CN203958041U - 基于can总线的防爆电动胶轮车无主式电控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于CAN总线的防爆电动胶轮车无主式电控系统，包括电源模块、总开关、动力电机控制器、动力电机、辅助电机控制器、辅助电机、DC电源、车灯控制器、车灯、本安隔离电源、钥匙开关、传感器、监控主机、显示器、油门控制器、电子油门、开关控制器、启/停开关、进/退开关和车灯开关和CAN总线；电源模块、动力电机控制器、辅助电机控制器、车灯控制器、监控主机、显示器、油门控制器以及开关控制器通过CAN总线通信互联。本实用新型整车电气稳定性和工作可靠性好，通信效率高，能有效减少矿方因井下车辆故障拥堵所造成的经济损失。

Description

基于CAN总线的防爆电动胶轮车无主式电控系统

技术领域

本实用新型涉及电动胶轮车的电控系统技术领域，具体涉及一种基于CAN总线的防爆电动胶轮车无主式电控系统。

背景技术

传统的煤矿井下辅助运输多采用以柴油机为动力的防爆无轨胶轮车。柴油机胶轮车在狭小的矿井巷道内，存在着“高排放、高油耗、高噪音、低效率”的三高一低缺点；因而逐步被环保的矿用防爆纯电动胶轮车所取代。目前的防爆电动胶轮车一般均采用电气集中式控制系统或在车上安装负责处理信号、控制各电器部件以及分配动力等工作的整车控制器一类的核心主控装置，车上诸多传感器、控制器等部件均和核心主控装置连接或通信，核心主控装置处于电气连接或数据流的交汇点。其不足之处在于：一是由于该主控装置运算负担重、数据吞吐量大，容易造成通信延时，通信效率不高；二是对于集中式电控系统，各相关控制部件均和核心主控装置相连接，将会导致主控装置接线繁杂，而繁杂的接线容易产生电磁兼容问题，造成信号干扰；三是矿用防爆电动胶轮车上大功率电器及其控制器都需要设计成隔爆型，按照煤矿安全规定，和这些隔爆电器发生电气连接的其它电器，要么也设计成隔爆型，或者使用隔离电路，如电子油门为了控制隔爆型动力电机控制器，要么也设计成隔爆型，要么在隔爆型动力电机控制器一头采用模拟量隔离电路，前者会使原本轻巧的电子油门变得庞大沉重，不适合驾驶室安装；后者会增加电子油门到控制器的电缆长度，且模拟量隔离电路会增加信号畸变的风险。

上述存在的不足或问题，在煤矿井下复杂工况下，容易导致主控装置等发生故障，从而造成整车陷入瘫痪，而按照煤矿安全规程，电器部件不能在井下开盖检修，只能由拖车拖回地面。由于矿井巷道空间狭小，车辆往返频繁，一旦有车辆发生故障停在巷道内，将会造成巷道拥堵，给矿方造成经济损失。

实用新型内容

本实用新型的目的是：克服现有技术的不足，提供一种通过CAN总线将各相关控制部件连接，使得各控制部件之间接线相对简单，使用时将整车的数据运算任务分摊到各相关控制部件，避免出现某一部件运算负担过重的现象，从而有效提高整车通信效率和信号传输实时性及工作可靠性的基于CAN总线的防爆电动胶轮车无主式电控系统。

本实用新型的技术方案是：本实用新型的基于CAN总线的防爆电动胶轮车无主式电控系统，包括电源模块、总开关、动力电机控制器、动力电机、辅助电机控制器、辅助电机、DC电源、车灯控制器、车灯、本安隔离电源、钥匙开关、传感器、监控主机、显示器、油门控制器、电子油门、开关控制器、启/停开关、进/退开关和车灯开关；

上述的电源模块通过总开关为动力电机控制器、辅助电机控制器和DC电源供电；DC电源为车灯控制器和本安隔离电源供电；本安隔离电源为监控主机供电，并通过钥匙开关为显示器、油门控制器和开关控制器供电；

