CN106184176A - 矿用车制动控制方法、装置以及故障保护方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种矿用车制动控制方法、装置以及故障保护方法和装置，该制动控制方法包括调节柴油机的转速至非零的指定转速值；控制励磁控制器进入制动状态，并调节发电机输出电压至柴油机转速所对应的电压；以及控制实时按照牵引电机转速执行电制动；该故障保护方法包括实时监测牵引***的通信状态，若发生通信故障，按照上述制动控制方法执行制动；该制动控制装置包括柴油机制动控制模块、励磁控制器制动控制模块以及牵引电机制动控制模块，该故障保护装置包括故障监测模块以及上述制动控制装置。本发明制动控制适用于矿用车辆，环境适应性强且实现方法简单、安全可靠，故障保护能够实时监测矿用车辆牵引***故障，并及时执行安全有效的制动。

Description

矿用车制动控制方法、装置以及故障保护方法和装置
技术领域
本发明涉及矿用车辆技术领域，尤其涉及一种矿用车制动控制方法、装置以及故障保护方法和装置。
背景技术
矿用车辆（如矿用电动轮自卸车）作为一种大型矿山开发工程机械，已广泛应用于各种矿山现场中。由于车辆处于矿山现场中，运行环境非常恶劣，经常需要长时间不间断作业，且矿山道路环境复杂多变，造成车辆振动激烈，极易发生车辆故障，因而安全、有效的制动控制机制对于矿用车辆尤为重要。
CAN（Controller Area Network，控制器局域网络）最初是由德国的博世公司为汽车监测、控制***而设计的，现代汽车越来越多地采用电子装置控制，如发动机的定时、注油控制，加速、刹车控制(ASC)及复杂的抗锁定刹车***(ABS)等。大型矿用车辆作为特种车辆，牵引***通常采用CAN通信总线作为数据传输通道。CAN通信总线为整车数据传输，承担整车控制数据和状态信息传输，而通信总线容易受到牵引***中大电压、强电流干扰，矿用车辆振动环境恶劣，因而容易造成通信故障。当车辆牵引***故障时设备会失去控制，若不能及时监测到该故障而执行有效的制动，非常容易造成矿山人员及设备事故。目前矿用车辆在发生通信故障情况下，由于驾驶车辆司机对牵引***失去控制，通常只能采用机械制动方式停车；而采用机械制动的方式，尤其是车辆高速运行时，矿用车辆载重和自重巨大，极易造成制动盘烧毁情况，影响整车及设备安全。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种能够适用于矿用车辆，环境适应性强且实现方法简单、制动过程安全可靠的矿用车制动控制方法、装置，以及能够监测矿用车辆牵引***故障，并及时执行安全有效制动的故障保护方法和装置。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种矿用车制动控制方法，所述制动控制方法包括：调节牵引***中柴油机的转速至非零的指定转速值；控制牵引***中励磁控制器进入制动状态，并调节发电机输出电压至柴油机为所述指定转速值时所对应的电压；以及控制传动控制单元实时根据牵引电机当前转速对牵引电机执行电制动。
作为本发明制动控制方法的进一步改进，所述对牵引电机执行电制动的具体步骤包括：
控制传动控制单元实时采集牵引电机的当前转速；
根据当前转速所对应的最大制动功率计算牵引电机当前输出的最大制动转矩，并控制传动控制单元输出所述最大制动转矩给牵引电机以执行电制动，直至牵引电机的转速小于预设值。
作为本发明制动控制方法的进一步改进，所述最大制动转矩具体按照以下公式计算得到；
Tout=9550*P*η/2*N
其中Tout为最大制动转矩，P为最大制动功率，η为牵引***效率，N为牵引电机的当前转速。
作为本发明制动控制方法的进一步改进：所述指定转速值为能够保证制动过程中牵引***的通风冷却能力时所对应的柴油机的转速值；
作为本发明制动控制方法的进一步改进：所述指定转速值为1400rpm；所述柴油机为指定转速值时所对应的电压为1300V。
本发明进一步提供一种矿用车牵引***故障保护方法，所述故障保护方法包括：实时监测牵引***的通信状态，若监测到通信发生故障，按照上述制动控制方法执行制动。
