本發(fā)明涉及自卸車(chē)，尤其是一種基于狀態(tài)機(jī)的礦用自卸車(chē)線控轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
1、傳統(tǒng)的礦用自卸車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)多為機(jī)械轉(zhuǎn)向、液壓助力轉(zhuǎn)向等，此類(lèi)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模式單一，不需要進(jìn)行模式切換。
2、隨著礦用自卸車(chē)自動(dòng)化、智能化程度的提高，發(fā)展出了有人線控轉(zhuǎn)向甚至無(wú)人線控轉(zhuǎn)向。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)需要在不同的工作模式下靈活切換，以適應(yīng)復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境。
3、目前礦用自卸車(chē)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)多為非線控轉(zhuǎn)向。非線控轉(zhuǎn)向的控制邏輯為駕駛員通過(guò)方向盤(pán)提供期望的轉(zhuǎn)向角度、速度及力矩，經(jīng)過(guò)機(jī)械/液壓/電動(dòng)控制系統(tǒng)得到對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)向力，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向器完成轉(zhuǎn)向。
4、現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)：
5、a．方向盤(pán)與轉(zhuǎn)向器之間存在機(jī)械連接，占用空間大，維護(hù)成本高；
6、b．轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與vcu之間通訊接口簡(jiǎn)單，信息交互能力和安全性不足，難以實(shí)現(xiàn)軟件算法優(yōu)化；
7、c.?轉(zhuǎn)向動(dòng)作由駕駛員控制發(fā)起，轉(zhuǎn)向器助力完成，只能適應(yīng)有人駕駛，轉(zhuǎn)向模式單一，難以適應(yīng)礦山復(fù)雜的工況。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于狀態(tài)機(jī)的礦用自卸車(chē)線控轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，提高轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性。
2、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于狀態(tài)機(jī)的礦用自卸車(chē)線控轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，包括：
3、傳感器模塊：高壓過(guò)濾器發(fā)訊開(kāi)關(guān)：用于檢測(cè)轉(zhuǎn)向過(guò)濾器是否堵塞，通過(guò)di信號(hào)與轉(zhuǎn)向控制器scu連接；轉(zhuǎn)向壓力傳感器：用于檢測(cè)轉(zhuǎn)向油壓，通過(guò)ai信號(hào)與控制器連接；
4、轉(zhuǎn)向控制器scu：轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的執(zhí)行中樞，其接收傳感器信號(hào)和整車(chē)控制器vcu指令，經(jīng)過(guò)設(shè)定的控制邏輯和計(jì)算后，輸出控制指令，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)作，達(dá)到控制車(chē)輪轉(zhuǎn)向的目的；
5、整車(chē)控制器vcu：通過(guò)can總線向轉(zhuǎn)向控制器scu發(fā)送控制指令和車(chē)輛狀態(tài)信息，并接收轉(zhuǎn)向控制器scu的狀態(tài)信息；
6、執(zhí)行機(jī)構(gòu)：包括轉(zhuǎn)向比例閥、油缸和車(chē)輪，比例閥接收轉(zhuǎn)向控制器scu的pwm信號(hào)控制閥門(mén)的開(kāi)度從而改變轉(zhuǎn)向液壓油的流速，最終通過(guò)轉(zhuǎn)向缸驅(qū)動(dòng)車(chē)輪轉(zhuǎn)向；
7、動(dòng)力源：包括轉(zhuǎn)向泵和應(yīng)急轉(zhuǎn)向泵，當(dāng)轉(zhuǎn)向泵故障時(shí)，應(yīng)急轉(zhuǎn)向泵作為安全冗余投入使用，動(dòng)力源由整車(chē)控制器vcu控制，轉(zhuǎn)向控制器scu通過(guò)can總線向整車(chē)控制器vcu發(fā)送動(dòng)力源控制指令；
8、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：
9、（1）轉(zhuǎn)向控制器scu通過(guò)傳感器數(shù)據(jù)處理層和can報(bào)文解析層接收傳感器和整車(chē)控制器vcu的數(shù)據(jù)；
10、（2）轉(zhuǎn)向控制器scu整合第一步的輸入數(shù)據(jù)，提交給故障處理層進(jìn)行篩查；
11、（3）輸入數(shù)據(jù)和故障數(shù)據(jù)整合提交給狀態(tài)機(jī)模塊進(jìn)行工作模式切換；
12、（4）轉(zhuǎn)向控制器scu執(zhí)行當(dāng)前轉(zhuǎn)向模式的控制策略，計(jì)算輸出；
13、（5）輸出控制層將輸出數(shù)據(jù)發(fā)送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向輪；