动力电机控制器与动力电机控制信号电连接并为动力电机供电；辅助电机控制器与辅助电机控制信号电连接并为辅助电机供电；车灯与车灯控制器电连接；传感器与监控主机信号电连接；电子油门与油门控制器信号电连接；启/停开关、进/退开关和车灯开关分别与开关控制器信号电连接；其结构特点是：还包括CAN总线；

上述的电源模块、动力电机控制器、辅助电机控制器、车灯控制器、监控主机、显示器、油门控制器以及开关控制器通过 CAN总线通信互联。

进一步的方案是：上述的电源模块、动力电机控制器、辅助电机控制器、车灯控制器、监控主机、显示器、油门控制器以及开关控制器均分别设有总线隔离接口。

进一步的方案还有：上述的电源模块、总开关、动力电机控制器、动力电机、辅助电机控制器、辅助电机、DC电源、车灯控制器和车灯均为隔爆电器；

本安隔离电源、钥匙开关、传感器、监控主机、显示器、油门控制器、电子油门、开关控制器、启/停开关、进/退开关和车灯开关均为本质安全型电器。

本实用新型具有积极的效果：（1）本实用新型的基于CAN总线的防爆电动胶轮车无主式电控系统，通过采用CAN总线将胶轮车的各相关控制部件通信连接，从而有效克服了现有技术中主控装置与各相关控制部件接线繁杂容易产生电磁兼容、信号干扰问题；提高整车电气稳定性和工作可靠性。（2）本实用新型的基于CAN总线的防爆电动胶轮车无主式电控系统，不同于现有技术的主从通信模式，采用无主通信模式，使用时各相关控制部件各自完成相应的传感器、开关的AD转换或通断判断，并将运算结果发送至CAN网络，避免出现某一部件运算负担过重的现象，从而大幅提高了车载网络对相关信号响应的实时性，通信效率大为提高；（3）本实用新型的基于CAN总线的防爆电动胶轮车无主式电控系统，只要电池管理系统、动力电机系统和电子油门不发生致命故障，车辆就能挪动，从而较之现有技术，能够最大程度地避免因车辆故障趴窝引起巷道拥堵，减少矿方因井下车辆故障拥堵所造成的经济损失。

附图说明

图1为本实用新型的电气结构示意图；

图2为本实用新型在使用时信息数据流向示意图。

上述附图中的附图标记如下：

电源模块1，总开关2，动力电机控制器3，动力电机4，辅助电机控制器5，辅助电机6，DC电源7，车灯控制器8，车灯9，本安隔离电源10，钥匙开关11，传感器12，监控主机13，显示器14，油门控制器15，电子油门16，开关控制器17，启/停开关18，进/退开关19，车灯开关20，CAN总线21。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

（实施例1）

见图1，本实施例的基于CAN总线的防爆电动胶轮车无主式电控系统，主要由电源模块1、总开关2、动力电机控制器3、动力电机4、辅助电机控制器5、辅助电机6、DC电源7、车灯控制器8、车灯9、本安隔离电源10、钥匙开关11、传感器12、监控主机13、显示器14、油门控制器15、电子油门16、开关控制器17、启/停开关18、进/退开关19、车灯开关20和CAN总线21组成。

电源模块1通过总开关2为动力电机控制器3、辅助电机控制器5和DC电源7供电；DC电源7为车灯控制器8和本安隔离电源10供电；本安隔离电源10为监控主机13供电，并通过钥匙开关11为显示器14、油门控制器15和开关控制器17供电。

动力电机控制器3与动力电机4控制信号电连接并为动力电机4供电；辅助电机控制器5与辅助电机6控制信号电连接并为辅助电机6供电；车灯9与车灯控制器8电连接；传感器12与监控主机13信号电连接；电子油门16与油门控制器15信号电连接；启/停开关18、进/退开关19和车灯开关20分别与开关控制器17信号电连接。

