用于电动轮自卸车的总线型电子油门驱动装置及方法与流程

1.本公开涉及电动轮自卸车相关技术领域，具体的说，是涉及一种用于电动轮自卸车的总线型电子油门驱动装置及方法。

背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，并不必然构成在先技术。
3.电动轮自卸车因其具有载重量大，使用寿命长等优点，在露天矿山中被广泛使用，电动轮自卸车由柴油发动机带动发电机发电，再通过电动轮驱动车辆行驶，通过油门踏板控制调节发动机节气门开度，从而控制发动机转速和车辆行驶速度；
4.电动轮自卸车为重型车辆，为非公路车辆，长期在封闭道路行驶，但工作环境恶劣，车体振动大，24小时运行，对驾驶员的身体损耗大，因此目前国内大部分的大型露天矿山都在进行电动轮自卸车的无人驾驶技术研究，且已经进入推广应用阶段。
5.随着电动轮自卸车无人驾驶技术的普及，电动轮自卸车油门控制也需要实现无人的自动控制，但是采用常规的电子油门装置不能直接套用，常规的电子油门装置采用机械结构-电机的控制方法，即通过踩踏油门踏板给出给油信号，从而控制发动机的运行，由于无人驾驶的电动轮自卸车没有驾驶员，油门踏板不能再依赖驾驶员的直接控制，因此常规方案不适宜用于无人驾驶电动轮自卸车。

