本发明涉及一种控制系统，应用于自行式模块运输车上，公开了一种多车多任务协同控制系统，包括动力控制单元和模块运输车，模块运输车前后机械硬连接，动力控制单元与首辆模块运输车连接，动力控制单元还与发动机电子控制单元ECU连接，还包括模块车控制单元，模块车控制单元与各模块运输车终端执行机构连接，动力控制单元与模块车控制单元连接，动力控制单元采集操作指令及发动机电子控制单元ECU输出数据发送给模块车控制单元，由其控制各模块运输车的终端执行机构执行相应操作。它具有采用模块车控制单元接收操作指令并控制各模块车的终端执行机构做出相应操作，从而实现拼接后的各模块运输车协同控制转向、行走和举升等功能的特点。
1.一种多车多任务协同控制系统，包括动力控制单元、模块运输车和发动机电子控制单元ECU，所述模块运输车前后机械硬连接，所述动力控制单元与首辆模块运输车连接，所述动力控制单元还与发动机电子控制单元ECU连接，其特征在于，还包括模块车控制单元，所述模块车控制单元与各模块运输车的终端执行机构连接，所述动力控制单元与模块车控制单元通过总线连接，所述动力控制单元负责采集操作指令，及发动机电子控制单元ECU输出的数据，并将采集到的操作指令发送给模块车控制单元，模块车控制单元接收到操作指令后，控制各模块运输车的终端执行机构执行相应操作；动力控制单元的主控制器采集发动机电子控制单元ECU和操作指令中控制发动机的相关部分,经过处理后,动力控制单元的主控制器输出相关控制信号到发动机电子控制单元ECU的发动机控制输入端,从而控制发动机的启动、熄火和油门大小。
2.如权利要求1所述的一种多车多任务协同控制系统，其特征在于，所述模块车控制单元包括模块车控制器、角度计算控制器、扩展模块控制器和第一拨码开关，所述扩展模块控制器连接模块运输车的终端执行机构，所述第一拨码开关与模块车控制器连接，用于输入当前模块运输车在纵向队列中的位置，模块车控制单元中的模块车控制器、角度计算控制器和扩展模块控制器之间通过第一总线相互连接；
所述动力控制单元与所述模块车控制单元通过第二总线连接，使通过同一条第二总线连接的动力控制单元与各模块运输车形成前后纵向拼接网络，第一拨码开关信号通过当前模块车控制器输入，并由模块车控制器通过第二总线告知单纵列上其它模块车的模块车控制器；
操作指令通过所述动力控制单元采集并传送至第二总线上，纵向拼接的模块运输车通过其自身安装的模块车控制单元中的模块车控制器，从第二总线上获取操作指令及拨码开关信号，经处理后将数据发送到自身的第一总线上，当分辨出操作指令为角度转向指令时，角度计算控制器采集该数据指令输出并控制终端执行机构执行相应操作；当分辨出操作指令为非角度转向指令时，扩展模块控制器采集该数据指令输出并控制终端执行机构执行相应操作。
3.如权利要求1或2所述的一种多车多任务协同控制系统，其特征在于，所述动力控制单元包括主控制器、遥控器和通讯模块，所述遥控器与通讯模块连接，动力控制单元中的主控制器、通讯模块和发动机之间通过第一总线相互连接；
操作指令通过所述动力控制单元的遥控器输入，由与遥控器连接的通讯模块发送到第一总线上，主控制器通过第一总线采集所输入的操作指令，并传送至第二总线上，纵向拼接的模块运输车通过其自身安装的模块车控制单元从第二总线上获取操作指令，并控制终端执行机构执行相应操作。
4.如权利要求2所述的一种多车多任务协同控制系统，其特征在于，在与动力控制单元上连接的首辆模块运输车的模块车控制单元中还包括第二拨码开关，所述第二拨码开关用于输入当前模块车在横向队列中的位置，模块车控制单元中的模块车控制器、角度计算控制器、扩展模块控制器、第一拨码开关和第二拨码开关之间通过第一总线相互连接；
还包括第三总线，所述第三总线与每一个通过同一条第二总线连接的动力控制单元与各模块运输车形成前后纵向拼接网络中的最前面的，即最靠近动力控制单元的模块运输车上的模块车控制单元中的角度计算控制器连接，以实现各纵列运输车之间的软连接，第二拨码开关信号通过与其连接的模块车控制器输入，然后由模块车控制器通过第一总线传递给角度计算控制器，再由角度计算控制器通过第三总线与另一纵列的控制系统通讯；