电源模块1、动力电机控制器3、辅助电机控制器5、车灯控制器8、监控主机13、显示器14、油门控制器15以及开关控制器17通过 CAN总线21通信互联。

前述的电源模块1、总开关2、动力电机控制器3、动力电机4、辅助电机控制器5、辅助电机6、DC电源7、车灯控制器8和车灯9均为隔爆电器。

本安隔离电源10、钥匙开关11、传感器12、监控主机13、显示器14、油门控制器15、电子油门16、开关控制器17、启/停开关18、进/退开关19和车灯开关20均为本质安全型电器。

前述的电源模块1、动力电机控制器3、辅助电机控制器5、车灯控制器8、监控主机13、显示器14、油门控制器15以及开关控制器17均分别设有总线隔离接口，其与CAN总线21的通信连接通过总线隔离接口进行连接。

电源模块1包括动力电池组和电池管理系统。

（应用例）

前述实施例1的基于CAN总线的防爆电动胶轮车无主式电控系统，其在使用时，工作原理和工作过程简述如下：

参见图2，驾驶员上车后，打开总开关2，全车所有隔爆型电器和监控主机13上电。监控主机13上电后进行自检，并通过传感器12检查周围环境是否允许启车，检查结果在CAN总线20上通过数据流a发送给动力电机控制器3；动力电机控制器3根据监控主机13的检查结果来决定是否允许驾驶员启车；驾驶员打开钥匙开关11，车上的本质安全型电器全部上电；油门控制器15以恒定周期通过CAN总线21向动力电机控制器3发送数据流b，告诉动力电机控制器3驾驶员的操作。如果监控主机13允许启车，驾驶员可以按下启/停开关18，此时开关控制器17通过CAN总线21将该操作的信号通过数据流c发送给油门控制器15，油门控制器15再通过数据流b发送至动力电机控制器3，动力电机4进入待机状态；同时开关控制器17通过CAN总线21将该操作的信号通过数据流d发送给辅助电机控制器5，辅助电机6直接启动，为全车液压系统和冷却系统提供动力。

    驾驶员将进/退开关19的拨杆拨到相应位置，踩下电子油门16，车辆便相应地前进或后退。数据流同上，不再累述。

电子油门16为本安电器，输出的是电位信号，由本安型油门控制器进行AD转换，并将相应的数字信号以数据流b的形式通过CAN总线21发送到带总线隔离接口的动力电机控制器3。动力电机控制器3所接收的均为经过处理的数字信号，无需再进行AD转换或高低电平、开关通断之类的判断，从而最大程度地减小其运算负担。动力电机控制器3将动力电机4的转速、绕组温度等参数通过数据流e反馈给油门控制器，油门控制器由此判断是应该给出电动指令还是发电（能量回馈）指令；同时通过数据流f发送给显示器14，使驾驶员可以了解这些参数。

监控主机13在电动胶轮车运行过程中负责采集处理全车的传感器12的信号，将处理后的数据通过数据流g发送给显示器14，并实时监测周围环境。一旦发现问题，监控主机13将根据问题严重程度做出相应处置：通过数据流a发送停车指令给动力电机控制器3，使车辆立即停止运行；或者通过数据流h发送断电指令给电源模块1，切断整车电源。

如果监控主机13发生故障，可以按照相关规定或用户要求，通过软件设置来屏蔽监控主机13并保持动力，或者直接切断动力。

驾驶员在驾驶电动胶轮车的过程中，可以操作车灯开关20，由开关控制器17将车灯开关状态转换为数字信号并通过数据流i发送给车灯控制器8，由车灯控制器8驱动车灯9；车灯控制器8将车灯的工作状态信息通过数据流j反馈到显示器14进行显示。  

