CN1856751A - 用于重型工业车辆的控制器 - Google Patents

Abstract

在作为重型工业车辆的叉车中提供了多个待控制的装置，例如，车体(3)、吊具(9)和驾驶室(10)，使用于控制所述多个待控制的装置的每个控制器(11，12，13)的硬件是通用的。使用于执行基本控制的驱动器软件的配置也是通用的。只有最少的所需应用软件的配置被构建为适合待控制的装置。因为这些特征，可以容易地改变控制器(11，12，13)的软件。不管作为控制对象的待控制装置如何，可以容易地将控制器用于任何待控制的装置。

Description

用于重型工业车辆的控制器

技术领域

本发明涉及用于重型工业车辆的控制器，例如，作为货物装卸车辆的叉车，以及作为路面维护车辆的机动平路机。

背景技术

重型工业车辆不但有通过自身移动的车体，而且有对所述车辆独特的工作机。因此，这种类型的工业车辆适于能够利用工作机执行预定的工作行为。一些这样的重型工业车辆使用一个控制器，既控制车辆的移动动作，又控制工作机的工作动作，从而控制整个车辆。另一些重型工业车辆具有单独的控制器，诸如用于车辆的移动动作的控制器和用于工作机的工作动作的控制器，并通过网络连接这些控制器，从而控制整个车辆。

专利文件1：日本专利申请公开未审No.2000-165422

发明内容

本发明要解决的问题

对于整个车辆由单个控制器控制的配置，要传送给多个待控制的装置的控制信号可被集中在这单个控制器上。因此，即使是在使待控制的装置协同工作时，也可以以简单的配置来构建软件。但是，一个控制器中的故障会使整个车辆的动作停止。此外，在重型工业车辆中，从控制器到待控制的装置的控制信号用的配线延伸较长距离，而且配线的数目较大，故增加了设计和装配步骤的复杂性。再者，要操作的部件很多。因此，由于配线使用时的不良接触、配线的断裂等发生故障的概率很高。

近年来，一种方法已被应用，在该方法中，每个待控制的装置都配有专用控制器，并且各个控制器由网络连接起来，以控制整个车辆的动作。但是，根据这种方法，每个待控制装置的控制器使用由专用硬件构成的控制器。因此，需要单独设计软件，而且软件设计本身就很复杂。此外，还可能致使控制器的一些性能，例如，通信性能，在多个控制器中变为通用。但是，由一个控制器控制的装置局限于特定的装置，或者控制器的安装位置被限制在预定的位置处，并且只有适合该特定安装位置的特定待控制装置被控制。因此，硬件的通用性就不够了。另外，软件本身需要事先为每个控制器单独构建，并且在发生故障时，可维护性与具有专用硬件的控制器相比，保持不变。即，传统的控制器还没有实现硬件本身的完全通用，并且需要独立构建适应于作为控制对象的待控制装置的软件。因此，没有一个传统的控制器是可简单地转换以用在任何待控制的装置上。

特别是前述的重型工业车辆，用在苛刻的工作条件下，如果局部故障使整个车辆的动作停止，就会显著地妨碍工作。所以，人们希望在发生局部故障的情况下，能执行最小功能，以便不会妨碍工作，并且也能迅速地执行维修操作。

本发明是针对上述问题完成的。本发明的目的是为重型工业车辆提供一种控制器，该控制器有很多输入/输出功能，高度通用，并且其中的软件容易改变。

解决问题的手段

为了解决上述问题，根据本发明的权利要求1，用于重型工业车辆的控制器是在装备有执行预定工作的工作机的重型工业车辆中提供的多个控制器；这些控制器彼此独立地控制多个待控制的装置，包括工作机、设置在重型工业车辆中的装置；这些控制器的特征在于多个控制器的硬件配置是完全通用的。

具体地，不仅使每个控制器内部的硬件配置是通用的，而且使放置的位置以及用作传给和来自外部待控制装置的输入和输出信号(例如，串行信号、模拟信号和数字信号)接口的连接器的数量等都是通用的。根据待控制装置，要求的输入和输出信号的类型、容量(如电压)和数量不相同。但是，最高要求的类型、容量和数量是通用的。

根据权利要求2，解决上述问题的用于重型工业车辆的控制器是用于重型工业车辆的上述控制器，其特征在于多个控制器通过网络互相连接。

作为所述网络，主要用于汽车的CAN(控制器区域网)总线将控制器连接在一起。特别是具有几Mbps或更大速率的高速CAN总线是希望的。

根据权利要求3，解决上述问题的用于重型工业车辆的控制器是上述用于重型工业车辆的控制器，其特征在于用于控制每个待控制装置的软件具有分层结构，位于下层用于直接控制每个待控制装置的驱动器软件是通用的，并且只有位于上层的使用驱动器软件的应用软件根据每个待控制装置的功能是不同的。