所述动力控制单元还包括并车模式开关和主从选择开关，当并车模式开关为断开状态时，模块车控制单元的模块车控制器不允许当前纵向拼接的模块车向第三总线上连接的横向拼接通讯网络发送数据，当并车模式开关为闭合状态时，则允许当前纵向拼接的模块车向第三总线上连接的横向拼接通讯网络发送数据；当主从开关为断开状态时，遥控器通讯模块不会通过角度计算控制器发送操作指令到第三总线上，当主从开关为闭合状态时，则允许遥控器通讯模块通过角度计算控制器发送操作指令到第三总线上。
5.如权利要求3所述的一种多车多任务协同控制系统，其特征在于，在与动力控制单元上连接的首辆模块运输车的模块车控制单元中还包括第二拨码开关，所述第二拨码开关用于输入当前模块车在横向队列中的位置，模块车控制单元中的模块车控制器、角度计算控制器、扩展模块控制器、第一拨码开关和第二拨码开关之间通过第一总线相互连接；
还包括第三总线，所述第三总线与每一个通过同一条第二总线连接的动力控制单元与各模块运输车形成前后纵向拼接网络中的最前面的，即最靠近动力控制单元的模块运输车上的模块车控制单元中的角度计算控制器连接，以实现各纵列运输车之间的软连接，第二拨码开关信号通过与其连接的模块车控制器输入，然后由模块车控制器通过第一总线传递给角度计算控制器，再由角度计算控制器通过第三总线与另一纵列的控制系统通讯；
所述动力控制单元中的遥控器通讯模块包括并车模式开关和主从选择开关，当并车模式开关为断开状态时，模块车控制单元的模块车控制器不允许当前纵向拼接的模块车向第三总线上连接的横向拼接通讯网络发送数据，当并车模式开关为闭合状态时，则允许当前纵向拼接的模块车向第三总线上连接的横向拼接通讯网络发送数据；当主从开关为断开状态时，遥控器通讯模块不会通过角度计算控制器发送操作指令到第三总线上，当主从开关为闭合状态时，则允许遥控器通讯模块通过角度计算控制器发送操作指令到第三总线上。
6.如权利要求2所述的一种多车多任务协同控制系统，其特征在于，还包括电控比例阀和角度传感器，所述电控比例阀与所述扩展模块控制器的输出端连接，所述角度传感器与转向轴连接，以获取转向轴的实际角度。
7.如权利要求4所述的一种多车多任务协同控制系统，其特征在于还包括电控比例阀和角度传感器，所述电控比例阀与所述扩展模块控制器的输出端连接，所述角度传感器与转向轴连接，以获取转向轴的实际角度。
一种多车多任务协同控制系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种控制系统，主要应用于自行式模块运输车上。
背景技术
[0002] 目前液压转向驱动载重运输车广泛运用于造船、物流领域。由于使用环境特殊，该类车辆都要求具有灵活的多模式转向、驱动和升降操作功能。其中，要实现多模式转向功能车辆必须是全液压独立转向结构，当车辆转向时，需要协同控制各个转向轮的速度和角度，现有的技术，多是针对于这种单车情况下的转向协同控制。现有技术中单车情况下的转向是采用机械拉杆拉动转向轴旋转。自行式模块化运输车要求每辆运输车可以不计次序，任意纵向拼接。纵向拼接后的车辆还要能够横向相隔一定距离进行软拼接，数车同时协同执行多模式转向，行走，升降等功能，但现有技术中没有给出多车多任务复杂情况下的协同控制方案。
[0003] 现有技术在实际应用中存在以下缺陷：
[0004] 1.采用机械拉杆的现有方案转向模式单一，无法实现横行，斜行，原地转圈等多模式转向功能，无法在较小的场地使用，转运大型结构件经常需要较大的场地来调节方位，工作效率较低。
发明内容
[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种多车多任务协同控制系统，它具有采用模块车控制单元接收操作指令并控制各模块车的终端执行机构做出相应操作，从而实现拼接后的各模块运输车可以协同控制转向、行走和举升等功能的特点。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明提供的一种多车多任务协同控制系统，包括动力控制单元、模块运输车和发动机电子控制单元ECU，所述模块运输车前后机械硬连接，所述动力控制单元与首辆模块运输车连接，所述动力控制单元还与发动机电子控制单元ECU连接，其特征在于，还包括模块车控制单元，
