CN107024358A - 一种基于多传感器网络的工况载荷分析系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多传感器网络的工况载荷分析系统，包括控制器、车身姿态传感器、压力传感器、发动机扭矩传感器、变速箱扭矩传感器、车速传感器、发动机转速传感器、物联网网关，车身姿态传感器、压力传感器、发动机扭矩传感器、变速箱扭矩传感器、车速传感器、发动机转速传感器均与控制器之间通信连接，控制器通过物联网网关与远程数据平台进行数据通信。利用该系统实现对工况载荷实时分析，分析的结果应用于机械工作装置的控制，介入到辅助驾驶功能及自动档位控制功能，实现对机械操作的简化，减少操作机手的劳动强度，同时提高作业效率。

Description

一种基于多传感器网络的工况载荷分析系统

技术领域

本发明涉及一种基于多传感器网络的工况载荷分析系统。

背景技术

对于大型工程机械而言，驱动系统由于负载高，所消耗的能源基数大，国内外相关机构及企业均投入巨大的成本在节能技术上进行研发试验。节能高效驱动技术研究方向很广，混合动力、均质压燃、燃油添加剂、高效传动系、轻量化车体等。针对不同的使用环境及特点，不同的产品采用不同的技术。其中传动系是动力总成的重要组成部分，提高其工作效率对能耗控制非常重要。

随着技术的发展，不仅发动机的控制由传统的机械泵喷油方式升级普及至现在的电喷方式，驱动系统的执行机构也全面实现了电控。液压驱动系统的电比例元件的普及以及液力变速箱电控技术的应用，使得驱动系统可以完全的由电控系统控制。 目前的路面机械传动系匹配均采用简单的电传操作控制，但是没有在操作机构和驱动执行机构之间构建具有实时匹配的控制算法。本研究项目是基于目前的电传操控硬件基础和发动机所具备的功率曲线切换技术，将工况判断、驱动系统能量流控制等技术嵌入到传动系统中，实现对传动系统的优化。

现有技术中，中国专利CN 203376644 U公开了多传感器智能循迹车模，包括带车轮的底盘机构及设置在底盘机构上的行走机构、主控制机构和传感器机构，该技术的优点是能准确预判路径，提高运行效率。现在的工程车辆大量采用了CAN总线技术和可编程控制器技术，且发动机的燃油系统实现自动控制，给车辆的日常维护带来了很大的困难，同时对检测诊断技术要求很高。传统的多传感器技术由于大量传感器的使用，使得车辆布线复杂、检测困难，且容日发生干涉，并且当今时代是一个信息化时代，设备如何更好的接入互联网内也是现今需要考虑的问题。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于多传感器网络的工况载荷分析系统，通过无线传感器组网，将车辆各个关键点的数据采集到控制器，控制器结合工况载荷分析模型，辅助驾驶员进行档位控制，并通过物联网网关将数据上传到远程数据平台。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于多传感器网络的工况载荷分析系统，其特征在于：包括控制器、车身姿态传感器、压力传感器、发动机扭矩传感器、变速箱扭矩传感器、车速传感器、发动机转速传感器、物联网网关，车身姿态传感器、压力传感器、发动机扭矩传感器、变速箱扭矩传感器、车速传感器、发动机转速传感器均与控制器之间通信连接，控制器通过物联网网关与远程数据平台进行数据通信；其中：

车身姿态传感器用于采集车辆前后左右的倾角大小，以此来判断当前车辆所处的姿态是什么样的；

压力传感器用于采集系统关键点的液压系统压力大小，用以辅助判断当前车辆系统的载荷情况；

发动机扭矩传感器用于采集当前发动机的输出扭矩，变速箱扭矩传感器用于采集变速箱的输出扭矩，该两点扭矩用于辅助控制器判断当前所处工况；

控制器整合所有输入信息，并结合工况载荷分析模型，判断当前车辆工况与驾驶员意图，辅助驾驶人员自动档位的控制，并将所有数据按照时间轴通过物联网网关发送到远程数据平台。

