CN112681975A

CN112681975A - 基于发动机与电机启动互锁的工程车控制方法及系统

Info

Publication number: CN112681975A
Application number: CN202011597424.2A
Authority: CN
Inventors: 李彬
Original assignee: Anbaituo Nanjing Construction Mining Equipment Co ltd
Current assignee: Anbaituo Nanjing Construction Mining Equipment Co ltd
Priority date: 2020-12-29
Filing date: 2020-12-29
Publication date: 2021-04-20
Anticipated expiration: 2040-12-29
Also published as: CN112681975B

Abstract

本发明公开了一种基于发动机与电机启动互锁的工程车控制方法及系统，属于工程车控制技术领域。本发明的控制方法，利用控制系统监测车辆报警设备、行驶控制设备、行驶制动设备和工程作业控制设备的状态，以及工程车的行驶信息，并根据监测所得结果完成工程车在第一状态、第二状态或第三状态之间的转换，以实现发动机和电机启动在控制逻辑上的互锁；其中，工程车处于第一状态时发动机开启而电机关闭，处于第二状态时发动机关闭而电机开启，处于第三状态时发动机关闭且电机关闭，因而有效避免了发动机与电机同时处于启动状态，进而有效地防止工程车发生误操作，减小了安全事故发生的概率。

Description

基于发动机与电机启动互锁的工程车控制方法及系统

技术领域

本发明涉及工程车控制技术领域，更具体地说，涉及一种基于发动机与电机启动互锁的工程车控制方法及系统。

背景技术

凿岩台车等工程机械在作业时，需要启动发动机将车辆行驶至工作面，在行驶过程中，需要根据路况实施转向制动或工作臂调整，到达工作面后，发动机应停止工作，操作人员进行后续操作，将车身的高压电缆连接至作业现场配电柜上，支好车辆支腿调平车辆，然后根据工作面要求，调整工作臂和启动电机，进行凿岩、挖掘、起吊、输送等作业。一个工作面作业完成后，则需要断开高压电，启动发动机行驶车辆。因此，车辆在整个工作过程中，动力或来自发动机(实现车辆行走转场的功能)，或来自外接高压电(实现凿岩作业功能)。

在实际工况中，车辆需要在行走状态和作业状态之间进行多次切换。现有技术中，这两种状态的切换需要操作人员根据作业要求手动操作，即启停发动机或启停电机。

此外，现有技术中，申请号为2019109000298的中国专利文件公开了一种多头露天钻机，该多头露天钻机包括钻机车体、工作系统和动力系统，所述工作装置设置于所述钻机车体的前端，所述动力系统用于驱动所述钻机车体和工作装置工作；所述工作装置设有至少2套，每套工作装置均包括变幅机构、推进系统和防干涉机构，所述变幅机构的两端分别与钻机车体和推进系统连接，所述防干涉机构用于控制相邻两套工作装置之间的间隔距离。

然而，上述文件仅是一种柴油发动机动力系统和电动机动力系统的互锁装置，其目的是使多头露天钻机只能使用其中一种动力系统，从而防止电动机动力系统和柴油发动机动力系统两者的油路互相干扰，其本质上还是需要人工进行动力系统的选择和操作。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术中工程车需要人工进行动力源切换而容易引起误操作的不足，提供一种工程车控制方法，旨在基于发动机与电机启动的互锁，实现发动机与电机各自启停，从而防止发动机与电机同时处于启动状态，进而防止工程车的误操作。

本发明的另一个目的在于提供一种基于发动机与电机启动互锁的工程车控制系统，防止人工切换动力源时发生误操作。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种基于发动机与电机启动互锁的工程车控制方法，所述工程车仅具有发动机开启而电机关闭的第一状态，发动机关闭而电机开启的第二状态，以及发动机关闭且电机关闭的第三状态；控制系统监测车辆报警设备、行驶控制设备、行驶制动设备和工程作业控制设备的状态，以及工程车的行驶信息，并根据监测所得结果完成所述工程车在第一状态、第二状态或第三状态之间的转换。

