专利名称：工程车辆网络化电子控制系统装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种工程车，更具体地说，它们是一种工程车辆网络化电子 控制系统装置。
背景技术：
囯外先进工业国家的工程车辆，在品种机型、技术、功能等方面，都早 已形成系列，而且都比较完善，特别是美国的卡特勒公司、日本的小松制作
株式会社、瑞士的沃尔沃公司、英国的JCB公司等世界著名大型工程机械生 产企业，代表着工程车辆的发展方向和技术水平。在工程车辆网络化电子控 制方面，国外各大公司早有研究，不仅成效斐然，而且已经得到广泛应用， 对核心技术，这些国外大公司无一例外，始终实行垄断政策和严格的保密。
我国工程车辆的研制，虽然起步较晚，但近十年来有了较大发展，基本 上形成了产品系列，主要作业功能已基本上满足国内建设工程的需要，部分 产品已向国外发展国家出口外销。但国内生产的工程车辆与囯际先进水平相 比，差距依照很大，特别是在工程车辆的网络电子控制系统技术方面，国内 才刚刚起步不久，绝大多数项目都处在研究试验阶段，在国内优势企业集团 中，也仅仅处在产品示范性研发之中。
最近几年，由于国内特大型建设项目开工建设，国外先进大型工程车大 量进口，再加上国际贸易竟争日趋激烈，集传感技术、微电子技术、微控制器技术、通讯技术、控制技术于一体的工程车辆网络化电子控制系统的研发 与应用，逐渐成为竟争的热点，研发和装备的步伐都在迅速加快，在国内科 研单位和生产企业已经形成共识，加快自主研发工程车辆网络化电子控制系 统装置步伐，但在目前，尚未发现应用以网络通讯为基础的网络线控制技术， 把工程车辆由一个拥有大量电子技术与装备的机械系统，转变成为一个由一 定机械装置支撑的电子电器系统，并实现电子控制的工程车辆网络化电子控 制系统装置。
发明内容
本发明的目的是克服了现有工程车辆尚未应用以网络通讯为基础的网 络线控制技术，提供一种通过网络化电子控制系统装置中的电子监控系统、 故障诊断系统的处理，达到优化工程车辆运行过程，简化维护保养，提高工 作效率的目的。
本发明的目的通过下述技术领域方案予以实现在工程车辆产业产品 上应用网络技术理论，依据网络技术理论在工程车辆的电子系统中，应用电 子装置及计算机技术，以其通讯和资源共享能力，开发提升现有工程车辆信 息系统和电子系统，把工程车辆上的所有电子装置整合成一个集成的整体系 统控制装置，提高工程车辆技术水平，从而实现传动系统、牵引驱动系统、 液压节能系统、信息系统的电子控制。
本发明依据网络技术理论，根据工程车辆发动机系统、底盘系统、作业 装置系统的工作原理及整机工作过程中的分析和测控，得到决定工程车辆各 系统及整机的工作特性及工作性能的各种参数、曲线，并由此确定出工程车辆各系统及整机，并据此确定电子监控参数、故障特征量；通过网络化电子 控制系统装置中的电子监控系统、故障诊断系统的处理，达到优化工程车辆 运行过程，简化维护保养，提高工作效率的目的。
本发明主要包括传感测试单元、信号处理单元、故障诊断单元、显示 报警单元、紧急驱动控制单元、信号通讯接口单元、参数设置调节单元、测 量单元等工作部件。
工程车辆网络化电子控制系统装置的主要核心技术是把工程车辆由一 个拥有大量电子技术与装置的机械系统，转变成为一个由一定机械装置支撑
的电子电器系统；以网络通讯为基础的网络线控技术(CBW， Control—By
一Wire)，就是实现这种转变的主要技术。
线控技术是在工程车辆上用电子信息的传送，取代传统的机械、液压或
气动连接方式，形成全新的串行信息传输的网络化线控系统结构。
工程车辆网络化电子控制系统装置主要目标是根据网络线控技术理
