CN114987422A - 一种矿用自卸车驻车制动冗余控制系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种矿用自卸车驻车制动冗余控制系统和方法，该控制系统和方法采用双控制单元DCU与整车其他设备网络连接；双控制单元DCU的主DCU和从DCU进行冗余通信，共同获取档位信号，并共同与驻车制动电磁阀连接控制，通过断电冗余保护、失联冗余保护、死机冗余保护的措施，避免车辆出现无法施加驻车制动的情况，保证车辆在任何情况下都能正常运行和可靠制动停车，极大的增加了车辆安全性。

Description

一种矿用自卸车驻车制动冗余控制系统和方法
技术领域
本发明涉及一种矿用自卸车驻车制动冗余控制系统和方法，属于工程机械技术领域。
背景技术
矿用自卸车是露天矿山开采和大规模土方建设中的重要关键设备之一，主要用于各种松散物料的运输。矿用自卸车的驻车制动是车辆停车时保证车辆在任何路况下可靠停住的重要制动措施。但在实际应用过程中，因档位手柄损坏、CAN通讯线路故障、车辆控制单元宕机等问题都曾导致驻车制动无法正确施加的故障发生。
发明内容
本发明涉及的一种矿用自卸车驻车制动冗余控制系统和方法可以有效的解决上述问题，车辆任一控制单元在断电、失联、死机等故障状态下，都能保证车辆正常运行和可靠制动停车，极大的增加了车辆安全性。
为实现上述目的，本发明采用车辆双控制单元DCU(Dual Control Unit)系统设计，车辆所有可数据交互的设备通过CAN1连接在一起，，主DCU和从DCU通过CAN2进行冗余通信，且共同参与驻车制动电磁阀的控制。
具体方案如下：
一种矿用自卸车驻车制动冗余控制系统，采用双控制单元DCU与整车其他设备网络连接；双控制单元DCU的主DCU和从DCU进行冗余通信，共同获取档位信号，并共同与驻车制动电磁阀连接控制。
进一步的，所述双控制单元DCU通过CAN1总线与整车其他设备网络连接，主DCU和从DCU通过CAN2总线进行冗余通信。
进一步的，所述双控制单元DCU分别以物理线路信号和CAN1总线信号获取档位信号。
进一步的，所述双控制单元的DCU的主DCU、从DCU分别通过继电器1、继电器2与驻车制动电磁阀的连接。
进一步的，所述继电器1的控制线圈由从DCU的DO口连接控制，其开关控制主DCU与驻车制动电磁阀的连接；所述继电器2的控制线圈由主DCU的DO口连接控制，其开关控制从DCU与驻车制动电磁阀的连接。
进一步的，所述双控制单元DCU的每个控制单元具有独立的供电电源和供电线路。
进一步的，所述双控制单元DCU采用多条冗余的CAN物理通讯线路。
进一步的，一种矿用自卸车驻车制动冗余控制方法，包括命令冗余控制方法和控制冗余方法，
命令冗余控制方法：在有人驾驶模式下，双控制单元DCU的主DCU和从DCU同时通过档位手柄采集档位信号；在无人驾驶模式下，双控制单元DCU的主DCU和从DCU同时通过CAN总线方式从无人驾驶控制单元获取档位信号；
控制冗余方法：双控制单元DCU的主DCU和从DCU互相发送各自的心跳数据，实时监测、判断对方DCU的心跳数据，若对方对方DCU的心跳数据不正常，继续判断自身是否能与其它CAN设备通讯，若是则确认对方DCU为故障状态，断开其驻车制动控制权，由自身DCU继续执行预定程序对驻车制动电磁阀进行控制。
进一步的，所述命令冗余控制方法中在有人驾驶模式下双控制单元DCU还可以通过总线档位开关获取档位信号。
进一步的，所述控制冗余方法包括断电冗余保护、失联冗余保护、死机冗余保护。
进一步的，所述双控制单元DCU的主DCU和从DCU同时接收档位信号，同时输出电平信号对驻车制动电磁阀进行控制；当其中一DCU发生控制单元故障，失去心跳数据时，正常的DCU判定其为故障状态，通过DO口控制相应继电器工作，断开故障DCU与驻车制动电磁阀连接，正常的DCU继续执行预定程序对驻车制动电磁阀进行控制。
进一步的，所述控制单元故障包括断电故障、失联故障、死机故障。
进一步的，所述失联冗余保护失联故障发生时，故障DCU诊断自身失联，立刻执行失联预定程序：释放对驻车制动电磁阀的控制权，不再发送与正常DCU有ID冲突的数据帧，直至失联故障清除。
本发明的有益效果是：采用双控制单元DCU，通过断电冗余保护、失联冗余保护、死机冗余保护的措施，极大的降低驻车制动故障，避免车辆无法施加驻车制动致使车辆溜车造成安全事故，达到了增加车辆安全性的目的。
