機(12)、計算機(13)，其特徵在於把工程車輛由一個擁有電子技術與裝置的機械系統，轉變成為由一個機械裝置支撐的電子電氣系統，通過人機接口(1)，轉換成電信號(2)，並傳到執行機構(3)；由執行機構(3)控制工程車輛的功能裝置，傳感機構的傳感器(4)，感知功能裝置的工作狀態，並通過電信號(2)傳給人機接口(1)。
2、 根據權利要求l所述的一種工程車輛網絡化電子控制系統裝置，其 特徵在於用電子信息的傳送，取代傳統的機械、液壓或氣動連接方式，形 成串行信息傳輸的網絡化線控系統結構。
3、 根據權利要求l所述的一種工程車輛網絡化電子控制系統裝置，其 特徵在於電子控制車輛是由整機電子監控單元和工作過程單元兩部分組 成，建立電子監控邏輯和電子優化控制。
專利摘要本實用新型公開了一種工程車，更具體地說，它們是一種工程車輛網絡化電子控制系統裝置，本實用新型依據網絡技術理論，根據工程車輛發動機系統、底盤系統、作業裝置系統的工作原理及整機工作過程中的分析和測控，得到決定工程車輛各系統及整機的工作特性及工作性能的各種參數、曲線，並由此確定出工程車輛各系統及整機，確定電子監控參數、故障特徵量；通過網絡化電子控制系統裝置中的電子監控系統、故障診斷系統的處理，達到優化工程車輛運行過程，簡化維護保養，提高工作效率的目的。
文檔編號G05B19/418GK201035401SQ20072009357
公開日2008年3月12日 申請日期2007年4月19日 優先權日2007年4月19日
發明者田弘宇, 秦四成 申請人:四平市宏宇科技有限責任公司