电动助力拖曳一体式飞机地面电源控制系统及方法
阅读说明：本技术 电动助力拖曳一体式飞机地面电源控制系统及方法 (Electric power-assisted towing integrated aircraft ground power supply control system and method ) 是由 胡柳 郑尧 韩鹤光 于 2019-12-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种电动助力拖曳一体式飞机地面电源控制系统及方法,属于飞机地面静变电源的技术领域,包括电动底盘车和装于该电动底盘车上的飞机地面电源,所述电动底盘车包括动力总成和供电单元,该供电单元的一端与飞机地面电源连接,另一端与动力总成连接且动力总成配设有将其在空档和非空档之间切换的模式切换开关,该系统还包括电源控制器,该电源控制器分别与飞机地面电源、供电单元和动力总成通信连接,其根据电动底盘车中动力总成的档位状态,针对不同的使用场景,实现移动电源在电动助力模式和拖拽模式下自由切换；以达到能够大幅度提高飞机地面电源机组的使用效率,有效降低飞机APU对环境的污染且极大的降低成本的目的。(The invention discloses an electric power-assisted towing integrated airplane ground power supply control system and method, belonging to the technical field of airplane ground static power supplies, and comprising an electric chassis vehicle and an airplane ground power supply arranged on the electric chassis vehicle, wherein the electric chassis vehicle comprises a power assembly and a power supply unit, one end of the power supply unit is connected with the airplane ground power supply, the other end of the power supply unit is connected with the power assembly, the power assembly is provided with a mode switching switch for switching the power assembly between a neutral position and a non-neutral position, the system also comprises a power supply controller, the power supply controller is respectively in communication connection with the airplane ground power supply, the power supply unit and the power assembly, and the power supply controller realizes the free switching of a mobile power supply under an electric power-assisted mode and a towing mode according to the gear state of the power assembly in the electric chassis vehicle and aiming at different use scenes; the purposes of greatly improving the service efficiency of the ground power supply unit of the airplane, effectively reducing the pollution of the airplane APU to the environment and greatly reducing the cost are achieved.)
技术领域
