CN109624622B - 自适应载荷控制系统、方法及轨道消防车 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种自适应载荷控制系统、方法及轨道消防车，属于消防车领域。所述系统包括：载荷测量装置，用于测量所述轨道消防车的载荷；以及控制器，用于根据所述载荷，控制所述轨道消防车的马达排量。其使得能够在不同载荷下，为轨道消防车提供合适的驱动力，从而促使轨道消防车在最短的时间内达到最高车速。

Description

自适应载荷控制系统、方法及轨道消防车

技术领域

本发明涉及消防车领域，具体地涉及一种自适应载荷控制系统、方法及轨道消防车。

背景技术

轨道消防车是指既可以在地面行驶又可以在铁轨上行驶的路轨两用消防车，其在轨道上行驶时，根据驱动方式的不同可以分为导轮式(摩擦力驱动)和分动式(液压驱动)两种。分动式结构的轨道消防车在铁路轨道上运行时，通常采用变量液压泵驱动液压马达，液压马达连接行走轮使其前进或后退。当车辆需要调整速度时，调整变量液压泵排量，即可增加或减小液压马达的转速，从而改变轨道行驶轮的速度。

相关技术中，分动式结构的消防车启动时，直接通过加速手柄控制启动时的油泵排量，从而控制加速快慢。在载荷不同时，需要的手柄的开口不相同。人为控制时，如果加速手柄的开口给小了，加速过慢，到达现场的时间将延长。如果加速手柄开口给大了，车轮容易发生打滑，引起安全事故。另外，地铁内发生灾害时环境复杂，常常伴随着浓烟、高温、有毒有害气体等危险因素，人为的控制车辆更容易出错。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种自适应载荷控制系统、方法及轨道消防车，用于解决或至少部分解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种用于轨道消防车的自适应载荷控制系统，所述系统包括：载荷测量装置，用于测量所述轨道消防车的载荷；以及控制器，用于根据所述载荷，控制所述轨道消防车的马达排量。

可选的，所述载荷测量装置包括：第一称重装置，设置于所述轨道消防车的前轨道行驶轮处，用于测量所述轨道消防车在前轨道行驶轮轴处的第一载荷；以及第二称重装置，设置于所述轨道消防车的后轨道行驶轮处，用于测量所述轨道消防车在后轨道行驶轮轴处的第二载荷；和/或所述载荷测量装置包括液位测量装置，用于测量所述轨道消防车的水罐内的液位，所述控制器用于根据所述液位计算所述水罐内的水的质量，并将所述水罐内的水的质量作为所述轨道消防车的载荷。

可选的，所述系统还包括：接收装置，用于接收启动信号，所述控制器响应于该启动信号而控制所述载荷测量装置测量所述轨道消防车的载荷；压力检测装置，用于检测所述轨道消防车的马达的驱动压力；以及轮速检测装置，用于检测所述轨道消防车的轨道行驶轮的转速。

可选的，所述控制器还用于根据所述轨道行驶轮的转速确定所述轨道消防车的马达的转速，并根据所述马达的转速和所述马达的驱动压力调整所述轨道消防车的液压泵的输出流量或者调整所述轨道消防车的底盘的转速。

可选的，所述控制器用于执行以下一者或多者：在轨道行驶轮的转速为零的情况下，根据以下公式调整所述轨道消防车的马达排量：

在所述轨道行驶轮的转速变为大于零的情况下，根据以下公式调整所述轨道消防车的马达排量：

以及在所述轨道消防车变为匀速行使的情况下，根据以下公式调整所述轨道消防车的马达排量：q＝2πrpF_阻，其中，q表示所述轨道消防车的马达排量，r表示所述轨道消防车的马达的驱动半径，μ表示所述轨道行驶轮与轨道之间的摩擦系数，m为所述轨道消防车的载荷，g表示重力系数，p表示所述轨道消防车的马达的驱动压力，a_max表示所述轨道消防车允许的最大加速度，F_阻表示所述轨道消防车的行驶阻力。