论，发明符合各类工程车辆系统特性的电子控制工程车辆，电子控制车辆是 由整机电子监控单元和工作过程单元两部分组成，电子控制车辆的核心技术 是建立电子监控逻辑和电子优化控制规律。
工程车辆网络化电子控制系统装置，主要包括技术有状态变量和控制
参数的提取，传感器的合理布置、监测与控制特征量的容错处理、故障特征 的辩识技术、故障之间的逻辑关系、优化控制约束、稳定性控制等；还包括: 传感测试单元、信号处理单元、故障诊断单元、显示报警单元、紧急驱动控 制单元、信号通信接口单元、参数设置调节单元、测量单元等工作部件。本发明工程车辆网络化电子控制系统装置与现有技术相比较其有益效 果是
1、 本发明实现了以发动机最大功率输出、最低燃料消耗、最低排放目 标，精确控制发动机的燃油嘴喷射、转速特征等，使发动机在各种情况下均
处于最佳状态；
2、 根据工程车辆的作业特征、行驶条件、工作环境诸因素，优化了精
确控制传动系统的传动比，使工程车辆始终处于最佳档位，以提高传动效率、
降低油耗、提高行驶平稳性、延长传动部件使用寿命；
3、 有效的通过精确控制工程车辆作业过程中的牵引力、驱动力及制动 过程中的防抱死，提高牵引、驱动效率、减少行驶部件磨损、改善制动效能、 保证行车安全、防止事故发生；
4、 又可通过精确控制工程车辆的动力转向、节能等系统，提高转向能 力和转向稳定性，提高作业装置的作业效率、改善液压系统工作状态，提高 系统可靠性；
5、 对信息显示、报警、故障诊断、语言通讯、导航定位，以及车速、 里程、油压、温度等方面能精确反映，全面判断工程车辆工作环境及行驶作 业动态特征，以便优化控制约東。
图1是本发明工程车辆网络化电子控制系统装置人机接口执行机构、线 控系统基本结构原理示意图； 图2总线网络结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
在图中，工程车辆人机接口 1、电信号(有线或无线)2、执行机构3、
传感机构4、工程车辆功能装置5、发端点匹配6、发动机系统7、底盘系统 8、作业装置系统9、端点匹配IO、计算机ll、计算机12、计算机13。
图1是本发明的工程车辆人机接口执行机构、线控系统基本结构原理示 意图，这种线控技术系统的工作过程是通过人机接口 1，转换成电信号2， 并传到执行机构3，由执行机构3控制工程车辆的功能装置，传感机构的传 感器4，感知功能装置的工作状态，并通过电信号2传给人机接口 1，反馈 给搡纵人员。
工程车辆网络化电子控制系统装置主要核心技术是把工程车辆由一个 拥有大量电子技术与装置的机械系统，转变成为一个由一定机械装置支撑的 电子电气系统；以网络通讯为基础的网络线控技术(CBW， Control—By— Wire),是实现这种转变的主要技术。
线控技术是在工程车辆上用电子信息的传送，取代传统的机械、液压或 气动连接方式，形成全新的串行信息传输的网络化线控系统结构。
本发明主要目标是根据网络线控技术理论，发明工程车辆系统特性的 电子控制，电子控制是由整机电子监控单元和工作过程单元两部分组成；电 子控制模型的核心技术是建立电子监控逻辑和电子优化控制规律。
工程车辆网络化电子控制系统装置，还包括的技术有状态变量和控制 参数的提取，传感器的合理布置、监测与控制特征量的容错处理、故障特征的辩识技术、故障之间的逻辑关系、优化控制约束、模型稳定性控制办法、 校验与标定等。
本发明主要技术性能指标
适应温度-40°C—125°C、抗外来电磁干扰、容错及故障恢复时间。
工程车辆网络化电子控制系统装置是把网络技术中，以串行信息传输为
基础的，主要体现在以下四个方面
