CN110920543B - 一种网络控制***及公铁两用电动工程车 - Google Patents

一种网络控制***及公铁两用电动工程车 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种网络控制***及公铁两用工程车，该网络控制***包括：输入输出模块；***参数模块，存储有工程车的预设参数信息；逻辑控制模块，其接收所采集的外部操作及预设参数信息；模式选择模块，其根据逻辑控制模块的输出控制切换工程车的模式；智能控制模块，其接收对应模式的相关处理信息；网络通讯模块，其与智能控制模块、逻辑控制模块、电池管理单元和牵引控制单元通信；智能控制模块通过逻辑控制模块通讯接收外部操作、预设参数信息、牵引控制单元反馈的信息和电池管理单元反馈的电池信息，控制牵引控制单元的操作；外部操作至少包括司机对踏板的操作和模式切换操作。本发明用于实现公铁两用电动工程车的智能运行控制。

Description

一种网络控制***及公铁两用电动工程车
技术领域
本发明涉及电动工程车技术领域，具体涉及一种网络控制***及公铁两用电动工程车。
背景技术
公铁两用电动工程车（例如牵引车、（例如消防）设备运输车等）具有安全环保、控制精确、维护成本低、噪音低、响应时间快等优点，广泛应用于地铁、车辆段厂房等封闭或半封闭轨道交通环境中。
目前国内外公铁两用工程车领域内大多采用柴油机驱动，存在传动、排放等方面的固有缺陷。并且很多现有工程车采用现有卡车底盘并加载铁路行走机构实现公铁两用，这种方式下的动力***采用底盘自带***，铁路部分通过继电器开关进行简单控制，控制效果差，且也存在排放等方面的缺陷。此外，市面上少数纯电动工程车大多采用档位控制方式，有极调控，操控性差，影响用户使用体验。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种网络控制***，其用于实现公铁两用电动工程车的智能运行控制。
为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：
一种网络控制***，其用于公铁两用电动工程车，其特征在于，包括：输入输出模块，其实时采集外部操作；***参数模块，其存储有工程车的预设参数信息；逻辑控制模块，其接收所采集的外部操作及预设参数信息；模式选择模块，其根据所述逻辑控制模块的输出控制切换工程车的模式；智能控制模块，其接收对应模式的相关处理信息；网络通讯模块，其与所述智能控制模块、逻辑控制模块、所述工程车的电池管理单元和牵引控制单元通信；所述智能控制模块通过所述逻辑控制模块通讯接收外部操作、预设参数信息、所述牵引控制单元反馈的信息和所述电池管理单元反馈的电池信息，控制所述牵引控制单元的操作；其中所述模式包括公路模式、铁路模式和公铁转换模式，所述外部操作至少包括司机对踏板的操作和模式切换操作。
如上所述的网络控制***，其特征在于，所述输入输出模块接收踏板操作且转换为行程百分比，并将所述行程百分比输入所述逻辑控制模块；所述逻辑控制模块将接收到的行程百分比、所述牵引控制单元反馈的信息及所述电池管理单元反馈的电池信息发送至所述智能控制模块，所述智能控制模块控制所述牵引控制单元的输出转矩。
如上所述的网络控制***，所述电池管理单元将电池的相关信息通过所述网络通信模块发送至所述逻辑控制模块，所述逻辑控制模块将接收到的所述电池的相关信息和预设参数信息中电池信息发送至所述智能控制模块，所述智能控制模块计算电池剩余电量。
如上所述的网络控制***，所述智能控制模块记录电池在深度放电或充电时的充放电电量，并对所述预设参数信息中的电池信息进行修正。
如上所述的网络控制***，所述智能控制模块根据所述电池剩余电量，控制对各用电部分进行电量分配。
如上所述的网络控制***，所述网络控制***还包括人机交互界面，其与所述网络通信模块双向通讯，用于显示所述智能控制模块输出的电池剩余电量。
如上所述的网络控制***，所述智能控制模块获取各用电部分的实时功率，并在实时功率超过预设峰值一定时间时，控制降低对应***的用电功率。
如上所述的网络控制***，所述智能控制模块实时接收到工程车的状态信息并监控所述工程车的运行状况。
如上所述的网络控制***，所述模式还包括充电模式，且所述网络控制***还包括与所述智能控制模块通信的充电控制模块；所述网络通信模块与用于为所述工程车的电池充电的充电机通讯连接；所述智能控制模块监测电池电量，并在电池电量降低至预设值时，控制所述充电机对所述电池充电，且在所述电池充满时，所述智能控制模块进入低功耗状态。