作为本发明故障保护方法的进一步改进，所述故障保护方法具体通过牵引***中主控制器分别与励磁控制器、传动控制单元以及柴油机之间的CAN总线通信状态监测牵引***的通信状态。
作为本发明制动控制方法的进一步改进，通过牵引***中CAN总线通信状态监测牵引***的通信状态的具体步骤包括：控制牵引***中主控制器分别向励磁控制器、传动控制单元每间隔指定时间发送一个自增长的生命信号值，根据励磁控制器、传动控制单元接收到的生命信号值，以及主控制器接收到柴油机的反馈频率油门信号判断牵引***的通信状态。
一种矿用车制动控制装置，包括：
柴油机制动控制模块，用于调节牵引***中柴油机的转速至指定转速值；
励磁控制器制动控制模块，用于控制牵引***中励磁控制器进入制动状态，并调节发电机输出电压至柴油机为所述指定转速值时所对应的电压；
以及牵引电机制动控制模块，用于控制传动控制单元实时根据牵引电机当前转速对牵引电机执行电制动。
作为本发明制动控制装置的进一步改进，所述牵引电机制动控制模块包括：
转速采集控制单元，用于控制传动控制单元实时采集牵引电机的当前转速；
制动控制单元，用于由采集到的当前转速所对应的最大制动功率计算牵引电机当前输出的最大制动转矩，并控制传动控制单元输出所述最大制动转矩给牵引电机以执行电制动，直至牵引电机的转速小于预设值。
本发明进一步提供一种矿用车牵引***故障保护装置，包括牵引***故障监测模块以及上述制动控制装置，所述牵引***故障监测模块实时监测牵引***的通信状态，若监测到通信发生故障，启动所述制动控制装置执行制动。
与现有技术相比，本发明制动控制方法、装置的优点在于：
1）本发明基于矿用车辆的实际工况，对矿用车辆执行制动控制时，将柴油机的转速调节至非零转速值，使得能够对柴油机进行转速保护，且柴油机能够经济驱动散热风机，对整车电驱动***进行有效散热，同时结合对励磁控制器以及传动控制单元的控制实时根据转速对牵引电机执行电制动，能够实时根据转速变化调整制动过程，与传统的直接制动停止车辆相比，制动过程安全、稳定且环境适应性强，最大程度保证了矿用车辆制动过程中车辆设备以及人员的安全；
2）本发明制动控制时，通过实时采集牵引电机的当前转速，由当前转速所对应的最大制动功率计算出电机当前输出的最大制动转矩，再按照当前电机输出的最大制动转矩制动牵引电机，能够对牵引电机实现基于最大制动转矩的自适应制动，从而实现高效率的电机制动；
与现有技术相比，本发明故障保护方法、装置的优点在于：
1）本发明故障保护基于矿用车辆的运行环境特点，实时监测矿用车辆中牵引***的故障状态，以及监测到牵引***故障时针对故障处理问题，分别对柴油机、励磁控制器以及传动控制单元执行制动控制保护，从而能够在牵引***通信故障时及时执行安全、有效的制动，提高了矿用车辆运行的安全可靠性；
2）本发明故障保护在监测到牵引***发生故障时，将柴油机的转速调节至非零转速值，能够在牵引***故障时对柴油机进行转速保护，且保证对整车电驱动***进行有效散热，同时结合励磁控制器以及传动控制单元的制动控制以实时根据牵引电机转速执行电制动保护，保证牵引***故障时车辆中设备及人员安全；
3）本发明故障保护进一步通过牵引***中CAN总线发送自增长的生命信号值，由励磁控制器、传动控制单元根据接收的生命信号值，以及主控制器根据柴油机的反馈频率油门信号来判断牵引***的故障状态，有效结合了矿用车辆牵引***的结构特点，实现方法简单有效。
附图说明
图1是本实施例矿用车制动控制方法的实现流程示意图。
图2是矿用车辆牵引***的结构原理示意图。
图3是本实施例中对牵引电机执行制动的具体实现流程示意图。
图4是本实施例矿用车牵引***故障保护方法的实现流程示意图。
图5是本实施例中牵引***故障时传动控制单元执行制动控制的具体实现流程示意图。
图6是本实施例中判断牵引***通信故障的具体实现流程示意图。
图7是本实施例矿用车制动控制装置的结构示意图。
图8是本实施矿用车牵引***故障保护装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