第一、根据网络线控技术理论，发明了一条总线连接所有入网工作单元 或局部网络的总线网络结构，工程车辆网络化电子控制系统置，是由多个局 部网络的互联而构成，在工程车辆的网络化电子控制系统装置内部，各种信 号的传送都是按一定的通讯协议，由网络连接着各种控制单元或智能装置， 通过网络把控制信号或传感器信号传送到目的系统。据此可以确认信呈传 送通讯含义占有较大比重。根据工程车辆结构及功能特点，根据网络线控技 术理论，把工程车辆网络化电子控制系统装置，设计成以一条总线连接所有 入网计算机的总线网络结构。'
图2总线网络结构示意图所示发端点匹配6、发动机系统7、底盘系 统8、作业装置系统9、端点匹配IO、计算机ll、计算机12、计算机13。
这种总线网络结构，虽然网络长度、网络节点数量会受到总线网络的传 输延时，驱动能力及访问机制限制，但特别适用工程车辆网络化电子控制系 统装置的传输距离短、节点数量少，而且分时访问总线的特点，具有信息利 用率高、配置方便、价格低廉等优点。
第二、根据网络线控技术理论，编制了具有开放结构及广普适应性的工程车辆网络协议技术标准。适应一定的技术标准，或对一定技术标准的认可 和遵从，现在已应用于车辆上的网络系统和相应技术标准，不仅数量较多， 而且极不规范；特别是连接到车辆网络系统中的传感器、执行机构、控制单 元等工作部件，由于来自不同生产企业，甚至来自不同行业，技术标准更难 统一。
根据网络线控技术理论和工程车辆特点，编制了工程车辆网络化电子控 制系统装置，具有开放结构及广普适应性的车辆网络协议技术标准。这项车 辆网络协议技术标准，不仅具有数据传输速度高、可靠性好、通讯时间离散
度小、延迟固定、支持时间触发通信方式的技术特征；而且还为尚未纳入系
统的装置，或可能替代系统内现有元件、单元的装置留有接口。
按照这项具有开放结构及广普适应性车辆网络协议标准发明的工程车 辆网络化电子控制系统装置，不仅有利于把不同行业、不同企业生产的各种
元件、单元、装置进行集成组装；也有利于项目产品的设计、生产和维修； 同时，更有利于使项目产品能对相当范围内技术标准的适应、认可和遵从， 大大提高项目产品的适应性。
第三、根据网络线控技术理论，确定了解反映工程车辆运行状态的变量 及控制参数，实现控制项目完备性与控制参数相关性的完整统一。
针对工程车辆结构特点和运行状态，通过测试、研究、分析等多种手段, 获取工程车辆所有功能单元在典型工况、非典型工况、故障工况等各种状态 下的运行环境、工作参数、误差容限等方面的所有状态变量及控制参数，分 析掌握所有工作状态与参数关系；并据此确定能反映工程车辆所有运行特征的监控项目和优化控制约東，达到控制项目完备性与控制参数相关性的完整 统一，不会发生混淆或错报、漏报。
第四、根据网络线控技术理论，能反映工程车辆运行状态及过程的电 子监控逻辑和优化控制规律，建立了稳定可靠的电子控制系统'
通过对能反映工程车辆所有功能单元状态变量及控制参数的深入和详 细掌握，以反映工程车辆运行状态的典型工况、状态变量、控制参数为输入, 以反映工程车辆运行过程的典型故障特征、监控项目、优化控制约東为输出； 以构成工程车辆所有功能单元的工作特性、工作模式以及各单元之间的耦合 关系为依据，建立了能反映工程车辆运行状态的电子监控逻辑和优化控制规 律。
本发明的主要内容根据网络线控技术理论提出1、 一条总线连接所 有入网工程单元或局部网络的总线网络结构；2、编制出具有开放结构及广 普适应性的工程车辆网络协议技术标准；3、提出完整准确的工程车辆运行 状态电子监控逻辑和运行过程优化控制规律，建立起稳定可靠的电子控制系 统；4、适应各类工程车辆需要的网络化电子控制系统装置，并实现产品化。