相应的，本发明实施例还提供一种轨道消防车，所述轨道消防车包括上述的用于轨道消防车的自适应载荷控制系统。

相应的，本发明实施例还提供一种用于轨道消防车的自适应载荷控制方法，所述方法包括：测量所述轨道消防车的载荷；以及根据所述载荷控制所述轨道消防车的马达排量。

可选的，所述测量所述轨道消防车的载荷包括：响应于启动信号而测量所述轨道消防车的载荷；所述方法还包括：检测所述轨道消防车的马达的驱动压力；以及检测所述轨道消防车的轨道行驶轮的转速。

可选的，所述方法还包括：根据所述轨道行驶轮的转速确定所述轨道消防车的马达的转速；以及根据所述马达的转速和所述马达的驱动压力调整所述轨道消防车的液压泵的输出流量或者调整所述轨道消防车的底盘的转速。

可选的，所述根据所述载荷控制所述轨道消防车的马达排量包括以下一者或多者：在轨道行驶轮的转速为零的情况下，根据以下公式调整所述轨道消防车的马达排量：

在所述轨道行驶轮的转速变为大于零的情况下，所述控制器根据以下公式调整所述轨道消防车的马达排量：

在所述轨道消防车变为匀速行使的情况下，根据以下公式调整所述轨道消防车的马达排量：q＝2πrpF_阻，其中，q表示所述轨道消防车的马达排量，r表示所述轨道消防车的马达的驱动半径，μ表示所述轨道行驶轮与轨道之间的摩擦系数，m为所述轨道消防车的载荷，g表示重力系数，p表示所述轨道消防车的马达的驱动压力，a_max表示所述轨道消防车允许的最大加速度，F_阻表示所述轨道消防车的行驶阻力。

通过上述技术方案，根据轨道消防车的载荷来自动控制轨道消防车的马达排量，其使得能够在不同载荷下，为轨道消防车提供合适的驱动力，从而促使轨道消防车在最短的时间内达到最高车速。

本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：

图1示出了根据本法一实施例的用于轨道消防车的自适应载荷控制系统的结构框图；

图2示出了一实施例中载荷测量装置的安装示意图；

图3示出了轨道消防车启动过程中的阶段示意图；以及

图4示出了根据本发明一实施例的用于轨道消防车的自适应载荷控制方法的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

轨道消防车作为地铁、隧道、高铁高架桥等特殊工况下处置灾害、实施救援的主力消防车，要求在保证自身车辆安全的情况下尽可能快的到达灾害现场，因此，如何能以最短的时间提速到车辆的最大速度很重要。基于此，本发明实施例提供一种自适应载荷控制系统、方法及轨道消防车来促使轨道消防车以最短的时间提速到车辆允许的最大速度。

图1示出了根据本法一实施例的用于轨道消防车的自适应载荷控制系统的结构框图。如图1所示，本发明实施例提供一种用于轨道消防车的自适应载荷控制系统，该系统可以包括：载荷测量装置110，用于测量所述轨道消防车的载荷；以及控制器120，用于根据所述载荷，控制所述轨道消防车的马达排量。

控制器120可以是独立的模块，也可以与轨道消防车的中央控制器集成在一起。

载荷测量装置110可以是任意合适的能够测量轨道消防车的载荷。如图2所示，载荷测量装置可以包括第一称重装置220和第二称重装置240。第一称重装置220可以设置在轨道消防车的前轨道行驶轮对210的任一行驶轮处，用于测量轨道消防车在前轨道行驶轮轴处的第一载荷m₁。第二称重装置240可以设置在轨道消防车的后轨道行驶轮对230的任一行驶轮处，用于测量轨道消防车在后轨道行驶轮轴处的第二载荷m₂。第一称重装置220和第二称重装置240分别与控制器120连接，控制器120可以控制第一称重装置220和第二称重装置240进行载荷测量，也可以接收第一称重装置220和第二称重装置240所测量的第一载荷m₁和第二载荷m₂，并将第一载荷m₁和第二载荷m₂之和m₁+m₂作为轨道消防车的载荷m。可选的，第一称重装置220和第二称重装置240可以均为称重传感器，或者任意其它合适的装置。可选的，也可以设定第一载荷m₁和第二载荷m₂为自变量，通过二次回归正交组合设计，拟定数次实验收集自变量及因变量的数据，得出函数模型。

