CN113479155A - 一种水陆两栖车的整车控制系统 - Google Patents

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侯伟
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Abstract

本发明公开了一种水陆两栖车的整车控制系统，其特征在于：包括行驶工况开关、整车控制器、发动机控制器ECU，所述行驶工况开关与整车控制器连接，用于将水路双栖车的行驶工况发送至整车控制器，所述整车控制器的输出端与发动机控制器ECU连接，所述整车控制器根据行驶工况对应的发送功率切换信号至发动机控制器ECU，所述发动机控制器ECU中预设两套ECU控制程序，所述发动机控制器根据整车控制器发来的功率切换信号运行其中一套ECU控制程序。本发明根据水陆两栖运输车在水上和陆上行驶的需求功率的较大差异，设计了发动机的双功率模式，在水上提供高功率模式，满足水上运行需求，在陆上提供低功率模式，满足陆上行驶需求。

Description

一种水陆两栖车的整车控制系统
技术领域
本发明涉及特种车辆领域，特别涉及一种水路两栖车的整车控制系统。
背景技术
水陆两栖运输车作为一种特殊领域的运输车辆，具备机动性、水路通用的特点。由于水路两栖运输车在水上行驶和陆上行驶时对于发动机的最大功率的需求是不同，仅采用一种动力输出控制是无法满足路上行驶的低功率模式和水上行驶的高功率模式。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种水陆两栖车的整车控制系统，用于发动机的两种功率模式的输出。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种水陆两栖车的整车控制系统，包括行驶工况开关、整车控制器、发动机控制器ECU，所述行驶工况开关与整车控制器连接，用于将水路双栖车的行驶工况发送至整车控制器，所述整车控制器的输出端与发动机控制器ECU连接，所述整车控制器根据行驶工况对应的发送功率切换信号至发动机控制器ECU，所述发动机控制器ECU中预设两套ECU控制程序，所述发动机控制器根据整车控制器发来的功率切换信号运行其中一套ECU控制程序。
所述两套ECU控制程序包括水上行驶高功率模式程序、路上行驶低功率模式程序，ECU控制程序预先根据动力参数标定发动机输出。
所述整车控制系统还包括状态判断与决策输入层，所述状态判断与决策输入层与整车控制器连接，用于将操作员的状态判断和决策数据输入到整车控制器并接收到的整车控制器的数据输出至操作员。
所述状态判断与决策输入层包括人机界面和操纵台，所述人机界面用于对整车状态数据进行显示；所述操纵台用于对车辆行驶状态进行操控。
所述操纵台包括工作模式控制、陆上分动箱选择、自动巡航等总体操纵部分，挡位选择、刹车、油门、方向盘、驻车制动等陆上行驶操纵部分，综合操舵等水上航行操纵部分，悬架升降调整、履带升降调整等辅助行驶操纵部分，以及车灯、空调等车电系统操纵部分等，
所述控制系统还包括自动巡航模块及自动巡航模块启动开关，所述自动巡航开启开关与自动巡航模块连接，所述自动巡航模块包括自动巡航控制器、激光雷达和摄像头；所述自动巡航控制器与整车控制器连接。
所述整车控制器与水上控制器连接，所述水上控制器分别连接排水系统、操舵机构控制模块、压浪板调节模块、海水泵，所述水上控制器仅在水上航行工况下工作且处于最高优先级，用于控制车辆在水上航行。
所述控制系统还包括子节点控制器层，所述整车控制器通过CAN网络连接子节点控制器层，所述子节点控制器层为整车各执行节点对应的控制器，用于执行水上控制器和整车控制器的控制指令。
所述子节点控制器层包括悬架提升控制器、变速箱控制器、发动机控制器、ABS制动控制器、液压系统控制器、冷却系统控制器、和或车电系统控制器。
所述控制系统还包括无线通讯模块，所述整车控制器通过无线通讯模块与上位机连接。
所述整车控制系统还包括油门操纵推杆、油门操纵踏板，所述油门操纵推杆与发动机连接用于手动调节发动的动力输出，所述油门操纵踏板为电子油门踏板，其输出端与整车控制器，用于控制发动机的油门，在水上行驶工况时，禁止整车控制器通过油门踏板信号控制发动机的动力输出。