本发明属于飞机地面静变电源的技术领域，具体而言，涉及一种电动助力拖曳一体式飞机地面电源控制系统及方法。
背景技术
目前，机场可移动的飞机静变电源主要包括内燃机车载飞机地面电源、拖曳式车载飞机地面电源，这两种方式均有不足。其中，内燃机车载飞机地面电源使用内燃机车提供动力，污染环境、浪费能源且噪音大；拖曳式车载飞机地面电源需要专用的拖车提供动力，特别是针对机场近距离使用场合，由于电源和拖车的使用属于不同部门，协调效率低，浪费人力。
发明内容
鉴于此，为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种电动助力拖曳一体式飞机地面电源控制系统及方法以达到能够大幅度提高飞机地面电源机组的使用效率，有效降低飞机APU对环境的污染且极大的降低成本的目的。
本发明所采用的技术方案为：一种电动助力拖曳一体式飞机地面电源控制系统，包括电动底盘车和装于该电动底盘车上的飞机地面电源，所述电动底盘车包括动力总成和供电单元，该供电单元的一端与飞机地面电源连接，另一端与动力总成连接且动力总成配设有将其在空档和非空档之间切换的模式切换开关，该系统还包括电源控制器，该电源控制器分别与飞机地面电源、供电单元和动力总成通信连接。
进一步地，所述飞机地面电源包括输入模块、储能电池和输出模块，所述输入模块和输出模块均与所述电源控制器通信连接，储能电池与所述电源变换器电连接，该飞机地面电源一方面可以通过电力变换装置直接给飞机供电；另一方面，储能电池也可以通过400HZ输出插座直接给飞机供电，当飞机地面电源供电结束，储能电池亏电时，电网可以给储能电池充电。
进一步地，所述输出模块包括400HZ输出插座，该400HZ输出插座内装有400Hz限位开关，400Hz限位开关与所述电源控制器连接，400Hz限位开关与电源、飞机互锁；当400Hz插头未取出电源插头盒，400Hz限位开关不动作，此时电源可以动作，但400Hz电源无法输出。
进一步地，还包括辅助电源和总开关，所述总开关包括至少两路且各路同时接通或断开，一路连接于供电单元与动力总成之间，另一路连接于辅助电源与电源控制器之间，实现对动力总成和电源控制器进行供电工作。
进一步地，所述供电单元包括电源变换器、电池和充电转换单元，所述电源变换器的一端与飞机地面电源连接，另一端与充电转换单元连接，充电转换单元的另一端与电池连接，电动底盘车的电池电量足够时，电池给动力总成供电；当电池不够时，储能电池通过电源变换器、充电转换单元等给电池充电。
进一步地，还包括充电开关，所述充电开关连接于辅助电源与电源控制器之间且充电开关与总开关不同时接通，以实现充电保护功能，进而达到充电与飞机地面电源运动、飞机地面电源给飞机供电互锁。
进一步地，所述供电单元包括DC/DC变换器，所述DC/DC变换器的一端与飞机地面电源连接，另一端通过总开关与所述动力总成连接并对动力总成供电，以保证电动底盘车具有足够的续航能力且避免动力电池损坏的情况。
进一步地，所述动力总成包括依次连接的控制器、逆止器和减速器单元，所述减速器单元与模式切换开关连接，控制器通过供电单元对其供电且控制器与电源控制器通信连接。
进一步地，所述电动底盘车还包括车体和铰接于车体上的手柄，所述手柄上设有操作组件且操作组件与控制器连接，还包括第一限位开关和第二限位开关，第一限位开关和第二限位开关分别与控制器和逆止器连接，且手柄的垂直状态和水平状态分别触发第一限位开关和第二限位开关动作，第二限位开关可达到防止因误操作导致动力总成内控制电路烧毁的目的。
进一步地，所述操作组件包括分别与所述控制器连接的旋转档把、档位切换开关和电量显示表，以便于操作员对电动底盘车进行良好操作。
进一步地，还包括安全装置组件，所述辅助电源通过总开关对安全装置组件供电，该安全装置组件包括倒车雷达、倒车影像和行车记录仪中的一种或多种的组合，以提升移动电源的操控安全性。
在本发明中还公开了一种电动助力拖曳一体式飞机地面电源控制方法，应用于上述任一项所述的电动助力拖曳一体式飞机地面电源控制系统，该方法包括：
获取电动底盘车中动力总成的档位状态，若为空档，则进入拖拽模式；若为非空档，则进入电动助力模式；
当进入拖拽模式时，将电动底盘车通过拖车拖拽移动；
当进入电动助力模式时，判断飞机地面电源是否处于工作状态，若为“是”，则保持电动底盘车处于停止状态，若为“否”，则启动电动底盘车进行前进或后退。
本发明的有益效果为：