所述车身姿态传感器、压力传感器、发动机扭矩传感器、变速箱扭矩传感器、车速传感器、发动机转速传感器均为无线传感器。

进一步的，所述车身姿态传感器、压力传感器、发动机扭矩传感器、变速箱扭矩传感器、车速传感器、发动机转速传感器通过片上通信模块与控制器之间实现无线通信。

作为优选方案，所述的基于多传感器网络的工况载荷分析系统，其特征在于：所述工况载荷分析系统还包括行走手柄，行走手柄与控制器连接，用于采集驾驶员意图。

作为优选方案，所述的基于多传感器网络的工况载荷分析系统，其特征在于：所述压力传感器采集的系统压力包括系统总的压力、变速箱油压、系统补油压力、工作装置压力和独立散热系统压力。

本发明还提供所述的基于多传感器网络的工况载荷分析系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤a、控制器读取行走手柄输入值；

步骤b、控制器读取车身姿态传感器确定当前车身姿态，如果当前车身倾角大于α，则跳转步骤d，否则跳转步骤c；

步骤c、初步判断当前驾驶员意图为需求更高的车速，读取各系统压力值及当前车速，由行走手柄确定目标车速，调用车速工况模型，将目标转速转化为变速箱所需输出扭矩，再结合系统压力及工作装置压力等确定除行走外其他系统所需输出扭矩，确定当前需要发动机提供的总扭矩，跳转步骤e；

步骤d、初步判断当前驾驶员处于爬坡状态，需要更大的动力，读取各系统压力值及当前车速，由行走手柄确定目标车速，调用爬坡工况模型，将目标转速转化为变速箱所需输出扭矩，再结合系统压力及工作装置压力等确定除行走外其他系统所需输出扭矩，确定当前需要发动机提供的总扭矩，跳转步骤e；

步骤e、读取当前发动机转速、当前车速、结合相应模型对变速箱及发动机转速进行控制，来实现最终的目的。

有益效果：本发明提供的基于多传感器网络的工况载荷分析系统，具有以下优点：1、解决驱动系统动力源（发动机）与驱动执行装置之间最佳匹配控制的核心技术，为路面机械提供高效节能的驱动解决方案。2、采用无线传感器组网，减少车辆布线难度，增加车辆系统可靠性与可维修性，且便于直接接入互联网，将数据进行远程上传与维护。3、利用该模型实现对工况载荷实时分析，分析的结果应用于机械工作装置的控制，介入到辅助驾驶功能及自动档位控制功能，实现对机械操作的简化，减少操作机手的劳动强度，同时提高作业效率。

附图说明

图1为本发明的系统框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，一种基于多传感器网络的工况载荷分析系统，包括控制器、车身姿态传感器、压力传感器、发动机扭矩传感器、变速箱扭矩传感器、车速传感器、物联网网关、发动机转速传感器，上述传感器均为无线传感器，通过片上通信模块与控制器之间实现无线通信，控制器通过物联网网关与远程数据平台进行数据通信。其中：

车身姿态传感器用于采集车辆前后左右的倾角大小，以此来判断当前车辆所处的姿态是什么样的；

压力传感器用于采集系统关键点的液压系统压力大小，用以辅助判断当前车辆系统的载荷情况；

发动机扭矩传感器用于采集当前发动机的输出扭矩，变速箱扭矩传感器用于采集变速箱的输出扭矩，该两点扭矩用于辅助控制器判断当前所处工况；

控制器整合所有输入信息，并结合工况载荷分析模型，判断当前车辆工况与驾驶员意图，辅助驾驶人员自动档位的控制，并将所有数据按照时间轴通过物联网网关发送到远程数据平台；

优选，还包括行走手柄，行走手柄与控制器直接连接，用于采集驾驶员意图。

本发明还提供基于多传感器网络的工况载荷分析系统的分析方法，包括如下步骤：

步骤a、控制器读取行走手柄输入值；

步骤b、控制器读取车身姿态传感器确定当前车身姿态，如果当前车身倾角大于α，则跳转步骤d，否则跳转步骤c；

步骤c、初步判断当前驾驶员意图为需求更高的车速，读取各系统压力值及当前车速，由行走手柄确定目标车速，调用车速工况模型，将目标转速转化为变速箱所需输出扭矩，再结合系统压力及工作装置压力等确定除行走外其他系统所需输出扭矩，确定当前需要发动机提供的总扭矩，跳转步骤e；