电源模块1将电池的相关信息通过数据流k实时发送给油门控制器15，由油门控制器15结合动力电机4的转速、电子油门16的状态来判断是否进行能量回收；同时电源模块1将电池的相关信息通过数据流l实时发送给显示器14进行显示。

综上所述，本实用新型的基于CAN总线的防爆电动胶轮车无主式电控系统，通过采用CAN总线将胶轮车的各相关控制部件通信连接，从而有效克服了现有技术中主控装置与各相关控制部件接线繁杂容易产生电磁兼容、信号干扰问题；提高整车电气稳定性和工作可靠性；采用不同于现有技术的主从通信模式的无主通信模式，使用时各相关控制部件各自完成相应的传感器、开关的AD转换或通断判断，并将运算结果发送至CAN网络，避免出现某一部件运算负担过重的现象，从而大幅提高了车载网络对相关信号响应的实时性，通信效率大为提高；只要电池管理系统、动力电机系统和电子油门不发生致命故障，车辆就能挪动，从而较之现有技术，能够最大程度地避免因车辆故障趴窝引起巷道拥堵，减少矿方因井下车辆故障拥堵所造成的经济损失。

以上实施例是对本实用新型的具体实施方式的说明，而非对本实用新型的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变换和变化而得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应该归入本实用新型的专利保护范围。

Claims (3)

1.一种基于CAN总线的防爆电动胶轮车无主式电控系统，包括电源模块（1）、总开关（2）、动力电机控制器（3）、动力电机（4）、辅助电机控制器（5）、辅助电机（6）、DC电源（7）、车灯控制器（8）、车灯（9）、本安隔离电源（10）、钥匙开关（11）、传感器（12）、监控主机（13）、显示器（14）、油门控制器（15）、电子油门（16）、开关控制器（17）、启/停开关（18）、进/退开关（19）和车灯开关（20）；

所述的电源模块（1）通过总开关（2）为动力电机控制器（3）、辅助电机控制器（5）和DC电源（7）供电；DC电源（7）为车灯控制器（8）和本安隔离电源（10）供电；本安隔离电源（10）为监控主机（13）供电，并通过钥匙开关（11）为显示器（14）、油门控制器（15）和开关控制器（17）供电；

动力电机控制器（3）与动力电机（4）控制信号电连接并为动力电机（4）供电；辅助电机控制器（5）与辅助电机（6）控制信号电连接并为辅助电机（6）供电；车灯（9）与车灯控制器（8）电连接；传感器（12）与监控主机（13）信号电连接；电子油门（16）与油门控制器（15）信号电连接；启/停开关（18）、进/退开关（19）和车灯开关（20）分别与开关控制器（17）信号电连接；其特征在于：还包括CAN总线（21）；

所述的电源模块（1）、动力电机控制器（3）、辅助电机控制器（5）、车灯控制器（8）、监控主机（13）、显示器（14）、油门控制器（15）以及开关控制器（17）通过 CAN总线（21）通信互联。

2.根据权利要求1所述的基于CAN总线的防爆电动胶轮车无主式电控系统，其特征在于：所述的电源模块（1）、动力电机控制器（3）、辅助电机控制器（5）、车灯控制器（8）、监控主机（13）、显示器（14）、油门控制器（15）以及开关控制器（17）均分别设有总线隔离接口。

3.根据权利要求1所述的基于CAN总线的防爆电动胶轮车无主式电控系统，其特征在于：所述的电源模块（1）、总开关（2）、动力电机控制器（3）、动力电机（4）、辅助电机控制器（5）、辅助电机（6）、DC电源（7）、车灯控制器（8）和车灯（9）均为隔爆电器；

本安隔离电源（10）、钥匙开关（11）、传感器（12）、监控主机（13）、显示器（14）、油门控制器（15）、电子油门（16）、开关控制器（17）、启/停开关（18）、进/退开关（19）和车灯开关（20）均为本质安全型电器。