本发明还涉及一种公铁两用电动工程车，包括如上所述的网络控制***。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：通过输入输出模块、***参数模块、逻辑控制模块、模式选择模块、智能控制模块以及网络通信模块形成的网络控制***，能够根据所输入的外部操作、预设参数信息、牵引控制单元实时反馈的信息以及电池管理单元反馈的电池信息，智能控制牵引控制单元的操作，实现公路两用模式，且该外部操作至少包括踏板的操作，实现将司机对踏板的操作直接反映成车辆加速度，无极调节牵引电机出力，可操控性强、控制灵活且舒适。
结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提出的网络控制***一个实施例的结构框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。
实施例一
为了适应公铁两用电动工程车直交传动、公路-铁路模式转换、小范围上道精确控制等特点，本实施例涉及一种网络控制***，实现无极调控，提高操控舒适性及灵活性，且能够实现铁路设备转换控制。如图1所示，本实施例网络控制***包括逻辑控制模块1、***参数模块2、输入输出模块（即IO模块）3、模式转换模块4、对应公路模式的公路模式处理模块5、对应铁路模式的铁路模式处理模块6、对应公铁转换模式的公铁转换模式处理模块7、对应充电模式的充电控制模块8、智能控制模块9以及网络通信模块10，其中网络通信模块10与电池管理单元BMS 11、牵引控制单元TCU 12以及人机交互界面HMI 13分别双向通信。在本实施例中，网络控制***中的各模块之间的通讯是基于CAN总线实现的。
输入输出模块3可以包括多个输入输出口，用于采集外部操作输入至逻辑控制单元1，其中外部操作至少包括司机对踏板的操作，例如踩动牵引踏板或制动踏板；或者将逻辑控制单元1处理后的信号通过输入输出模块3进行输出；或者将智能控制模块9处理后的信号通过逻辑控制单元1输出值输入输出模块3，例如声光报警提示信号。***参数模块2相当于存储器，会预存储有工程车的预设参数信息（例如电池总电量信息、电池放电后的低预设值）、牵引控制单元12的设备相关的预存储信息（例如各设备的功率的预设峰值等），这些预设参数信息可由逻辑控制单元1读取。电池管理单元11和牵引控制单元12反馈的信息均通过网络通信模块10将信息发送至逻辑控制模块1，然后由逻辑控制模块1处理后直接输出至模式选择模块4或直接输出至智能控制模块9。
在有司机操作时，例如需要切换至公路模式、公铁转换模式或铁路模式时，输入输出模块3采集到司机的操作，例如采集到模式转换开关的信号，将该模式转换开关的信号输入至逻辑控制模块1，逻辑控制模块1读取***参数模块2内的预设参数信息以及通过网络通信模块10获取牵引控制单元12反馈的信息，以获取车辆当前状态，并逻辑控制模块1通过网络通信模块10也会获取电池管理单元11反馈的电池信息，逻辑控制模块1对该些信息进行处理后并输出至模式选择模块4，选择车辆进入某种模式工况，根据不同的模式工况，对应的处理模块进行信息处理并将处理后的信息发送至智能控制模块9，智能控制模块9输出信号通过网络通信模块10对相应操作机构进行动作，例如可以控制牵引控制单元2进行对应公路模式的操作（例如铁路轮固定到位、信号灯转换为公路模式）、进行对应铁路模式的操作（例如，铁路轮下降到位、信号灯转换为铁路模式）或进行对应公铁转换模式的操作（例如铁路轮升降），实现模式切换。其中在公铁两用车的模式转换操作流程（简称上（轨）道和下（轨）道）中，上道时会将车辆开至专门的平交道口，需要司机将模式开关切换至公铁转换模式，这时可以对铁路轮进行升降操作但是会限速。
在行车过程中，司机有操作时，例如踩动牵引踏板或制动踏板，输入输出模块3采集到司机操作并将踏板行程改变导致的模拟量转换成数字量，并通过一定算法，将行程转换为行程百分比，并将行程百分比传输至逻辑控制模块1，逻辑控制模块1将行程百分比、牵引控制单元12通过网络通信模块10反馈的信息（例如实时速度、牵引电机反馈参数等）以及电池管理单元11反馈的电池信息（例如电池电量）直接传输至智能控制模块9，智能控制模块9根据接收到的信息和牵引电机本身的特性曲线，计算出理想输出转矩，并将该转矩通过网络通信模块10传输至牵引控制单元12,以调整牵引电机输出指定转矩，实现对牵引电机的控制。通过对踏板的操作转换为牵引电机的输出转矩，使得司机对牵引踏板或制动踏板的操作能够直接反映成车辆加速度，踏板踩动幅度大，牵引电机出力大，踏板踩动幅度小，牵引电机出力小，实现无极调节牵引电机出力，可操控性强，控制灵活且操控舒适，使得车辆能够快速、准确、灵活地响应操作指令。