如图1所示，本实施例矿用车制动控制方法包括：调节目标矿用车辆的牵引***中柴油机的转速至非零的指定转速值；控制牵引***中励磁控制器进入制动状态，并调节发电机输出电压至柴油机为指定转速值时所对应的电压；以及控制传动控制单元实时根据牵引电机当前转速对牵引电机执行电制动，直至目标矿用车辆自动停车。
如图2所示，矿用车辆的牵引***包括主控制器(ACU)、励磁控制器(ECU)、传动控制单元（DCU）、柴油机（柴油发动机）、发电机（主发电机）、整流模块、直流滤波环节、逆变模块及牵引电机，其中主控制器(ACU)为柴油机、发电机及牵引变流器整车控制，励磁控制器(ECU) 根据主控制器指令调节主发电机发出的电压，传动控制单元（DCU）根据主控制器指令控制牵引变流器输出电流、电压及转矩等信号，同时采集牵引电机的转速信号作为闭环控制量；柴油机为整车提供动力来源，发电机将柴油机动能转化为电能，牵引逆变器则执行交-直-交变换得到可控的交流变频电源驱动两个牵引电机运转，从而驱动矿用车辆行驶。
本实施例针对矿用车辆在实际工况中复杂多变的工作及路况等运行环境，对矿用车辆执行制动控制时，将柴油机的转速调节至一个非零的经济转速值，使得能够对柴油机进行转速保护，且柴油机又能经济驱动散热风机，对整车电驱动***进行有效散热，同时结合对励磁控制器以及传动控制单元的控制实时根据转速对牵引电机执行电制动，能够实时根据转速变化调整制动过程，与传统的直接制动停止车辆相比，制动过程安全、稳定且环境适应性强，最大程度保证了矿用车辆制动过程中车辆设备以及人员的安全。
本实施例中，对牵引电机执行电制动的具体步骤包括：
控制传动控制单元实时采集牵引电机的当前转速；
根据当前转速所对应的最大制动功率计算牵引电机当前输出的最大制动转矩，并控制传动控制单元输出最大制动转矩给牵引电机以执行电制动，直至牵引电机的转速小于预设值。
如图3所示，本实施例对牵引电机执行电制动时，具体通过传动控制单元（DCU）实时采集牵引电机的当前转速N，根据电机特性由当前转速可以得到当前电机的最大制动功率P，根据当前最大制动功率P计算出当前电机输出的最大制动转矩Tout；传动控制单元（DCU）通过逆变模块输出Tout大小的转矩牵引电机，使得牵引电机在制动转矩作用下逐渐减速，直至牵引电机的转速小于预设值（本实施例具体取30rpm），传动控制单元（DCU）停止输出转矩给牵引电机，牵引电机停机完成制动控制。
本实施例对牵引电机执行电制动时，通过实时采集牵引电机的当前转速，由当前转速所对应的最大制动功率计算出电机当前输出的最大制动转矩，再按照当前电机输出的最大制动转矩制动电机，能够基于最大制动转矩实现对牵引电机的自适应制动，且制动效率高。
本实施例中，最大制动转矩具体按照以下公式计算得到；
Tout=9550*P*η/2*N
其中Tout为最大制动转矩，P为最大制动功率，η为牵引***效率，N为牵引电机的当前转速。
由上式，实时采集到牵引电机的转速后即可计算得到电机当前输出的最大制动转矩，从而实时由最大制动转矩给控制电机制动。
本实施例中，指定转速值为能够保证制动过程中牵引***的通风冷却能力时所对应的柴油机的转速值，具体可根据牵引***中发电机、牵引电机的温度进行取值，使得能够对柴油机进行转速保护的同时保证牵引***中通风冷却能力，以结合对励磁控制器以及传动控制单元的制动控制实现安全停车，从而确保制动时车辆中设备及人员安全。本实施例指定转速值具体取为1400rpm，柴油机转速设置为1400 rpm时能够增加牵引***中通风冷却能力；相应的，柴油机指定转速值所对应的电压为1300V，即控制励磁控制器调节发电机的输出电压至1300V。
如图4所示，本实施例矿用车牵引***故障保护方法包括：实时监测牵引***的通信状态，若监测到通信发生故障，按照上述制动控制方法执行制动。基于矿用车辆的运行环境，本实施例采用上述故障保护方法能够实时监测矿用车辆中牵引***的故障状态，同时针对牵引***通信故障时故障处理问题，分别对柴油机、励磁控制器以及传动控制单元执行上述制动控制，从而能够在牵引***通信故障时自动执行安全、有效的制动，将柴油机的转速调节至非零转速值、控制励磁控制器制动以及调节发电机输出相应电压，同时实时根据牵引电机转速执行电制动，提高矿用车辆运行的安全可靠性。
