专利名称：一种基于can总线的挖掘机电气部件的控制系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种控制技术，尤其涉及一种基于CAN总线的挖掘机电气部件的控制系统及方法。
背景技术：
CAN是控制器局域网络(Controller Area Network，CAN)的简称，是由研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发，并最终成为国际标准(IS011898)，是国际上应用最广泛的现场总线之一。在北美和西欧，CAN总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线，并且拥有以CAN为底层协议专为大型货车和重工机械车辆设计的J1939协议。近年来，其所具有的高可靠性和良好的错误检测能力日益受到重视，被广泛应用于汽车计算机控制系统和环境温度恶劣、电磁辐射强和振动大的工业环境。但在工程机械行业，CAN总线技术的应用还远远比不上汽车行业。挖掘机作为工程机械行业中的重要组成产品，其电气控制技术也正朝着高精度、高智能化的方向不断发展。 其中仍然存在的技术问题有(1)目前大多数挖掘机电气控制中的数据传输和交换主要通过硬线连接实现，这样，随着电气部件的增多，整机线束也会随之日益繁琐，给设计、安装和维护带来很大的麻烦，故障率高，通讯可靠性差；(2)为了顺应全球环保节能趋势，越来越多挖掘机选择搭载欧III、欧IV电喷发动机，整机需要传输的信息量大幅增加，而这些信息大多是基于J1939协议的CAN报文，这就给不支持CAN通讯的挖掘机电气部件带来了很大的通讯障碍。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明的目的是提供一种基于CAN总线的挖掘机电气部件的控制系统及方法，通过CAN总线来实现整机数据传输，能有效地简化线束，提高通讯的稳定性和可靠性，满足欧III、欧IV发动机的通讯要求。本发明的目的是通过下述技术方案实现的
一种基于CAN总线的挖掘机电气部件的控制系统，包括主控制器、键盘、功率分配模块控制器、冷却系统控制器和发动机控制器，其中，所述主控制器、所述键盘、所述功率分配模块控制器、所述冷却系统控制器和所述发动机控制器之间通过CAN总线相互连接；所述主控制器完成整机控制工作，所述键盘通过CAN总线向所述主控制器发送开关指令，所述功率分配模块控制器集成了整机继电器和熔断器，通过CAN总线参与整机通讯，所述冷却系统控制器起控制液压风扇换向和调速的作用，所述发动机控制器通过CAN总线与所述主控制器通讯，从而实现再生控制。上述基于CAN总线的挖掘机电气部件的控制系统，其中，所述主控制器包括 再生控制模块，负责通过CAN总线解除禁止再生、禁止再生和手动再生；
工作灯控制模块，负责通过CAN总线接通或者断开动臂灯继电器或平台灯继电器及其键盘指示灯；喷水泵雨刮控制模块，负责通过CAN总线接通或断开喷水泵继电器及其键盘指示灯， 并通过CAN总线接通或断开低速雨刮继电器或高速雨刮继电器及其键盘指示灯； 液压风扇控制模块，负责通过CAN总线调节风扇转速；
故障诊断模块，负责通过CAN总线监测所述熔断器状态，诊断由所述熔断器断路引起的电气故障，并且在所有请求-应答式的通讯流程中通过解析应答帧的报文内容实现故障诊断功能。 一种如上述控制系统的基于CAN总线的挖掘机电气部件的控制方法，其中，包括再生控制方法，工作灯控制方法，喷水泵控制方法，雨刮控制方法，液压风扇控制方法和故障诊断方法，其中
所述再生控制方法包括禁止再生控制和手动再生控制，所述禁止再生控制是当所述再生控制模块监测到所述键盘中的禁止再生键被按下后，从所述发动机控制器接收报文判断若已进入禁止再生状态，则发送解除禁止再生报文，若未进入禁止再生状态，则发送禁止再生报文至所述发动机控制器；所述手动再生控制是当所述再生控制模块监测到所述键盘中的手动再生键被按下后，发送启动手动再生报文至所述发动机控制器；