步骤d、初步判断当前驾驶员处于爬坡状态，需要更大的动力，读取各系统压力值及当前车速，由行走手柄确定目标车速，调用爬坡工况模型，将目标转速转化为变速箱所需输出扭矩，再结合系统压力及工作装置压力等确定除行走外其他系统所需输出扭矩，确定当前需要发动机提供的总扭矩，跳转步骤e；

步骤e、读取当前发动机转速、当前车速、结合相应模型对变速箱及发动机转速进行控制，来实现最终的目的。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于多传感器网络的工况载荷分析系统，其特征在于：包括控制器、车身姿态传感器、压力传感器、发动机扭矩传感器、变速箱扭矩传感器、车速传感器、发动机转速传感器、物联网网关，车身姿态传感器、压力传感器、发动机扭矩传感器、变速箱扭矩传感器、车速传感器、发动机转速传感器均与控制器之间通信连接，控制器通过物联网网关与远程数据平台进行数据通信；其中：

车身姿态传感器用于采集车辆前后左右的倾角大小，以此来判断当前车辆所处的姿态是什么样的；

压力传感器用于采集系统关键点的液压系统压力大小，用以辅助判断当前车辆系统的载荷情况；

发动机扭矩传感器用于采集当前发动机的输出扭矩，变速箱扭矩传感器用于采集变速箱的输出扭矩，该两点扭矩用于辅助控制器判断当前所处工况；

控制器整合所有输入信息，并结合工况载荷分析模型，判断当前车辆工况与驾驶员意图，辅助驾驶人员自动档位的控制，并将所有数据按照时间轴通过物联网网关发送到远程数据平台。

2.根据权利要求1所述的基于多传感器网络的工况载荷分析系统，其特征在于：所述车身姿态传感器、压力传感器、发动机扭矩传感器、变速箱扭矩传感器、车速传感器、发动机转速传感器均为无线传感器。

3.根据权利要求2所述的基于多传感器网络的工况载荷分析系统，其特征在于：所述车身姿态传感器、压力传感器、发动机扭矩传感器、变速箱扭矩传感器、车速传感器、发动机转速传感器通过片上通信模块与控制器之间实现无线通信。

4.根据权利要求1所述的基于多传感器网络的工况载荷分析系统，其特征在于：所述工况载荷分析系统还包括行走手柄，行走手柄与控制器连接，用于采集驾驶员意图。

5.根据权利要求1所述的基于多传感器网络的工况载荷分析系统，其特征在于：所述压力传感器采集的系统压力包括系统总的压力、变速箱油压、系统补油压力、工作装置压力和独立散热系统压力。

6.权利要求1-5任一项所述的基于多传感器网络的工况载荷分析系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤a、控制器读取行走手柄输入值；

步骤b、控制器读取车身姿态传感器确定当前车身姿态，如果当前车身倾角大于α，则跳转步骤d，否则跳转步骤c；

步骤c、初步判断当前驾驶员意图为需求更高的车速，读取各系统压力值及当前车速，由行走手柄确定目标车速，调用车速工况模型，将目标转速转化为变速箱所需输出扭矩，再结合系统压力及工作装置压力等确定除行走外其他系统所需输出扭矩，确定当前需要发动机提供的总扭矩，跳转步骤e；

步骤d、初步判断当前驾驶员处于爬坡状态，需要更大的动力，读取各系统压力值及当前车速，由行走手柄确定目标车速，调用爬坡工况模型，将目标转速转化为变速箱所需输出扭矩，再结合系统压力及工作装置压力等确定除行走外其他系统所需输出扭矩，确定当前需要发动机提供的总扭矩，跳转步骤e；

步骤e、读取当前发动机转速、当前车速、结合相应模型对变速箱及发动机转速进行控制，来实现最终的目的。