技术实现要素：

6.本公开为了解决上述问题，提出了一种用于电动轮自卸车的总线型电子油门驱动装置及方法，将电动轮自卸车油门控制升级为can总线控制，通过合理的转换方法，通过can总线将给定转化为油门给定，再将执行结果通过can总线反馈。
7.为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：
8.一个或多个实施例提供了一种用于电动轮自卸车的总线型电子油门驱动装置，包括减速与执行部分、步进电机、位置反馈、步进电机驱动器以及驱动控制器，所述驱动控制器与整车控制器通过总线通信连接；驱动控制器输出控制信号，步进电机驱动器根据控制信号输出驱动信号，并通过减速与执行部分增加驱动力矩后驱动步进电机；
9.驱动控制器被配置将位置反馈信号以及油门给定信号转化为数字信号，并使得转化后的数字信号与节气门的开度之间成线性关系，根据位置反馈信号以及油门给定信号转化为数字信号生成控制信号。
10.一个或多个实施例提供了一种用于电动轮自卸车的总线型电子油门驱动装置的驱动控制方法，包括如下步骤：
11.通过can总线并行获取位置反馈信号以及油门给定信号；
12.分别将位置反馈信号以及油门给定信号转化为数字信号，并使得转化后的数字信号与节气门的开度之间成线性关系；
13.比较驱动器的位置给定ad值和位置反馈信号ad值的大小，设定允许误差，根据比较的结果控制步进电机的运行。
14.与现有技术相比，本公开的有益效果为：
15.本公开采用总线控制，不仅简化了控制线路，而且便于实现无人驾驶自行车对油门的控制，同时算法上设计了调节容许误差，避免油门电机的频繁调节导致的电机和驱动器发热。
16.本公开的优点以及附加方面的优点将在下面的具体实施例中进行详细说明。
附图说明
17.构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的限定。
18.图1是本公开实施例1的用于电动轮自卸车的总线型电子油门驱动装置的结构框图；
19.图2是本公开实施例2的驱动控制方法流程图；
20.图3是本公开实施例1的齿轮减速机构示意图；
21.其中：1、减速与执行部分，2、步进电机，3、位置反馈，4、步进电机驱动器，5、驱动控制器；
22.11、第一齿轮，12、限位机构，13、第二齿轮，14、转动连接结构，15、凸轮机构旋转座，16、凸起。
具体实施方式
23.下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
24.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
25.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的各个实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合附图对实施例进行详细描述。
26.本公开的总线型电子油门驱动装置不同于乘用汽车的油门控制，因电动轮自卸车为大型柴油发动机，且目前无人驾驶自卸车主要是面向改造市场，发动机技术较为落后，不能像乘用车的发动机一样直接通过总线或者电信号控制，这些老旧发动机的转速控制只能依赖机械控制，因此通过本公开总线型电子油门驱动装置，能够建立总线控制信号与机械执行之间的信号转化，将自卸车的总线控制信号转化为机械执行控制，从而实现自卸车的无人驾驶，下面以具体的实施例进行说明。
27.实施例1
28.在一个或多个实施方式公开的技术方案中，如图1-图3所示，一种用于电动轮自卸
车的总线型电子油门驱动装置，包括减速与执行部分1、步进电机2、位置反馈3、步进电机驱动器4以及驱动控制器5，所述驱动控制器5与整车控制器通过总线通信连接；驱动控制器5传输控制信号，步进电机驱动器根据控制信号输出驱动信号，并通过减速与执行部分1增加驱动力矩后驱动步进电机2。
29.本实施例中，本公开采用总线控制，不仅简化了控制线路，而且便于实现无人驾驶自行车对油门的控制，同时算法上设计了调节容许误差，避免油门电机的频繁调节导致的电机和驱动器发热。
30.在一些实施例中，减速与执行部位为步进电机的减速机，用于增加驱动力矩；
31.可选的，减速与执行部位的减速结构为齿轮减速机构，减速与执行部位的执行机构可以为凸轮结构。
32.齿轮减速机构，具体的结构，包括依次连接的第一齿轮11、第二齿轮13、限位机构12、转动连接结构14以及凸轮机构旋转座15；第一齿轮11、第二齿轮13齿部啮合连接；限位机构12限定第二齿轮13的转动角度，限位机构12、与凸轮机构旋转座15通过转动连接结构14连接，通过旋转旋转座15的角度，调整限位机构的角度。
33.可选的，第一齿轮11、第二齿轮13、限位机构12、转动连接结构14设置在油门驱动装置外壳内，凸轮机构旋转座15设置在油门驱动装置外壳外，凸轮机构旋转座15通过转动连接结构14与限位机构12连接，用于调整限位机构12的限定角度。
34.可选的，第二齿轮13与限位机构12同轴并可转动连接，使得第二齿轮13可以相对于限位结构转动。
35.可选的，限位机构12至少包括限位槽，第二齿轮13上设置定位柱，第二齿轮13通过定位柱在限位机构12的限位槽中移动，从而限定第二齿轮13的转动范围。
36.进一步地，如图3所示，转动连接结构14可以设置为凹槽结构，凸轮机构旋转座15上设置凸起16，所述凹槽结构与凸起16相配合。
37.工作时，齿轮11与步进电机2的电机轴相连接，第一齿轮11旋转时带动第二齿轮13旋转，齿轮13旋转时通过限位机构12实现限位，保证齿轮13的a、b两点不超过限位机构12，转动连接结构14与凸轮机构16通过轴连接，机构1、2、3、4位于油门驱动装置外壳内部，凸轮机构位于壳体外部，5位凸轮机构的工作面，凸轮跟随齿轮3旋转，通过工作面5调节发动机节气门开度，从而实现转速调节。