所述工作灯控制方法是当所述工作灯控制模块通过CAN总线监测到所述键盘中的动臂灯或平台灯的按键被按下，向所述功率分配模块控制器发送CAN请求报文，所述功率分配模块控制器接收到请求后，反馈一帧应答报文，所述工作灯控制模块解析接收到的应答报文后判断动臂灯继电器或平台灯继电器的状态若所述动臂灯继电器或所述平台灯继电器未接通，则所述工作灯控制模块通过CAN总线发送控制指令至所述功率分配模块控制器和所述键盘，接通所述动臂灯继电器或所述平台灯继电器，并点亮所述动臂灯或所述平台灯的键盘指示灯；若继电器已接通，则所述工作灯控制模块通过CAN总线发送控制指令至所述功率分配模块控制器和所述键盘，断开所述动臂灯继电器或所述平台灯继电器，并熄灭所述动臂灯或所述平台灯的键盘指示灯；
所述喷水泵雨刮控制方法包括喷水泵控制方法和雨刮控制方法，所述喷水泵控制方法是当所述喷水泵雨刮控制模块监测到所述按键中的喷水泵键被按下时，通过CAN总线接通喷水泵继电器，并点亮相应喷水泵按键指示灯，当监测到所述喷水泵键松开时，所述喷水泵雨刮控制模块则断开所述喷水泵继电器，同时熄灭所述喷水泵按键指示灯；所述雨刮控制方法是所述喷水泵雨刮控制模块通过CAN总线监测雨刮按键被按下的次数，所述雨刮按键被第一次按下后发送CAN报文至所述功率控制模块控制器接通低速雨刮继电器，点亮低速雨刮键盘指示灯；所述雨刮按键被第二次按下后所述喷水泵雨刮控制模块通过CAN总线接通高速雨刮继电器，点亮高速雨刮键盘指示灯，同时断开所述低速雨刮继电器，并熄灭所述低速雨刮键盘指示灯；所述雨刮按键被第三次被按下后，断开所述高速雨刮继电器，并熄灭所述高速雨刮键盘指示灯，同时所述喷水泵雨刮控制模块置位于与所述雨刮控制模块对应的数字输出口，使雨刮复位后停止；
所述液压风扇控制方法是所述液压风扇控制模块通过CAN总线从所述发动机控制器读取发动机转速和柴油机微粒过滤器的再生状态以判断换向条件，当换向条件不满足时进入风扇自动调速控制，若换向条件满足，则所述液压风扇控制模块发送总线报文使风扇按键指示灯闪烁，同时发送禁止再生报文至所述发动机控制器，启动延时器，延时时间到后再次换向并恢复原转速，同时熄灭所述风扇按键指示灯，停止发送禁止再生报文；以及，所述故障诊断方法是所述故障诊断模块通过CAN总线监测所述熔断器状态，诊断由所述熔断器断路引起的电气故障，并且在所有请求-应答式的通讯流程中通过解析应答帧的报文内容实现故障诊断功能。上述基于CAN总线的挖掘机电气部件的控制方法，其中，在所述液压风扇控制方法中，若换向条件满足，则所述液压风扇控制模块发送总线报文使所述风扇按键指示灯以 l/2Hz频率闪烁。上述基于CAN总线的挖掘机电气部件的控制方法，其中，在所述液压风扇控制方法中，若换向条件满足，在启动所述延时器后，延时时间为36秒，其中前3秒切换最低转速， 3秒后风扇换向并提升到最大转速，30秒后重新降至最低转速，36秒延时时间到后再次换向并恢复原转速。与已有技术相比，本发明的有益效果在于
(1)通过CAN总线来实现整机数据传输，能有效地简化线束，提高通讯的稳定性和可靠
性；
(2)扩展了整机CAN网络，满足了欧III、欧IV发动机控制器与整机的总线通讯要求。
图1是本发明基于CAN总线的挖掘机电气部件的控制系统及方法中的控制系统的结构示意框图加是本发明基于CAN总线的挖掘机电气部件的控制系统及方法中的再生控制方法中的禁止再生的流程示意图2b是是本发明基于CAN总线的挖掘机电气部件的控制系统及方法中的再生控制方法中的手动再生的流程示意图
图3a和图北分别是本发明基于CAN总线的挖掘机电气部件的控制系统及方法中的动臂灯和平台灯控制方法的流程示意图4是本发明基于CAN总线的挖掘机电气部件的控制系统及方法中的喷水泵控制方法的流程示意图5是本发明基于CAN总线的挖掘机电气部件的控制系统及方法中的雨刮控制方法的流程示意图6是本发明基于CAN总线的挖掘机电气部件的控制系统及方法中的液压风扇控制方法的流程示意图。