[0007] 所述模块车控制单元与各模块运输车的终端执行机构连接，所述动力控制单元与模块车控制单元通过总线连接，所述动力控制单元负责采集操作指令，及发动机电子控制单元ECU输出的数据，并将采集到的操作指令发送给模块车控制单元，模块车控制单元接收到操作指令后，控制各模块运输车的终端执行机构执行相应操作；动力控制单元的主控制器采集发动机电子控制单元ECU和操作指令中控制发动机的相关部分，经过处理后，动力控制单元的主控制器输出相关控制信号到发动机电子控制单元ECU的发动机控制输入端，从而控制发动机的启动、熄火和油门大小。
[0008] 优选的技术方案为，所述模块车控制单元包括模块车控制器、角度计算控制器、扩展模块控制器和第一拨码开关，所述扩展模块控制器连接模块运输车的终端执行机构，所述第一拨码开关与模块车控制器连接，用于输入当前模块运输车在纵向队列中的位置，模块车控制单元中的模块车控制器、角度计算控制器和扩展模块控制器之间通过第一总线相互连接；
[0009] 所述动力控制单元与所述模块车控制单元通过第二总线连接，使通过同一条第二总线连接的动力控制单元与各模块运输车形成前后纵向拼接网络，第一拨码开关信号通过当前模块车控制器输入，并由模块车控制器通过第二总线告知单纵列上其它模块车的模块车控制器；
[0010] 操作指令通过所述动力控制单元采集并传送至第二总线上，纵向拼接的模块运输车通过其自身安装的模块车控制单元中的模块车控制器，从第二总线上获取操作指令及拨码开关信号，经处理后将数据发送到自身的第一总线上，当分辨出操作指令为角度转向指令时，角度计算控制器采集该数据指令输出并控制终端执行机构执行相应操作；当分辨出操作指令为非角度转向指令时，扩展模块控制器采集该数据指令输出并控制终端执行机构执行相应操作。
[0011] 更加优选的技术方案为，所述动力动力控制单元包括主控制器、遥控器和通讯模块，所述遥控器与通讯模块连接，动力控制单元中的主控制器、通讯模块和发动机之间通过第一总线相互连接；
[0012] 操作指令通过所述动力控制单元的遥控器输入，由与遥控器连接的通讯模块发送到第一总线上，主控制器通过第一总线采集所输入的操作指令，并传送至第二总线上，纵向拼接的模块运输车通过其自身安装的模块车控制单元从第二总线上获取操作指令，并控制终端执行机构执行相应操作。
[0013] 对上述结构的改进方案为，在与动力控制单元上连接的第一个模块运输车的模块车控制单元中还包括第二拨码开关，所述第二拨码开关用于输入当前模块车在横向队列中的位置，模块车控制单元中的模块车控制器、角度计算控制器、扩展模块控制器、第一拨码开关和第二拨码开关之间通过第一总线相互连接；
[0014] 还包括第三总线，所述第三总线与每一个所述通过同一条第二总线连接的动力控制单元与各模块运输车形成前后纵向拼接网络中的最前面的，即最靠近动力控制单元的模块运输车上的模块车控制单元中的角度计算控制器连接，以实现各纵列运输车之间的软连接，第二拨码开关信号通过与其连接的模块车控制器输入，然后由模块车控制器通过第一总线传递给角度计算控制器，再由角度计算控制器通过第三总线与另一纵列的控制系统通讯；
[0015] 所述动力控制单元还包括并车模式开关和主从选择开关，当并车模式开关为断开状态时，模块车控制单元的模块车控制器不允许当前纵向拼接的模块车向第三总线上连接的横向拼接通讯网络发送数据，当并车模式开关为闭合状态时，则允许；当主从开关为断开状态时，遥控器通讯模块不会通过角度计算控制器发送操作指令到第三总线上，当主从开关为闭合状态时，则允许。
[0016] 对上述结构的改进方案为，在与动力控制单元上连接的第一个模块运输车的模块车控制单元中还包括第二拨码开关，所述第二拨码开关用于输入当前模块车在横向队列中的位置，模块车控制单元中的模块车控制器、角度计算控制器、扩展模块控制器、第一拨码开关和第二拨码开关之间通过第一总线相互连接；
[0017] 还包括第三总线，所述第三总线与每一个所述通过同一条第二总线连接的动力控制单元与各模块运输车形成前后纵向拼接网络中的最前面的，即最靠近动力控制单元的模块运输车上的模块车控制单元中的角度计算控制器连接，以实现各纵列运输车之间的软连接，第二拨码开关信号通过与其连接的模块车控制器输入，然后由模块车控制器通过第一总线传递给角度计算控制器，再由角度计算控制器通过第三总线与另一纵列的控制系统通讯；
[0018] 所述动力控制单元中的遥控器通讯模块包括并车模式开关和主从选择开关，当并车模式开关为断开状态时，模块车控制单元的模块车控制器不允许当前纵向拼接的模块车向第三总线上连接的横向拼接通讯网络发送数据，当并车模式开关为闭合状态时，则允许；当主从开关为断开状态时，遥控器通讯模块不会通过角度计算控制器发送操作指令到第三总线上，当主从开关为闭合状态时，则允许。
