CN103922226A - 一种具有臂架的车辆的控制系统及工程机械 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有臂架的车辆的控制系统及工程机械，所述控制系统中，包括主控网络和分支网络，其中主控网络主要用于进行车辆整车动力控制系统的控制模块的数据通信，而分支网络则用于进行车辆臂架的信号控制系统的控制模块的数据通信，主控网络通过一网关与分支网络连接，且分支网络的波特速率低于主控网络的波特速率。通过上述方式，本发明能够有效减少耦合空间电磁干扰对臂架内的分支网络的影响，进而有利于提高整个控制系统的稳定性。

Description

一种具有臂架的车辆的控制系统及工程机械

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，特别是涉及一种具有臂架的车辆的控制系统及工程机械。

背景技术

CAN（Controller Area Network，控制器局域网络）总线是ISO国际标准化的串行通信协议，是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。CAN总线作为一种起源于汽车行业的总线网络，广泛应用于工程机械行业，例如在汽车起重机产品上，通常会有一个或多个的总线网络。

如图1所示，现有起重机整车控制系统的CAN总线网络通常由14个节点构成，包括上车8个节点：起重控制单元、力矩控制单元、集中显示单元、长角传感单元、回转角度单元、上车发动机ECU、操作手柄1以及操作手柄2，和底盘6个节点：支撑控制单元、支腿操作单元1、支腿操作单元2、倾斜角度单元、下车发动机ECU以及变速箱ECU。为了有效避免总线冲突，采用对总线分段，即双CAN总线协议结构，这样既能提高系统的快速响应能力，也可有效避免由于1条总线太长引起的系统不稳定性。主总线符合CAN规范的基础上发展起来的应用层CANOpen协议,子总线符合CAN2.0B标准。其中，起重控制单元和支撑控制单元具备双CAN网络接口(CAN2.0B和CANOpen协议)，既是网络节点又充当网桥的作用。

虽然CAN总线网络具有高性能、实时性等优点，但是由于起重机等工程机械存在长臂架、大回转、工作环境复杂等自身特点，使得CAN总线网络应用在工程机械时的稳定性略显不足。例如，对于起重机，由于其存在长臂架，而在长臂架内的CAN总线网络容易耦合空间电磁辐射干扰，即长臂架在空间辐射场中会产生类似“天线效应”的强干扰耦合，成为起重机的主要电磁干扰来源，从而易造成起重机整个CAN总线网络不稳定，导致起重机在一些强电磁环境例如发射塔附近工作时，可能会因长臂架内的强干扰耦合而出现起重机整个CAN总线网络崩溃的问题，使得整个CAN总线网络的稳定性降低。

此外，CAN总线网络的数据吞吐量要求较高，因此CAN总线的波特率通常都比较高，而高波特率的CAN总线的稳定性、电磁抗干扰能力都较低，从而使得长臂架内采用高波特率传输的CAN总线网络更容易受空间电磁辐射干扰，导致起重机整个CAN总线网络的稳定性进一步降低。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种具有臂架的车辆的控制系统及工程机械，能够有效减少耦合空间电磁干扰对臂架内的分支网络的影响，进而有利于提高整个控制系统的稳定性。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种具有臂架的车辆的控制系统，包括：主控网络，所述主控网络包括相互连接的主控总线和第一控制模块，所述第一控制模块为车辆整车动力控制系统的控制模块；分支网络，所述分支网络包括相互连接的分支总线和第二控制模块，所述第二控制模块为车辆臂架的信号控制系统的控制模块；其中，所述主控总线通过网关与所述分支总线连接，且所述主控总线的波特速率高于所述分支总线的波特速率。

其中，所述分支网络还包括与所述分支总线连接的干扰抑制模块，用于抑制所述分支网络耦合空间电磁辐射干扰。

其中，所述干扰抑制模块为主动干扰抑制模块或被动干扰抑制模块。

其中，所述干扰抑制模块为低通滤波器。

其中，所述网关为隔离式路由器。

其中，所述车辆整车动力控制系统的控制模块包括至少其中之一：车辆的整车控制器、发动机的电子控制单元、力矩限制器。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种工程机械，包括具有臂架的车辆和所述车辆的控制系统；所述车辆的控制系统为上述任一项的控制系统。

