CN110979093A - 一种自动导引电动模块车的电气系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自动导引电动模块车的电气系统，使用锂电池作为主电源，蓄电池作为辅助电源，配置永磁同步电机作为驱动电机，具有环保、低噪声的优点，同时应用GPS差分导引技术，实现车辆自动行驶功能；在每个转向轮上配置1个角度传感器，传感器数据换算为转向轮实际角度值加入到转向控制系统，由转向同步算法保证同步性，从而解决模块车多轴线转向同步的问题；本发明在模块车的左前点、右前点、左后点和右后点上各配置1个高度传感器，传感器数据换算为模块车车板四点高度值加入到升降控制系统，由升降同步算法保证同步性，从而解决模块车整体升降同步的问题。

Description

一种自动导引电动模块车的电气系统
技术领域
本发明涉及电气系统技术领域，具体涉及一种自动导引电动模块车的电气系统。
背景技术
自行式模块车简称模块车，是一种功能复杂的机电液一体化地面车辆，具有组合方式多样化，运输形式灵活多样的特点。一台车由1个动力模块和N(N≥1)个模块单元车组成。模块单元车可以横向和纵向拼接，每个模块单元车可以配置不同悬架数量，每排悬架称为一个轴线。同时自行式模块车可以实现任意位置的多车并车功能，即多台车辆协同运作。并车后车组的所有液压悬架可以根据负载需求，分为三点支撑或四点支撑。模块车单车可以运输几十吨的货物，并车可运输上万吨的货物。
国内模块车主要应用在船体分段转运和大件物流运输行业，采用柴油发动机作为动力源，存在着环境污染，噪声污染和能源浪费等问题，且无法实现车辆自动行驶功能。
发明内容
针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供一种自动导引电动模块车的电气系统。
本发明公开了一种自动导引电动模块车的电气系统，包括：
配电电路，所述配电电路包括低压控制电路和高压上电电路，所述低压控制电路包括蓄电池、钥匙开关、正极控制接触器、负极控制接触器和主控制器，所述高压上电电路包括锂电池、高压配电盒、电池管理模块、电机控制器和驱动电机；其中，
所述蓄电池、钥匙开关、相并联的正极控制接触器线圈与负极控制接触器线圈构成回路，所述蓄电池、正极控制接触器常开触点、主控制器、负极控制接触器常开触点构成另一回路；所述钥匙开关与蓄电池的连接点位于所述正极控制接触器常开触点与蓄电池之间，所述正极控制接触器线圈或负极控制接触器线圈与蓄电池的连接点位于所述负极控制接触器常开触点与蓄电池之间；所述锂电池与高压配电盒相连，所述高压配电盒与电池管理模块相连，所述电池管理模块与电机控制器相连，所述电机控制器与驱动电机相连；
导引系统，所述导引系统包括基站接收机、车载移动接收机、车载电台天线、GNSS天线、发射电台、导引控制器、无线AP、电源模块和激光雷达；其中，
所述基站接收机和发射电台放置在基站内，所述基站接收机通过GNSS天线与卫星无线通讯，所述基站接收机与发射电台相连；所述车载移动接收机、车载电台天线、导引控制器、电源模块和激光雷达安装在模块车上，所述车载移动接收机通过GNSS天线与卫星无线通讯，所述车载移动接收机与车载电台天线相连，所述车载电台天线与所述发射电台无线通讯，所述导引控制器与所述车载电台天线、所述电源模块、所述无线AP、所述激光雷达相连。
作为本发明的进一步改进，所述高压上电电路还包括DC/DC转换器、DC/AC转换器和空压机；
所述高压配电盒通过所述DC/DC转换器接入所述低压控制电路中；
所述高压配电盒通过所述DC/AC转换器与所述空压机相连。
作为本发明的进一步改进，还包括：转向控制系统；
