基於can總線的防爆電動膠輪車無主式電控系統的製作方法

2023-05-21 12:07:11 3

基於can總線的防爆電動膠輪車無主式電控系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種基於CAN總線的防爆電動膠輪車無主式電控系統，包括電源模塊、總開關、動力電機控制器、動力電機、輔助電機控制器、輔助電機、DC電源、車燈控制器、車燈、本安隔離電源、鑰匙開關、傳感器、監控主機、顯示器、油門控制器、電子油門、開關控制器、啟/停開關、進/退開關和車燈開關和CAN總線；電源模塊、動力電機控制器、輔助電機控制器、車燈控制器、監控主機、顯示器、油門控制器以及開關控制器通過CAN總線通信互聯。本實用新型整車電氣穩定性和工作可靠性好，通信效率高，能有效減少礦方因井下車輛故障擁堵所造成的經濟損失。
【專利說明】基於CAN總線的防爆電動膠輪車無主式電控系統

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及電動膠輪車的電控系統【技術領域】，具體涉及一種基於CAN總線的防爆電動膠輪車無主式電控系統。

【背景技術】
[0002]傳統的煤礦井下輔助運輸多採用以柴油機為動力的防爆無軌膠輪車。柴油機膠輪車在狹小的礦井巷道內，存在著「高排放、高油耗、高噪音、低效率」的三高一低缺點；因而逐步被環保的礦用防爆純電動膠輪車所取代。目前的防爆電動膠輪車一般均採用電氣集中式控制系統或在車上安裝負責處理信號、控制各電器部件以及分配動力等工作的整車控制器一類的核心主控裝置，車上諸多傳感器、控制器等部件均和核心主控裝置連接或通信，核心主控裝置處於電氣連接或數據流的交匯點。其不足之處在於:一是由於該主控裝置運算負擔重、數據吞吐量大，容易造成通信延時，通信效率不高；二是對於集中式電控系統，各相關控制部件均和核心主控裝置相連接，將會導致主控裝置接線繁雜，而繁雜的接線容易產生電磁兼容問題，造成信號幹擾；三是礦用防爆電動膠輪車上大功率電器及其控制器都需要設計成隔爆型，按照煤礦安全規定，和這些隔爆電器發生電氣連接的其它電器，要麼也設計成隔爆型，或者使用隔離電路，如電子油門為了控制隔爆型動力電機控制器，要麼也設計成隔爆型，要麼在隔爆型動力電機控制器一頭採用模擬量隔離電路，前者會使原本輕巧的電子油門變得龐大沉重，不適合駕駛室安裝；後者會增加電子油門到控制器的電纜長度，且模擬量隔離電路會增加信號畸變的風險。
[0003]上述存在的不足或問題，在煤礦井下複雜工況下，容易導致主控裝置等發生故障，從而造成整車陷入癱瘓，而按照煤礦安全規程，電器部件不能在井下開蓋檢修，只能由拖車拖回地面。由於礦井巷道空間狹小，車輛往返頻繁，一旦有車輛發生故障停在巷道內，將會造成巷道擁堵，給礦方造成經濟損失。
實用新型內容
[0004]本實用新型的目的是:克服現有技術的不足，提供一種通過CAN總線將各相關控制部件連接，使得各控制部件之間接線相對簡單，使用時將整車的數據運算任務分攤到各相關控制部件，避免出現某一部件運算負擔過重的現象，從而有效提高整車通信效率和信號傳輸實時性及工作可靠性的基於CAN總線的防爆電動膠輪車無主式電控系統。
[0005]本實用新型的技術方案是:本實用新型的基於CAN總線的防爆電動膠輪車無主式電控系統，包括電源模塊、總開關、動力電機控制器、動力電機、輔助電機控制器、輔助電機、DC電源、車燈控制器、車燈、本安隔離電源、鑰匙開關、傳感器、監控主機、顯示器、油門控制器、電子油門、開關控制器、啟/停開關、進/退開關和車燈開關；
[0006]上述的電源模塊通過總開關為動力電機控制器、輔助電機控制器和DC電源供電；DC電源為車燈控制器和本安隔離電源供電；本安隔離電源為監控主機供電，並通過鑰匙開關為顯示器、油門控制器和開關控制器供電；