14、（6）轉(zhuǎn)向控制器scu通過(guò)狀態(tài)反饋層將當(dāng)前系統(tǒng)的狀態(tài)信息反饋到can報(bào)文編碼層進(jìn)行報(bào)文編碼，并最終發(fā)送給整車(chē)控制器vcu。
15、作為改進(jìn)，采用can?2.0b總線實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向控制器scu與整車(chē)控制器vcu的雙向通信，包括以下通訊幀：實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向模式的切換控制的eps模式控制幀、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)位控制的eps復(fù)位控制幀、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)標(biāo)定控制的eps標(biāo)定控制幀、實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向角度的精確控制的eps轉(zhuǎn)角控制幀、實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控的eps狀態(tài)反饋幀。
16、作為改進(jìn)，有人非線控模式：轉(zhuǎn)向控制器scu啟動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)自動(dòng)切入有人非線控模式，此時(shí)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為非線控模式，轉(zhuǎn)向控制器scu不參與車(chē)輛轉(zhuǎn)向過(guò)程，轉(zhuǎn)向動(dòng)作完全由方向盤(pán)和轉(zhuǎn)向器完成。
17、作為改進(jìn)，有人線控模式：當(dāng)vcu?eps_mode_ctrl通訊幀的轉(zhuǎn)向模式請(qǐng)求信號(hào)設(shè)置為“有人線控”時(shí)，轉(zhuǎn)向控制器scu將在滿足狀態(tài)機(jī)的切換條件時(shí)將轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作模式切換為有人線控模式，此時(shí)車(chē)輛轉(zhuǎn)向的具體流程為：駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)、轉(zhuǎn)向傳感器sasa采集方向盤(pán)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向控制器scu接收方向盤(pán)轉(zhuǎn)速并進(jìn)行處理和計(jì)算、轉(zhuǎn)向控制器scu根據(jù)方向盤(pán)轉(zhuǎn)速和方向控制轉(zhuǎn)向比例閥、轉(zhuǎn)向缸動(dòng)作、車(chē)輪轉(zhuǎn)向；在該模式下，通過(guò)改變方向盤(pán)轉(zhuǎn)速與比例閥開(kāi)度的關(guān)系改變，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛可變轉(zhuǎn)向比。
18、作為改進(jìn)，無(wú)人線控模式：轉(zhuǎn)向系統(tǒng)處于有人非線控或者有人線控模式時(shí)，若vcueps_mode_ctrl通訊幀的轉(zhuǎn)向模式請(qǐng)求信號(hào)設(shè)置為“無(wú)人線控”，轉(zhuǎn)向控制器scu將在滿足狀態(tài)機(jī)的切換條件時(shí)將轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作模式切換為無(wú)人線控模式，此時(shí)轉(zhuǎn)向控制器scu進(jìn)入自動(dòng)轉(zhuǎn)向前的準(zhǔn)備模式，轉(zhuǎn)向比例閥打開(kāi)一定的開(kāi)度進(jìn)入工作就緒狀態(tài)，車(chē)輛保持當(dāng)前的轉(zhuǎn)向角，轉(zhuǎn)向輪不動(dòng)作。
19、作為改進(jìn)，自動(dòng)轉(zhuǎn)向模式：轉(zhuǎn)向系統(tǒng)處于無(wú)人線控模式時(shí)，若vcu?eps_angle_ctrl通訊幀的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)角啟用信號(hào)設(shè)置為“啟用”，轉(zhuǎn)向控制器scu將在滿足狀態(tài)機(jī)的切換條件時(shí)將轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作模式切換為自動(dòng)轉(zhuǎn)向模式，該模式與無(wú)人線控模式的區(qū)別是，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將根據(jù)eps_angle_ctrl通訊幀的“轉(zhuǎn)向角度”信號(hào)自動(dòng)完成轉(zhuǎn)向動(dòng)作，轉(zhuǎn)向過(guò)程不需要駕駛員參與。
20、作為改進(jìn)，人工接管模式：當(dāng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作模式處于無(wú)人線控模式或自動(dòng)轉(zhuǎn)向模式時(shí)，若轉(zhuǎn)向控制器scu檢測(cè)到方向盤(pán)轉(zhuǎn)速超過(guò)設(shè)定閾值，將自動(dòng)切入人工接管模式，此時(shí)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的動(dòng)作流程按照有人線控模式執(zhí)行。
21、作為改進(jìn)，安全模式：轉(zhuǎn)向系統(tǒng)處于任意模式下，當(dāng)轉(zhuǎn)向控制器scu二級(jí)故障或者三級(jí)故障被觸發(fā)時(shí)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將自動(dòng)切入安全模式，轉(zhuǎn)向控制器scu報(bào)警，此時(shí)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的動(dòng)作流程按照有人非線控模式執(zhí)行。