所述转向控制系统包括：所述主控制器、所述导引控制器、角度传感器和液压转向阀，模块车的每一轮角上均对应安装有一角度传感器和一液压转向阀，所述主控制器与所有角度传感器和液压转向阀相连，所述导引控制器与所述主控制器相连；
模块车转向模式根据转向中心的不同分为汽车模式、普通模式、后转模式、原地转圈模式、90°模式、斜行模式；模块车在自动导引时，所述主控制器接收所述导引控制器发送的转向模式信号和导向角信号后，计算转向中心坐标和每个轮角的转向目标角度；所述主控制器接收每一个轮角的角度传感器的传感器信号后，计算轮角的当前实际角度；所述主控制器将每个轮角的转向目标角度和当前实际角度加入到转向控制算法中，计算得出液压转向阀的控制电流，控制各个轮角转向至目标角度。
作为本发明的进一步改进，所述导引控制器上设有转向手柄和汽车模式、普通模式、后转模式、原地转圈模式、90°模式、斜行模式的模式选择开关。
作为本发明的进一步改进，还包括：升降控制系统；
所述升降控制系统包括：所述主控制器、所述导引控制器、高度传感器和液压升降阀，模块车根据功能分为左前点升降、右前点升降、左后点升降、右后点升降和整体升降，在左前点、右前点、左后点和右后点上分别对应安装有一高度传感器和一液压升降阀，所述主控制器与所有高度传感器和液压升降阀相连，所述导引控制器与所述主控制器相连；
所述主控制器接收所述高度传感器的传感器信号，计算模块车四点的实际高度；
所述主控制器接收所述导引控制器发送的升降信号，同时根据模块车的实际高度，计算所述液压升降阀的输出电流，来达到整体同步升降的功能。
作为本发明的进一步改进，所述导引控制器上设有左前点升降、右前点升降、左后点升降、右后点升降的升降开关。
作为本发明的进一步改进，还包括：驱动控制系统；
所述驱动控制系统包括：所述主控制器、所述导引控制器、正转驱动电机和反转驱动电机，所述导引控制器与主控制器相连，所述主控制器与正转驱动电机和反转驱动电机相连；
所述控制器接收所述导引控制器发送的驱动档位信号，控制所述正转驱动电机正转或所述反转驱动电机反转。
作为本发明的进一步改进，所述导引控制器上设有前进档位和后退档位。
作为本发明的进一步改进，所述正转驱动电机和反转驱动电机为永磁同步电机。
作为本发明的进一步改进，所述模块车上配置显示器，作为模块车关键数据显示和故障报警指示。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明使用锂电池作为主电源，蓄电池作为辅助电源，配置永磁同步电机作为驱动电机，具有环保、低噪声的优点，同时应用GPS差分导引技术，实现车辆自动行驶功能；
本发明在每个转向轮上配置1个角度传感器，传感器数据换算为转向轮实际角度值加入到转向控制系统，由转向同步算法保证同步性，从而解决模块车多轴线转向同步的问题；
本发明在模块车的左前点、右前点、左后点和右后点上各配置1个高度传感器，传感器数据换算为模块车车板四点高度值加入到升降控制系统，由升降同步算法保证同步性，从而解决模块车整体升降同步的问题；
模块车上配置显示器，作为模块车关键数据显示和故障报警指示。
附图说明
图1为本发明一种实施例公开的自动导引电动模块车的电气系统的配电电路图；
图2为本发明一种实施例公开的自动导引电动模块车的电气系统的导引系统原理图；
图3为本发明一种实施例公开的自动导引电动模块车的电气系统的转向控制系统原理图；
图4为本发明一种实施例公开的自动导引电动模块车的电气系统的升降控制系统原理图；
图5为本发明一种实施例公开的自动导引电动模块车的电气系统的驱动控制系统原理图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
随着物流自动化的兴起，运输行业也在朝着无人化的方向发展，本发明在传统自行式模块车的技术上结合锂电池应用和GPS差分导航技术，实现大型货物的无人化运输功能。
