CN114312867A - 一种空中运输车辆的控制系统、方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种空中运输车辆的控制系统、方法。其中，所述控制系统包括：一体化控制网络、牵引执行装置、制动执行装置。所述一体化控制网络用于根据外部信号系统发送的外部信号生成牵引控制信号或制动控制信号；所述牵引执行装置用于根据所述牵引控制信号执行针对空中运输车辆的牵引动作；所述制动执行装置用于根据所述制动控制信号执行针对所述空中运输车辆的机械制动动作。本申请通过牵引与制动一体化网络控制系统可以实现车辆控制网络和各系统内网的统一承载，从而降低网络控制系统复杂度，提高车辆控制效率。

Description

一种空中运输车辆的控制系统、方法

技术领域

本申请涉及空中运输车辆的控制技术领域，特别涉及一种空中运输车辆的控制系统、方法。

背景技术

目前，转运集装箱的空中运输车辆是一种用于集装箱水平运输和定点装卸的专用工具。车辆在线上运行及定点停车时，需要进行频繁的牵引与制动，现有的牵引控制系统和制动控制系统都具备独立的网络通讯模块，其功能都是实现牵引、制动、网络三者间的数据交互，牵引与制动的控制方式相对独立。各牵引单元只负责本单元的牵引力与电制动力管控，制动系统只在制动工况下，电制动力无法满足整车制动力需求时，进行摩擦制动的补足，同时完成紧急制动与停放制动的制动功能。

由于牵引系统与制动系统的信息交互存在网络延时，因此在牵引转制动过程中，可能导致摩擦制动过冲或空走距离过长，同时在制动级位变化阶段，由于电制动力的反馈延时，还会出现偶发的误追加空气制动引起的制动力波动现象，在电液制动转换阶段，同样由于信号延时，会导致出现低速车辆冲标现象。

基于此，如何可以在一定程度上降低网络控制系统的复杂度，提高车辆控制效率是亟待解决的技术问题。

申请内容

本申请的目的在于提供一种空中运输车辆的控制系统、方法，从而可以在一定程度上降低网络控制系统的复杂度，提高车辆控制效率。

具体的，本申请采用如下技术方案：

根据本申请的第一方面，提供一种空中运输车辆的控制系统，包括：一体化控制网络，所述一体化控制网络用于根据外部信号系统发送的外部信号生成牵引控制信号或制动控制信号；牵引执行装置，所述牵引执行装置用于根据所述牵引控制信号执行针对空中运输车辆的牵引动作；制动执行装置，所述制动执行装置用于根据所述制动控制信号执行针对所述空中运输车辆的机械制动动作。

在本申请的一些实施例中，基于前述方案，所述牵引执行装置包括永磁同步电机，所述永磁同步电机还用于根据所述制动控制信号执行针对所述空中运输车辆的电制动动作。

在本申请的一些实施例中，基于前述方案，所述一体化控制网络包括中央控制器，牵引控制器，以及制动控制器；所述中央控制器用于获取外部信号系统发送的外部信号，以及采集所述空中运输车辆的载荷信息，并根据所述外部信号和所述载荷信息计算针对所述空中运输车辆的牵引参考数据或制动参考数据；所述牵引控制器用于获取外部信号系统发送的外部信号和所述中央控制器发送的牵引参考数据或制动参考数据，以及采集所述空中运输车辆的速度信息，并根据所述外部信号，所述牵引参考数据或制动参考数据，以及所述速度信息生成牵引控制信号或制动控制信号；所述制动控制器用于获取外部信号系统发送的外部信号和所述中央控制器发送的制动参考数据，并根据所述外部信号和所述制动参考数据生成制动控制信号。

在本申请的一些实施例中，基于前述方案，所述外部信号系统，所述中央控制器，所述牵引控制器，以及所述制动控制器之间通过网络通信通道和硬线通信通道进行通信。

在本申请的一些实施例中，基于前述方案，所述网络通信通道包括网络通信主通道和网络通信备用通道。

在本申请的一些实施例中，基于前述方案，所述中央控制器包括中央主控制器和中央备用控制器，所述中央备用控制器用于在所述中央主控器出现故障时启用。

在本申请的一些实施例中，基于前述方案，所述一体化控制网络还包括数据记录分析模块，所述数据分析模块用于记录并分析所述空中运输车辆的状态数据。

在本申请的一些实施例中，基于前述方案，所述一体化控制网络还包括信息显示模块，所述信息显示模块用于显示所述空中运输车辆的状态数据，并在所述状态数据发生异常时触发对所述空中运输车辆进行地面控制。