附图说明
图1是本发明的双控制单元DCU系统示意图；
图2是本发明的双控制单元DCU驻车制动逻辑控制流程图；
图3是本发明的驻车制动电路控制图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、效果、技术方案更加清晰，下面结合附图、实施案例对技术方案进行清楚、完整的描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明范围。
当前矿用自卸车常用的制动种类有三种：电制动(动态制动)、液压制动(行车制动)和驻车制动。而驻车制动与电制动和液压制动不同的是，驻车制动是一种反向控制的制动，当车辆激活驻车信号时，驻车制动电磁阀失电不工作，驻车制动片在弹簧的作用下夹紧制动盘；当车辆激活其他档位信号时，驻车制动电磁阀得电工作，在液压压力作用下，抵消驻车弹簧弹力，驻车制动片脱开制动盘。
驻车制动故障多出现在命令环节和控制环节上，所以采取以下冗余控制方法。
1、命令冗余控制方法：
如图1所示，本发明的驻车制动冗余控制方法采用车辆双控制单元DCU与整车其他设备通过CAN1总线网络连接，主DCU和从DCU通过CAN2总线进行冗余通信，且共同参与驻车制动电磁阀的控制；双控制单元DCU分别以物理线路信号和CAN1总线信号获取档位信号，并皆参与驻车制动电磁阀控制。其中，在有人驾驶模式下，档位信号主要以档位手柄的物理电平信号为主，辅以驾驶室操控板上的总线档位开关；在无人驾驶模式下，档位信号主要以CAN总线方式从无人驾驶控制单元获取。
2、控制冗余方法：
如图2所示，车辆的双控制单元DCU之间通过两路及以上的CAN总线互相发送各自的心跳数据，并实时监测。一旦失去对方心跳，立刻判断自己是否可以与其他CAN设备正常通信，若符合以上条件，则确认对方已处于故障状态，并断开异常控制单元对驻车制动电磁阀的控制权。
具体的说，主(从)DCU实时监测对方DCU的心跳数据，并发送自身的心跳数据，主(从)DCU判断对方DCU的心跳数据是否不正常，若否则持续监测判断，若是则判断自身能否与其它CAN设备通讯，若是则确认对方DCU为故障状态，断开其驻车制动控制权。
如图3所示，正常情况下，每一个DCU在接收档位指令后，同时输出电平信号对驻车制动电磁阀进行控制；继电器1和继电器2为常闭触点接法，其中继电器1的控制线圈由从DCU的DO口控制，其开关控制主DCU与驻车制动电磁阀的连接，继电器2的控制线圈由主DCU的DO口控制，其开关控制从DCU与驻车制动电磁阀的连接。
控制单元故障基本分为三类：断电故障、失联故障、死机故障，故控制冗余方法包括断电冗余保护、失联冗余保护、死机冗余保护。
(1)断电冗余保护：断电故障发生时，故障DCU失去心跳数据，故障DCU的所有IO端口电平均为低，故障DCU不会影响正常DCU的控制权；正常DCU判定对方为故障状态后直接接管控制，通过DO口输出高电平控制继电器断开故障DCU对驻车制动电磁阀的控制权，并执行车辆接管预定程序。为减少断电故障发生，各个控制单元具有独立的供电电源和供电线路。
(2)失联冗余保护：失联故障发生时，故障DCU失去心跳数据，故障DCU可以诊断出自身已经失联，其IO端口可以正常控制，立刻执行失联预定程序：即释放对驻车制动电磁阀的控制权，不再发送与另一DCU有ID冲突的数据帧，直至失联故障清除。故障清除后根据自身优先级的设定，进行控制权的交换；正常DCU判定对方为故障状态后直接接管控制，通过DO口输出高电平控制继电器断开故障DCU对驻车制动电磁阀的控制权，并执行接管预定程序。为减少失联故障发生，采用多条冗余的CAN物理通讯线路。
(3)死机冗余保护：死机故障发生时，故障DCU失去心跳数据，故障DCU不能做出任何判断，其IO端口无法正常控制，既无法根据DI端口接收新的档位指令，也无法改变自身DO端口信号输出状态；正常DCU判定对方为故障状态后直接接管控制，通过DO口输出高电平控制继电器断开故障DCU对驻车制动电磁阀的控制权，并执行车辆接管预定程序。为减少死机故障发生，采用双控制单元DCU系统设计。