下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：
本发明公开了一种自动导引电动模块车的电气系统，包括：配电电路，导引系统，转向控制系统，升降控制系统和驱动控制系统；其中：
如图1所示，本发明的配电电路包括低压控制电路和高压上电电路，低压控制电路包括24V蓄电池G1,G2、钥匙开关S01、正极控制接触器K01、负极控制接触器K02、主控制器D001，高压上电电路包括DC/DC转换器T01、DC/AC转换器T02、DC 600V磷酸铁锂电池G3、高压配电盒D006、电池管理模块D007,D008,D009、电机控制器MCU、驱动电机M1,M2,M3和空压机M4；其中：
蓄电池G1,G2、钥匙开关S01、相并联的正极控制接触器线圈K01与负极控制接触器线圈K02构成回路，蓄电池G1,G2、正极控制接触器常开触点K01、主控制器D001、负极控制接触器常开触点K02构成另一回路；钥匙开关S01与蓄电池G1,G2的连接点位于正极控制接触器常开触点K01与蓄电池G1,G2之间，正极控制接触器线圈K01或负极控制接触器线圈K02与蓄电池G1,G2的连接点位于负极控制接触器常开触点K02与蓄电池G1,G2之间；
锂电池G3与高压配电盒D006相连，高压配电盒D006与电池管理模块D007,D008,D009相连，电池管理模块D007,D008,D009与电机控制器MCU相连，电机控制器MCU与对应的驱动电机M1,M2,M3相连；高压配电盒D006通过DC/DC转换器T01接入低压控制电路中，DC/DC转换器T01将DC600V转换为DC24V，给整车低压控制系统供电；高压配电盒D006通过DC/AC转换器T02与空压机M4相连，DC/AC转换器T02将DC600V转换为AC380V，给空压机供电；其中，空压机为整车制动系统提供压力源，空压机工作后，制动系统充压，达到一定压力后，车辆解除制动，可以行驶。
本发明的上述配电系统的工作原理为：
钥匙开关S01闭合后，正极控制接触器线圈K01与负极控制接触器线圈K02通电，正极控制接触器常开触点K01与负极控制接触器常开触点K02闭合，主控制器D001通电；主控制器D001通电后进行系统自检，检测电池管理模块BMS、DC/DC、DC/AC、MCU等高压附件是否正常，自检成功后，操作者按下电控箱面板上高压上电开关，主控制器D001通过CAN总线向电池管理模块发送上高压指令；电池管理模块D007,D008,D009接收到高压上电指令，控制闭合高压配电盒D006内的放电接触器，高压电上电成功，之后电机控制器MCU自检通过后，闭合自身高压接触器，驱动电机M1,M2,M3上电。其中，
主控制器D001通电后进行系统自检，检测电池管理模块BMS、DC/DC、DC/AC、MCU等高压附件是否正常，自检成功后，操作者按下电控箱面板上高压上电开关，主控制器D001通过CAN总线向电池管理模块发送上高压指令。
电池管理模块的高压输出到预充盒，预充盒作为电机控制器的预充电路，在预充完成后，预充盒输出高压到MCU(电机控制器)，MCU设置在电池管理模块附近，转向顶升电机设置在PPU内，驱动电机设置在轴线板的驱动桥附近。
如图2所示，本发明的导引系统包括基站接收机、车载移动接收机、车载电台天线、GNSS天线、发射电台、导引控制器、IO模块、无线AP、电源模块和激光雷达；其中：
基站接收机和发射电台放置在基站内，基站接收机通过GNSS天线与卫星无线通讯，基站接收机与发射电台相连；车载移动接收机、车载电台天线、导引控制器、电源模块和激光雷达安装在模块车上，车载移动接收机通过GNSS天线与卫星无线通讯，车载移动接收机与车载电台天线相连，车载电台天线与发射电台无线通讯，导引控制器与车载电台天线、电源模块相连，导引控制器与无线AP无线通讯，导引控制器通过IO模块与激光雷达相连。