如图5所示，当监测到车辆牵引***通信发生故障时，控制传动控制单元（DCU）对牵引电机执行制动；制动时，实时根据牵引电机当前转速计算当前输出的最大制动转矩，控制逆变器输出最大制动转矩大小的转矩至牵引电机，若牵引电机的转速在制动作用下降至30rpm，则停止输出制动转矩完成制动控制，实现牵引***故障时车辆安全停车。
本实施例中，故障保护方法具体通过牵引***中主控制器分别与励磁控制器、传动控制单元以及柴油机之间的CAN总线通信状态监测牵引***的通信状态。如图2所示，矿用车辆牵引***中通过CAN通信时，由主控制器(ACU)设置两路CAN通信接口，一路连接到柴油机控制，调节柴油机转速及监控柴油机运行状态（柴油机转速也可以通过频率油门或电压、电流油门方式进行调节）；另外一路控制励磁控制器(ECU)和传动控制单元（DCU），分别控制发电机的输出电压及牵引变流器的输出转矩信号，达到控制整个牵引***的目的。牵引***控制网络***发生通信故障，即为主控制器(ACU)与励磁控制器(ECU)、传动控制单元（DCU）、柴油发动机之间CAN通信发生中断或者故障，因而通过主控制器与励磁控制器、传动控制单元以及柴油机之间的CAN总线通信状态可监测得到牵引***的通信状态。
本实施例中，通过牵引***中CAN总线通信状态监测牵引***的通信状态的具体步骤包括：控制牵引***中主控制器分别向励磁控制器、传动控制单元每间隔指定时间发送一个自增长的生命信号值，根据励磁控制器、传动控制单元接收到的生命信号值，以及主控制器接收到柴油机的反馈油门信号判断牵引***的通信状态。
本实施例通过主控制器向励磁控制器和传动控制单元每间隔指定时间发送一个自增长的生命信号值，励磁控制器、传动控制单元实时接收主控制器发送的生命信号值，并分别判断所接收到的生命信号值的状态，如果励磁控制器或传动控制单元判断到连续在预设周期数内所接收到的生命信号值均相同，则判定牵引***中主控制器与励磁控制器或传动控制单元之间通信发生故障，否则继续执行监测；主控制器同时接收柴油机发送的反馈油门信号，根据接收到的反馈油门信号判断主控制器与柴油机之间的通信状态。
如图6所示，本实施例具体定义一个累计计数参数，ECU/ACU每个周期接收到生命信号值时，将本周期接收到的生命信号值与上一个通信周期接收到的生命信号值进行比较，如果两个信号值相等，则累计计数参数加1，如果两个信号值不相等判定当前通信正常；当累计计数参数值达到预设值（本实施例具体取50）时，即已经有连续50个周期的生命信号值相等，则判定当前通信故障。由励磁控制器(ECU)2、传动控制单元（DCU）3判断为与整车控制器通信故障或整车控制器判断与柴油发动机之间通信故障。通过发送自增的生命信号来判断牵引***通信故障，判定方法简单且有效，有效结合基于矿用车辆牵引***的结构特点。
本实施例在监测到牵引***发生故障时，具体控制按照其他非CAN总线通信方式将柴油机转速调节到1400rpm进行转速保护，同时增加制动时整个***通风冷却能力；励磁控制器(ECU)进入制动工作状态，并将此时发电机电压输出调节到柴油机1400rpm对应的输出电压1300V；同时控制传动控制单元（DCU）根据当前电机转速所对应的最大制动转矩对牵引电机执行自适应电制动，控制牵引电机制动减速，直至电机停机。
如图7所示，本实施例矿用车制动控制装置包括：
柴油机制动控制模块，用于调节牵引***中柴油机的转速至指定转速值；
励磁控制器制动控制模块，用于控制牵引***中励磁控制器进入制动状态，并调节发电机输出电压为柴油机指定转速值所对应的电压；
以及牵引电机制动控制模块，用于控制传动控制单元实时按照牵引电机当前转速所对应的最大制动功率对牵引电机执行电制动。
本实施例中，牵引电机制动控制模块包括：
转速采集控制单元，用于控制传动控制单元实时采集牵引电机的当前转速；
制动控制单元，用于由采集到的当前转速所对应的最大制动功率计算牵引电机当前输出的最大制动转矩，并控制由传动控制单元输出最大制动转矩给牵引电机以执行电制动，直至牵引电机的转速小于预设值。
如图8所示 ，本实施例中矿用车牵引***故障保护装置，包括牵引***故障监测模块以及上述制动控制装置，牵引***故障监测模块实时监测牵引***的通信状态，若监测到通信发生故障，启动所述制动控制装置执行制动。