进一步地，

若当所述控制系统监测到所述发动机已启动，切断高压电的闭合回路，以阻止所述电机启动；

若当所述控制系统监测到所述高压电已启动，切断ECU启动信号，以阻止所述发动机启动。

进一步地，

所述工程车处于第一状态时，

若当所述控制系统监测到所述工程车车速为0km/h，同时所述行驶控制设备未发出驱使所述工程车行驶的指令，同时所述发动机怠速时间超过设定时间t1，同时所述工程作业控制设备在设定时间t2内发出过驱使工程作业设备运作的指令后，所述控制系统控制所述工程车转换至第二状态；

若当所述控制系统监测到所述工程车车速为0km/h，同时所述行驶控制设备未发出驱使所述工程车行驶的指令，同时所述发动机怠速时间超过预设时间t1，同时所述工程作业控制设备在设定时间t2内未发出驱使工程作业设备运作的指令后，所述控制系统控制所述工程车转换至第三状态。

进一步地，

所述工程车处于第一状态时，

若当所述控制系统监测到所述工程车车速为0km/h，同时所述行驶制动设备发出制动指令，同时发动机怠速时间超过设定时间t3，同时所述工程作业控制设备在设定时间t2内发出过驱使工程作业设备运作的指令后，所述控制系统控制所述工程车转换至第二状态；

若当所述控制系统监测到所述工程车车速为0km/h，同时所述行驶制动设备发出制动指令，同时发动机怠速时间超过设定时间t3，同时所述工程作业控制设备在设定时间t2内未发出驱使工程作业设备运作的指令后，所述控制系统控制所述工程车转换至第三状态。

进一步地，

所述工程车处于第二状态时，

若当所述控制系统监测到所述行驶控制设备发出驱使所述工程车行驶的指令，同时所述工程作业控制设备在设定时间t4内未发出驱使工程作业设备运作的指令后，所述控制系统控制所述高压电切断，并控制所述工程车转换至第一状态；

若当所述控制系统监测到所述工程作业控制设备在设定时间t5内未发出驱使工程作业设备运作的指令后，所述控制系统控制所述高压电切断，并控制所述工程车转换至第三状态。

进一步地，

所述工程车处于第二状态时，

若当所述控制系统监测到行驶制动设备由发出制动指令切换至不发出制动指令，同时所述工程作业控制设备在设定时间t4内未发出驱使工程作业设备运作的指令后，所述控制系统控制所述高压电切断，并控制所述工程车转换至第一状态；

进一步地，

所述工程车处于第三状态时，

若当所述控制系统监测到车辆报警设备未报警，同时所述行驶控制设备发出驱使所述工程车行驶的指令，所述控制系统控制所述工程车转换至第一状态；

若当所述控制系统监测到车辆报警设备未报警，同时高压电已运行，同时所述工程作业控制设备在设定时间t6内发出过驱使工程作业设备运作的指令后，所述控制系统控制所述工程车转换至第二状态。

进一步地，

所述工程车处于第三状态时，

若当所述控制系统监测到车辆报警设备未报警，同时所述控制系统监测到行驶制动设备由发出制动指令切换至不发出制动指令，所述控制系统控制所述工程车转换至第一状态；

进一步地，所述控制系统控制所述工程车由第一状态转换至第二状态时，先关闭发动机，再启动电机；所述控制系统控制所述工程车由第二状态转换至第一状态时，先关闭电机，再启动发动机。

本发明的一种用于实施上述方法的系统，发动机的启动电路与电机的高压电上电线路之间通过相序继电器电连接。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本发明的控制方法，利用控制系统监测车辆报警设备、行驶控制设备、行驶制动设备和工程作业控制设备的状态，以及工程车的行驶信息，并根据监测所得结果完成工程车在第一状态、第二状态或第三状态之间的转换，以实现发动机和电机启动在控制逻辑上的互锁；其中，工程车处于第一状态时发动机开启而电机关闭，处于第二状态时发动机关闭而电机开启，处于第三状态时发动机关闭且电机关闭，因而有效避免了发动机与电机同时处于启动状态，进而有效地防止工程车发生误操作，减小了安全事故发生的概率。