在本实施例中，为了对车辆的电池进行管理，需要准确获知电池剩余电量，便于优化功耗分配。电池管理单元11将检测到的电池电压、温度和电流等参数通过网络通信模块10发送至逻辑控制模块1，且逻辑控制模块1读取***参数模块2中的电池总电量信息，此后逻辑控制模块1将上述信息传递至智能控制模块9，智能控制模块9根据电池电压、电流以及放电时间进行动态积分计算，并进行温度补偿，计算出电池剩余电量，保证电量估算准确。在本实施例中，该电池剩余电量可以显示在人机交互界面13上，供司乘人员查看，并用于电量提示。且同时，每次深度放电与充电时，智能控制模块9会通过网络通信模块10记录充放电电量，并对***参数模块2中存储的预设参数***中关于电池的信息，例如电池总电量信息进行修正，使电池长时间使用而老化后仍能够保持较为准确的电量估算能力，为车辆提供可靠的能量保证。
智能控制模块9在计算出电池剩余电量后，再根据动态变化的车辆运行状况（例如车辆负载状况、车辆行驶阻力等），估算剩余里程，自动对在剩余里程中各用电部分的电量进行分配，具体地，可以对非必要***进行降功耗处理，同时在满足行驶需要的情况下降低牵引电机峰值转矩，从而通过降低车辆加速度来提高续航能力，保证在高电量时，高负载情况下开始高功耗模式，提供高强度动力，而在低电量低负载情况下进行功率限制，节约电量，提高车辆续航能力。
智能控制模块9在行车过程中，会实时监控并获取各用电部分的功率。具体地，智能控制模块9通过逻辑控制模块1和输入输出模块3收集各用电部分在单位时间内的电流、电压等数据，并进行温度补偿，计算得出各部分的实时功率，并与预设功率进行比对，如果某一部分的功率超过预设峰值一定预设时间，智能控制模块9就会对该用电部分进行降功耗处理，实现根据耗电量对用电部件（例如牵引电机、油泵电机等）的动态功率保护，防止电流过大带来的发热烧损电气部件。在本实施例中，对于降功耗处理的部分可以通过人机交互界面13进行提示，便于司乘人员进行查看。
智能控制模块9还会实时接收工程车的状态信息并监控该工程车的运行状况。具体地，在无司机外部操作时，逻辑控制模块1实时接收***参数模块2的预存储信息及输入输出模块3输出的信息，且电池管理单元11和牵引控制单元12反馈的信息均通过网络通信模块10将信息发送至逻辑控制模块1，然后由逻辑控制模块1进行相应逻辑处理后直接输出至智能控制模块9，以获取车辆当前状态，这些过程都是在行车过程中实时执行的，此后智能控制模块9对车辆运行状况进行监控，将处理结果通过逻辑控制模块1传递至输入输出模块3或网络通信模块10进行处理，例如车辆自检、故障保护、自动制动等，或通过网络通信模块10显示在人机交互界面13上，例如，如果智能控制模块9监控到当前车辆超速，会通过人机交互界面13显示该状况并可以在输入输出模块3处设置有例如超速会报警提示的声光报警器等；例如自动制动分为三级，一级空档滑行、二级电制动和三级机械制动，车辆超速后，一定速度和时间内自动切除牵引力，空档滑行，如果在一段时间后，速度无法下降，自动启动电制动，以再生制动的方式降速，这两级制动都可以通过网络通信模块10由牵引控制单元12实现，在一级制动和二级制动之后，车速仍没有下降或者达到再生制动最大制动能力，此时启动三级机械制动，轮轴抱死，三级制动可以通过输入输出模块3实现，当然，上述这种制动方式是在车辆超速后，司机仍然踩油门而不进行制动的清下的自动制动保护，稳定车速，防止恶意事故发生。
在本实施例中，还包括充电模式，相应地，在充电模式下，智能控制模块9接收充电控制模块8的处理信息，对应切换至充电模式，此时智能控制模块9通过网络通信模块10与充电机14通讯连接。
市面上，大部分电动车辆，在长期不使用时，需要工作人员定期对车辆蓄电池进行充放电维护，维护成本高，且效率低。