具体实施例方式下面结合原理图和具体操作实施例对本发明作进一步说明。如图1所示，本发明基于CAN总线的挖掘机电气部件的控制系统，具体包括主控制器1、键盘2、功率分配模块控制器3、冷却系统控制器4和发动机控制器5，主控制器1、键盘2、功率分配模块控制器3、冷却系统控制器4和发动机控制器5之间通过CAN总线0相互连接。主控制器1完成整机控制工作，键盘2集成了带柴油机微粒过滤器的发动机再生、 工作灯、雨刮和风扇换向等控制按键，通过CAN总线0向主控制器1发送开关指令，功率分配模块控制器3集成了整机继电器和熔断器，通过CAN总线0参与整机通讯，冷却系统控制器4起控制液压风扇换向和调速的作用，发动机控制器5通过CAN总线0与主控制器1通讯，从而实现再生控制。 具体地，主控制器1包括再生控制模块，工作灯控制模块，喷水泵雨刮控制模块， 液压风扇控制模块和故障诊断模块，其中
再生控制模块负责通过CAN总线0解除禁止再生、禁止再生和手动再生，其包含再生控制方法，同时参看图1和图加所示，再生控制方法包括禁止再生控制和手动再生控制，禁止再生控制是当再生控制模块监测到键盘2中的禁止再生键被按下后，从发动机控制器5 (ECM)接收报文判断若已进入禁止再生状态，则发送解除禁止再生报文，若未进入禁止再生状态，则发送禁止再生报文至发动机控制器5 (ECM)；继续参看图2b所示，手动再生控制是当再生控制模块监测到键盘2中的手动再生键被按下后，发送启动手动再生报文至发动机控制器5 (ECM)，并持续点亮手动再生键指示灯30秒；
工作灯控制模块负责通过CAN总线接通或者断开动臂灯继电器或平台灯继电器及其键盘指示灯，其包含工作灯控制方法，同时参看图1和图3a、图北所示，工作灯控制方法是当工作灯控制模块通过CAN总线0监测到键盘中的动臂灯或平台灯的按键被按下，向功率分配模块控制器3发送CAN请求报文，功率分配模块控制器3接收到请求后，反馈一帧应答报文，工作灯控制模块解析接收到的应答报文后判断动臂灯继电器或平台灯继电器的状态若动臂灯继电器或平台灯继电器未接通，则工作灯控制模块通过CAN总线0发送控制指令至功率分配模块控制器3和键盘2，接通动臂灯继电器或平台灯继电器，并点亮动臂灯或平台灯的键盘指示灯；若动臂灯继电器或平台灯继电器已接通，则工作灯控制模块通过 CAN总线0发送控制指令至功率分配模块控制器3和键盘2，断开动臂灯继电器或平台灯继电器，并熄灭动臂灯或平台灯的键盘指示灯；
喷水泵雨刮控制模块负责通过CAN总线0接通或断开喷水泵继电器及其键盘指示灯， 并通过CAN总线0接通或断开低速雨刮继电器或高速雨刮继电器及其键盘指示灯，其包含喷水泵雨刮控制方法，具体包括喷水泵控制方法和雨刮控制方法。请同时参看图1和图4所示，喷水泵控制方法是当喷水泵雨刮控制模块监测到按键中的喷水泵键被按下时，通过CAN 总线0接通喷水泵继电器，并点亮相应喷水泵按键指示灯，当监测到喷水泵键松开时，喷水泵雨刮控制模块则断开喷水泵继电器，同时熄灭喷水泵按键指示灯；请同时参看图1和图 5所示，雨刮控制方法是喷水泵雨刮控制模块通过CAN总线0监测雨刮按键被按下的次数， 雨刮按键被第一次按下后发送CAN报文至功率控制模块控制器3接通低速雨刮继电器，点亮低速雨刮键盘指示灯；雨刮按键被第二次按下后喷水泵雨刮控制模块通过CAN总线0接通高速雨刮继电器，点亮高速雨刮键盘指示灯，同时断开低速雨刮继电器，并熄灭低速雨刮键盘指示灯；雨刮按键被第三次被按下后，断开高速雨刮继电器，并熄灭高速雨刮键盘指示灯，同时喷水泵雨刮控制模块置位于与雨刮控制模块对应的数字输出口(D0)，使雨刮复位后停止；