根据本申请的第二方面，提供一种空中运输车辆的控制方法，所述控制方法应用于一体化控制网络，所述一体化控制网络包括中央控制器，牵引控制器，以及制动控制器，所述控制方法包括：中央控制器获取外部信号系统发送的外部信号，以及采集所述空中运输车辆的载荷信息，并根据所述外部信号和所述载荷信息计算分配给所述牵引控制器的牵引参考数据，或者计算分配给所述牵引控制器和所述制动控制器的制动参考数据；牵引控制器获取外部信号系统发送的外部信号，所述中央控制器发送的牵引参考数据或制动参考数据，以及采集所述空中运输车辆的速度信息，并根据所述外部信号，所述牵引参考数据或制动参考数据，以及所述速度信息生成牵引控制信号或制动控制信号；制动控制器获取外部信号系统发送的外部信号，所述中央控制器发送的制动参考数据，并根据所述外部信号和所述制动参考数据生成制动控制信号。

在本申请的一些实施例中，基于前述方案，所述计算分配给所述牵引控制器和所述制动控制器的制动参考数据，包括：计算分配给所述牵引控制器的制动参考数据；如果所述分配给所述牵引控制器的制动参考数据满足针对所述空中运输车辆的制动控制要求，则不计算分配给所述制动控制器的制动参考数据；如果所述分配给所述牵引控制器的制动参考数据不满足针对所述空中运输车辆的制动控制要求，则额外计算分配给所述制动控制器的制动参考数据。

由上述技术方案可知，本申请至少具有如下优点和积极效果：

在本申请中，通过牵引制动一体化控制网络实现车辆控制网络、信息网络和各系统内网统一承载，能够降低网络控制系统复杂度。

通过中央控制器采用牵引制动融合控制方式，降低牵引与制动控制系统的信息传输延时，打通牵引与制动控制系统间的数据交互，提高整车牵引制动系统配合的控制精度，有助于解决由信号延时导致的摩擦制动过冲、整车制动力波动、车辆冲标等问题，同时可以借助牵引制动的融合控制，实现牵引过程中牵引力高效的分配，以及制动工况下电制动力与摩擦制动力的重新分配，达到牵引与制动过程中电能的有效管理的目的。

附图说明

图1是本申请的空中运输车辆的控制系统的结构示意简图。

图2是本申请的空中运输车辆的控制系统的结构示意图。

图3是本申请的空中运输车辆的控制方法的流程图。

图4是本申请实施例的计算分配给所述牵引控制器和所述制动控制器的制动参考数据的细节流程图。

附图标记说明如下：

100—外部信号系统，

200—一体化控制网络， 201—中央控制器，

202—制动控制器， 203—牵引控制器，

204—数据记录分析模块，

300—牵引执行装置，

400—制动执行装置，

500—空中运输车辆的控制系统。

具体实施方式

体现本申请特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本申请能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本申请的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本申请。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”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申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统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申请的限制。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

根据本申请的第一方面，提供了一种空中运输车辆的控制系统，为了使本领域技术人员更好的理解本方案提出的控制运输车辆的控制系统，下面将结合图1和图2进行说明。

首先，需要说明的是，本申请所提出的空中运输车辆可以是指应用于货物中转场所(比如港口)的空中转运设备，比如，在空中设置轨道，转运设备(即空中运输车辆)可以在轨道上移动，具体的，转运设备在一个转运点将货物吊起，通过轨道将货物转运到另一个转运点并卸下。可见，在货物转运过程中，会涉及到针对空中运输车辆的运行控制，比如，控制车辆的牵引和制动等等。

参见图1，示出了本申请的空中运输车辆的控制系统的结构示意简图。

如图1所示，空中运输车辆的控制系统500可以包括一体化控制网络200，牵引执行装置300，以及制动执行装置400。其中，一体化控制网络200用于根据外部信号系统100发送的外部信号生成牵引控制信号或制动控制信号；牵引执行装置300用于根据牵引控制信号执行针对空中运输车辆的牵引动作；制动执行装置400用于根据制动控制信号执行针对空中运输车辆的机械制动动作。