对部分轨道消防车来说，载荷的主要变化来自于水罐里水量的变化，当器材箱内器材及驾驶室人数的重量变化在总重中占比较小时，可以忽略，故可以只考虑水量的影响。因此，载荷测量装置可以通过测量水罐内的水量来得到轨道消防车的载荷。例如，载荷测量装置可以包括液位测量装置，该液位测量装置可以测量轨道消防车的水罐内的液位。液位测量装置可以将所测量的液位传递给控制器，控制器可以根据接收到的液位计算水罐内的水的质量，例如，可以结合水罐的体积、水的密度计算出的水罐内的水的质量。控制器可以将所计算出的水罐内的水的质量作为轨道消防车的载荷。可选的，控制器在计算出水罐内的水的质量之后，可以根据水罐的重心位置及前后轨道行驶轮位置，按照固定比例分配至前后轮，以得到前轨道行驶轮轴处的第一载荷m₁和后轨道行驶轮轴处的第二载荷m₂。可选的，液位测量装置可以为液位传感器，或者任意其它合适的装置。

图3示出了轨道消防车启动过程中的阶段示意图。如图3所示，轨道消防车的启动过程可以大致分为三个阶段，t1阶段为车辆从静止状态切换到移动状态的阶段，t2阶段为车辆加速阶段，t3阶段为车辆匀速行驶阶段。控制器根据轨道消防车的载荷，计算不同阶段所需的驱动力，然后根据各阶段所需的驱动力调整消防车的马达排量，以使得车辆以最快速度达到车辆的最高时速。

本发明实施例提供的用于轨道消防车的自适应载荷控制系统还可以包括接收装置，用于接收启动信号。接收装置例如可以是触控屏，在轨道消防车正常上轨之后，工作人员可以通过触控屏输入启动信号，触控屏将该启动信号传输给控制器。或者，接收装置可以是启动按钮，在轨道消防车正常上轨之后，工作人员可以按下启动按钮，启动按钮产生启动信号，并将该启动信号传输给控制器。控制器响应于接收到的启动信号可以控制载荷测量装置测量轨道消防车的载荷。

进一步的，本发明实施例提供的用于轨道消防车的自适应载荷控制系统还可以包括轮速检测装置，用于检测轨道消防车的轨道行驶轮的转速。控制器可以根据轨道行驶轮的转速判断轨道消防车处于哪一阶段。在接收到启动信号之后，轨道行驶轮的转速为零的阶段是t1阶段，轨道行驶轮的转速从等于变为大于零，并且不断增加的阶段为t2阶段，轨道行驶轮的转速不再变化的阶段(即，轨道消防车匀速行驶的阶段)为t3阶段。

在轨道消防车中，是由液压泵驱动马达以带动轨道行驶轮转动。由液压公式可得出马达提供的驱动力

q表示所述轨道消防车的马达排量，r为所述轨道消防车的马达的驱动半径，p为所述轨道消防车的马达的驱动压力，π为常数。对于同一轨道消防车来说，马达的驱动半径r为固定值。马达的驱动压力可以使用压力检测装置测量。压力检测装置可以与控制器连接，并将所测量的马达的驱动压力传递给控制器。所述压力检测装置例如可以是压力传感器等。

在轨道消防车的转速为零的阶段(即，t1阶段)，轨道消防车所需的最大驱动力为F₁＝μmg，其中，μ为轨道行驶轮与轨道之间的摩擦系数，m为所述轨道消防车的载荷，g为重力系数。由于轨道消防车的轨道行驶轮通常为钢轮，行驶轨道通常为钢轨，因此，轨道行驶轮与轨道之间的摩擦系数μ可以为钢轮与钢轨之间的摩擦系数，其为固定值。令F₁＝F_驱，可以得到，轨道消防车的马达排量q为：

在轨道消防车的转速为零的阶段，控制器可以根据公式(1)来调整轨道消防车的马达排量q。由于在该阶段，马达的驱动压力是实时变化的，因此，控制器可以实时根据压力检测装置检测到的马达的驱动压力p来调整轨道消防车的马达排量q。以使得在该阶段轨道消防车能够尽快达到所需的最大驱动力。