1.采用本发明所提供的电动助力拖曳一体式飞机地面电源控制系统，其通过电源控制器实时接收飞机地面电源和电动底盘车所传递的信号，可实现飞机地面电源在电动助力模式和拖拽模式下自由切换，相较于传统技术，一方面不存在传统内燃机车载飞机地面电源的污染环境、浪费能源、噪音大等缺点；另一方面不存在拖曳式车载飞机地面电源跨部门协调效率低、浪费人力的缺点，近机位场合缺点明显，同时，电源控制器控制飞机地面电源对供电单元进行充电，可提升电动底盘车的续航性能。
2.采用本发明所提供的电动助力拖曳一体式飞机地面电源控制系统，其电动助力模式适于在机场近距离使用，操作简单、效率高；其拖曳模式在机场远距离使用，也可以快速到达指定位置，提高使用效率；包含两种模式的飞机地面电源能够很好地解决目前机场移动电源使用中存在的问题。
附图说明
图1是本发明所提供的电动助力拖曳一体式飞机地面电源控制系统的整体系统架构图；
图2是本发明所提供的电动助力拖曳一体式飞机地面电源控制系统中充电功能的工作逻辑图；
图3是本发明所提供的电动助力拖曳一体式飞机地面电源控制系统中电动助力模式和拖拽模式的工作逻辑图；
图4是本发明所提供的电动助力拖曳一体式飞机地面电源控制系统中整体结构示意图；
图5是本发明所提供的电动助力拖曳一体式飞机地面电源控制系统中电动底盘车的局部结构示意图；
图6是本发明所提供的电动助力拖曳一体式飞机地面电源控制系统在另一种实施例中的整体系统架构图；
附图中标注如下：
1-机柜；2-充电指示灯；3-输出模块；4-400HZ输出插座；5-电动底盘车；6-电源变换器；7-储能电池；8-电网插座；9-输入模块；21-车体；22-电池箱；23-控制器；24-电池；25-旋转档把；26-总开关；27-档位切换开关；28-手柄；29-连接销；30-固定连接件；31-前轮胎；32-减速器单元；33-后轮胎。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的模块或具有相同或类似功能的模块。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。相反，本申请的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
实施例1
如图1、图4所示，在本实施例中具体提供了一种电动助力拖曳一体式飞机地面电源控制系统，包括电动底盘车5和装于该电动底盘车5上的飞机地面电源，所述飞机地面电源包括机柜1和装于该机柜1内部的输入模块9、储能电池7和输出模块3，该机柜1通过螺栓连接的方式安装于电动底盘车5上，所述输入模块9和输出模块3均与所述电源控制器通信连接，用以将输入模块9是否接入有交流电网和输出模块3是否接入有飞机的信号反馈至电源控制器，该电源控制器可装于机柜1内，也可单独进行设置，此处不作限定；其中输入模块9可采用AC/DC模块且AC/DC模块连接有电网插座8，输出模块3可采用DC/AC模块且DC/AC模块连接有400HZ输出插座4，400HZ输出插座4最终给飞机提供115V/400Hz交流电。对于该飞机地面电源的工作原理如下：飞机地面电源主要应用于配电容量较小的停机位、自滑机位，或做为保障性设备在机场的传统电源故障时使用。该飞机地面电源可由电网和储能电池一起给飞机供电，也可以由储能电池单独给飞机供电。当供电结束，将飞机地面电源拉回到指定区域时，再连接电网给储能电池7充电；外部电网供电通过电网电网插座8给飞机地面电源供电，一方面可以通过电力变换装置直接给飞机供电；另一方面，储能电池7也可以通过400HZ输出插座4直接给飞机供电，当飞机地面电源供电结束，储能电池7亏电时，电网可以给储能电池7充电。
所述电动底盘车5包括动力总成和供电单元，该供电单元的一端通过电源变换器6与储能电池7连接，另一端与动力总成连接且动力总成配设有将其在空档和非空档之间切换的模式切换开关，其中，动力总成和供电单元采用如下设计：
所述动力总成包括依次连接的控制器23、逆止器和减速器单元32，所述减速器单元32与模式切换开关连接，通过模式切换开关实现将减速器单元32切换为空档或工作档(非空档)，减速器单元32采用现有市面上的电驱总成，其由减速箱、驱动电机、电力电子箱和电换档系统组成，其可实现在前进档、后退档以及空档之间切换，前进档和后退档则为工作档，控制器23通过电池对其供电且控制器23与电源控制器通信连接，以实现电源控制器能够实时掌握控制器23的工作状态。在本实施例中，电源控制器的主控芯片采用MCU+FPGA架构；电动底盘车5中控制器为直流输入的电机控制器。