(2)本发明中，若当控制系统监测到发动机已启动，切断高压电的闭合回路，以阻止电机启动；若当控制系统监测到高压电已启动，切断ECU启动信号，以阻止发动机启动；本发明通过控制系统控制工程车在第一状态、第二状态或第三状态之间的转换的方式，结合高压电闭合回路和ECU启动信号之间的互锁，从而进一步防止发动机与电机同时处于启动状态，防止误操作的发生。

(3)本发明的控制系统，用以实现工程车在第一状态、第二状态或第三状态之间的转换；此外，发动机的启动电路与电机的高压电上电线路之间通过相序继电器电连接，从而实现发动机的启动电路与电机的高压电上电线路的互锁，能够有效地避免误操作的发生，提高工程车的安全性能。

附图说明

图1为本发明中工程车在第一状态、第二状态或第三状态间转换方式的示意图；

图2为本发明中高压电闭合回路和ECU启动信号互锁的原理示意图；

图3为本发明中工程车由第一状态转换至第二状态的原理示意图；

图4为本发明中工程车由第一状态转换至第三状态的原理示意图；

图5为本发明中工程车由第二状态转换至第一状态的原理示意图；

图6为本发明中工程车由第二状态转换至第三状态的原理示意图；

图7为本发明中工程车由第三状态转换至第一状态的原理示意图；

图8为本发明中工程车由第三状态转换至第二状态的原理示意图；

图9为本发明的控制系统结构示意图。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

一般来说，工程车的行走依赖于自身的发动机提供动力，发动机可以是电动机，也可以是燃料机；工程车的工程作业设备，通常需要外接高压电对其电机进行供能，然后进行凿岩、挖掘、起吊、运输等作业过程。

当使用高压电作业结束后，若未切断高压电就移动工程车，会造成电缆的拖拽，造成漏电事故；又或者在作业过程中，误操作支腿工作，也会导致车辆歪斜，造成倾翻事故。

参照图1，本实施方式为避免上述误操作的发生，提供了一种工程车控制方法，具体是利用控制系统监测车辆报警设备、行驶控制设备、行驶制动设备和工程作业控制设备的状态，以及工程车的行驶信息，并根据监测所得结果完成工程车在第一状态、第二状态或第三状态之间的转换。

其中，当工程车处于第一状态时，发动机处于开启状态，工程车可以移动，同时电机处于关闭状态，工程作业设备无法进行作业；当工程车处于第二状态时，发动机处于关闭状态，工程车无法移动，同时电机处于开启状态，工程作业设备可以进行作业；当工程车处于第三状态时，发动机处于关闭状态，且电机处于关闭状态，工程车不工作，即工程车处于闲置状态。

此外，为了进一步提高工程车的安全性，本实施方式的控制方法还包括对高压电的闭合回路和ECU启动信号的互锁控制。其中，ECU启动信号指的是行车控制电脑的启动信号。

具体的，参照图2，当控制系统监测到工程车的发动机处于开启状态时，即发动机已经启动时，控制系统能够切断高压电的闭合回路，此时电机失去供能，即使打开电机的开关，电机也无法被开启；当控制系统监测到发动机处于关闭状态，且高压电已经启动时，控制系统能够切断ECU启动信号，此时发动机不能启动。

进一步地，基于本实施方式的控制系统对高压电的闭合回路和ECU启动信号的互锁控制，当工程车由第一状态转换至第二状态时，可以先关闭发动机，再启动电机；当工程车由第二状态转换至第一状态时，可以先关闭电机，再启动发动机。