在轨道行驶轮的转速从零变为大于零的情况下，进入t2阶段。在该阶段，轨道消防车处于加速状态，其所需的最大驱动力F₂＝ma_max+F_阻，其中，a_max表示轨道消防车允许的最大加速度，F_阻表示轨道消防车的行驶阻力。轨道消防车允许的最大加速度a_max为一固定值，其可以为μg。轨道消防车在轨道上行驶时的阻力F_阻也可以为固定值。由于轨道消防车在轨道上的行驶速度不快(一般小于40Km/h)，以你，可以忽略轨道消防车行驶时的风阻，则轨道消防车在轨道上行驶时的阻力F_阻可以为μmg。令F₂＝F_驱，可以得到，轨道消防车的马达排量q为：

轨道消防车处于t2阶段时，控制器可以根据公式(2)来调整轨道消防车的马达排量q。在该阶段，马达的驱动压力p可以为固定值，因此，在该阶段轨道消防车的马达排量q也可以为固定值。进入t2阶段后，控制器根据压力检测装置检测到的马达的驱动压力p使用公式(2)计算一次马达排量q，然后将马达排量保持为该值。

在t2阶段，控制器实时接收轮速检测装置所检测的轨道消防车的轨道行驶轮的转速，并实时判断是否进入t3阶段。例如，如果控制器判断出轨道行驶轮的转速不再变化，也就是说，轨道消防车变为匀速行驶，则可以确定进入t3阶段。由于t3阶段为车辆匀速行驶阶段，则系统所需的最大驱动力F₃为轨道消防车行驶的阻力F_阻。如上文所述，由于轨道消防车行驶过程中的阻力可以忽略不计，因此，则轨道消防车在轨道上行驶时的阻力F_阻可以为μmg。令F₃＝F_驱，可以得到，轨道消防车的马达排量q为：

q＝2πrpF_阻 (3)

轨道消防车处于t3阶段时，控制器可以根据公式(3)来调整轨道消防车的马达排量q。由于在该阶段，马达的驱动压力是实时变化的，因此，控制器可以实时根据压力检测装置检测到的马达的驱动压力p来调整轨道消防车的马达排量q。

进一步，控制器在接收到轨道行驶轮的转速后，还可以根据轨道行驶轮的转速确定出轨道消防车的马达的转速。对于确定的轨道消防车来说，轨道行驶轮的转速和马达的转速之间具有固定的比例，因此可以根据轨道行驶轮的转速确定出轨道消防车的马达的转速。由马达的转速的计算公式n＝Q/p，其中，n为马达的转速，Q为马达的输入流量，该输入流量由液压泵提供，相当于液压泵的输出流量，也就是说，液压泵的输出流量为n·p。由于马达的转速n可以计算出来，并且马达的驱动压力p可以使用压力检测装置检测出来，据此，在t2阶段和t3阶段可以根据马达的转速n和驱动压力p来计算并调整液压泵的输出流量，在t1阶段，由于马达的转速为零，因此不需要调整液压泵的输出流量。

可选的，也可以通过调整轨道消防车的底盘的转速来改变液压泵的输出流量，在根据马达的转速n和驱动压力p计算出所需要的液压泵的输出流量之后，可以根据液压泵的输出流量与底盘的转速之间的对应关系来计算出所需的底盘的转速，并据此调整底盘的转速。可选的，也可以设置底盘的转速为一个比较高的固定的转速，该固定的转速可使得底盘提供的驱动力满足轨道消防车的最大负载。如此，在轨道消防车行驶过程中可以液压泵的输出流量和马达排量这二者来控制轨道消防车的运行。

本发明实施例提供的自适应载荷控制系统可以在轨道消防车正常上轨并接收到启动信号后，根据轨道消防车的载荷自适应的调整相应的驱动参数，使得车辆以最短时间达到允许的最高时速，减少了人为操作的复杂性，并提高了整车可靠性。

相应的，本发明实施例还提供一种轨道消防车，其包括上述的用于轨道消防车的自适应载荷控制系统。

图4示出了根据本发明一实施例的用于轨道消防车的自适应载荷控制方法的流程示意图。如图4所示，本发明实施例还提供一种用于轨道消防车的自适应载荷控制方法，其可以由上述的自适应载荷控制系统执行，该方法可以包括：步骤S410，测量所述轨道消防车的载荷；以及步骤S420，根据所述载荷控制所述轨道消防车的马达排量。其使得能够在不同载荷下，为轨道消防车提供合适的驱动力，从而促使轨道消防车在最短的时间内达到最高车速。

