CN103381797B - 高精度重卡倒车控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高精度重卡倒车控制系统，所述整个系统与重卡原有的线路及刹车灯系统并联，其中：分别在重卡后端左右两侧各安装一个激光测距系统，激光测距系统将测得的距离信息转换成电流信号传送到驾驶室的实时控制系统；视频监测系统将现场工况实时传递到实时控制系统；实时控制系统一方面根据视频监测系统提供的工况实时发出报警信号，另一方面对激光测距系统的电流信号处理后及时控制辅助刹车制动系统，保证刹车制动和车辆的准确定位。本发明利用高精度激光测距装置，由实时控制系统对辅助刹车制动系统采取应急制动或远距离遥控制动，实现对重卡的高精度定位控制，可完全满足航天发射场接运装载的条件及要求。

Description

高精度重卡倒车控制系统

技术领域

本发明涉及重卡高精度测量、高可靠应急制动和物联网监控，具体地，涉及一种高精度重卡倒车控制系统。

背景技术

在工业生产和国防建设领域中，针对大型构建的移动、搬运、安装越来越频繁。大型运输设备在国外已经发展了多年，随着当代工业技术水平的发展，尤其是在液压传动和电控信息技术的推动下，大型设备公路运输车辆领域发展很快，技术逐渐趋于成熟。

国外的大型公路运输车辆基本形式有挂车车辆和自行式车辆两种，而国内对大型公路运输车辆的研制多集中在传统的全挂车或半挂车方面，这些车辆的承载能力一般为几十吨，最大运输货物的长度有数十米。目前大型公路运输车辆除了用于普通货物的运输以外，还广泛地应用在钢铁制造、桥梁建设、船舶制造、码头运输、航天工程等多个领域。

装载大型火箭的重型卡车与运输机舱之间的定位控制可靠性要求极高。目前的重卡运载过程基本都是靠人工指挥，凭驾驶人员经验操作。重卡的长度近二十米，装载的货物数十吨，驾驶人员在驾驶室中获取的重卡位置信息十分有限，很难对重卡运行过程中的定位做出准确判断。因此提高重卡在装卸过程中的定位精度和可靠性就显得特别重要。并且考虑到可靠性的要求，现有的重卡的硬件改造动作不能太大，原有的操作功能不能受到影响。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种高精度重卡倒车控制系统。

为实现上述目的，本发明设计上将整个系统与重卡原有的线路及刹车灯系统并联，完全不影响重卡本身的运行使用；在控制上能够在重型卡车倒车向飞机靠近的过程中，测量重卡与飞机之间的最近距离（误差≤3mm）及车辆左右偏差距离（误差≤3mm），实时传输给驾驶人员；在达到设定的距离时，系统实时发出报警信号；并可采取制动措施；同时结合车载视频系统，让驾驶人员能够直观地观察到车后场景及车载物体装载情况。

本发明提供一种高精度重卡倒车控制系统，所述整个系统与重卡原有的线路及刹车灯系统并联，具体包括测距系统、辅助刹车制动系统、视频监测系统和实时控制系统，其中：分别在重卡后端左右两侧各安装一个激光测距系统，激光测距系统将测得的距离信息转换成电流信号传送到驾驶室的实时控制系统；视频监测系统将现场工况实时传递到实时控制系统；实时控制系统一方面根据视频监测系统提供的工况实时发出报警信号，另一方面对激光测距系统的电流信号处理后及时控制辅助刹车制动系统，保证刹车制动和车辆的准确定位。

优选地，激光测距系统由两个高精度激光测距装置、反射定位板及传导电缆构成，其中：两个高精度激光测距装置加装防震装置设置于重卡尾部，两个高精度激光测距装置通过传导电缆将将距离信息传递到驾驶室的控制系统中，反射定位板放置于目标位置处。

更优选地，高精度激光测距装置为分辨率1mm的激光测距传感器。

更优选地，反射定位板为两块，尺寸均为80x50cm。

优选地，辅助刹车制动系统包括气源回路、刹车执行装置，其中：气源回路是从高压储气罐增设一专用气路，对原有气路不做变动，既确保高压气体的压力，同时又不影响重卡现有脚刹部分的正常操作；刹车执行装置是在原有脚刹装置连杆上设置一电刹连杆，在电刹连杆末端设置一弧形挡块，工作中电控信号通过电磁阀控制高压气流，高压气流驱动气动阀，通过气动阀上的电刹导轨推动电刹连杆，完成制动。

优选地，视频监测系统由高清摄像头、温控箱组成，高清摄像头设置于温控箱中，温控箱通过防震部件固定于车头上方。

更优选地，防震部件包括防震垫片和减震海绵。

更优选地，温控箱内置风扇和电阻，温度过高或过低时自动启动降温或升温。

优选地，实时控制系统由可编程逻辑控制器、外围电路及各种接口组成，用于信号采集、信号处理和控制决策。

更优选地，可编程逻辑控制器由中央处理模块和模拟输入模块组成，电流信号经模拟输入模块进行信号采集和处理，并由中央处理模块进行校零和滤波处理由程序控制输出。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