[0007]動力電機控制器與動力電機控制信號電連接並為動力電機供電；輔助電機控制器與輔助電機控制信號電連接並為輔助電機供電；車燈與車燈控制器電連接；傳感器與監控主機信號電連接；電子油門與油門控制器信號電連接；啟/停開關、進/退開關和車燈開關分別與開關控制器信號電連接；其結構特點是:還包括CAN總線；
[0008]上述的電源模塊、動力電機控制器、輔助電機控制器、車燈控制器、監控主機、顯示器、油門控制器以及開關控制器通過CAN總線通信互聯。
[0009]進一步的方案是:上述的電源模塊、動力電機控制器、輔助電機控制器、車燈控制器、監控主機、顯示器、油門控制器以及開關控制器均分別設有總線隔離接口。
[0010]進一步的方案還有:上述的電源模塊、總開關、動力電機控制器、動力電機、輔助電機控制器、輔助電機、DC電源、車燈控制器和車燈均為隔爆電器；
[0011]本安隔離電源、鑰匙開關、傳感器、監控主機、顯示器、油門控制器、電子油門、開關控制器、啟/停開關、進/退開關和車燈開關均為本質安全型電器。
[0012]本實用新型具有積極的效果:(I)本實用新型的基於CAN總線的防爆電動膠輪車無主式電控系統，通過採用CAN總線將膠輪車的各相關控制部件通信連接，從而有效克服了現有技術中主控裝置與各相關控制部件接線繁雜容易產生電磁兼容、信號幹擾問題；提高整車電氣穩定性和工作可靠性。(2)本實用新型的基於CAN總線的防爆電動膠輪車無主式電控系統，不同於現有技術的主從通信模式，採用無主通信模式，使用時各相關控制部件各自完成相應的傳感器、開關的AD轉換或通斷判斷，並將運算結果發送至CAN網絡，避免出現某一部件運算負擔過重的現象，從而大幅提高了車載網絡對相關信號響應的實時性，通信效率大為提高；(3)本實用新型的基於CAN總線的防爆電動膠輪車無主式電控系統，只要電池管理系統、動力電機系統和電子油門不發生致命故障，車輛就能挪動，從而較之現有技術，能夠最大程度地避免因車輛故障趴窩引起巷道擁堵，減少礦方因井下車輛故障擁堵所造成的經濟損失。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型的電氣結構示意圖；
[0014]圖2為本實用新型在使用時信息數據流向示意圖。
[0015]上述附圖中的附圖標記如下:
[0016]電源模塊1，總開關2，動力電機控制器3，動力電機4，輔助電機控制器5，輔助電機6，DC電源7，車燈控制器8，車燈9，本安隔離電源10，鑰匙開關11，傳感器12，監控主機13，顯示器14，油門控制器15，電子油門16，開關控制器17，啟/停開關18，進/退開關19，車燈開關20，CAN總線21。

【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細的說明。
[0018](實施例1)
[0019]見圖1，本實施例的基於CAN總線的防爆電動膠輪車無主式電控系統，主要由電源模塊1、總開關2、動力電機控制器3、動力電機4、輔助電機控制器5、輔助電機6、DC電源7、車燈控制器8、車燈9、本安隔離電源10、鑰匙開關11、傳感器12、監控主機13、顯示器14、油門控制器15、電子油門16、開關控制器17、啟/停開關18、進/退開關19、車燈開關20和CAN總線21組成。
[0020]電源模塊I通過總開關2為動力電機控制器3、輔助電機控制器5和DC電源7供電；DC電源7為車燈控制器8和本安隔離電源10供電；本安隔離電源10為監控主機13供電，並通過鑰匙開關11為顯示器14、油門控制器15和開關控制器17供電。
[0021]動力電機控制器3與動力電機4控制信號電連接並為動力電機4供電；輔助電機控制器5與輔助電機6控制信號電連接並為輔助電機6供電；車燈9與車燈控制器8電連接；傳感器12與監控主機13信號電連接；電子油門16與油門控制器15信號電連接；啟/停開關18、進/退開關19和車燈開關20分別與開關控制器17信號電連接。
