CN112130560B - 一种就地微波加热机料堆跟随控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种就地微波加热机料堆跟随控制系统及控制方法，包括料堆状态检测装置、车辆状态检测装置、车辆转向驱动装置、控制器、人机界面；所述料堆状态检测装置、车辆状态检测装置、车辆转向驱动装置均与所述控制器电连接，所述控制器与所述人机界面电连接；控制器根据所述料堆状态检测装置、车辆状态检测装置输出的检测信号，进行路径探测、路径规划、转向角度计算，基于转向角度计算结果，控制器通过控制车辆转向驱动装置对车轮转向角度进行修正实现自动沿料堆轨迹行。降低人工劳动强度，使就地微波加热机能自动跟随料堆行驶，避免因微波加热机偏离料堆导致的大功率微波泄露。

Description

一种就地微波加热机料堆跟随控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种就地微波加热机，尤其涉及一种就地微波加热机料堆跟随控制系统及控制方法。

背景技术

就地热再生机组施工过程中，就地微波加热机一般位于加热铣刨机后，当加热铣刨机把路面铣刨成松散料并整形成料堆后，就地微波加热机沿着料堆行驶，对料堆进行加热提温。一方面由于料堆的轨迹会随着路面方向发生变化，需要就地微波加热机跟随料堆轨迹进行转向行驶；另一方面，就地微波加热机本身的直线行走功能会受到路面平整度以及设备自身性能的影响，其直线行走效果也不能持续保持稳定，行驶方向会发生偏移。上述两种情况都需要施工人员实时关注料堆和车辆的行驶轨迹是否吻合，并作出相应调整，否则会出现微波加热装置偏离料堆导致大功率微波泄露甚至车轮行驶至料堆上方发生车轮侧翻等严重事故。

发明内容

本发明的目的是提供一种就地微波加热机料堆跟随控制系统及控制方法，实现就地微波加热机自主沿料堆行驶加热的功能，大大降低了施工人员的劳动强度，并有效解决了车辆侧翻的风险。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

本发明提供了一种就地微波加热机料堆跟随控制系统，包括料堆状态检测装置、车辆状态检测装置、车辆转向驱动装置、控制器、人机界面；

所述料堆状态检测装置、车辆状态检测装置、车辆转向驱动装置均与所述控制器电连接，所述控制器与所述人机界面电连接；

控制器根据所述料堆状态检测装置、车辆状态检测装置输出的检测信号，进行路径探测、路径规划、转向角度计算，基于转向角度计算结果，控制器通过控制车辆转向驱动装置对车轮转向角度进行修正实现自动沿料堆轨迹行。

进一步地，所述料堆状态检测装置包括第一位置料堆状态检测装置和第二位置料堆状态检测装置，所述第一位置料堆状态检测装置安装于车辆前轮前方，所述第二位置料堆状态检测装置安装于后轮前方。

进一步地，所述第一位置料堆状态检测装置和第二位置料堆检测装置分别包含两个超声波传感器，两个超声波传感器与所述控制器电连接，两个超声波传感器的检测面相对安装，所述超声波传感器的安装高度低于料堆高度。

进一步地，所述控制器包括路径探测单元、路径规划单元、转向角度计算单元、车速计算单元；

其中，所述路径探测单元包括第一路径探测单元、第二路径探测单元，所述第一路径探测单元接收所述第一位置料堆状态检测装置的信号，所述第二路径探测单元接收所述第二位置料堆状态检测装置信号；

所述路径规划单元包括第一路径规划单元、第二路径规划单元，所述第一路径规划单元与所述第一路径探测单元连接，所述第二路径规划单元与所述第二路径探测单元连接；

所述转向角度计算单元包括第一转向角度计算单元、第二转向角度计算单元，所述第一转向角度计算单元与第一路径规划单元连接，所述第二转向角度计算单元与所述第二路径规划单元连接。

进一步地，所述车辆状态检测装置包括车速检测装置、前轮角度检测传感器、后轮角度检测传感器，所述车速检测装置、前轮角度检测传感器、后轮角度检测传感器均与控制器电连接。

进一步地，所述车辆转向驱动装置包括前轮转向驱动装置和后轮转向驱动装置，所述前轮转向驱动装置和后轮转向驱动装置选用液压比例阀驱动的油缸，液压比例阀与所述控制器电连接。