本发明根据水陆两栖运输车在水上和陆上行驶的需求功率的较大差异，设计了发动机的双功率模式，在水上提供高功率模式，满足水上运行需求，在陆上提供低功率模式，满足陆上行驶需求；设计了整车控制系统的架构更加简单可靠；设置的自动巡航模式可以为驾驶员的驾驶提供辅助；设置无线传输模块用于与外界指挥用的上位机通信，方便及时接收指令和与车外通信，提高车辆的信息传输的是实现。
附图说明
下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为本发明发动机双功率标定原理示意图；
图2为本发明整车控制系统的发动机双功率模式切换控制示意图；
图3为本发明整车控制系统的功能示意图；
图4为本发明整车控制系统架构示意图；
图5为本发明整车控制器和水上控制器的功能控制原理图；
具体实施方式
下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
如图1所示，一种水陆两栖车的整车控制系统，包括行驶工况开关、整车控制器、发动机控制器ECU，行驶工况开关与整车控制器连接，用于将水路双栖车的行驶工况发送至整车控制器，整车控制器的输出端与发动机控制器ECU连接，整车控制器根据行驶工况对应的发送功率切换信号至发动机控制器ECU，发动机控制器ECU中预设两套ECU控制程序，发动机控制器根据整车控制器发来的功率切换信号运行其中一套ECU控制程序。其中两套ECU控制程序包括水上行驶高功率模式程序、路上行驶低功率模式程序，ECU控制程序预先根据动力参数标定发动机输出。
根据水路双栖运输车整车动力需求，在陆上行驶、水上航行时发动机的功率差异较大，净功率比值达到2.6倍或更多。考虑整车重量控制、动力差异化需求，结合发动机技术实际情况，发动机的双功率方案可以为：首先根据水上航行时动力参数选型发动机，其次针对陆上行驶时动力参数需求重新标定该发动机，形成新的ECU控制程序，然后将该发动机原ECU控制程序和新ECU控制程序集成到新开发ECU系统中。新的ECU系统内置两套发动机控制程序，对应两栖车两种行驶工况，通过驾驶员选择行驶工况来确定发动机ECU程序，进而确定发动机动力参数。新ECU控制程序对应的是油门控制输出的发动机功率，重新标定可以采用的方案是：通过新的ECU程序等比例降低发动机在不同转速下的扭矩，使得当前转速下的功率等比例下降，从而使得发动机的最大输出功率下降以及对应的油门或者说转速下输出的扭矩下降。
以发动机MC13.75C为例，在新开发的双功率ECU控制系统中设置多扭开关用于切换发动机功率模式，如图2所示预设多扭开关有1至4个端口，代表四个不同功率版本(使用2个端口，预留2个端口)，且以各功率版本的最大值进行标记。驾驶员根据两栖车行驶功率需求操作多扭开关至对应端口，多扭开关将输出对应功率的电信号至发动机ECU系统(预先集成双功率版本)，ECU系统根据接收到的电信号执行对应功率值程序并输出指令给发动机，发动机在控制系统作用下输出对应功率。多扭开关为在5.1伏特电压间串联四个电阻，每个电阻设置一个电子控制开关，通过接收整车控制器的命令，多扭开关可传送给发动机ECU控制单元4个不同的电流信号。发动机ECU控制单元再根据接收的不同电信号控制输出满足要求的功率模式。当线性控制的油门踏板行程至最大时，其输入的最大功率等于该模式下定义的最大功率值，实现发动机输出不同最大功率的功能。同理在水上航行时，其根据油门推杆的位置来输出不同的功率，当油门推杆达到最大行程时，
水陆两栖运输车由于水上和陆上需求功率差异大，设计其双功率控制模式为：第一档为水上功率模式，对应开关1，发动机输出额定功率550KW；第二档为陆上功率模式，对应开关2，发动机输出额定功率350KW；开关3和开关4不进行程序设置，作为预留端口。
整车控制系统的功能主要包括：整车CAN网络管理、整车模式管理、陆上模式控制(驾驶意图解析和陆上动力控制)、水上模式控制(水上驾驶意图解析及水上动力控制)、上下滩舰模式控制、控制悬架升降控制、履带升降调速及转向控制、发动机控制管理等功能，如图3、4所示。整车控制系统架构分四层，第一层是操纵员“状态判断与决策输入层”，第二层是按需开启的“自动巡航层”，第三层是水上控制器(W-VCU)与整车控制器(VCU)为主的“主控制器层”，第四层是其它各个控制节点的控制器组成的“子控制器层”，整车控制系统架构如图4所示。