此外，本实施方式还提供了用于实现本实施方式的控制方法的系统。具体的，该控制系统包括存储器、处理器、存储有本实施方式的控制方法的计算机介质，以及若干个传感器。其中，传感器用于提取车辆报警设备、行驶控制设备、行驶制动设备和工程作业控制设备的状态信息，以及工程车的行驶信息。

参照图9，在本实施方式的控制系统中，还包括用于对高压电的闭合回路和ECU启动信号的互锁控制的装置。该装置包括将发动机的启动电路与电机的高压电上电线路电连接的相序继电器K2。

当启动发动机后，发动机ECU输出控制继电器K1，其常闭触点串联在高压电的启动回路中，由于K1线圈得电，其常闭触点断开，输入的AC交流电无法使断路器Q1线圈得电。这样一旦发动机启动后，可限制高压电启动。

同时，当高压电正常启动后，相序继电器K2得电，其触点11和触点12导通，继电器K3线圈得电，继电器K3触点断开，则继电器K4线圈失电，继电器K4的常开触点断开，则 ECU的DI端口接收不到24V输入的高电频，控制发动机不启动。

以下，

作为本实施方式的控制方法实现工程车在第一状态、第二状态或第三状态之间转换的具体实施过程，当工程车处于第一状态时，即工程车处于移动中时，若工程车已经转移至工程作业的预定地点，工程车可以从第一状态转换至第二状态，从而进行后续的施工作业。

具体的，若当控制系统监测到工程车车速为0km/h，同时行驶控制设备未发出驱使工程车行驶的指令，同时发动机怠速时间超过设定时间t1，此时可以判断工程车已经停止移动；同时工程作业控制设备在设定时间t2内发出过驱使工程作业设备运作的指令后，此时可以判断人工操作了工程作业设备并需要进行工程作业，控制系统可以控制工程车转换至第二状态。

此外，若当控制系统监测到工程车车速为0km/h，同时行驶控制设备虽然仍在发出驱使工程车行驶的指令，但行驶制动设备已经发出制动指令，同时发动机怠速时间超过设定时间 t3，此时可以判断工程车正在调整姿态，或者准备停车；同时监测到工程作业控制设备在设定时间t2内发出过驱使工程作业设备运作的指令后，此时可以判断人工操作了工程作业设备并需要进行工程作业，控制系统也可以控制工程车转换至第二状态。

当工程车处于第一状态时，若工程车已经返回至场站，或者休息区时，工程车可以从第一状态转换至第三状态，从而进入闲置状态。

具体的，若当控制系统监测到工程车车速为0km/h，同时行驶控制设备未发出驱使工程车行驶的指令，同时发动机怠速时间超过设定时间t1，此时可以判断工程车已经停止移动；同时工程作业控制设备在设定时间t2内未发出驱使工程作业设备运作的指令后，此时可以判断不需要操作工程作业设备进行工程作业，控制系统可以控制工程车转换至第三状态。

当然，若当控制系统监测到工程车车速为0km/h，同时行驶控制设备虽然仍在发出驱使工程车行驶的指令，但行驶制动设备已经发出制动指令，同时发动机怠速时间超过设定时间 t3，此时可以判断工程车正在调整姿态，或者准备停车；此时，若同时判断不需要操作工程作业设备进行工程作业，控制系统也可以控制工程车转换至第三状态。

以下，

当工程车处于第二状态时，即工程车处于工程作业过程中时，若已经完成工程作业，并需要将工程车转移至其他作业区域，或者需要将工程车转移至场站或休息区时，可以将工程车转换至第一状态，从而实现工程车的移动。

具体的，若当控制系统监测到行驶控制设备发出驱使工程车行驶的指令，此时可判断需要移动工程车；同时工程作业控制设备在设定时间t4内未发出驱使工程作业设备运作的指令后，此时可判断工程作业设备不需作业，因而可以控制系统控制高压电切断，并控制工程车转换至第一状态。