根据工程车辆的作业特点，充分考虑工程车辆作业过程中的变量负荷 特征，以发动机最大功率输出、最低燃料消耗、最低排放为目标，精确控制 发动机的燃油嘴喷射、转速特征，使发动机在各种情况下均处于最佳状态。
本发明要解决的技术问题有，应用以网络通信为基础的网络线控技术， 把工程车辆由一个拥有大量电子技术与装置的机械系统转变成为一个由一 定机械装置支撑的电子电气系统，并实子电子控制，它包括下述项目(1) 传动系统的电子控制，根据工程车辆的作业特征、行驶条件、工 作环境等因素，精确控制传动系统的传动比，使工程车辆始终处于最佳档位， 以提高传动效率、降低油耗、提高行驶平稳性、延长传动部件使用寿命。
(2) 牵引驱动系统的电子控制，通过精确控制工程车辆作业过程中的 牵引力、驱动力及制动过程中的防抱死，提高牵引、驱动效率、减少行驶部 件磨损、改善制动效能、保证行车安全、防止事故发生。
(3) 液压节能系统电子控制，通过精确控制工程车辆的动力转向、工 作装置、节能等系统，提高转向能力和转向稳定性，提高作业装置的作业效 率、改善液压系统工作状态，提高系统可靠性。
(4) 信息系统的电子控制，通过信息显示、报警、故障诊断、语言通
讯、导航定位，以及车速、里程、油压、温度等方面的精确反映，全面判断 工程车辆工况环境及行驶作业动态特征，以便优化控制约東。
对工程车辆网络化电子控制系统装置，最后将所有单件、单元、模块、
导线、插接件、安装件等组成件，进行系统集成、装机。这种网络线控技术,
就是在工程车辆上实现用电子信息的传递取代传统的机械、液压或气动连接
方式，形成全新的串行信息传输的网络化经控系统结构。
权利要求
1、一种工程车辆网络化电子控制系统装置，包括传感测试单元、信号处理单元、故障诊断单元、显示报警单元、紧急驱动控制单元、信号通讯接口单元、参数设置调节单元、测量单元，工程车辆人机接口(1)、电信号、(2)、执行机构(3)、传感机构(4)、工程车辆功能装置(5)、发端点匹配(6)、发动机系统(7)、底盘系统(8)、作业装置系统(9)、端点匹配(10)、计算机(11)、计算机(12)、计算机(13)，其特征在于把工程车辆由一个拥有电子技术与装置的机械系统，转变成为由一个机械装置支撑的电子电气系统，通过人机接口(1)，转换成电信号(2)，并传到执行机构(3)；由执行机构(3)控制工程车辆的功能装置，传感机构的传感器(4)，感知功能装置的工作状态，并通过电信号(2)传给人机接口(1)。
2、 根据权利要求1所述的一种工程车辆网络化电子控制系统装置，其 特征在于用电子信息的传送，取代传统的机械、液压或气动连接方式，形 成串行信息传输的网络化线控系统结构。
3、 根据权利要求1所述的一种工程车辆网络化电子控制系统装置，其 特征在于电子控制车辆是由整机电子监控单元和工作过程单元两部分组 成，建立电子监控逻辑和电子优化控制。
全文摘要
本发明公开了一种工程车，更具体地说，它们是一种工程车辆网络化电子控制系统装置，本发明依据网络技术理论，根据工程车辆发动机系统、底盘系统、作业装置系统的工作原理及整机工作过程中的分析和测控，得到决定工程车辆各系统及整机的工作特性及工作性能的各种参数、曲线，并由此确定出工程车辆各系统及整机，确定电子监控参数、故障特征量；通过网络化电子控制系统装置中的电子监控系统、故障诊断系统的处理，达到优化工程车辆运行过程，简化维护保养，提高工作效率的目的。
文档编号G05B19/418GK101290518SQ200710055540
公开日2008年10月22日 申请日期2007年4月19日 优先权日2007年4月19日
发明者田弘宇, 秦四成 申请人:四平市宏宇科技有限责任公司