液压风扇控制模块负责通过CAN总线0调节风扇转速，其包含液压风扇控制方法，如图1和图6所示，液压风扇控制方法是液压风扇控制模块通过CAN总线0从发动机控制器 5 (ECM)中读取发动机转速和柴油机微粒过滤器(DPD)的再生状态以判断换向条件，当换向条件不满足时进入风扇自动调速控制，此时看相对转速(转速百分比)是否满足预定要求， 如果满足，进入调速控制模块，如果不满足，给定一固定电流值；若换向条件满足(风扇转速>400或者再生未进行)，则液压风扇控制模块发送总线报文使风扇按键指示灯闪烁，同时发送禁止再生报文至发动机控制器5，启动延时器，延时时间到后再次换向并恢复原转速，同时熄灭风扇按键指示灯，停止发送禁止再生报文；
进一步地，在液压风扇控制方法中，若换向条件满足，则液压风扇控制模块发送总线报文使风扇按键指示灯以l/2Hz频率闪烁；
进一步地，在液压风扇控制方法中，若换向条件满足，在启动延时器后，延时时间为36 秒，其中前3秒切换最低转速，3秒后风扇换向并提升到最大转速，30秒后重新降至最低转速，36秒延时时间到后再次换向并恢复原转速；
故障诊断模块负责通过CAN总线0监测熔断器状态，诊断由熔断器断路引起的电气故障，并且在所有请求-应答式的通讯流程中通过解析应答帧的报文内容实现故障诊断功能，其包含故障诊断方法，故障诊断方法是故障诊断模块通过CAN总线0监测熔断器状态， 诊断由熔断器断路引起的电气故障，并且在所有请求-应答式的通讯流程中通过解析应答帧的报文内容实现故障诊断功能。综上所述，本发明打破了控制开关与继电器之间依靠硬线连接传输信号的传统， 使用CAN总线技术，通过整机CAN网络中节点之间的总线通讯实现挖掘机电气部件的控制， 从而简化整机线束，并满足欧III、欧IV发动机的通讯要求。以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但本发明并不限制于以上描述的具体实施例，其只是作为范例。对于本领域技术人员而言，任何对该基于CAN总线的挖掘机电气部件的控制系统及方法进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作出的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
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权利要求
1.一种基于CAN总线的挖掘机电气部件的控制系统，包括主控制器、键盘、功率分配模块控制器、冷却系统控制器和发动机控制器，其特征在于，所述主控制器、所述键盘、所述功率分配模块控制器、所述冷却系统控制器和所述发动机控制器之间通过CAN总线相互连接；所述主控制器完成整机控制工作，所述键盘通过CAN总线向所述主控制器发送开关指令，所述功率分配模块控制器集成了整机继电器和熔断器，通过CAN总线参与整机通讯，所述冷却系统控制器起控制液压风扇换向和调速的作用，所述发动机控制器通过CAN总线与所述主控制器通讯，从而实现再生控制。
2.根据权利要求1所述的基于CAN总线的挖掘机电气部件的控制系统，其特征在于，所述主控制器包括再生控制模块，负责通过CAN总线解除禁止再生、禁止再生和手动再生；工作灯控制模块，负责通过CAN总线接通或者断开动臂灯继电器或平台灯继电器及其键盘指示灯；喷水泵雨刮控制模块，负责通过CAN总线接通或断开喷水泵继电器及其键盘指示灯， 并通过CAN总线接通或断开低速雨刮继电器或高速雨刮继电器及其键盘指示灯；液压风扇控制模块，负责通过CAN总线调节风扇转速；故障诊断模块，负责通过CAN总线监测所述熔断器状态，诊断由所述熔断器断路引起的电气故障，并且在所有请求-应答式的通讯流程中通过解析应答帧的报文内容实现故障诊断功能。