38.进一步地，位置反馈为旋转电位器，旋转电位器与步进电机的旋转轴相连接，步进电机转动时，位置反馈电位器也随之转动，从而使输出信号发生变化。
39.具体的，本实施例中步进电机驱动器为24v市售常规24v步进电机驱动器，其根据控制器的控制指令来控制步进电机的转动；
40.具体的，驱动控制器5通过总线接收油门信号给定，和步进电机的位置反馈，控制驱动脉冲和驱动信号，最终控制步进电机的转动。
41.具体的，总线可以为can总线rs485总线。
42.无人驾驶电动轮自卸车由于随车没有驾驶员，油门控制需要改变以往以来驾驶员脚踩的模式，本发明采用了can总线控制的方案，将can总线上的油门控制量作为给定，并转化为节气门的开度，再将执行结果通过can总线反馈。因自卸车整车控制都是采用can通信，使用can总线控制有助于简化控制线路，且可靠性高。
43.本实施例中通过改装电子油门驱动装置的结构，通过车辆上的总线接收油门给定信号，同时通过总线将执行结果反馈给车辆控制器或者监控终端，能够实现电子油门的整车控制。
44.在一些实施例中，驱动控制器5内部有控制芯片，控制芯片可以选用单片机、dsp或者arm控制器。驱动控制器5的控制芯片被配置执行实施例2的驱动控制方法。
45.实施例2
46.基于实施例1的一种用于电动轮自卸车的总线型电子油门驱动装置，本实施例提供一种驱动控制方法，可以在驱动控制器5的控制芯片中实现，包括如下步骤：
47.步骤s1、通过can总线并行获取位置反馈信号以及油门给定信号；
48.步骤s2、分别将位置反馈信号以及油门给定信号转化为数字信号，并使得转化后的数字信号(即ad值)与节气门的开度之间成线性关系；
49.步骤s3、比较驱动器的位置给定ad值和位置反馈信号ad值的大小，根据比较的结果控制步进电机的运行。
50.进一步地，根据比较的结果控制步进电机的运行的方法，包括如下步骤：
51.步骤s31、设定允许误差，计算驱动器的位置给定ad值和位置反馈信号ad值的差值；
52.可选的，允许误差可以设定为位置反馈的最大ad值的10％，等效于把油门踏板分为10个等级。
53.步骤s32、当计算的差值小于允许误差，控制步进电机保持静止状态；
54.步骤s33、当计算的差值大于允许误差，并且位置给定ad值大于位置反馈信号ad值，控制步进电机顺时针转动；
55.步骤s34、当计算的差值大于允许误差，并且给定信号大于反馈信号控制步进电机逆时针转动。
56.下面以具体的实施过程进行说明。
57.步骤1：系统初始化，并获取位置反馈3输出的位置信号；
58.其中，系统初始化包括，初始化系统变量，can总线初始化，完成后进入步骤2；对位置反馈3的位置信号进行adc采样。
59.其中，系统变量包括油门踏板初始位置ad值、油门踏板最高位置ad值、发动机最高转速、发动机最低转速、can通信参数等。
60.can总线初始化为设定通信波特率。
61.步骤2：电子油门的can总线接收整车控制器发送的油门控制量(即为油门给定信号)，并将其作为电子油门的给定，再将其转换为驱动器4的位置给定ad值，完成后进入步骤3；
62.将油门控制量转换为驱动器4的位置给定ad值，根据根据驱动器的位置反馈的最大ad值以及最小ad值，转化方法为：
63.位置给定ad值＝驱动器的位置反馈的最小ad值+(驱动器的位置反馈的最大ad值-驱动器的位置反馈的最小ad值*油门控制量
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(1)
64.本实施例中，转换方法的优点是可以兼容不同车辆驱动器的位置反馈的最小ad值和最大ad值的差异，针对这些差异，只需要改变最小ad值和最大ad值的数值即可。
65.电动轮自卸车油门控制需要升级为can总线控制，将can总线上的油门控制量作为给定，并转化为节气门的开度，再将执行结果通过can总线反馈。
66.转化后的ad值与节气门的开度之间成线性关系，大大减小了控制指令生成的难度，计算量小，控制实时性高。
67.步骤3：比较驱动器的位置给定ad值和位置反馈信号ad值的大小，如果二者的差值小于调节允许误差，允许误差可以是固定值，也可以是通过can总线进行配置，进入步骤4，否则进入步骤5；
68.可选的，调节允许误差大小按照位置反馈信号ad值进行设定，本实施例中调节允许误差大小为位置反馈最大ad值*10％，等效于把油门踏板分为10个等级，优点在于可以避免频繁调节油门位置，减少电机发热，提高使用寿命。
69.步骤4：关闭部件5输入给部件4的脉冲，让步进电机保持静止状态，并进入步骤8；静止状态是指步进电机处于停机状态，不正转也不反转。
70.步骤5：如果驱动器的位置给定ad值大于位置反馈信号ad值，则进入步骤7，否则进入步骤6；
71.步骤6：方向信号输出低电平，驱动信号输出驱动脉冲，让步进电机逆时针转动，并进入步骤8；
72.步骤7：方向信号输出高电平，驱动信号输出驱动脉冲，让步进电机顺时针转动，并进入步骤8；
73.步骤8：无需调节时，反馈的执行结果为100％；并将调节结果通过can总线传输给整车控制器。
74.正在输出脉冲的调节阶段时，可以根据以下公式方法调节结果反馈：
[0075][0076]
本实施例的公式(2)中，通过取绝对值解决了差值为负数的情况，从而简化的控制逻辑。
[0077]
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
[0078]
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