[0022]電源模塊1、動力電機控制器3、輔助電機控制器5、車燈控制器8、監控主機13、顯示器14、油門控制器15以及開關控制器17通過CAN總線21通信互聯。
[0023]前述的電源模塊1、總開關2、動力電機控制器3、動力電機4、輔助電機控制器5、輔助電機6、DC電源7、車燈控制器8和車燈9均為隔爆電器。
[0024]本安隔離電源10、鑰匙開關11、傳感器12、監控主機13、顯示器14、油門控制器15、電子油門16、開關控制器17、啟/停開關18、進/退開關19和車燈開關20均為本質安全型電器。
[0025]前述的電源模塊1、動力電機控制器3、輔助電機控制器5、車燈控制器8、監控主機
13、顯示器14、油門控制器15以及開關控制器17均分別設有總線隔離接口，其與CAN總線21的通信連接通過總線隔離接口進行連接。
[0026]電源模塊I包括動力電池組和電池管理系統。
[0027](應用例)
[0028]前述實施例1的基於CAN總線的防爆電動膠輪車無主式電控系統，其在使用時，工作原理和工作過程簡述如下:
[0029]參見圖2，駕駛員上車後，打開總開關2，全車所有隔爆型電器和監控主機13上電。監控主機13上電後進行自檢，並通過傳感器12檢查周圍環境是否允許啟車，檢查結果在CAN總線20上通過數據流a發送給動力電機控制器3 ;動力電機控制器3根據監控主機13的檢查結果來決定是否允許駕駛員啟車；駕駛員打開鑰匙開關11，車上的本質安全型電器全部上電；油門控制器15以恆定周期通過CAN總線21向動力電機控制器3發送數據流b，告訴動力電機控制器3駕駛員的操作。如果監控主機13允許啟車，駕駛員可以按下啟/停開關18，此時開關控制器17通過CAN總線21將該操作的信號通過數據流c發送給油門控制器15，油門控制器15再通過數據流b發送至動力電機控制器3，動力電機4進入待機狀態；同時開關控制器17通過CAN總線21將該操作的信號通過數據流d發送給輔助電機控制器5，輔助電機6直接啟動，為全車液壓系統和冷卻系統提供動力。
[0030]駕駛員將進/退開關19的撥杆撥到相應位置，踩下電子油門16，車輛便相應地前進或後退。數據流同上，不再累述。
[0031]電子油門16為本安電器，輸出的是電位信號，由本安型油門控制器進行AD轉換，並將相應的數位訊號以數據流b的形式通過CAN總線21發送到帶總線隔離接口的動力電機控制器3。動力電機控制器3所接收的均為經過處理的數位訊號，無需再進行AD轉換或高低電平、開關通斷之類的判斷，從而最大程度地減小其運算負擔。動力電機控制器3將動力電機4的轉速、繞組溫度等參數通過數據流e反饋給油門控制器，油門控制器由此判斷是應該給出電動指令還是發電(能量回饋)指令；同時通過數據流f發送給顯示器14，使駕駛員可以了解這些參數。
[0032]監控主機13在電動膠輪車運行過程中負責採集處理全車的傳感器12的信號，將處理後的數據通過數據流g發送給顯示器14，並實時監測周圍環境。一旦發現問題，監控主機13將根據問題嚴重程度做出相應處置:通過數據流a發送停車指令給動力電機控制器3，使車輛立即停止運行；或者通過數據流h發送斷電指令給電源模塊1，切斷整車電源。
[0033]如果監控主機13發生故障，可以按照相關規定或用戶要求，通過軟體設置來屏蔽監控主機13並保持動力，或者直接切斷動力。
[0034]駕駛員在駕駛電動膠輪車的過程中，可以操作車燈開關20，由開關控制器17將車燈開關狀態轉換為數位訊號並通過數據流i發送給車燈控制器8，由車燈控制器8驅動車燈9 ;車燈控制器8將車燈的工作狀態信息通過數據流j反饋到顯示器14進行顯示。
[0035]電源模塊I將電池的相關信息通過數據流k實時發送給油門控制器15，由油門控制器15結合動力電機4的轉速、電子油門16的狀態來判斷是否進行能量回收；同時電源模塊I將電池的相關信息通過數據流I實時發送給顯示器14進行顯示。