第一层是操纵员“状态判断与决策输入层”，包含人机界面和操纵台两大部分。状态判断与决策输入层与整车控制器连接，用于将操作员的状态判断和决策数据输入到整车控制器并接收到的整车控制器的数据输出至操作员。状态判断与决策输入层包括人机界面和操纵台，人机界面用于对整车状态数据进行显示；操纵台用于对车辆行驶状态进行操控。
人机综合显示界面包括陆上状态显示、水上状态显示以及综合状态显示等，操纵员通过人机综合显示界面对车姿态及作战意图进行实时判断；操纵台包括工作模式选择、陆上分动箱选择、自动巡航等总体操纵部分，挡位选择、刹车、油门、方向盘、驻车制动等陆上行驶操纵部分，综合操舵等水上航行操纵部分，悬架升降调整、履带升降调整等辅助行驶操纵部分，以及车灯、空调等车电系统操纵部分等，驾驶员通过综合使用操纵台中的操纵部件，在最高层实现正常驾驶与作战应用。操纵台上设置各种开关、模式切换按钮/开关、操纵杆、操作仪表等等，用于实现通过操纵台进行对整车的控制。
第二层是由驾驶员主动开启或者关闭的自动巡航模块、自动巡航模块启动开关，自动巡航功能启动开关可以设置在操纵台上，用于实现对于自动巡航功能的开启。自动巡航开启开关与自动巡航模块连接，用于根据开关的控制来启动关闭。自动巡航模块包含自巡航控制器、激光雷达、摄像头、其它巡航功能模块等。本方案采取的是主动巡航方式，由此加入了雷达、摄像头等路况检测模块，赋予车辆一定的“人工智能”，自动巡航控制器通过CAN通讯总线与整车控制器、水上控制器等连接通信，开启自动巡航功能后，自巡航控制器可以调控水上控制器(W-VCU)与整车控制器(VCU)完成必要的主动巡航操作，从而协助驾驶员在复杂路况、以及大雾、雨雪、沙尘、风浪等恶劣天气下的正常驾驶与紧急避障，保证车辆具有更高的安全性，并能帮助驾驶员完成“蚁群式”的车队跟车操作。
第三层是“主控制器层”，包括水上控制器(W-VCU)与整车控制器(VCU)，水上控制器在逻辑上要高于整车控制器。水上控制器包含水上整车控制模块、排水系统控制模块、操舵机构控制模块、前划水板控制模块等功能模块，主要负责两栖车水上行驶时的整车控制；整车控制器包含整车控制模块、履带驱动控制模块、履带提升控制模块、水陆分动箱控制模块等功能模块，主要负责两栖车陆上行驶时的整车控制。如图5所示，当工作模式为陆上行驶模式时，水上控制器不参与控制；当工作模式为水上航行模式时，水上控制器(W-VCU)工作，并获得各个控制节点的最高控制权，能够调配整车控制器(VCU)工作，从而完成水上的航行操作。水上控制器用于控制两栖车在水上行驶，包括根据操舵机构来进行制动、航行、倒车、转向等以及通过水上功率模式控制发动机的输出功率等。陆上控制器主要是指整车控制器用于实现对于整车的运行控制，在陆上行驶时，根据操作台上的控制操作信号控制发动机的功率输出以及通过传动机件该发动机的输出功率传递至车辆和履带，来驱动车辆和履带的转动从而实现在陆地上的行驶。同时由于陆地和水上行驶状态的不同，轮胎和履带在水上行驶时，发动机停止输出动力至履带和车轮，而是通过水陆分动箱将动力传输至彭水推进器，从而实现水上航行，为了减少阻力，在水上航行时，轮胎和履带是收缩的，轮胎和履带分别通过车轮提升机构和履带提升机构安装在整车车架上，在水上工况下，水上控制器控制车辆提升机构、以及履带提升机构升起，将轮胎和履带收入或紧贴着车体从而减少受力面减少阻力，提升机构可以通过气缸、油气弹簧等机构实现。整车控制器与水上控制器通过CAN通讯连接，水上控制器分别连接排水系统、操舵机构控制模块、压浪板调节模块、海水泵等用于水上航行行驶所需控制的执行元件并根据操纵台的各种操纵实现控制。
第四层是“子控制器层”，整车控制器通过CAN网络连接子节点控制器层，所述子节点控制器层为整车各执行节点对应的控制器，用于执行水上控制器和整车控制器的控制指令。
子控制器节点层包括悬架提升控制器、AT变速箱控制器、发动机控制器ECU、ABS制动控制器、液压系统控制器、冷却系统控制器、车电系统控制器等，主要完成水上控制器与整车控制器下发的相关控制指令，并实时反馈其所控节点的状态信息。