本实施例中，牵引***故障监测模块包括：
生命信号发送控制单元，用于分别控制通过CAN总线由牵引***中主控制器向励磁控制器和传动控制单元、由柴油机向主控制器每间隔指定时间发送一个自增长的生命信号值；
牵引***故障判断单元，用于励磁控制器、传动控制单元以及主控制器实时接收生命信号值，并分别判断所接收到的生命信号值是否连续在预设周期数内均相同，如果判断到是，则判定牵引***通信发生故障，否则继续执行监测。
为验证本发明的有效性，在样机上对上述制动控制、故障保护方法进行了试制及调试，现场运行结果验证了本发明具有可行性且运行可靠。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (11)

1.一种矿用车制动控制方法，其特征在于，所述制动控制方法包括：调节牵引***中柴油机的转速至非零的指定转速值；控制牵引***中励磁控制器进入制动状态，并调节发电机输出电压至柴油机为所述指定转速值时所对应的电压；以及控制传动控制单元实时根据牵引电机当前转速对牵引电机执行电制动。
2.根据权利要求1所述的矿用车制动控制方法，其特征在于，所述对牵引电机执行电制动的具体步骤包括：
控制传动控制单元实时采集牵引电机的当前转速；
根据当前转速所对应的最大制动功率计算牵引电机当前输出的最大制动转矩，并控制传动控制单元输出所述最大制动转矩给牵引电机以执行电制动，直至牵引电机的转速小于预设值。
3.根据权利要求2所述的矿用车制动控制方法，其特征在于，所述最大制动转矩具体按照以下公式计算得到；
Tout=9550*P*η/2*N
其中Tout为最大制动转矩，P为最大制动功率，η为牵引***效率，N为牵引电机的当前转速。
4.根据权利要求1或2或3所述的矿用车制动控制方法，其特征在于：所述指定转速值为能够保证制动过程中牵引***的通风冷却能力时所对应的柴油机的转速值。
5.根据权利要求4所述的矿用车制动控制方法，其特征在于：所述指定转速值为1400rpm；所述柴油机为指定转速值时所对应的电压为1300V。
6.一种矿用车牵引***故障保护方法，其特征在于，所述故障保护方法包括：实时监测牵引***的通信状态，若监测到通信发生故障，按照权利要求1～5中任意一项所述的制动控制方法执行制动。
7.根据权利要求6所述的矿用车牵引***故障保护方法，其特征在于：所述故障保护方法具体通过牵引***中主控制器分别与励磁控制器、传动控制单元以及柴油机之间的CAN总线通信状态，监测牵引***的通信状态。
8.根据权利要求7所述的矿用车牵引***故障保护方法，其特征在于，所述监测牵引***的通信状态的具体步骤包括：控制牵引***中主控制器分别向励磁控制器、传动控制单元每间隔指定时间发送一个自增长的生命信号值，根据励磁控制器、传动控制单元接收到的生命信号值，以及主控制器接收到柴油机的反馈频率油门信号判断牵引***的通信状态。
9.一种矿用车制动控制装置，其特征在于，包括：
柴油机制动控制模块，用于调节牵引***中柴油机的转速至指定转速值；
励磁控制器制动控制模块，用于控制牵引***中励磁控制器进入制动状态，并调节发电机输出电压至柴油机为所述指定转速值时所对应的电压；
以及牵引电机制动控制模块，用于控制传动控制单元实时根据牵引电机当前转速对牵引电机执行电制动。
10.根据权利要求9所述的矿用车制动控制装置，其特征在于，所述牵引电机制动控制模块包括：
转速采集控制单元，用于控制传动控制单元实时采集牵引电机的当前转速；
制动控制单元，用于由采集到的当前转速所对应的最大制动功率计算牵引电机当前输出的最大制动转矩，并控制传动控制单元输出所述最大制动转矩给牵引电机以执行电制动，直至牵引电机的转速小于预设值。
11.一种矿用车牵引***故障保护装置，其特征在于包括牵引***故障监测模块以及权利要求9或10所述的制动控制装置，所述牵引***故障监测模块实时监测牵引***的通信状态，若监测到通信发生故障，启动所述制动控制装置执行制动。
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