技术特征：

1.一种用于电动轮自卸车的总线型电子油门驱动装置，其特征在于：包括减速与执行部分、步进电机、位置反馈、步进电机驱动器以及驱动控制器，所述驱动控制器与整车控制器通过总线通信连接；驱动控制器输出控制信号，步进电机驱动器根据控制信号输出驱动信号，并通过减速与执行部分增加驱动力矩后驱动步进电机；驱动控制器被配置将位置反馈信号以及油门给定信号转化为数字信号，并使得转化后的数字信号与节气门的开度之间成线性关系，根据位置反馈信号以及油门给定信号转化为数字信号生成控制信号。2.如权利要求1所述的一种用于电动轮自卸车的总线型电子油门驱动装置，其特征在于：减速与执行部位的减速结构为齿轮减速机构；或/和，减速与执行部位的执行机构为凸轮结构。3.如权利要求1所述的一种用于电动轮自卸车的总线型电子油门驱动装置，其特征在于：所述位置反馈为旋转电位器，旋转电位器与步进电机的旋转轴相连接。4.如权利要求1所述的一种用于电动轮自卸车的总线型电子油门驱动装置，其特征在于：驱动控制器通过总线接收油门信号给定和步进电机的位置反馈，控制驱动脉冲和驱动信号，控制步进电机的转动。5.如权利要求1所述的一种用于电动轮自卸车的总线型电子油门驱动装置，其特征在于：总线为can总线或者rs485总线。6.如权利要求1所述的一种用于电动轮自卸车的总线型电子油门驱动装置，其特征在于：驱动控制器内部有控制芯片，控制芯片为单片机、dsp或者arm控制器。7.一种用于电动轮自卸车的总线型电子油门驱动装置的驱动控制方法，其特征在于，包括如下步骤：通过can总线并行获取位置反馈信号以及油门给定信号；分别将位置反馈信号以及油门给定信号转化为数字信号，并使得转化后的数字信号与节气门的开度之间成线性关系；比较驱动器的位置给定ad值和位置反馈信号ad值的大小，设定允许误差，根据比较的结果控制步进电机的运行。8.如权利要求7所述的驱动控制方法，其特征在于，根据比较的结果控制步进电机的运行的方法，包括如下步骤：设定允许误差，计算驱动器的位置给定ad值和位置反馈信号ad值的差值；当计算的差值小于允许误差，控制步进电机保持静止状态；当计算的差值大于允许误差，并且位置给定ad值大于位置反馈信号ad值，控制步进电机顺时针转动；当计算的差值大于允许误差，并且给定信号大于反馈信号控制步进电机逆时针转动。9.如权利要求7所述的驱动控制方法，其特征在于：允许误差设定为位置反馈最大ad值的10％。10.如权利要求7所述的驱动控制方法，其特征在于：将油门给定信号转化为数字信号:根据驱动器的位置反馈的最大ad值以及最小ad值计算。

技术总结

本公开涉及电动轮自卸车技术领域，提出了用于电动轮自卸车的总线型电子油门驱动装置及方法，包括减速与执行部分、步进电机、位置反馈、步进电机驱动器以及驱动控制器，所述驱动控制器与整车控制器通过总线通信连接；驱动控制器输出控制信号，步进电机驱动器根据控制信号输出驱动信号，并通过减速与执行部分增加驱动力矩后驱动步进电机；驱动控制器被配置为将位置反馈信号以及油门给定信号转化为与节气门的开度之间成线性关系的数字信号，根据位置反馈信号以及油门给定信号转化为数字信号生成控制信号。本公开采用总线控制，便于实现无人驾驶自行车对油门的控制，设置调节容许误差，避免油门电机的频繁调节导致的电机和驱动器发热。器发热。器发热。