需要说明的是，在本申请中，外部信号系统100是指向空中运输车辆发送与空中运输车辆运行相关信息的外部系统，比如，向空中运输车辆发送加速的外部信号，还比如，向空中运输车辆发送减速的外部信号，还比如，向空中运输车辆发送货物转运目的地的外部信号。

进一步的，在外部信号系统100向空中运输车辆发送外部信号之后，空中运输车辆的一体化控制网络200根据外部信号生成牵引控制信号或制动控制信号，并将牵引控制信号发送给牵引执行装置300，或者将制动控制信号发送牵引执行装置300，还或者将制动控制信号发送牵引执行装置300和制动执行装置400。

进一步的，牵引执行装置300在接收到牵引控制信号之后，执行针对空中运输车辆的牵引动作，或者制动执行装置400在接收到制动控制信号之后，执行针对空中运输车辆的机械制动动作。

在本申请的一个实施例中，牵引执行装置300可以包括永磁同步电机，永磁同步电机还用于根据制动控制信号执行针对空中运输车辆的电制动动作。

在本实施例中，一体化控制网络200可以根据空中运输车辆的实际制动需求优先将制动力分配永磁同步电机，即给牵引执行装置300。在永磁同步电机的电子制动力能够满足空中运输车辆的实际制动需求时，不再为制动执行装置400发送制动信号。这样做的好处在于，利用永磁同步电机的特性，可以采用零速电制动，机械制动系统主要承担保持、停放和紧急制动功能，降低机械制动的使用频率，可以环保节能。

参见图2，示出了本申请的空中运输车辆的控制系统的结构示意图。

在本申请的一个实施例中，一体化控制网络200可以包括中央控制器201，牵引控制器203，以及制动控制器202。

具体的，中央控制器201可以用于获取外部信号系统100发送的外部信号，以及采集空中运输车辆的载荷信息，并根据外部信号和载荷信息计算针对空中运输车辆的牵引参考数据或制动参考数据，中央控制器201在计算针对空中运输车辆的牵引参考数据或制动参考数据之后，还可以将牵引参考数据或制动参考数据发送给牵引控制器203，或者将制动参考数据发送给制动控制器202。

牵引控制器203可以用于获取外部信号系统100发送的外部信号和中央控制器201发送的牵引参考数据或制动参考数据，以及采集空中运输车辆的速度信息，并根据外部信号，牵引参考数据或制动参考数据，以及速度信息生成牵引控制信号或制动控制信号。

制动控制器202可以用于获取外部信号系统100发送的外部信号和中央控制器201发送的制动参考数据，并根据外部信号和制动参考数据生成制动控制信号。

在本实施例中，牵引参考数据可以包括牵引力和/或牵引持续时间，制动参考数据可以包括制动力和/或制动持续时间。

在本实施例中，牵引控制器203可以根据外部信号，牵引参考数据以及速度信息生成牵引控制信号，牵引控制器203还可以根据外部信号，制动参考数据以及速度信息生成制动控制信号。

在本实施例中，制动控制器202也可以根据外部信号和制动参考数据生成制动控制信号。

在本实施例中，通过将中央控制器201，牵引控制器203，以及制动控制器202集成为一体化控制网络200，可以根据简化车辆系统组成。通过牵引制动网络一体化控制网络200和控制系统数字化等技术手段，可以减少车载电气控制系统继电器、接触器等元件的使用，精简线缆和网络拓扑，降低车辆运行故障率，简化维护工作。

在本实施例中，通过将中央控制器201，牵引控制器203，以及制动控制器202集成为一体化控制网络200，还可以提高牵引制动系统控制性能。降低牵引与制动系统间的传输延时，可以打破牵引与制动间的信息壁垒，实现牵引、制动系统的统一管理，实现更为精准的停车控制，提高系统在牵引与制动过程中对整车的控制精度与可靠性。

在本实施例中，通过将中央控制器201，牵引控制器203，以及制动控制器202集成为一体化控制网络200，还可以提高系统智能化程度，一体化控制网络200与自动驾驶系统的密切配合，推动列车的智能化升级。提高信号的复用属性，减少各系统对相同信号的采集，减少整车接线。系统融合后，各部件故障数据均上传至车辆网络，通信内容可向网络系统完全开放，便于健康管理系统的实现。