此外，若当控制系统监测到行驶制动设备由发出制动指令切换至不发出制动指令，此时可判断完成挂挡等工程车启动前准备工作，并需要移动工程车；同时若监测到工程作业控制设备在设定时间t4内未发出驱使工程作业设备运作的指令后，可以控制系统控制高压电切断，并控制工程车转换至第一状态。

当工程车处于第二状态时，若已经完成工程作业，工程车需要原地休息或等待时，可以将工程车转换至第三状态。

具体的，若当控制系统监测到工程作业控制设备在设定时间t5内未发出驱使工程作业设备运作的指令后，此时可判断工程作业设备不需作业，因而可以控制系统控制高压电切断，并控制工程车转换至第一状态。

以下，

当工程车处于第三状态时，若需要移动工程车，可以将工程车转换至第一状态。

具体的，若当控制系统监测到车辆报警设备未报警，此时可以判断工程车的工况状态允许工程进行移动；同时行驶控制设备发出驱使工程车行驶的指令，此时可以判断需要移动工程车，控制系统可以控制工程车转换至第一状态。

此外，若当控制系统监测到车辆报警设备未报警，此时可以判断工程车的工况状态允许工程车进行移动；同时行驶制动设备由发出制动指令切换至不发出制动指令，此时可判断完成挂挡等工程车启动前准备工作，并需要移动工程车，控制系统可以控制工程车转换至第一状态。

当工程车处于第三状态时，需要利用工程作业设备进行工程作业时，可以将工程车转换至第二状态。

具体的，若当控制系统监测到车辆报警设备未报警，此时可以判断工程车的工况状态允许工程作业设备进行工程作业；同时高压电已运行，同时工程作业控制设备在设定时间t6内发出过驱使工程作业设备运作的指令后，此时可判断需要利用工程作业控制设备进行工程作业，因而控制系统可以控制工程车转换至第二状态。

作为进一步地优化，设定时间t2可以长于设定时间t1和设定时间t3，因而当控制系统允许工程车从第一状态转换至第二状态是，工程车已经从第一状态转换至第三状态，此时发动机和电机均处于关闭状态，工程车从第一状态转化至第二状态的过程实际是从第一状态转化至第三状态，在从第三状态转换至第二状态的过程，因而进一步降低工程车误操作的可能性。

同样，设定时间t4可以长于设定时间t5，因而当控制系统允许工程车从第二状态转化至第一状态时，工程车已经从第二状态转换至第三状态，此时发动机和电机均处于关闭状态，工程车从第二状态转化至第一状态的过程实际是从第二状态转化至第三状态，再从第三状态转换至第一状态的过程。

以下，

作为本实施方式的一个具体实施例，工程车可以是凿岩台车；车辆报警设备包括胎压报警器、防冻液余量报警器、燃油余量报警器，车辆报警设备用于监测工程车是否能够正常运行；行驶控制设备为形式电控手柄，用于控制车辆的转向、油门、挡位；行驶制动设备为刹车及其踏板；工程作业控制设备为凿岩电控手柄，用于控制凿岩作业设备。

当凿岩台车处于第一状态时，即处于移动状态中时，参照图3，若当控制系统判断凿岩台车已经停止移动，同时判断需要进行凿岩作业时，可以将凿岩台车转换至第二状态，此时，电机可以被启动以实现凿岩作业设备的凿岩作业；参照图4，若当控制系统判断凿岩台车已经停止移动，同时判断不需要进行凿岩作业时，可以将凿岩台车转换至第三状态。

当凿岩台车处于第二状态时，即处于凿岩作业中时，参照图5，若当控制系统判断凿岩台车已经完成凿岩作业，同时判断需要移动凿岩台车时，可以将凿岩台车转换至第一状态，此时，发动机可以被启动以实现凿岩台车的移动；参照图6，若当控制系统判断凿岩台车已经完成凿岩作业，同时判断不需要移动凿岩台车时，可以将凿岩台车转换至第三状态。