本发明的导引系统的工作原理为：
基站端用于接收和转发基站GPS数据，车载端用于接收基站GPS数据、本车GPS数据和障碍物信息，无线AP通过无线和导引控制器连接，用于接收车辆调度信息。其中，导引控制器接收基站的GPS数据，同时在模块车前后分别放置一对GNSS天线用于接收模块车前点和后点的GPS数据，将前点和后点的GPS数据与基站的GPS数据进行差分比较计算，得出模块车前点和后点的坐标，即可得到车辆当前位置及航向角；将当前得到的位置及航向角与调度系统中的位置坐标进行比较计算，即可得到向整车控制器发送的控制指令。
如图3所示，本发明的转向控制系统包括：主控制器、导引控制器、角度传感器和液压转向阀，模块车的每一轮角上均对应安装有一角度传感器和一液压转向阀，主控制器与所有角度传感器和液压转向阀相连，导引控制器与主控制器相连；模块车转向模式根据转向中心的不同分为汽车模式、普通模式、后转模式、原地转圈模式、90°模式、斜行模式；导引控制器上设有转向手柄和汽车模式、普通模式、后转模式、原地转圈模式、90°模式、斜行模式的模式选择开关。
模块车在自动导引时，主控制器接收导引控制器发送的转向模式信号和导向角信号后，计算转向中心坐标和每个轮角的转向目标角度；主控制器接收每一个轮角的角度传感器的传感器信号后，计算轮角的当前实际角度；主控制器将每个轮角的转向目标角度和当前实际角度加入到转向控制算法中，计算得出液压转向阀的控制电流，控制各个轮角转向至目标角度。
如图4所示，本发明的升降控制系统包括：主控制器、导引控制器、高度传感器和液压升降阀，模块车根据功能分为左前点升降、右前点升降、左后点升降、右后点升降和整体升降，在左前点、右前点、左后点和右后点上分别对应安装有一高度传感器和一液压升降阀，即，在模块车101轴，106轴，201轴，206轴各配置1个高度传感器；主控制器与所有高度传感器和液压升降阀相连，导引控制器与主控制器相连；导引控制器上设有左前点升降、右前点升降、左后点升降、右后点升降的升降开关。
使用时，主控制器接收高度传感器的传感器信号，计算模块车四点的实际高度；主控制器接收导引控制器发送的升降信号，同时根据模块车的实际高度，计算液压升降阀的输出电流，来达到整体同步升降的功能。
如图5所示，本发明的驱动控制系统包括：主控制器、导引控制器、正转驱动电机和反转驱动电机，导引控制器与主控制器相连，主控制器与正转驱动电机和反转驱动电机相连，导引控制器上设有前进档位和后退档位。
使用时，控制器接收导引控制器发送的驱动档位信号，控制正转驱动电机正转或反转驱动电机反转。
进一步，正转驱动电机和反转驱动电机为永磁同步电机。
进一步，模块车上配置显示器，作为模块车关键数据显示和故障报警指示。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自动导引电动模块车的电气系统，其特征在于，包括：
配电电路，所述配电电路包括低压控制电路和高压上电电路，所述低压控制电路包括蓄电池、钥匙开关、正极控制接触器、负极控制接触器和主控制器，所述高压上电电路包括锂电池、高压配电盒、电池管理模块、电机控制器和驱动电机；其中，
所述蓄电池、钥匙开关、相并联的正极控制接触器线圈与负极控制接触器线圈构成回路，所述蓄电池、正极控制接触器常开触点、主控制器、负极控制接触器常开触点构成另一回路；所述钥匙开关与蓄电池的连接点位于所述正极控制接触器常开触点与蓄电池之间，所述正极控制接触器线圈或负极控制接触器线圈与蓄电池的连接点位于所述负极控制接触器常开触点与蓄电池之间；所述锂电池与高压配电盒相连，所述高压配电盒与电池管理模块相连，所述电池管理模块与电机控制器相连，所述电机控制器与驱动电机相连；