根据权利要求4，解决上述问题的用于重型工业车辆的控制器是上述用于重型工业车辆的控制器，其特征在于提供重写手段，使得只有应用软件可重写。

根据权利要求5，解决上述问题的用于重型工业车辆的控制器是上述用于重型工业车辆的控制器，其特征在于提供受限操作手段，用于能够通过其它控制器操作，这样，即使用于控制工作机的控制器出现故障或未连接到网络，至少重型工业车辆可以被运行。

即，设置被称为退化模式的受限操作手段，由此即使多个控制器中的一个发生故障或未连接到网络时，也能执行受限操作，这允许车辆运行。该受限操作的对象不仅仅限于车辆运行。例如，为了保证安全，可将工作机的动作限制到可被操作的最低要求的动作。

发明的效果

根据本发明，使得用于控制待控制装置的多个控制器的每个硬件是通用的。因此，通过只改变安装的软件，可切换控制的对象，并且可将具有已改变软件的控制器转换以用在选择的装置上。结果，可减少用在重型工业车辆内的部件的类型。此外，由于大规模生产的经济性的缘故，硬件的通用性可实现单位价格的下降。

根据本发明，多个控制器通过网络(CAN总线)互相连接。因此，控制功能可分布在多个控制器之间，也能改进安置位置的自由度。即，根据重型工业车辆的车体的设计，可灵活选择控制器的安装位置。与传统的重型工业车辆相比较，控制器的分布式布置能显著地减少用于液压选择阀和许多信号连接的操作输入和输出的车内配线。同样，取得了削减配线成本和装备成本的效果。还产生了防止故障的效果，诸如工作机或具有滑动机构的驾驶室的传感器信号线的断裂或不良接触。

根据本发明，获得了每个控制器的硬件的通用性，以及在具有分层结构的软件中，用于直接控制待控制的装置的下层驱动器软件的通用性。因此，通过只改变上层使用驱动器软件的应用软件，具有由此改变的应用软件的控制器可被用作控制不同的待控制装置的控制器。所以，在一个控制器受损的情况下，利用重写手段，如维护工具，只重写应用软件。如果进行这样的重写，用于控制其他待控制装置的控制器可被用作控制所希望的待控制装置的控制器的可选部件。由此，可减少急救所要求的步骤和时间。

根据本发明，即使一个控制器，例如用于控制诸如吊具之类的工作机的控制器，出现故障或未连接到网络，其他控制器也会实现重型工业车辆的车体控制和驾驶室操作，从而允许受限操作，如运行操作(退化模式)。所以，在运输、装配或维护时，即使在工作机被拆除的期间，车辆的运行也变得可能。

附图说明

图1是示出了配置示例的图，示例中使用了根据本发明的用于重型工业车辆的控制器。

图2是示出了根据本发明的用于重型工业车辆的控制器的输入/输出信号的构成示例的表。

图3是示出了根据本发明的用于重型工业车辆的控制器的逻辑配置的示例的图。

图4是示出了根据本发明的用于重型工业车辆的控制器中发生故障时的过程的流程图。

图5是示出了根据本发明的用于重型工业车辆的控制器中发生故障时的另一过程的流程图。

标号的描述

1前轮，2后轮，3车体，4机座，5转臂油缸，6悬臂，7支臂，8锁销，9吊具，10驾驶室

具体实施方式

根据本发明的用于重型工业车辆的控制器控制重型工业车辆中的多个待控制的装置。这些控制器中每一个的硬件被做成通用的，软件的基本特征也被做成通用的，并且只有软件的最少必要特征被构建为适合待控制的装置。因此，控制器的软件可被容易地改变。不管作为控制对象的待控制装置如何，可容易地转换控制器以用于任何待控制的装置。

即使其他控制器发生故障，根据本发明的用于重型工业车辆的控制器通过预定的过程进入退化模式，从而仅执行受限操作，例如运行操作。

实施例1

图1是示出了配置示例的图，示例中使用了根据本发明的用于重型工业车辆的控制器。

本发明中，用叉车作为示例来解释重型工业车辆。但是，本发明不仅局限于此，还能被应用到其他的重型工业车辆，诸如重型叉式装卸车和机动平路机。

如果简短地解释，叉车是重型的货物装卸车辆，用于码头集装箱的装载和卸载或移动等。叉车成本低，转弯容易，对集装箱的移动距离没有限制。叉车不但能够获取放置在前面的集装箱，而且能够获取位于后面的集装箱，故而是十分方便的转运和移动集装箱的货物装卸车辆。