整车控制器通过CAN总线连接无线通讯模块，通过无线通讯模块与上位机连接。上位机包括指挥中心、陆地信息中心等指挥终端或通信终端，用于实现车辆与外界的通信连接，可以实现快速的信息反馈和指令传达。
整车控制系统还包括油门操纵推杆、油门操纵踏板，油门操纵推杆与发动机连接用于手动调节发动的动力输出，所述油门操纵踏板为电子油门踏板，其输出端与整车控制器，用于控制发动机的油门，在水上行驶工况时，禁止整车控制器通过油门踏板信号控制发动机的动力输出。陆上工况时，发动机处于低功率模式，采用电子油门踏板，通过踩踏量控制动力大小输出；松开油门踏板，发动机自动回到怠速状态。电子油门踏板装置内部设有位置传感器，当踩下踏板时，传感器可输出电压信号，随着踏板旋转角度的变化，输出信号也不断变化。ECU根据采集到的电压信号控制发动机油门开度，进而控制发动机转速。水上工况时，发动机处于高功率模式，发动机动力由油门推杆装置操纵，电子油门踏板装置被禁用。油门推杆在操纵员作用下可以保持在不同位置，对应发动机不同动力输出。改变发动机动力输出需要操纵员再次改变油门推杆位置。
显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水陆两栖车的整车控制系统，其特征在于：包括行驶工况开关、整车控制器、发动机控制器ECU，所述行驶工况开关与整车控制器连接，用于将水路两栖车的行驶工况发送至整车控制器，所述整车控制器的输出端与发动机控制器ECU连接，所述整车控制器根据行驶工况对应的发送功率切换信号至发动机控制器ECU，所述发动机控制器ECU中预设两套ECU控制程序，所述发动机控制器根据整车控制器发来的功率切换信号运行其中一套ECU控制程序。
2.如权利要求1所述的一种水陆两栖车的整车控制系统，其特征在于：所述两套ECU控制程序包括水上行驶高功率模式程序、路上行驶低功率模式程序，ECU控制程序预先根据动力参数标定发动机输出。
3.如权利要求1或2所述的一种水陆两栖车的整车控制系统，其特征在于：所述整车控制系统还包括状态判断与决策输入层，所述状态判断与决策输入层与整车控制器连接，用于将操作员的状态判断和决策数据输入到整车控制器并接收到的整车控制器的数据输出至操作员。
4.如权利要求3所述的一种水陆两栖车的整车控制系统，其特征在于：所述状态判断与决策输入层包括人机界面和操纵台，所述人机界面用于对整车状态数据进行显示；所述操纵台用于对车辆行驶状态进行操控。
5.如权利要求4所述的一种水陆两栖车的整车控制系统，其特征在于：所述控制系统还包括自动巡航模块及自动巡航模块启动开关，所述自动巡航开启开关与自动巡航模块连接，所述自动巡航模块包括自动巡航控制器、激光雷达和摄像头；所述自动巡航控制器与整车控制器连接。
6.如权利要求5所述的一种水陆两栖车的整车控制系统，其特征在于：所述整车控制器与水上控制器连接，所述水上控制器分别连接排水系统、操舵机构控制模块、压浪板调节模块、海水泵，所述水上控制器仅在水上航行工况下工作且处于最高优先级，用于控制车辆在水上航行。
7.如权利要求6所述的一种水陆两栖车的整车控制系统，其特征在于：所述控制系统还包括子节点控制器层，所述整车控制器通过CAN网络连接子节点控制器层，所述子节点控制器层为整车各执行节点对应的控制器，用于执行水上控制器和整车控制器的控制指令。
8.如权利要求7所述的一种水陆两栖车的整车控制系统，其特征在于：所述子节点控制器层包括悬架提升控制器、变速箱控制器、发动机控制器、ABS制动控制器、液压系统控制器、冷却系统控制器、和或车电系统控制器。
9.如权利要求1-8任一所述的一种水陆两栖车的整车控制系统，其特征在于：所述控制系统还包括无线通讯模块，所述整车控制器通过无线通讯模块与上位机连接。
10.如权利要求1-8任一所述的一种水陆两栖车的整车控制系统，其特征在于：所述整车控制系统还包括油门操纵推杆、油门操纵踏板，所述油门操纵推杆与发动机连接用于手动调节发动的动力输出，所述油门操纵踏板为电子油门踏板，其输出端与整车控制器，用于控制发动机的油门，在水上行驶工况时，禁止整车控制器通过油门踏板信号控制发动机的动力输出。
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