导引系统，所述导引系统包括基站接收机、车载移动接收机、车载电台天线、GNSS天线、发射电台、导引控制器、无线AP、电源模块和激光雷达；其中，
所述基站接收机和发射电台放置在基站内，所述基站接收机通过GNSS天线与卫星无线通讯，所述基站接收机与发射电台相连；所述车载移动接收机、车载电台天线、导引控制器、电源模块和激光雷达安装在模块车上，所述车载移动接收机通过GNSS天线与卫星无线通讯，所述车载移动接收机与车载电台天线相连，所述车载电台天线与所述发射电台无线通讯，所述导引控制器与所述车载电台天线、所述电源模块、所述无线AP、所述激光雷达相连。
2.如权利要求1所述的自动导引电动模块车的电气系统，其特征在于，所述高压上电电路还包括DC/DC转换器、DC/AC转换器和空压机；
所述高压配电盒通过所述DC/DC转换器接入所述低压控制电路中；
所述高压配电盒通过所述DC/AC转换器与所述空压机相连。
3.如权利要求1所述的自动导引电动模块车的电气系统，其特征在于，还包括：转向控制系统；
所述转向控制系统包括：所述主控制器、所述导引控制器、角度传感器和液压转向阀，模块车的每一轮角上均对应安装有一角度传感器和一液压转向阀，所述主控制器与所有角度传感器和液压转向阀相连，所述导引控制器与所述主控制器相连；
模块车转向模式根据转向中心的不同分为汽车模式、普通模式、后转模式、原地转圈模式、90°模式、斜行模式；模块车在自动导引时，所述主控制器接收所述导引控制器发送的转向模式信号和导向角信号后，计算转向中心坐标和每个轮角的转向目标角度；所述主控制器接收每一个轮角的角度传感器的传感器信号后，计算轮角的当前实际角度；所述主控制器将每个轮角的转向目标角度和当前实际角度加入到转向控制算法中，计算得出液压转向阀的控制电流，控制各个轮角转向至目标角度。
4.如权利要求3所述的自动导引电动模块车的电气系统，其特征在于，所述导引控制器上设有转向手柄和汽车模式、普通模式、后转模式、原地转圈模式、90°模式、斜行模式的模式选择开关。
5.如权利要求1所述的自动导引电动模块车的电气系统，其特征在于，还包括：升降控制系统；
所述升降控制系统包括：所述主控制器、所述导引控制器、高度传感器和液压升降阀，模块车根据功能分为左前点升降、右前点升降、左后点升降、右后点升降和整体升降，在左前点、右前点、左后点和右后点上分别对应安装有一高度传感器和一液压升降阀，所述主控制器与所有高度传感器和液压升降阀相连，所述导引控制器与所述主控制器相连；
所述主控制器接收所述高度传感器的传感器信号，计算模块车四点的实际高度；
所述主控制器接收所述导引控制器发送的升降信号，同时根据模块车的实际高度，计算所述液压升降阀的输出电流，来达到整体同步升降的功能。
6.如权利要求5所述的自动导引电动模块车的电气系统，其特征在于，所述导引控制器上设有左前点升降、右前点升降、左后点升降、右后点升降的升降开关。
7.如权利要求1所述的自动导引电动模块车的电气系统，其特征在于，还包括：驱动控制系统；
所述驱动控制系统包括：所述主控制器、所述导引控制器、正转驱动电机和反转驱动电机，所述导引控制器与主控制器相连，所述主控制器与正转驱动电机和反转驱动电机相连；
所述控制器接收所述导引控制器发送的驱动档位信号，控制所述正转驱动电机正转或所述反转驱动电机反转。
8.如权利要求7所述的自动导引电动模块车的电气系统，其特征在于，所述导引控制器上设有前进档位和后退档位。
9.如权利要求7所述的自动导引电动模块车的电气系统，其特征在于，所述正转驱动电机和反转驱动电机为永磁同步电机。
10.如权利要求7所述的自动导引电动模块车的电气系统，其特征在于，所述模块车上配置显示器，作为模块车关键数据显示和故障报警指示。
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