22、作為改進(jìn)，復(fù)位中：轉(zhuǎn)向系統(tǒng)處于安全模式并且轉(zhuǎn)向控制器scu二級(jí)故障和三級(jí)故障消失時(shí)，若vcu?eps_reset_ctrl通訊幀的復(fù)位旗標(biāo)信號(hào)設(shè)置為“使能”，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將自動(dòng)切入復(fù)位中模式，轉(zhuǎn)向控制器scu將開(kāi)始執(zhí)行復(fù)位流程，并且在復(fù)位流程完成后自動(dòng)切入有人非線控模式。
23、作為改進(jìn)，標(biāo)定模式：轉(zhuǎn)向系統(tǒng)處于有人非線控模式下，若vcu?eps_calibrate_ctrl通訊幀的標(biāo)定請(qǐng)求信號(hào)設(shè)置為“請(qǐng)求”時(shí)，轉(zhuǎn)向控制器scu將在滿足狀態(tài)機(jī)的切換條件時(shí)將轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作模式切換為標(biāo)定模式，此時(shí)整車(chē)控制器vcu可通過(guò)相關(guān)通訊接口修改轉(zhuǎn)向控制器scu的轉(zhuǎn)向參數(shù)。
24、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比所帶來(lái)的有益效果是：
25、提出了一種兼具實(shí)時(shí)性保護(hù)和安全性設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)通訊接口，通過(guò)清晰的控制模塊分層和狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)，能夠快速、穩(wěn)定、可靠地在不同轉(zhuǎn)向模式之間切換，提高了礦用自卸車(chē)的作業(yè)效率和安全性。
1.一種基于狀態(tài)機(jī)的礦用自卸車(chē)線控轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于狀態(tài)機(jī)的礦用自卸車(chē)線控轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，其特征在于：采用can?2.0b總線實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向控制器scu與整車(chē)控制器vcu的雙向通信，包括以下通訊幀：實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向模式的切換控制的eps模式控制幀、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)位控制的eps復(fù)位控制幀、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)標(biāo)定控制的eps標(biāo)定控制幀、實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向角度的精確控制的eps轉(zhuǎn)角控制幀、實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控的eps狀態(tài)反饋幀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于狀態(tài)機(jī)的礦用自卸車(chē)線控轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，其特征在于：有人非線控模式：轉(zhuǎn)向控制器scu啟動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)自動(dòng)切入有人非線控模式，此時(shí)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為非線控模式，轉(zhuǎn)向控制器scu不參與車(chē)輛轉(zhuǎn)向過(guò)程，轉(zhuǎn)向動(dòng)作完全由方向盤(pán)和轉(zhuǎn)向器完成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于狀態(tài)機(jī)的礦用自卸車(chē)線控轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，其特征在于：有人線控模式：當(dāng)vcu?eps_mode_ctrl通訊幀的轉(zhuǎn)向模式請(qǐng)求信號(hào)設(shè)置為“有人線控”時(shí)，轉(zhuǎn)向控制器scu將在滿足狀態(tài)機(jī)的切換條件時(shí)將轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作模式切換為有人線控模式，此時(shí)車(chē)輛轉(zhuǎn)向的具體流程為：駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)、轉(zhuǎn)向傳感器sasa采集方向盤(pán)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向控制器scu接收方向盤(pán)轉(zhuǎn)速并進(jìn)行處理和計(jì)算、轉(zhuǎn)向控制器scu根據(jù)方向盤(pán)轉(zhuǎn)速和方向控制轉(zhuǎn)向比例閥、轉(zhuǎn)向缸動(dòng)作、車(chē)輪轉(zhuǎn)向；在該模式下，通過(guò)改變方向盤(pán)轉(zhuǎn)速與比例閥開(kāi)度的關(guān)系改變，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛可變轉(zhuǎn)向比。