3.一种如上述权利要求1或2所述控制系统的基于CAN总线的挖掘机电气部件的控制方法，其特征在于，包括再生控制方法，工作灯控制方法，喷水泵控制方法，雨刮控制方法， 液压风扇控制方法和故障诊断方法，其中所述再生控制方法包括禁止再生控制和手动再生控制，所述禁止再生控制是当所述再生控制模块监测到所述键盘中的禁止再生键被按下后，从所述发动机控制器接收报文判断若已进入禁止再生状态，则发送解除禁止再生报文，若未进入禁止再生状态，则发送禁止再生报文至所述发动机控制器；所述手动再生控制是当所述再生控制模块监测到所述键盘中的手动再生键被按下后，发送启动手动再生报文至所述发动机控制器；所述工作灯控制方法是当所述工作灯控制模块通过CAN总线监测到所述键盘中的动臂灯或平台灯的按键被按下，向所述功率分配模块控制器发送CAN请求报文，所述功率分配模块控制器接收到请求后，反馈一帧应答报文，所述工作灯控制模块解析接收到的应答报文后判断动臂灯继电器或平台灯继电器的状态若所述动臂灯继电器或所述平台灯继电器未接通，则所述工作灯控制模块通过CAN总线发送控制指令至所述功率分配模块控制器和所述键盘，接通所述动臂灯继电器或所述平台灯继电器，并点亮所述动臂灯或所述平台灯的键盘指示灯；若继电器已接通，则所述工作灯控制模块通过CAN总线发送控制指令至所述功率分配模块控制器和所述键盘，断开所述动臂灯继电器或所述平台灯继电器，并熄灭所述动臂灯或所述平台灯的键盘指示灯；所述喷水泵雨刮控制方法包括喷水泵控制方法和雨刮控制方法，所述喷水泵控制方法是当所述喷水泵雨刮控制模块监测到所述按键中的喷水泵键被按下时，通过CAN总线接通喷水泵继电器，并点亮相应喷水泵按键指示灯，当监测到所述喷水泵键松开时，所述喷水泵雨刮控制模块则断开所述喷水泵继电器，同时熄灭所述喷水泵按键指示灯；所述雨刮控制方法是所述喷水泵雨刮控制模块通过CAN总线监测雨刮按键被按下的次数，所述雨刮按键被第一次按下后发送CAN报文至所述功率控制模块控制器接通低速雨刮继电器，点亮低速雨刮键盘指示灯；所述雨刮按键被第二次按下后所述喷水泵雨刮控制模块通过CAN总线接通高速雨刮继电器，点亮高速雨刮键盘指示灯，同时断开所述低速雨刮继电器，并熄灭所述低速雨刮键盘指示灯；所述雨刮按键被第三次被按下后，断开所述高速雨刮继电器，并熄灭所述高速雨刮键盘指示灯，同时所述喷水泵雨刮控制模块置位于与所述雨刮控制模块对应的数字输出口，使雨刮复位后停止；所述液压风扇控制方法是所述液压风扇控制模块通过CAN总线从所述发动机控制器读取发动机转速和柴油机微粒过滤器的再生状态以判断换向条件，当换向条件不满足时进入风扇自动调速控制，若换向条件满足，则所述液压风扇控制模块发送总线报文使风扇按键指示灯闪烁，同时发送禁止再生报文至所述发动机控制器，启动延时器，延时时间到后再次换向并恢复原转速，同时熄灭所述风扇按键指示灯，停止发送禁止再生报文；以及，所述故障诊断方法是所述故障诊断模块通过CAN总线监测所述熔断器状态，诊断由所述熔断器断路引起的电气故障，并且在所有请求-应答式的通讯流程中通过解析应答帧的报文内容实现故障诊断功能。
4.根据权利要求3所述的基于CAN总线的挖掘机电气部件的控制方法，其特征在于，在所述液压风扇控制方法中，若换向条件满足，则所述液压风扇控制模块发送总线报文使所述风扇按键指示灯以l/2Hz频率闪烁。
5.根据权利要求3所述的基于CAN总线的挖掘机电气部件的控制方法，其特征在于，在所述液压风扇控制方法中，若换向条件满足，在启动所述延时器后，延时时间为36秒，其中前3秒切换最低转速，3秒后风扇换向并提升到最大转速，30秒后重新降至最低转速，36秒延时时间到后再次换向并恢复原转速。
全文摘要
本发明公开了一种基于CAN总线的挖掘机电气部件的控制系统，包括主控制器、键盘、功率分配模块控制器、冷却系统控制器和发动机控制器，其中，所述主控制器、所述键盘、所述功率分配模块控制器、所述冷却系统控制器和所述发动机控制器之间通过CAN总线相互连接。本发明打破了控制开关与继电器之间依靠硬线连接传输信号的传统，使用CAN总线技术，通过整机CAN网络中节点之间的总线通讯实现挖掘机电气部件的控制，从而简化整机线束，并满足欧III、欧IV发动机的通讯要求。
文档编号E02F9/20GK102277892SQ201110170459
公开日2011年12月14日 申请日期2011年6月23日 优先权日2011年6月23日
发明者代晴华, 孙军, 曹东辉 申请人:上海三一重机有限公司