[0019] 更加优选的技术方案为，还包括电控比例阀和角度传感器，所述电控比例阀与所述扩展模块控制器的输出端连接，所述角度传感器与转向轴连接，以获取转向轴的实际角度。
[0020] 本发明的优点在于：
[0021] 1.本发明主要应用在自行式模块运输车上。自行式模块运输车无需牵引车牵引，它由带驱动的4轴线模块运输车、带驱动的6轴线模块运输车、模块车控制单元和动力控制单元组成。通过应用本发明，自行式模块运输车可实现全轮多模式转向和自行走功能。模块运输车之间可以前后自由硬(有机械连接)拼接，左右软(无机械连接)拼接，拼接后的车组可协同控制转向、行走和举升等功能，从而能够实现横行、斜行、原地转圈等多模式转向功能，解决现有技术技术中无法在较小的场地使用，转运大型结构件经常需要较大的场地来调节方位，工作效率较低的问题。
[0022] 2.本发明所提供的多车多任务系统控制系统的通讯网络方面，充分考虑了可扩展的需求，不论模块车在纵向或者横向上拼接扩展，现有控制系统及通讯网络都可以满足要求。
[0023] 3.采用了本发明的自行式模块化运输车，可以实现硬拼接或相隔一段距离软拼接，从而能够运输超大超宽结构件。由于具备全轮多模式转向功能，相比传统的拉杆式自行式模块车，该车可以实现灵活的转向功能，可以在狭小的场地运行，极大的减小了对使用场地的要求。
[0024] 3.本发明应用到自行式模块运输车后，自行式模块车的载重量可以通过拼接方式增加，并且拼车的距离可以灵活控制。在民用领域可以广泛应用于大件运输，路桥工程，海洋工程，港口，造船行业等。在军事用途上，可以用于运载大型火箭、航天器、潜艇等。应用范围十分广泛。
[0025] 通过应用本发明，自行式模块运输车可实现全轮多模式转向和自行走功能。模块运输车之间可以前后自由硬(有机械连接)拼接，左右软(无机械连接)拼接，拼接后的车组可协同控制转向、行走和举升等功能。本发明结构简单、制作方便、易于安装、成本低、操作简单、使用效果好、应用范围广。
附图说明
[0026] 下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步具体说明。
[0027] 图1为本发明控制系统组成及通讯原理图。
[0028] 图2为拨码开关工作原理图。其中，●表示内部电路为ON(和COM端子连接)的状态。
[0029] 图3-1为全轮八字转向示意图。
[0030] 图3-2为全轮前转模式示意图。
[0031] 图3-3为全轮斜行模式示意图。
[0032] 图3-4为全轮后转模式示意图。
[0033] 图3-5为全轮90度模式示意图。
[0034] 图3-6为全轮转圈模式示意图。
[0035] 图3-7为全轮横向模式示意图。
[0036] 图3-8为全轮复位模式示意图。
具体实施方式
[0037] 首先，参照图1所示的本发明控制系统组成及通讯原理图，对本发明提供的多车多任务系统控制系统的硬件设备进行选择。为了满足恶劣条件下的使用要求，我们选用了德国博世力士乐公司具有高防护等级的RC6-9控制器作为整个控制系统的主控制器；由于输入输出端口比较多，我们同样选用了可靠性很高的来自德国博世力士乐公司的扩展模块RCE12-4控制器；角度计算需要占用大量的系统资源，为了确保稳定性，我们选用了芬兰EPEC公司具有浮点运算功能的2038控制器专门处理角度计算。
[0038] 接下来，对本发明的通讯网络进行构建：我们采用在工程机械领域已经十分成熟和可靠的CANBUS通讯方式，主要应用CANBUS2.0B、CANOPEN等CANBUS通讯协议进行控制器之间的通讯。在多车多任务条件下，控制系统硬件组成及通讯原理图如图1所示。其中、CANBUS1为单个动力控制单元(PPU)和单个模块运输车的内部模块车控制单元通讯网络，CANBUS2为动力控制单元和模块运输车在前后纵向拼接后的通讯网络。CANBUS3为前后纵向拼接后再横向拼接时的通讯网络。
[0039] 动力单元中的主控制器通过CANBUS1与发动机电子控制单元ECU通讯，并且通过发动机电子控制单元ECU控制发动机的启动、熄火和油门。