为实现电动底盘车5的有效运行，如图5所示，所述电动底盘车5还包括车体21和铰接于车体21上的手柄28，该车体21上车轮与减速器单元32传动连接，在手柄28上安装有拖拽牵引杆，以通过该拖拽牵引杆实现该电动底盘车5的拖拽运行；所述车体21上设有前轮胎31和后轮胎33，手柄28通过连接销29铰接于固定连接件30上，固定连接件30设于车体21上。所述手柄28上设有操作组件且操作组件与控制器23连接，所述操作组件包括分别与所述控制器23连接的旋转档把25、档位切换开关27和电量显示表。在手柄28与车体21的铰接部位还设有第一限位开关和第二限位开关，第一限位开关和第二限位开关分别与控制器23和逆止器连接，且手柄28的垂直状态和水平状态分别触发第一限位开关和第二限位开关动作，通过该第一限位开关和第二限位开关的触发信号以判断现在的移动电源是处于电动助力模式还是拖拽模式，之所以设计逆止器的作用如下：
(1)当出现误操作(减速器单元32的档位不是空档，但对电动底盘车5进行拖拽)高速拖曳会导致减速器单元32中的电机发电，大电流很可能烧坏控制器23，为防止该情况出现，设计逆止器，由于在手柄28与车体21的铰接部安装第二限位开关，当处于拖拽状态时，手柄28必须放平，此第二限位开关动作，第二限位开关控制止逆器断开，此时会将控制器23到减速器单元32之间的电路断开，则不会有烧坏控制器23的风险。
(2)当手柄28处于垂直状态，第一限位开关动作，第一限位开关将信号反馈至控制器23，控制器23反馈信号至电源控制器，电源控制器控制输出模块3，输出模块3才能给飞机供电，同时，控制器23接收到信号处于锁定状态，此时电动底盘车5无法移动。
所述供电单元包括电源变换器6、电池24和充电转换单元，在车体21上配设有用于放置电池24的电池箱22，所述充电转换单元的一端与电源变换器6电连接，另一端与电池24连接，电源变换器6将储能电池7的电能转换后对充电转换单元供电，充电转换单元对电池24进行充电，又或者，该充电转换单元与所述电网插座电连接，电网插座可连接电网，以通过交流电对电池进行直接充电，以保证电动底盘车5具有良好的续航能力，电池24通过总开关26与所述控制器23连接并对控制器23供电，以在初始状态下，能够使控制器23处于工作状态。
还包括辅助电源和总开关26，辅助电源主要是对控制器23和电源控制器进行供电的，所述总开关26包括三路且各路同时接通或断开，即总开关26的各路是联动的，第一路连接于电池与控制器23之间，第二路连接于辅助电源与电源控制器之间；
为实现对电动底盘车5的充电保护功能，通过设置充电开关，所述充电开关连接于辅助电源与电源控制器之间且充电开关与总开关26不同时接通(对于不同时接通，例如最为简单总开关26和充电开关设计：采用类似于单刀双掷的开关，在开关的一侧设有总开关26的三路且闸刀掷入该侧后三路连通，另一侧设有充电开关的两路且闸刀掷入该侧后充电电路连通，闸刀位置中间位置时，充电开关与总开关26均处于断开状态)，进而实现充电与移动电源运动互锁、移动电源给飞机供电互锁(充电时，通过电源控制器接受充电信号，进而控制输出模块不工作，储能电池也不得给飞机供电)，也就是说当电动底盘车5的电池充电时，移动电源不能运动；当移动电源运动时，不得充电，如图2所示，具体工作原理如下：
通过观察电动底盘车5上的电量显示器，当供电单元中电池的电量较低时，操作充电开关，充电开关接通时，总开关26则断开(不能接通)，此时，控制器23不得电，电动底盘车5无法操作并维持在停止状态，电源控制器得电并控制电源变换器6，使得储能电池7通过电源变换器6给供电单元中的电池充电，直至充到设定值后，供电单元中充电转换单元的充电指示灯2动作(由充电时的红色，变成充满的绿色)，自动停止充电，人工复位充电开关，此时，充电开关和总开关26均断开；反之，当需要移动电源运动时，操作总开关26，总开关26接通时，充电开关则断开，此时，控制器23和电源控制器均得电，电动底盘车5可操作并自由切换电动助力模式和拖拽模式，但电源控制器中的充电控制端未获得相应电平(此处也可采用最为简单的继电器控制，将继电器的通路端点设于电源变换器6和储能电池7之间，而继电器的控制端与充电开关连通，当然，也可采用电源控制器内部其他的控制逻辑)，则电源变换器6不会与储能电池7连通，此时电源变换器6维持不工作状态，电池不进行充电。
为进一步实现进行双重保护，所述输出模块3包括400HZ输出插座，该400HZ输出插座内装有400Hz限位开关，400Hz限位开关与所述电源控制器连接，以实现移动电源给飞机供电与充电互锁，当400HZ插头取出400HZ输出插座后插上飞机，400HZ限位开关动作并将信号输入至电源控制器，不允许充电，最为简单的方式，即为将400HZ限位开关与充电开关串接，只有当两者均接通时，才能够为电池充电，当然，该电路为理论上最为简单的实现方式，在实际应用过程中，考虑到实际情况，也可通过电源控制器内部的逻辑电路控制电源变换器6不工作，也能够实现保护功能。同时，当400Hz限位开关动作时，若此时总开关26处于接通状态，电源控制器接收到400Hz限位开关的信号后，将信号反馈至控制器23，控制器23处于锁定状态，不能够对电动底盘车5进行操作，电动底盘车5不能移动。