具体的说，主、从DCU同时接收档位信号，同时输出电平信号对驻车制动电磁阀进行控制；当主(从)DCU发生断电故障或失联故障或死机故障，失去心跳数据时，从(主)DCU判定其为故障状态，通过DO口控制继电器1(继电器2)工作，断开主(从)DCU与驻车制动电磁阀连接，即断开主(从)DCU对驻车制动电磁阀的控制权。从(主)DCU继续执行预定程序对驻车制动电磁阀进行控制。
本发明采用双控制单元DCU系统设计，相互监测、控制驻车制动电磁阀，通过断电冗余保护、失联冗余保护、死机冗余保护的措施，极大的降低驻车制动故障，避免车辆无法施加驻车制动致使车辆溜车造成安全事故，达到了增加车辆安全性的目的。
任何本领域的技术人员在不脱离本发明技术范围内，利用上述提示的内容作出变更或修饰为同等变化的等效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，均属于本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种矿用自卸车驻车制动冗余控制系统，其特征在于：采用双控制单元DCU与整车其他设备网络连接；双控制单元DCU的主DCU和从DCU进行冗余通信，共同获取档位信号，并共同与驻车制动电磁阀连接控制。
2.根据权利要求1所述的一种矿用自卸车驻车制动冗余控制系统，其特征在于：所述双控制单元DCU通过CAN1总线与整车其他设备网络连接，主DCU和从DCU通过CAN2总线进行冗余通信。
3.根据权利要求2所述的一种矿用自卸车驻车制动冗余控制系统，其特征在于：所述双控制单元DCU分别以物理线路信号和CAN1总线信号获取档位信号。
4.根据权利要求1所述的一种矿用自卸车驻车制动冗余控制系统，其特征在于：所述双控制单元的DCU的主DCU、从DCU分别通过继电器1、继电器2与驻车制动电磁阀的连接。
5.根据权利要求4所述的一种矿用自卸车驻车制动冗余控制系统，其特征在于：所述继电器1的控制线圈由从DCU的DO口连接控制，其开关控制主DCU与驻车制动电磁阀的连接；所述继电器2的控制线圈由主DCU的DO口连接控制，其开关控制从DCU与驻车制动电磁阀的连接。
6.根据权利要求1所述的一种矿用自卸车驻车制动冗余控制系统，其特征在于：所述双控制单元DCU的每个控制单元具有独立的供电电源和供电线路。
7.根据权利要求1所述的一种矿用自卸车驻车制动冗余控制系统，其特征在于：所述双控制单元DCU采用多条冗余的CAN物理通讯线路。
8.一种矿用自卸车驻车制动冗余控制方法，其特征在于：包括命令冗余控制方法和控制冗余方法，
命令冗余控制方法：在有人驾驶模式下，双控制单元DCU的主DCU和从DCU同时通过档位手柄采集档位信号；在无人驾驶模式下，双控制单元DCU的主DCU和从DCU同时通过CAN总线方式从无人驾驶控制单元获取档位信号；
控制冗余方法：双控制单元DCU的主DCU和从DCU互相发送各自的心跳数据，实时监测、判断对方DCU的心跳数据，若对方对方DCU的心跳数据不正常，继续判断自身是否能与其它CAN设备通讯，若是则确认对方DCU为故障状态，断开其驻车制动控制权，由自身DCU继续执行预定程序对驻车制动电磁阀进行控制。
9.根据权利要求8所述的一种矿用自卸车驻车制动冗余控制方法，其特征在于：所述命令冗余控制方法中在有人驾驶模式下双控制单元DCU还可以通过总线档位开关获取档位信号。
10.根据权利要求8所述的一种矿用自卸车驻车制动冗余控制方法，其特征在于：所述控制冗余方法包括断电冗余保护、失联冗余保护、死机冗余保护。
11.根据权利要求8所述的一种矿用自卸车驻车制动冗余控制方法，其特征在于：所述双控制单元DCU的主DCU和从DCU同时接收档位信号，同时输出电平信号对驻车制动电磁阀进行控制；当其中一DCU发生控制单元故障，失去心跳数据时，正常的DCU判定其为故障状态，通过DO口控制相应继电器工作，断开故障DCU与驻车制动电磁阀连接，正常的DCU继续执行预定程序对驻车制动电磁阀进行控制。
12.根据权利要求11所述的一种矿用自卸车驻车制动冗余控制方法，其特征在于：所述控制单元故障包括断电故障、失联故障、死机故障。
13.根据权利要求10所述的一种矿用自卸车驻车制动冗余控制方法，其特征在于：所述失联冗余保护失联故障发生时，故障DCU诊断自身失联，立刻执行失联预定程序：释放对驻车制动电磁阀的控制权，不再发送与正常DCU有ID冲突的数据帧，直至失联故障清除。
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