[0036]綜上所述，本實用新型的基於CAN總線的防爆電動膠輪車無主式電控系統，通過採用CAN總線將膠輪車的各相關控制部件通信連接，從而有效克服了現有技術中主控裝置與各相關控制部件接線繁雜容易產生電磁兼容、信號幹擾問題；提高整車電氣穩定性和工作可靠性；採用不同於現有技術的主從通信模式的無主通信模式，使用時各相關控制部件各自完成相應的傳感器、開關的AD轉換或通斷判斷，並將運算結果發送至CAN網絡，避免出現某一部件運算負擔過重的現象，從而大幅提高了車載網絡對相關信號響應的實時性，通信效率大為提高；只要電池管理系統、動力電機系統和電子油門不發生致命故障，車輛就能挪動，從而較之現有技術，能夠最大程度地避免因車輛故障趴窩引起巷道擁堵，減少礦方因井下車輛故障擁堵所造成的經濟損失。
[0037]以上實施例是對本實用新型的【具體實施方式】的說明，而非對本實用新型的限制，有關【技術領域】的技術人員在不脫離本實用新型的精神和範圍的情況下，還可以做出各種變換和變化而得到相對應的等同的技術方案，因此所有等同的技術方案均應該歸入本實用新型的專利保護範圍。
【權利要求】
1.一種基於CAN總線的防爆電動膠輪車無主式電控系統，包括電源模塊(I)、總開關(2)、動力電機控制器(3)、動力電機(4)、輔助電機控制器(5)、輔助電機(6)、DC電源(7)、車燈控制器(8)、車燈(9)、本安隔離電源(10)、鑰匙開關(11)、傳感器(12)、監控主機(13)、顯示器(14)、油門控制器(15)、電子油門(16)、開關控制器(17)、啟/停開關(18)、進/退開關(19)和車燈開關(20)； 所述的電源模塊(I)通過總開關(2 )為動力電機控制器(3 )、輔助電機控制器(5 )和DC電源(7)供電；DC電源(7)為車燈控制器(8)和本安隔離電源(10)供電；本安隔離電源(10)為監控主機(13)供電，並通過鑰匙開關(11)為顯示器(14)、油門控制器(15)和開關控制器(17)供電； 動力電機控制器(3)與動力電機(4)控制信號電連接並為動力電機(4)供電；輔助電機控制器(5 )與輔助電機(6 )控制信號電連接並為輔助電機(6 )供電；車燈(9 )與車燈控制器(8)電連接；傳感器(12)與監控主機(13)信號電連接；電子油門(16)與油門控制器(15)信號電連接；啟/停開關(18)、進/退開關(19)和車燈開關(20)分別與開關控制器(17)信號電連接；其特徵在於:還包括CAN總線(21)； 所述的電源模塊(I)、動力電機控制器(3)、輔助電機控制器(5)、車燈控制器(8)、監控主機(13)、顯示器(14)、油門控制器(15)以及開關控制器(17)通過CAN總線(21)通信互聯。
2.根據權利要求1所述的基於CAN總線的防爆電動膠輪車無主式電控系統，其特徵在於:所述的電源模塊(I)、動力電機控制器(3)、輔助電機控制器(5)、車燈控制器(8)、監控主機(13)、顯示器(14)、油門控制器(15)以及開關控制器(17)均分別設有總線隔離接口。
3.根據權利要求1所述的基於CAN總線的防爆電動膠輪車無主式電控系統，其特徵在於:所述的電源模塊(I)、總開關(2)、動力電機控制器(3)、動力電機(4)、輔助電機控制器(5)、輔助電機(6)、DC電源(7)、車燈控制器(8)和車燈(9)均為隔爆電器； 本安隔離電源(10)、鑰匙開關(11)、傳感器(12)、監控主機(13)、顯示器(14)、油門控制器(15)、電子油門(16)、開關控制器(17)、啟/停開關(18)、進/退開關(19)和車燈開關(20)均為本質安全型電器。
【文檔編號】B60R16/02GK203958041SQ201420383852
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年7月11日 優先權日:2014年7月11日
【發明者】張樂文, 毛洪泉, 方文杰, 馬冬冬, 葉東蕾, 王春華, 王梅 申請人:常州科研試製中心有限公司