在本申请的一个实施例中，外部信号系统100，中央控制器201，牵引控制器203，以及制动控制器202之间可以通过网络通信通道和硬线通信通道进行通信。

在本实施例中，一体化控制网络200中的中央控制器201具备网络通信和硬线控制信号I/O功能，具体的，外部信号系统100，中央控制器201，牵引控制器203，以及制动控制器202之间可以通过网络通信通道和硬线通信通道进行通信，比如，制动信息可以通过网络通信通道传输，行车安全相关信息在通过网络通信通道传输的同时还可以通过硬线通信通道传输，其好处在于，可以提高整车牵引与制动控制的安全性和可靠性。

在本申请的一个实施例中，网络通信通道可以包括网络通信主通道和网络通信备用通道。

在本实施例中，网络通信主通道和网络通信备用通道均可以传输牵引和制动系统的级位信号、牵引控制信号、制动控制信号、方向信号等关键信号，其好处在于，可以避免因某一路通信通道故障而导致通信中断，从而保证信号传输的稳定性。

在本申请的一个实施例中，中央控制器201可以包括中央主控制器和中央备用控制器，中央备用控制器用于在中央主控器出现故障时启用。

在本实施例中，中央主控制器和中央备用控制器均采用完全相同的中央控制器201，互为热备冗余，其中一台中央控制器201出故障，另外一台备用的中央控制器201自动接入，从而提高系统的稳定性。

在本申请的一个实施例中，一体化控制网络200可以还包括数据记录分析模块204，数据分析模块用于记录并分析空中运输车辆的状态数据。

在本实施例中，数据分析模块能够记录空中运输车辆的运行状态，具备智能运维分析功能，能够实现数据的本地计算及边缘云处理以及监控数据的车地交互。

在本申请的一个实施例中，一体化控制网络200还可以包括信息显示模块，信息显示模块用于显示空中运输车辆的状态数据，并在状态数据发生异常时触发对空中运输车辆进行地面控制。

在本实施例中，信息显示模块可以通过电气信号驱动必要信息，在显示故障时触发对空中运输车辆由自动控制切换至地面控制。

根据本申请的第二方面，还提供了一种空中运输车辆的控制方法，控制方法应用于一体化控制网络200，一体化控制网络200包括中央控制器201，牵引控制器203，以及制动控制器202，下面将结合图3进行说明。

参见图3，示出了本申请的空中运输车辆的控制方法的流程图。具体包括步骤310至步骤330：

步骤310，中央控制器201获取外部信号系统100发送的外部信号，以及采集空中运输车辆的载荷信息，并根据外部信号和载荷信息计算分配给牵引控制器203的牵引参考数据，或者计算分配给牵引控制器203和制动控制器202的制动参考数据。

步骤320，牵引控制器203获取外部信号系统100发送的外部信号，中央控制器201发送的牵引参考数据或制动参考数据，以及采集空中运输车辆的速度信息，并根据外部信号，牵引参考数据或制动参考数据，以及速度信息生成牵引控制信号或制动控制信号。

步骤330，制动控制器202获取外部信号系统100发送的外部信号，中央控制器201发送的制动参考数据，并根据外部信号和制动参考数据生成制动控制信号。

在如图3所示步骤310的一个实施例中，计算分配给牵引控制器203和制动控制器202的制动参考数据，可以按照如图4所示的步骤执行。

参见图4，示出了本申请实施例的计算分配给牵引控制器203和制动控制器202的制动参考数据的细节流程图。具体包括步骤311至步骤312：

步骤311，计算分配给牵引控制器203的制动参考数据。

步骤312，如果分配给牵引控制器203的制动参考数据满足针对空中运输车辆的制动控制要求，则不计算分配给制动控制器202的制动参考数据。

步骤313，如果分配给牵引控制器203的制动参考数据不满足针对空中运输车辆的制动控制要求，则额外计算分配给制动控制器202的制动参考数据。

由上述技术方案可知，本申请至少具有如下优点和积极效果：

在本申请中，因此，通过牵引制动一体化控制网络200实现车辆控制网络、信息网络和各系统内网统一承载，能够降低网络控制系统复杂度。

通过中央控制器201采用牵引制动融合控制方式，降低牵引与制动控制系统的信息传输延时，打通牵引与制动控制系统间的数据交互，提高整车牵引制动系统配合的控制精度，有助于解决由信号延时导致的摩擦制动过冲、整车制动力波动、车辆冲标等问题，同时可以借助牵引制动的融合控制，实现牵引过程中牵引力高效的分配，以及制动工况下电制动力与摩擦制动力的重新分配，达到牵引与制动过程中电能的有效管理的目的。