其中，所述工程机械为起重机。

其中，所述工程机械为挖掘机。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明的具有吊臂的车辆的控制系统中，包括主控网络和分支网络，其中主控网络主要用于进行车辆整车动力控制系统的控制模块的数据通信，而分支网络则用于进行车辆臂架的信号控制系统的控制模块的数据通信，主控网络通过一网关与分支网络连接，且分支网络的波特速率低于主控网络的波特速率，由此通过对臂架内的分支网络采用较低的波特速率，能够减少耦合空间电磁干扰对臂架内的分支网络的影响，从而降低分支网络对主控网络的干扰，进而能够提高整个总线网络的稳定性。

附图说明

图1是现有技术中一种起重机整车控制系统的结构示意图；

图2是本发明具有臂架的车辆的控制系统一实施方式的结构示意图；

图3是本发明具有臂架的车辆的控制系统另一实施方式的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施方式对本发明进行详细说明。

参阅图2，本发明具有臂架的车辆的控制系统的一实施方式中，控制系统包括主控网络21和分支网络22。其中，主控网络21和分支网络22为基于CAN总线的总线网络。本实施方式以具有臂架的起重机为例进行说明，当然，本发明的控制系统还可以应用于具有伸缩臂的起重机，或者其他类似结构的工程机械，例如挖掘机等。

主控网络21包括相互连接的主控总线211和第一控制模块212。该第一控制模块212为起重机的整车动力控制系统的控制模块，例如为起重机的整车控制器、发动机的电子控制单元（ECU，Electronic ControlUnit）、力矩限制器等，其与主控总线211连接以通过主控总线211进行数据通信。分支网络22包括相互连接的分支总线221和第二控制模块222，该第二控制模块222为起重机臂架的信号控制系统的控制模块，主要是用于起重机的臂架内的信号控制、辅助信号的采集与传输等，臂架内的信号例如包括臂架限位开关信号、插销动作控制信号、油缸动作控制信号、指示灯信号、风速仪器信号、安全保护信号等。

其中，分支网络22还包括一IO转CAN控制器223，用于控制输入输出信号转换。

主控网络21和分支网络22通过网关23进行连接，即主控总线211通过网关23与分支总线221连接以进行通信数据交互。主控总线211上的数据包括了各第一控制模块212间的通信数据，和由网关23转发的分支总线221传输到主控总线211的通信数据；分支总线221上的数据包括第二控制模块222的通信数据，和由网关23转发的主控总线211传输至分支总线221的通信数据。此外，主控总线211的波特速率高于分支总线221的波特速率。由于主控总线21是用于进行整车动力控制系统的第一控制模块212的数据通信，其通信的数据量较大，因此须采用较高的波特速率进行数据传输；而分支总线是用于进行臂架内的信号控制和采集等，其通信的数据量较小，因此采用较低的波特速率进行数据传输。

本实施方式通过将起重机的总线网络分为波特速率不同的主控网络21和分支网络22，且对应于起重机的臂架内的分支网络22采用较低的波特速率，由此在满足数据传输的数据量的同时，低波特速率的通信速度有利于减少空间电磁干扰对分支网络22的影响，提高分支网络22的电磁抗干扰能力，从而能够提高分支网络22的稳定性，进而可提高整个总线网络的稳定性。此外，相较于高波特速率的总线而言，采用较低的波特速率进行数据传输，有利于增加通信距离，更适合长臂架的分支网络22进行数据通信，进一步提高分支网络22的可靠性。另，通过将起重机的整个总线网络分为主控网络21和臂架分支网络22，即采用两级网络分别控制起重机的不同部分，能够在臂架的分支网络22出现故障时，依然可以保证主控网络21的正常通信，由此可避免整个总线网络的崩溃，并且有利于快速确定故障点。