(1)测距装置足够精确可靠，并且能够实时将相关距离数据传送到控制系统；

(2)改造后的制动装置制动及时可靠，同时不影响原有的人工刹车系统；

(3)由于重卡在行进过程中有不小的震动，故控制系统特别是视频监测装置采取了足够的减震和抗震措施；

(4)采用工业级控制器即可编程逻辑控制器PLC，精度高，处理速度快，安全可靠。

本发明利用高精度激光测距装置，由实时控制系统对辅助刹车制动系统采取应急制动或远距离遥控制动，实现对重卡的高精度定位控制，可完全满足航天发射场接运装载的条件及要求。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明系统整体框图。

图2是本发明激光测距模块实车安装示意图。

图3是本发明辅助刹车气路改造示意图。

图4是本发明辅助刹车系统机械改造示意图。

图5是本发明控制主程序框图。

图6是本发明触摸屏人机界面示意图。

图中：1为高精度激光测距装置，2为反射定位板，3为传导电缆，4为脚刹踏板，5为刹车总泵，6为高压储气罐，7为电磁阀，8为电动控制阀，9为气动阀，10为气动阀9进气口，11为电刹导轨，12为电刹连杆，13为刹车踏板联杆，14为弧形档块。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本实施例提供一种高精度重卡倒车控制系统，包括两个激光测距模块、辅助刹车制动系统、视频监测系统和实时控制系统，两个激光测距模块分别在重卡后端左右两侧，由电缆线将距离信息传递到驾驶室的控制系统中，并将具体数值显示在触摸屏上。实时控制系统根据程序设定发出报警，同时控制辅助刹车系统工作。也可通过射频遥控装置，远距离控制辅助刹车制动系统。视频监测系统的摄像头则安装在车头上方，经由实时控制系统将实时图像信息显示在车载显示屏上。两个激光测距模块将测得的距离信息转换成高抗干扰电流信号传送到实时控制系统；视频监测系统将现场工况实时传递到实时控制系统；实时控制系统一方面根据视频监测装置提供的工况实时发出报警信号，另一方面对激光测距装置的电流信号处理后及时驱动气动阀推动辅助刹车制动装置，保证刹车制动和车辆的准确定位。

如图2所示为本实施例测距系统实车安装示意图，激光测距装置包括两个高精两个激光测距模块1、反射定位板2及传导电缆3，激光测距装置1加装防震装置措施固定在重卡尾部，通过传导电缆3将电流信号传递到设置于驾驶室的实时控制系统中；为了提供激光反射面，并提高系统的可靠性，两块80x50cm的反射定位板2放置于目标位置处。

此种安装不影响装卸操作，不需对车体改造，避免碰撞且安全可靠，将激光测距模块1向后安装20cm，然后在数据处理时加以校准，就可以解决20cm内测不准的问题。

如图3所示为本实施例辅助刹车制动系统气源回路示意图，即在原来的基础上并联一段H—L—M—N新的电刹气路，其中：进气口H连接高压储气罐6，L连接电动控制阀8进口，M连接电动控制阀8出口，出气口M连接气动阀9的进气口；为了保证系统的独立性和可靠性，进气口H连接到车辆的高压储气罐6上，这样保证了电动辅助刹车系统不会影响原有的脚刹和手刹制动系统，即驾驶员人为制动和辅助刹车是两套独立并行互不影响，以确保系统的可靠性。电动控制阀8工作电源使用车载24V蓄电池，为了保证系统的稳定可靠，对电源实施稳压隔离处理。

如图4所示为本实施例辅助刹车制动系统机械示意图，Ⅰ图为主视图，Ⅱ图为主视图的G向视图，其中：电刹连杆12固定在刹车踏板联杆13上；电刹导轨11为连接在气动阀9上的两块金属板（形成一个导轨式样），将电刹连杆12设置在电刹导轨11两块金属板（导轨）之间，起到“活扣”的作用；9为气动阀；10为气动阀9进气口，特别是在电刹连杆12的末端焊接了一个弧形档块14，且置于电刹导轨11偏下部位，设置弧形档块14是为了防止脚刹制动时气动阀9上方电刹导轨11对脚刹踏板联杆13延伸部分的影响，防止电刹连杆12运动时从电刹导轨11的两板金属板之间滑出。

辅助刹车制动系统工作原理：当踩下刹车时，刹车踏板向下运动，电刹连杆12则向上运动；由于电刹导轨11为两块金属板的“活扣”构造，因而完全不影响人为制动；当辅助刹车系统触发制动时，控制系统发出刹车信号，气动阀9进气口10进气，气动阀9向上顶起电刹连杆12带动刹车踏板向下运动，车辆制动，与踩下刹车踏板的过程几乎完全一样；当复位刹车信号时，气动阀9进气口10放气，电刹连杆12跟随电刹导轨11向下运动，带动刹车踏板复位。