如图1所示，叉车具有：车体3，所述车体3安装有两个前轮1和两个后轮2；悬臂6，设置在车体3之上，以便由转臂油缸5绕机座4可倾斜；支臂7，设置在悬臂6内，以便可伸缩，并由设置在悬臂6内的伸缩筒(未示出)伸展或收缩；以及吊具9，所述吊具9设置在支臂7的前端部分，适于能够进行伸展和收缩运动、旋转运动、倾斜运动和平行运动，并且能够用四个锁销8保持集装箱。驾驶室10被安放在车体3的上表面和悬臂6的下面，工作期间，其安放位置处的能见性是足够的。操作员能利用驾驶室10内的操作面板，执行叉车本身的移动动作，或用于集装箱的保持动作或者安装动作。

在重型工业车辆中，工作机如此配置以便能够执行预定的工作过程。在叉车中，例如吊具9用作工作机。作为控制器，叉车有控制吊具9的控制器11；控制车辆以移动车辆的控制器13；以及用于控制通过操作员执行的操作的控制器12。这些控制器彼此独立地分别控制作为待控制装置的吊具9、车体3和驾驶室10。另外，叉车具有显示器和J/S(操纵杆)14，用来向操作员指示信息，并指示来自操作员的操作员操纵。这些控制器通过高速CAN总线网络(以下简称为CAN)15互相连接。每个控制器实时地互相交换必要的控制信息，并为每个待控制的装置执行控制操作。控制器13作为主控制器，监控另外的控制器11和12，并以整体方式控制整个车辆。即，这三个通过CAN 15互联的控制器构成具有分布于三者间的性能或功能的所谓的分布式网络。

上述控制器每一个都包括CPU(处理电路)、存储区(具有包含控制软件和数据的ROM以及用作算术工作区的RAM)以及作为输入和输出信号的处理电路的I/F(接口)电路。

与传统的、单独地控制所有待控制的装置的控制器相比，因为将多个控制器构造成分布式网络，可将控制器安排在待控制的装置附近。所以可显著地减少控制器和待控制的装置之间的配线。再者，由于可通过唯一的CAN电缆交换控制信号，故简化了装置之间的结构。所以，可显著减少装配所需的工时数量，并且可减少配线本身，这样可降低由于配线断裂等导致的故障率。此外，发生故障时的快速反应也变得可能。

在图1示出的叉车中，控制吊具的控制器11、驾驶室I/O的控制器和用于车体控制的控制器13具有完全通用的硬件配置，并使用完全通用的驱动器软件来设置硬件的操作和直接开动控制装置。但是，使用驱动器软件来控制待控制装置的应用软件是各个不同控制器中唯一不同的工具。例如，控制吊具的动作的控制器11具有吊具控制软件作为应用软件，控制来自操作员的操作的控制器12具有驾驶室I/O软件作为应用软件，以及控制车体的动作的控制器13具有车体控制软件作为应用软件。这些特征的细节将稍后给出。

在上述特征中，控制吊具9的动作的控制器11通过工作机I/F 16，向吊具的各个控制装置发送控制信号，来驱动发动机，并获取来自传感器的探测信号，来探测吊具的动作状态，例如，锁销的位置、吊具的倾斜角度等。此外，控制器11点亮警告灯来指示操作正在进行。控制器11也使用工作机电磁控制17，以对电磁阀执行动作控制，从而控制液压缸的动作，以实现吊具9的伸展和收缩动作以及倾斜动作。

控制器12通过操作员I/F 18获取来自驾驶室10的输入信号，诸如加速踏板和刹车踏板，并通过CAN 15向控制器11和13传送控制信息，来控制车辆3和吊具9的动作。

控制器13通过车辆整体控制19负责车辆的整体控制，并利用车体I/F 19控制车体3。另外，控制器13用悬臂伺服阀控制20执行对悬臂6的动作控制，用T/M(传动)电磁阀控制21执行对T/M的动作控制，并用发动机控制22执行对发动机的动作控制，具体地，是对发动机的油压的控制和对电池的控制。