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于狀態(tài)機(jī)的礦用自卸車(chē)線控轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，其特征在于：無(wú)人線控模式：轉(zhuǎn)向系統(tǒng)處于有人非線控或者有人線控模式時(shí)，若vcu?eps_mode_ctrl通訊幀的轉(zhuǎn)向模式請(qǐng)求信號(hào)設(shè)置為“無(wú)人線控”，轉(zhuǎn)向控制器scu將在滿足狀態(tài)機(jī)的切換條件時(shí)將轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作模式切換為無(wú)人線控模式，此時(shí)轉(zhuǎn)向控制器scu進(jìn)入自動(dòng)轉(zhuǎn)向前的準(zhǔn)備模式，轉(zhuǎn)向比例閥打開(kāi)一定的開(kāi)度進(jìn)入工作就緒狀態(tài)，車(chē)輛保持當(dāng)前的轉(zhuǎn)向角，轉(zhuǎn)向輪不動(dòng)作。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于狀態(tài)機(jī)的礦用自卸車(chē)線控轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，其特征在于：自動(dòng)轉(zhuǎn)向模式：轉(zhuǎn)向系統(tǒng)處于無(wú)人線控模式時(shí)，若vcu?eps_angle_ctrl通訊幀的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)角啟用信號(hào)設(shè)置為“啟用”，轉(zhuǎn)向控制器scu將在滿足狀態(tài)機(jī)的切換條件時(shí)將轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作模式切換為自動(dòng)轉(zhuǎn)向模式，該模式與無(wú)人線控模式的區(qū)別是，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將根據(jù)eps_angle_ctrl通訊幀的“轉(zhuǎn)向角度”信號(hào)自動(dòng)完成轉(zhuǎn)向動(dòng)作，轉(zhuǎn)向過(guò)程不需要駕駛員參與。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于狀態(tài)機(jī)的礦用自卸車(chē)線控轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，其特征在于：人工接管模式：當(dāng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作模式處于無(wú)人線控模式或自動(dòng)轉(zhuǎn)向模式時(shí)，若轉(zhuǎn)向控制器scu檢測(cè)到方向盤(pán)轉(zhuǎn)速超過(guò)設(shè)定閾值，將自動(dòng)切入人工接管模式，此時(shí)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的動(dòng)作流程按照有人線控模式執(zhí)行。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于狀態(tài)機(jī)的礦用自卸車(chē)線控轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，其特征在于：安全模式：轉(zhuǎn)向系統(tǒng)處于任意模式下，當(dāng)轉(zhuǎn)向控制器scu二級(jí)故障或者三級(jí)故障被觸發(fā)時(shí)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將自動(dòng)切入安全模式，轉(zhuǎn)向控制器scu報(bào)警，此時(shí)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的動(dòng)作流程按照有人非線控模式執(zhí)行。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于狀態(tài)機(jī)的礦用自卸車(chē)線控轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，其特征在于：復(fù)位中：轉(zhuǎn)向系統(tǒng)處于安全模式并且轉(zhuǎn)向控制器scu二級(jí)故障和三級(jí)故障消失時(shí)，若vcueps_reset_ctrl通訊幀的復(fù)位旗標(biāo)信號(hào)設(shè)置為“使能”，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將自動(dòng)切入復(fù)位中模式，轉(zhuǎn)向控制器scu將開(kāi)始執(zhí)行復(fù)位流程，并且在復(fù)位流程完成后自動(dòng)切入有人非線控模式。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于狀態(tài)機(jī)的礦用自卸車(chē)線控轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，其特征在于：標(biāo)定模式：轉(zhuǎn)向系統(tǒng)處于有人非線控模式下，若vcu?eps_calibrate_ctrl通訊幀的標(biāo)定請(qǐng)求信號(hào)設(shè)置為“請(qǐng)求”時(shí)，轉(zhuǎn)向控制器scu將在滿足狀態(tài)機(jī)的切換條件時(shí)將轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作模式切換為標(biāo)定模式，此時(shí)整車(chē)控制器vcu可通過(guò)相關(guān)通訊接口修改轉(zhuǎn)向控制器scu的轉(zhuǎn)向參數(shù)。