在其他实施方式中，也可以根据需要设置多个不同的分支网络，以用于对起重机的不同部分分别进行控制，具体的可根据实际需要进行设置，此处并非限定于仅适用于一个分支网络。

在本发明具有臂架的车辆的控制系统一优选实施方式中，分支网络22用于进行起重机的臂架内的各节点的数据通信，而臂架容易耦合空间电磁辐射干扰，为了提高整个总线网络的稳定性，用于连接分支网络22和主控网络21的网关23采用隔离式CAN路由器，由此既可以保证分支网络22和主控网络21之间的可靠通信，还可以防止分支网络22耦合的电磁干扰传导至主控网络21中，降低主控网络21受分支网络22的电磁干扰影响，由此可进一步提高主控网络21的通信稳定性。当然，在其他实施方式中，网关23也可以采用非隔离式CAN路由器或者其他网关实现。

参阅图3，本发明具有臂架的车辆的控制系统另一实施方式中，分支网络22还包括一干扰抑制模块224。干扰抑制模块224与分支总线221连接，用以抑制分支网络22耦合空间辐射干扰，从而降低空间电磁辐射对分支网络22的干扰，能够提高分支网络22的抗干扰能力，以提高分支网络22的稳定性。

其中，干扰抑制模块224可以是主动干扰抑制模块。起重机在不同的环境工作时，臂架内的分支网络22所受的干扰类型也不相同，使用主动干扰抑制模块时，主动干扰抑制模块可以根据干扰类型的不同而改变自身的相关参数，从而可以针对不同的干扰类型最大程度地抑制分支网络22的耦合空间辐射干扰。本实施方式的干扰抑制模块224采用低通滤波器实现。臂架的长度不同，其所受的主要干扰类型也不相同，因此，低通滤波器的插入损耗和截止频率可根据长臂架的长度而进行设置，以使得低通滤波器能够有效地抑制臂架内的分支网络22的耦合空间电磁辐射干扰。本实施方式的干扰抑制模块224使用滤波技术实现干扰抑制，在其他实施方式中，干扰抑制模块224也可以采用其他的干扰抑制技术实现干扰抑制，例如屏蔽技术、接地技术等。此外，干扰抑制模块224也可以是被动抑制干扰模块，例如，当起重机的工作环境是较为固定的一种环境时，起重机长臂架所受的空间电磁辐射干扰类型通常也较为固定，此时可以使用针对特定干扰类型的被动干扰抑制模块来抑制臂架的分支网络22的耦合电磁干扰。

通过干扰抑制模块224的作用，能够有效提高起重机的分支网络22的抗干扰能力，以提高臂架内的分支网络22的稳定性，并能够减小分支网络22的耦合干扰对主控网络21的影响，从而提高主控网络21的稳定性，进而使得整个总线网络的可靠性提高。

本发明还提供工程机械的一实施方式，包括具有臂架的车辆和该车辆的控制系统。该工程机械可以为起重机或挖掘机等。其中，车辆的控制系统为上述各实施方式所述的控制系统。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种具有臂架的车辆的控制系统，其特征在于，包括：

主控网络（21），所述主控网络（21）包括相互连接的主控总线（211）和第一控制模块（212），所述第一控制模块（212）为车辆整车动力控制系统的控制模块；

分支网络（22），所述分支网络（22）包括相互连接的分支总线（221）和第二控制模块（222），所述第二控制模块（22）为车辆臂架的信号控制系统的控制模块；

其中，所述主控总线（211）通过网关（23）与所述分支总线（221）连接，且所述主控总线（211）的波特速率高于所述分支总线（221）的波特速率。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，

所述分支网络（22）还包括与所述分支总线（221）连接的干扰抑制模块（224），用于抑制所述分支网络（22）耦合空间电磁辐射干扰。

3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，

所述干扰抑制模块（224）为主动干扰抑制模块或被动干扰抑制模块。

4.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，

所述干扰抑制模块（224）为低通滤波器。

5.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，

所述网关（23）为隔离式路由器。

6.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述车辆整车动力控制系统的控制模块包括至少其中之一：车辆的整车控制器、发动机的电子控制单元、力矩限制器。

7.一种工程机械，其特征在于，包括具有臂架的车辆和所述车辆的控制系统，所述车辆的控制系统为上述权利要求1-6中任意一项所述的控制系统。

8.根据权利要求7所述的工程机械，其特征在于，所述工程机械为起重机。

9.根据权利要求7所述的工程机械，其特征在于，所述工程机械为挖掘机。