显示器和J/S 14的配置可与上述控制器中的任何一个的配置类似。但是，不像其他的控制器，显示器和J/S14不需要包含很多类型的输入和输出信号，但需要在显示器上给出用于指示的输出信号。因此，显示器和J/S 14用专用控制器向显示器发布信号，并从J/S获取信号。即使在这个示例中，显示器和J/S 14具有通用的通信性能，并能独立于控制器11、12和13，通过CAN 15交换控制信号和车辆信息。具体地，利用从控制器11和控制器13获取的车辆信息，在显示器14上指示信息，诸如在吊具的操作期间车辆的姿势和错误码。此外，专用控制器获取从J/S 14输入的来自操作员的操作员操纵。专用控制器通过CAN 15向控制器11和13传送此操作信息来控制吊具9的动作和车辆3的动作。

在上述配置的叉车中，驾驶室10内的操作员在参考在显示器14上彩色显示的工作状况(货物的装配形式、车辆的姿势、集装箱的重量、悬臂的角度、支臂的伸缩等等)和车辆状况(发动机的旋转速度、车辆的速度等等)同时，操作驾驶室10的操作面板上的J/S 14来执行车体3的移动动作、悬臂6的倾斜动作、支臂7的伸缩动作，以及吊具9的伸缩动作、旋转动作和保持动作。例如，在吊着集装箱的运行中，执行这样的控制，使得车体3能运行，同时使吊具9处于能够运行的稳定姿势。车辆的稳定状态在显示器14上显示。例如，如果上坡等有可能破环车辆的稳定姿势，就执行控制以便马上发布警告来自动地或手动地保持稳定姿势。

图2示出了根据本发明的用于重型工业车辆的控制器的输入/输出信号的构成示例。

为了相比较，本图中的表也示出了用在普通叉车、重型F/L(叉式装卸车)和M/G(机动平路机)中的控制器所要求的输入/输出信号的构成。

具体地，根据本发明的用于重型工业车辆的控制器具有：用于来自待控制装置的脉冲输入信号的4个连接；每一个分别用于同步模式、异步模式和CAN的串行信号的1个连接；用于给伺服阀的输出信号的5个连接；用于到电磁阀的输出的12个连接；用于模拟输入信号的12个连接；用于模拟输出的2个连接；用于接触器输入(24V)的24个连接；用于接触器输入(5V)的8个连接；用于接触器输出(24V)的13个连接；用于接触器输出(5V)的5个连接。这些是待控制装置必需的用于输入和输出的最大数目的连接，并且对于这些控制器都是通用的。向接触器的输入以及来自接触器的输出(如电压等)的容量也是要求的最大容量，并且对于控制器都是通用的。这些值对应于满足在图2中通用控制器右边的栏中列出的普通叉车要求的规格。同时，这些值也充分满足所列的重型F/L和M/G的规格，并可应用于其他重型工业车辆和叉车。

即，为了控制器之间硬件的通用性，不但使控制器内的硬件配置，而且使用于输入和输出信号的连接器都是通用的，并使它们的排列位置也完全相同。此外，每个控制器都被完全装箱，以改进防尘属性，并且在替换控制器时，替换控制器的连接器就够了，由此实现预定的动作。

图3示出了根据本发明的用于重型工业车辆的控制器的逻辑配置的示例。

图3演示了用于执行车辆控制的控制器的逻辑配置示例。但是，除了与应用软件相对应的车辆控制模块部分，用于吊具控制和驾驶室控制的控制器具有完全相同的配置。

在根据本发明的用于重型工业车辆的控制器的逻辑配置中，具体地，与硬件相对应的CPU和I/F电路的结构完全通用。不但与物理配置(即，硬件)相对应的部分，而且与控制器内部的硬件的设置(具体地，用于时钟、动作模式、CPU终端功能、脉冲计数器、PWM(脉冲宽度调制器)功能和A/D转换模式的设置)相对应的部分的配置都是完全通用的，并且用所谓的微型计算机层作为通用平台。

此外，将构成软件的应用层区域建成分层结构，并且将应用层的低层，即，具有用于直接从待控制装置接收或向待控制装置输出控制信号的驱动器软件的驱动器模块，建成完全通用的配置。具体地，将一般I/O、伺服阀电流控制PWM输出、脉冲转换和A/D转换用作通用配置。控制器之间的驱动器模块和微型计算机层具有完全相同的配置。在另一方面，作为应用层的上层并使用驱动器软件的控制模块，例如，如果控制模块是车辆控制模块，具有用于车辆控制的应用软件。根据车辆控制模块控制的待控制装置，车辆控制模块的配置变得不一样。具体地，车辆控制模块具有用于实现车辆速度计算、传送控制、发动机控制、开关/灯控制和货物装卸/工作机控制的软件。即，在吊具的情况下给控制模块的这一部分安装用于吊具控制模块的应用软件，或在驾驶室的情况下给控制模块的这部分安装用于驾驶室控制模块的应用软件。此外，根据待控制的装置，只替换这一控制模块部分，由此控制模块部分能够用作任何控制器，并且容易将其转换使用。