[0040] 动力控制单元负责采集操作指令，还采集发动机水温和转速等发动机电子控制单元ECU输出的数据，并将采集到的操作指令发送给模块车控制单元，模块车控制单元接收到操作指令后，控制各模块运输车的终端执行机构执行相应操作；将采集到的发动机电子控制单元ECU输出的数据动力控制单元的主控制器采集发动机电子控制单元ECU和操作指令中控制发动机的相关部分，经过处理后，动力控制单元的主控制器输出相关控制信号到发动机电子控制单元ECU的发动机控制输入端，从而控制发动机的启动、熄火和油门大小。
[0041] 自行式模块化运输车拼接后，实际上形成了一个由许多单个模块运输车组成的模块运输车阵列，为了计算各个模块运输车中每个转向轴的角度数据，必须告知控制系统每个单模块运输车在阵列中的位置。我们在每个模块运输车上安装了第一拨码开关，在动力单元连接的第一辆模块运输车的模块车控制单元中安装第二拨码开关，为了便于模块运输车能够自如的按照现场需要进行排列连接，更优选的方案为在每一个模块车上都安装第一拨码开关和第二拨码开关，分别用于输入当前模块车在纵向队列中的位置和横向队列中的位置。拨码开关的工作原理如图2所示。
[0042] 第一拨码开关的作用是让控制系统识别单个纵列中每一个模块运输车的位置信息，为多模式的角度计算提供数据支持。拨码开关信号通过当前模块运输车的模块车控制器输入，并且由模块车控制器通过CANBUS2告知单纵列上其它模块运输车的模块车控制器。
[0043] 第二拨码开关(只有连接在动力单元第一个模块运输车上的有效)同样通过当前模块运输车的模块车控制器输入，然后由模块车控制器通过CANBUS1传递给角度计算控制器，再由角度计算控制器通过CANBUS3与另一纵列的控制系统通讯。
[0044] 我们以每一个动力单元与数个模块运输车纵向拼接为一个单位，配置一台遥控装置进行操作指令的输入。在多纵列模块运输车横向拼接时，由于具有多个遥控装置，所以需要解决操作指令不冲突和使用单个遥控装置协同控制所有模块运输车实现转向、升降和驱动等功能的问题。我们在每个遥控装置上设置了2个按钮，分别是并车模式开关和主从选择开关。并车开关用来打开或关闭并车功能，当并车模式开关为“OFF”时，模块车控制单元的模块车控制器不允许当前纵向拼接的模块运输车的模块车控制单元往CANBUS3横向拼接通讯网络上发送数据，当为“ON”则允许。主从开关用来选择哪一个遥控装置的操作指令有效，当主从开关为“OFF”时，则当前遥控装置不会通过角度计算控制器(2038控制器)发送操作指令到CANBUS3上，当为“ON”时则允许。遥控装置的操作指令通过CANBUS3传递给每一纵列上的角度计算控制器(2038控制器)，再由角度计算控制器(2038控制器)通过CANBUS1传递给每个模块运输车上的模块车控制器RC6-9，再由模块车控制器RC6-9通过CANBUS2传递给每一纵列上的模块车控制单元。这样，设置为主的遥控装置的转向、升降和驱动操作指令就会同时传递给每一个模块车控制单元上，从而实现协同控制的目的。
[0045] 为了实现让自行式模块车在狭小场地也能够灵活行走的目的，我们采用电控比例阀控制每个转向轴的旋转，再以角度传感器作为反馈数据对每个转向轴实现角度闭环控制，使其能够转到所需的角度，从而实现全轮多模式转向功能，其转向模式有八字转向、前转、后转、斜形、90度、转圈、横向和复位等模式，如图3所示。
[0046] 角度传感器通过内置的通讯模块将角度数据发送到每个模块车的CANBUS1上，由模块车控制器获取。电控比例阀与RCE扩展模块控制器的输出端连接，电控比例阀控制液压马达转速并且由液压马达带动机械涡轮蜗杆旋转使转向轴转动。当执行多模式转向时，模块车控制器将相关信息传递给角度计算控制器计算出每个转向轴应转的角度，再传回给模块车控制器，模块车控制器控制RCE扩展模块控制器输出控制电控比例阀工作，模块车控制器根据角度传感器的反馈数据通过控制电控比例阀使转向轴转到相应角度而实现多模式转向。
[0047] 实现该技术的硬件组成稳定可靠性高，由于采用了浮点运算和逻辑控制独立工作的方式，使得整个系统响应时间迅速，控制系统在工作中稳定、可靠。控制系统的通讯网络方面，充分考虑了可扩展的需求，不论模块车在纵向或者横向上拼接扩展，现有控制系统及通讯网络都可以满足要求。
[0048] 最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