如图5所示为本实施例实时控制系统主程序框图，根据输入输出量及信号处理精度，实时控制系统选用SiemensS7-200CPU222CN中央处理单元和EM231模拟量处理模块，中央处理处理单元拥有32位浮点计算，位处理速度达0.22μs，通过模拟量处理模块输入两路4-20mA测距信号，由中央处理单元（CPU）进行处理计算，并控制输出、报警和刹车信号。

具体实施时车辆与定位板之间距离改变，触摸屏上读数随之变化，所述实时控制系统根据车辆与定位板之间距离改变情况进行控制报警和刹车，具体如下：

(a)当1.5m<直线距离≤250cm时，短报警；

(b)当0.4m<直线距离≤150cm时，长报警，同时发出第一次刹车信号，车辆处于制动状态，点击触摸屏上复位按钮（或机箱上复位按钮），报警解除，装置自动复位，并为下一次制动做好准备；

(c)当直线距离≤40cm时，再次长报警，同时发出第二次刹车信号，车辆处于制动状态，点击触摸屏上开关按钮，关闭报警和刹车信号，方可移动车辆（距离参数仍然会在屏幕上显示）；

(d)当40cm<直线距离≤1m且左右距离偏差≥5cm时，发出报警信号，提醒驾驶员消除偏差，车辆左右偏差距离<5cm报警自动解除。

如图6所示为本实施例视频监测系统触摸屏人机界面示意图，视频监测系统使用Siemens人机界面组态软件WinCCflexible搭建出如图所示的触摸屏人机界面。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (7)

1.一种高精度重卡倒车控制系统，其特征在于，所述系统与重卡原有的线路及刹车灯系统并联，具体包括测距系统、辅助刹车制动系统、视频监测系统和实时控制系统，其中：分别在重卡后端左右两侧各安装一个激光测距系统，激光测距系统将测得的距离信息转换成电流信号传送到驾驶室的实时控制系统；视频监测系统将现场工况实时传递到实时控制系统；实时控制系统一方面根据视频监测系统提供的工况实时发出报警信号，另一方面对激光测距系统的电流信号处理后及时控制辅助刹车制动系统，保证刹车制动和车辆的准确定位；

所述辅助刹车制动系统包括气源回路和刹车执行装置，其中：气源回路是从高压储气罐增设一专用气路，对原有气路不做变动；刹车执行装置在原有脚刹装置连杆上设置一电刹连杆，在电刹连杆末端设置一弧形挡块，工作中电控信号通过电磁阀控制高压气流，高压气流驱动气动阀，通过气动阀上的电刹导轨推动电刹连杆，完成制动。

2.根据权利要求1所述的一种高精度重卡倒车控制系统，其特征在于，所述测距系统由两个高精度激光测距装置、反射定位板及传导电缆构成，其中：激光测距装置加装防震装置设置于重卡尾部，激光测距装置通过传导电缆将电流信号传输至实时控制系统，反射定位板放置于目标位置处。

3.根据权利要求2所述的一种高精度重卡倒车控制系统，其特征在于，所述高精度激光测距装置为分辨率1mm的激光测距传感器；所述反射定位板为两块，尺寸均为80×50cm。

4.根据权利要求1所述的一种高精度重卡倒车控制系统，其特征在于，所述视频监测系统由高清摄像头、温控箱组成，高清摄像头设置于温控箱中，温控箱通过防震部件固定于车头上方。

5.根据权利要求4所述的一种高精度重卡倒车控制系统，其特征在于，温控箱内置风扇和电阻。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种高精度重卡倒车控制系统，其特征在于，所述实时控制系统由可编程逻辑控制器、外围电路及各种接口组成，用于信号采集、信号处理和控制决策，可编程逻辑控制器由中央处理模块和模拟输入模块组成，电流信号经模拟输入模块进行信号采集和处理，并由中央处理模块进行校零和滤波处理由程序控制输出。

7.根据权利要求6所述的一种高精度重卡倒车控制系统，其特征在于，所述实时控制系统根据车辆与定位板之间距离改变情况进行控制报警和刹车，具体控制如下：

(a)当150cm<直线距离≤250cm时，短报警；

(b)当40cm<直线距离≤150cm时，长报警，同时发出第一次刹车信号，车辆处于制动状态，点击触摸屏上复位按钮或机箱上复位按钮，报警解除，装置自动复位，并为下一次制动做好准备；

(c)当直线距离≤40cm时，再次长报警，同时发出第二次刹车信号，车辆处于制动状态，点击触摸屏上开关按钮，关闭报警和刹车信号，方可移动车辆，距离参数会显示在屏幕上；

(d)当40cm<直线距离≤100cm且左右距离偏差≥5cm时，发出报警信号，提醒驾驶员消除偏差，车辆左右偏差距离<5cm报警自动解除。