通用驱动器模块(驱动软件)被保存在控制器内部的ROM(只读存储器)中。在驱动器模块之上的层次的控制模块使用此驱动器模块来控制待控制的装置的动作。根据预定过程，控制模块(应用软件)可重写，并将其保存在可重写ROM(如，闪速ROM)中。

其次，将参考图4和图5所示的流程图，描述在控制器中有故障的情况下的过程。

例如，图4的流程图示出了在用于吊具控制的控制器中有故障的情况下，用于退化模式的过程。

(步骤S1)

验证校验驾驶室10内的显示器14上的故障探测错误码。此时，确认所述码是显示用于吊具的控制器中的故障的错误码。

(步骤S2)

开启驾驶室10内的操作面板上的互锁释放键SW。

(步骤S3)

确认故障探测错误码没有在驾驶室10内的显示器14上显示。如果吊具控制器中有故障，互锁释放键SW不管吊具控制器中的错误，瞬时地释放互锁，而不是禁止吊具9本身的操作。在这种情况下，也瞬时地停止显示器14上的故障探测错误码的显示。

(步骤S4)

执行操作，并且互锁释放键SW保持开启。即，禁止吊具9的操作，并实现其它操作，例如，只是用于车辆的运行的操作。这是退化模式(受限操作手段)，即使在三个控制器中的一个没有被连接，或没有例如吊具9之类的操作机的状态下，退化模式也能进行受限操作。在叉车中，根据退化模式，使车辆能够运行，并将吊具9定位在安全的位置。

(步骤S5)

切断车辆的电源。

(步骤S6)

在完成吊具控制器的修理或替换之后，关闭互锁释放键SW(移开所述键)。然后，确认故障探测错误码没有在驾驶室10内的显示器14上显示。

图5的流程图示出了在用于控制吊具9之外的其它构件的控制器中有故障的情况下，用于退化模式的过程。

(步骤S11)

验证驾驶室10的显示器14上的故障探测错误码。此时，确认所述码是显示用于吊具之外的其它构件的控制器(例如，车体控制器)中的故障的错误码。

(步骤S12)

切断车辆的电源。

(步骤S13)

将吊具控制器和有故障的车体控制器都拆除，并将吊具控制器附加成车体控制器，用作新的车体控制器。

(步骤S14)

将新的车体控制器的模式SW切换到软件安装模式(重写装置)。

(步骤S15)

接通车辆的电源。

(步骤S16)

将安装电缆和PC(计算机)连接到新的车体控制器，以为其安装应用软件。

(步骤S17)

切断车辆的电源。

(步骤S18)

将新的车体控制器的模式SW切换到RUN模式(常态)。

(步骤S19)

开启车辆的电源。然后，执行以图4所示流程图中的步骤S2为开始的过程(图4中的点A)。

工业适用性

本发明不局限于叉车，而是可以被应用于其它重型工业车辆，包括重型叉式装卸车和机动平路机。

Claims (5)

1.一种用于重型工业车辆的控制器，所述控制器是设置在所述重型工业车辆中的多个控制器，所述重型工业车辆设有用于执行预定工作的工作机，所述多个控制器适于彼此独立地控制多个待控制的装置，包括所述工作机、所述重型工业车辆中设置的所述装置，所述控制器的特征在于

所述多个控制器的硬件配置是完全通用的。

2.根据权利要求1所述的用于重型工业车辆的控制器，其特征在于

所述多个控制器通过网络互相连接。

3.根据权利要求1或2所述的用于重型工业车辆的控制器，其特征在于

用于控制每个所述待控制装置的软件具有分层结构，位于下层用于直接控制每个所述待控制装置的驱动器软件是通用的，并且只有利用所述驱动器软件的位于上层的应用软件根据每个所述待控制装置的功能是不同的。

4.根据权利要求3所述的用于重型工业车辆的控制器，其特征在于

提供重写手段，使得只有所述应用软件可重写。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的用于重型工业车辆的控制器，其特征在于

提供受限操作手段，用于能够让其它的所述控制器操作，从而即使用于控制所述工作机的所述控制器有故障或没有连接到所述网络，至少所述重型工业车辆也能够被运行。

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