当凿岩台车处于第三状态时，即处于闲置状态时，参照图7，若当控制系统判断需要移动凿岩台车时，可以将凿岩台车转换至第一状态；参照图8，若当控制系统判断需要进行凿岩作业时，可以将凿岩台车转换至第二状态。

其中，具体在本实施例中，设定时间t1、t2、t3、t4、t5、t6均可以依据具体需要通过软件进行设定，该设定过程可按照相关领域中常用的方式进行，因而不再赘述相关内容。至于控制系统实现凿岩台车在第一状态、第二状态和第三状态间的转换的具体方法，可以参照本实施方式其他部分的内容，因而不再赘述具体的步骤。

本实施例的控制方法通过限制凿岩台车的状态，即不允许凿岩台车处于发动机和电机同时开启的第四状态，实现发动机和电机在控制逻辑上的互锁；此外，利用控制系统监测工程车上各设备的状态，以及凿岩台车的行驶信息，并根据所测得的结果控制凿岩台车在第一状态、第二状态和第三状态之间的转换，具体是自动转换。因此，本实施例的控制方法具有如下效果：

第一，防止不规范操作会对设备及人员造成危险。例如，凿岩作业设备作业过程中发动机不能开启，因而凿岩台车不能移动，从而防止对电缆的拖拽；又例如，凿岩台车在移动过程中，电机不能开启，因而凿岩作业设备不能进行作业操作，从而防止凿岩作业设备与岩石等障碍物碰撞而发生损坏。

第二，能够降低凿岩台车的能耗。当车辆需要高压电作业时，实际上是不需要发动机工作的，而当不需要发动机工作时，本实施例的控制方法能够自动关闭发动机，同样的，当车辆需要发动机工作时，往往是需要移车转场，而此时也不需要高压电工作，本实施例的控制方法能够关闭电机。

第三，本实施例的控制方法能结合车辆作业状态，自动完成两种动力之间的切换，尤其对于需要进行复杂工况下作业的凿岩台车来说，具有较高的自动化程度的动力管理能力，能够提高凿岩台车的作业效率。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种基于发动机与电机启动互锁的工程车控制方法，其特征在于：所述工程车仅具有发动机开启而电机关闭的第一状态，发动机关闭而电机开启的第二状态，以及发动机关闭且电机关闭的第三状态；控制系统监测车辆报警设备、行驶控制设备、行驶制动设备和工程作业控制设备的状态，以及工程车的行驶信息，并根据监测所得结果完成所述工程车在第一状态、第二状态或第三状态之间的转换。

2.根据权利要求1所述的一种基于发动机与电机启动互锁的工程车控制方法，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的一种基于发动机与电机启动互锁的工程车控制方法，其特征在于：所述工程车处于第一状态时，

4.根据权利要求2所述的一种基于发动机与电机启动互锁的工程车控制方法，其特征在于：所述工程车处于第一状态时，

5.根据权利要求2所述的一种基于发动机与电机启动互锁的工程车控制方法，其特征在于：所述工程车处于第二状态时，

6.根据权利要求2所述的一种基于发动机与电机启动互锁的工程车控制方法，其特征在于：所述工程车处于第二状态时，

7.根据权利要求2所述的一种基于发动机与电机启动互锁的工程车控制方法，其特征在于：所述工程车处于第三状态时，

8.根据权利要求2所述的一种基于发动机与电机启动互锁的工程车控制方法，其特征在于：所述工程车处于第三状态时，

9.根据权利要求2所述的一种基于发动机与电机启动互锁的工程车控制方法，其特征在于：所述控制系统控制所述工程车由第一状态转换至第二状态时，先关闭发动机，再启动电机；所述控制系统控制所述工程车由第二状态转换至第一状态时，先关闭电机，再启动发动机。

10.一种用于实施权利1～9中任一项所述的工程车控制方法的系统，其特征在于：发动机的启动电路与电机的高压电上电线路之间通过相序继电器电连接。