虽然已参照几个典型实施方式描述了本申请，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本申请能够以多种形式具体实施而不脱离申请的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种空中运输车辆的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：

一体化控制网络，所述一体化控制网络用于根据外部信号系统发送的外部信号生成牵引控制信号或制动控制信号；

牵引执行装置，所述牵引执行装置用于根据所述牵引控制信号执行针对空中运输车辆的牵引动作；

制动执行装置，所述制动执行装置用于根据所述制动控制信号执行针对所述空中运输车辆的机械制动动作。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述牵引执行装置包括永磁同步电机，所述永磁同步电机还用于根据所述制动控制信号执行针对所述空中运输车辆的电制动动作。

3.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述一体化控制网络包括中央控制器，牵引控制器，以及制动控制器；

所述中央控制器用于获取外部信号系统发送的外部信号，以及采集所述空中运输车辆的载荷信息，并根据所述外部信号和所述载荷信息计算针对所述空中运输车辆的牵引参考数据或制动参考数据；

所述牵引控制器用于获取外部信号系统发送的外部信号和所述中央控制器发送的牵引参考数据或制动参考数据，以及采集所述空中运输车辆的速度信息，并根据所述外部信号，所述牵引参考数据或制动参考数据，以及所述速度信息生成牵引控制信号或制动控制信号；

所述制动控制器用于获取外部信号系统发送的外部信号和所述中央控制器发送的制动参考数据，并根据所述外部信号和所述制动参考数据生成制动控制信号。

4.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述外部信号系统，所述中央控制器，所述牵引控制器，以及所述制动控制器之间通过网络通信通道和硬线通信通道进行通信。

5.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于，所述网络通信通道包括网络通信主通道和网络通信备用通道。

6.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述中央控制器包括中央主控制器和中央备用控制器，所述中央备用控制器用于在所述中央主控器出现故障时启用。

7.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述一体化控制网络还包括数据记录分析模块，所述数据分析模块用于记录并分析所述空中运输车辆的状态数据。

8.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述一体化控制网络还包括信息显示模块，所述信息显示模块用于显示所述空中运输车辆的状态数据，并在所述状态数据发生异常时触发对所述空中运输车辆进行地面控制。

9.一种空中运输车辆的控制方法，其特征在于，所述控制方法应用于一体化控制网络，所述一体化控制网络包括中央控制器，牵引控制器，以及制动控制器，所述控制方法包括:

中央控制器获取外部信号系统发送的外部信号，以及采集所述空中运输车辆的载荷信息，并根据所述外部信号和所述载荷信息计算分配给所述牵引控制器的牵引参考数据，或者计算分配给所述牵引控制器和所述制动控制器的制动参考数据；

牵引控制器获取外部信号系统发送的外部信号，所述中央控制器发送的牵引参考数据或制动参考数据，以及采集所述空中运输车辆的速度信息，并根据所述外部信号，所述牵引参考数据或制动参考数据，以及所述速度信息生成牵引控制信号或制动控制信号；

制动控制器获取外部信号系统发送的外部信号，所述中央控制器发送的制动参考数据，并根据所述外部信号和所述制动参考数据生成制动控制信号。

10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述计算分配给所述牵引控制器和所述制动控制器的制动参考数据，包括：

计算分配给所述牵引控制器的制动参考数据；

如果所述分配给所述牵引控制器的制动参考数据满足针对所述空中运输车辆的制动控制要求，则不计算分配给所述制动控制器的制动参考数据；

如果所述分配给所述牵引控制器的制动参考数据不满足针对所述空中运输车辆的制动控制要求，则额外计算分配给所述制动控制器的制动参考数据。

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