本发明实施例提供的用于轨道消防车的自适应载荷控制方法的具体工作原理及益处与上述本发明实施例提供的用于轨道消防车的自适应载荷控制系统的工作原理及益处相似，这里将不再赘述。

以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。

本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。

Claims (8)

1.一种用于轨道消防车的控制系统，其特征在于，所述系统包括：

压力检测装置，用于检测所述轨道消防车的马达的驱动压力；

轮速检测装置，用于检测所述轨道消防车的轨道行驶轮的转速；

控制器，用于根据所述轨道行驶轮的转速确定所述轨道消防车的马达的转速，并根据所述马达的转速和所述马达的驱动压力调整所述轨道消防车的液压泵的输出流量或者调整所述轨道消防车的底盘的转速；以及

载荷测量装置，用于测量所述轨道消防车的载荷；

所述控制器还用于根据所述载荷，控制所述轨道消防车的马达排量。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

接收装置，用于接收启动信号，所述控制器响应于该启动信号而控制所述载荷测量装置测量所述轨道消防车的载荷。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述载荷测量装置包括：第一称重装置，设置于所述轨道消防车的前轨道行驶轮处，用于测量所述轨道消防车在前轨道行驶轮轴处的第一载荷；以及第二称重装置，设置于所述轨道消防车的后轨道行驶轮处，用于测量所述轨道消防车在后轨道行驶轮轴处的第二载荷；和/或

所述载荷测量装置包括液位测量装置，用于测量所述轨道消防车的水罐内的液位，所述控制器用于根据所述液位计算所述水罐内的水的质量，并将所述水罐内的水的质量作为所述轨道消防车的载荷。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述控制器用于执行以下一者或多者：

在轨道行驶轮的转速为零的情况下，根据以下公式调整所述轨道消防车的马达排量：

在所述轨道行驶轮的转速变为大于零的情况下，根据以下公式调整所述轨道消防车的马达排量：

以及

在所述轨道消防车变为匀速行使的情况下，根据以下公式调整所述轨道消防车的马达排量：q＝2πrpF_阻，

其中，q表示所述轨道消防车的马达排量，r表示所述轨道消防车的马达的驱动半径，μ表示所述轨道行驶轮与轨道之间的摩擦系数，m为所述轨道消防车的载荷，g表示重力系数，p表示所述轨道消防车的马达的驱动压力，a_max表示所述轨道消防车允许的最大加速度，F_阻表示所述轨道消防车的行驶阻力。

5.一种轨道消防车，其特征在于，所述轨道消防车包括根据权利要求1至4中任一项权利要求所述的用于轨道消防车的控制系统。

6.一种用于轨道消防车的控制方法，其特征在于，所述方法包括：

检测所述轨道消防车的马达的驱动压力；

检测所述轨道消防车的轨道行驶轮的转速；

根据所述轨道行驶轮的转速确定所述轨道消防车的马达的转速；

根据所述马达的转速和所述马达的驱动压力调整所述轨道消防车的液压泵的输出流量或者调整所述轨道消防车的底盘的转速；

测量所述轨道消防车的载荷；以及

根据所述载荷控制所述轨道消防车的马达排量。

7.根据权利要求6所述方法，其特征在于，所述测量所述轨道消防车的载荷包括：响应于启动信号而测量所述轨道消防车的载荷。

8.根据权利要求7所述方法，其特征在于，所述根据所述载荷控制所述轨道消防车的马达排量包括以下一者或多者：

在轨道行驶轮的转速为零的情况下，根据以下公式调整所述轨道消防车的马达排量：

在所述轨道行驶轮的转速变为大于零的情况下，根据以下公式调整所述轨道消防车的马达排量：

在所述轨道消防车变为匀速行使的情况下，根据以下公式调整所述轨道消防车的马达排量：q＝2πrpF_阻，

其中，q表示所述轨道消防车的马达排量，r表示所述轨道消防车的马达的驱动半径，μ表示所述轨道行驶轮与轨道之间的摩擦系数，m为所述轨道消防车的载荷，g表示重力系数，p表示所述轨道消防车的马达的驱动压力，a_max表示所述轨道消防车允许的最大加速度，F_阻表示所述轨道消防车的行驶阻力。

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