如图3所示，为实现在移动电源在运行过程中的保护功能，采用如下设计：
将输入模块9、输出模块3、电源变换器6和动力总成分别与电源控制器通信连接，保护的工作原理如下：
(1)当电动底盘车5运动时，飞机地面电源不得输出，具体实施过程：接通总开关26的电路，电源控制器和控制器23上电，控制器23接收操作组件里的前进、后退切换按钮必须置于“停止”档位，并将信号反馈至电源控制器，电源控制器控制输出模块3中400Hz输出接触器接通，才能对飞机供电；否则断开，飞机地面电源不得输出。
(2)飞机地面电源给飞机供电时，电动底盘车5不得移动，具体实施过程：飞机插头***飞机后，输出模块3反馈信号到电源控制器，电源控制器将信号输出到底盘车的控制器23，控制器23处于锁定状态，不能够对电动底盘车5进行操作，使得电动底盘车5不得移动。
(3)模式切换开关与底盘车电动助力功能互锁，当模式切换开关切换减速器单元32到空档时，此时，控制器23对操作组件的控制信号切断，电动助力模式的相应功能无法操作；
为实现移动电源在运行过程中的安全操作，还包括安全装置组件，所述辅助电源通过总开关26对安全装置组件供电，该安全装置组件包括倒车雷达、倒车影像和行车记录仪中，其中，倒车雷达、倒车影像和行车记录仪均为市面能够直接购买的成熟产品，根据实际需求，将倒车雷达、倒车影像和行车记录仪安装在适当的位置即可，且倒车雷达、倒车影像和行车记录仪均通过辅助电源对其供电，在总开关26中第三路则用于接通或者断开对倒车雷达、倒车影像和行车记录仪的供电，当倒车雷达、倒车影像和行车记录仪接通电源之后，便可各自进行正常工作，以便操作人员实时掌控移动电源在运动过程中的周围环境、状况等。以倒车雷达为例：在电动底盘后方及左右两侧面增加一定数量的倒车雷达探头，当检测到障碍物后，报警铃响，提示操作人员小心操作。
实施例2
如图6所示，在实施例1的基础上，在本实施例中提供另一种电动助力拖曳一体式飞机地面电源控制系统，取消了相应的充电开关电路，并将所述供电单元采用如下方式设计：包括DC/DC变换器，所述DC/DC变换器的一端与飞机地面电源中的储能电池连接，另一端通过总开关与所述动力总成中的控制器连接并对动力总成供电，由于在本实施例中，电动底盘车在电动助力模式下的运动是通过飞机地面电源的储能电池经DC/DC变换器转换后输入至动力总成中，以对动力总成直接供电，其无需对电动底盘车进行单独充电，以能够避免电动底盘车动力电池损坏的情况，同时，具有良好的续航能力。
在本实施例中，仅对供电单元进行替换，并对相应电路进行了优化，其工作原理和控制逻辑可参照实施例1中的陈述，此处不再赘述。
实施例3
在本实施例中还具体提供了一种电动助力拖曳一体式飞机地面电源控制方法，应用于上述实施例1中所述的电动助力拖曳一体式飞机地面电源控制系统，该方法包括：
获取电动底盘车5中动力总成的档位状态，若为空档，则进入拖拽模式；若为非空档，则进入电动助力模式；
当进入拖拽模式时，将电动底盘车5通过拖车拖拽移动；此时，模式切换开关置于空档，手柄28放平，此时第二限位开关动作，使得止逆器断开控制器23到减速器单元32的电路，拖车拖车拖拽移动。
当进入电动助力模式时，判断飞机地面电源是否处于工作状态，若为“是”，则保持电动底盘车5处于停止状态，若为“否”，则启动电动底盘车5进行前进或后退。具体如下：由单人操作，将模式切换开关置于工作档位(非空档)，操作手柄28处于倾斜状态，控制器23通过止逆器接通到减速器单元电路，人工拧动旋转把手，操作移动电源运动；在此状态下，模式切换开关置于工作档位、手柄28上第一限位开关和第二限位开关不动作(手柄倾斜)、400HZ限位开关动作(飞机插头处于插头盒内)、拧动旋转把手，控制器23检测到旋转把手给的模拟量，控制减速器单元32动作，使移动电源前进或后退。
优选的，为实现运行模式自动切换，以免去人为操作按钮实现模式切换，采用如下方式：在手柄28的铰接处设有角度传感器以实时检测该手柄28的旋转角度大小，并将检测信号实时传输至控制器23，当手柄28处于竖直或完全处于水平状态时，默认拖曳模式；当手柄28倾斜一定角度(比如15°～75°)时，为电动助力模式。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。