如果该工程车为例如用于运输消防设备的电动运输车，需要随时启用，以应对紧急情况，因此，在长期不使用该工程车时，需要定期对牵引蓄电池进行充放电自维护，确保车辆在长期停放期间可随时投入使用。具体地，在车辆连接充电机14之后，智能控制模块9通过网络通信模块10对充电机14进行控制，在完成一次正常充电后智能控制模块9进入低功耗的自维护状态，仅保留与充电状态相关的监控部分，降低网络控制***功耗，实时监控牵引蓄电池的自放电状况，待自放电导致电压下降至预设数值时，智能控制模块9再次启动充电机14进行浮充维护，并记录充电电量，充电结束会智能控制模块9重新转为自维护状态，从而能够在长期停放期间，车辆能够始终保持较高的储备电量。
通过本实施例中的网络控制***，能够实现工程车的模式转换及智能运行，通过司机直接踩踏牵引踏板或制动踏板，能够直接将踏板的踩踏幅度反映成车辆的加速度，可操控性强、舒适度及灵活性高，缩短车辆上道距离，实现车辆小范围上道精确；动态计算电池剩余电量，均衡分配电量，在有效利用电量的同时提升电池续航能力，并对用电部分实时计算功率，对用电器件进行的功率限定保护，防止电流过大而烧毁器件；对长期驻守的车辆，进行充放电自维护，便于车辆随时投入使用，提升用户使用体验。
实施例二
本实施例涉及一种公铁两用电动工程车，例如公铁两用电动运输车，其包括用于该工程车的网络控制***，该网络控制***的具体结构及工作原理参见图1及实施例一中的描述，在此不做赘述。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种网络控制***，其用于公铁两用电动工程车，其特征在于，包括：
输入输出模块，其实时采集外部操作；
***参数模块，其存储有工程车的预设参数信息；
逻辑控制模块，其接收所采集的外部操作及预设参数信息；
模式选择模块，其根据所述逻辑控制模块的输出控制切换工程车的模式；
智能控制模块，其接收对应模式的相关处理信息；
网络通信模块，其与所述智能控制模块、逻辑控制模块、所述工程车的电池管理单元和牵引控制单元通信；
所述智能控制模块通过所述逻辑控制模块通讯接收外部操作、预设参数信息、所述牵引控制单元反馈的信息和所述电池管理单元反馈的电池信息，控制所述牵引控制单元的操作；
其中所述模式包括公路模式、铁路模式和公铁转换模式，所述外部操作至少包括司机对踏板的操作和模式切换操作。
2.根据权利要求1所述的网络控制***，其特征在于，所述输入输出模块接收踏板操作且转换为行程百分比，并将所述行程百分比输入所述逻辑控制模块；所述逻辑控制模块将接收到的行程百分比、所述牵引控制单元反馈的信息及所述电池管理单元反馈的电池信息发送至所述智能控制模块，所述智能控制模块控制所述牵引控制单元的输出转矩。
3.根据权利要求1所述的网络控制***，其特征在于，所述电池管理单元将电池的相关信息通过所述网络通信模块发送至所述逻辑控制模块，所述逻辑控制模块将接收到的所述电池的相关信息和预设参数信息中电池信息发送至所述智能控制模块，所述智能控制模块计算电池剩余电量。
4.根据权利要求3所述的网络控制***，其特征在于，所述智能控制模块记录电池在深度放电或充电时的充放电电量，并对所述预设参数信息中的电池信息进行修正。
5.根据权利要求3所述的网络控制***，其特征在于，所述智能控制模块根据所述电池剩余电量，控制对各用电部分进行电量分配。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的网络控制***，其特征在于，所述网络控制***还包括人机交互界面，其与所述网络通信模块双向通讯，用于显示所述智能控制模块输出的电池剩余电量。
7.根据权利要求1所述的网络控制***，其特征在于，所述智能控制模块获取各用电部分的实时功率，并在实时功率超过预设峰值一定时间时，控制降低对应部分的用电功率。
8.根据权利要求1所述的网络控制***，其特征在于，所述智能控制模块实时接收到工程车的状态信息并监控所述工程车的运行状况。
9.根据权利要求1所述的网络控制***，其特征在于，所述模式还包括充电模式，且所述网络控制***还包括与所述智能控制模块通信的充电控制模块；所述网络通信模块与用于为所述工程车的电池充电的充电机通讯连接；所述智能控制模块监测电池电量，并在电池电量降低至预设值时，控制所述充电机对所述电池充电，且在所述电池充满时，所述智能控制模块进入低功耗状态。
10.一种公铁两用电动工程车，其特在于，包括权利要求1至9中任一项所述的网络控制***。
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