本发明还提供了一种就地微波加热机料堆跟随控制方法，包括：

车辆完全行驶至料堆之上，通过人机界面下发料堆跟随控制启动指令；

控制器根据料堆状态检测装置、车辆状态检测装置输出的检测信号，进行路径探测、路径规划、转向角度计算；

基于转向角度计算结果，控制器通过控制车辆转向驱动装置对车轮转向角度进行修正实现自动沿料堆轨迹行。

进一步地，若车辆前轮驶入料堆区域，车辆后轮未驶入料堆区域，通过人机界面下发料堆跟随控制启动指令；

车速计算单元接收车速检测装置发送的实时脉冲，计算车辆实时速度V；

第一路径探测单元连续接收第一位置料堆检测装置的两个超声波传感器信号，并在10/V时间段内对两个超声波传感器的信号分别进行中值滤波去噪处理，然后分别输出左右料堆位置信号L1、L2，连续记录S/10个左右料堆位置信号L1、L2后，将这些数据发送给第一路径规划单元；

第一路径规划单元进行极限工况判断；

第一路径规划单元进行料堆趋势判断；

若料堆向左延伸，则第一转向角度计算单元计算前轮左转角度修正量为-k((S3’/S3)-1)，前轮转向驱动装置修正前轮转向角度，若料堆向右延伸，则第一转向角度计算单元计算前轮转向角度修正量为k((S3/S3’)-1)，前轮转向驱动装置修正前轮转向角度，其中k为纠偏速度系数；

若车辆后轮驶入料堆区域，则保持第二路径探测单元、第二路径规划单元、第二转向角度计算单元处于工作状态；

若车辆前轮驶出料堆区域，停止第一路径探测单元、第一路径规划单元、第一转向角度计算单元工作，若车辆后轮驶出料堆区域，停止第二路径探测单元、第二路径规划单元、第二转向角度计算单元工作。

进一步地，第一路径规划单元首先进行极限工况判断的方法包括：

S/10个L1数据及S/10个L2数据中是否存在L1≤Lmin，且在相同的序列位置处在S/10个L2数据序列中是否存在L2≤Lmin，其中Lmin为第一检测单元左超声波传感器或右超声波传感器离料堆的距离下限，若存在，立即停止车辆前进；

S/10个L1数据及S/10个L2数据中是否存在L1≥Lmax,且在相同的序列位置处在S/10个L2数据序列中是否存在L2≥Lmax，其中Lmax为第一检测单元左超声波传感器或右超声波传感器离料堆的距离上限，若存在，立即停止车辆前进，并在人机界面上报警提醒。

进一步地，第一路径规划单元进行料堆趋势判断的方法包括：

将S/10个L1数据按采集的先后顺序平均分成3组，并分别计算每组的均值为S1、S2、S3，将S/10个L2数据按采集的先后顺序平均分成3组，并分别计算每组的均值为S1’、S2’、S3’；

若S1≥S2≥S3或S1’≤S2’≤S3’，则料堆向左延伸；

若S1≤S2≤S3或S1’≥S2’≥S3’，则料堆向右延伸。

本发明的有益效果如下：

降低人工劳动强度，使就地微波加热机能自动跟随料堆行驶，避免因微波加热机偏离料堆导致的大功率微波泄露；

避免因车辆长度过长，视野盲区大，因车辆操作调整不及时，导致前轮或后轮碾压至料堆上方，发生车辆侧翻事故。

附图说明

图1为根据本发明实施例提供的一种就地微波加热机料堆跟随控制系统示意图；

图2为图1中料堆状态检测装置、车辆状态检测装置、车辆转向驱动装置示意图；

图3为图1中车辆和料堆相对位置示意图；

图4为根据本发明实施例提供的一种就地微波加热机料堆跟随控制方法流程图。

具体实施方式

如图1所示，一种就地微波加热机料堆跟随控制系统包括料堆状态检测装置1、车辆状态检测装置2、车辆转向驱动装置3、控制器4、人机界面5。

进一步地，如图2所示，料堆状态检测装置1包括第一位置料堆状态检测装置11和第二位置料堆状态检测装置12。第一位置料堆状态检测装置11安装于车辆前轮前方S mm处，第二位置料堆状态检测装置12安装于车辆后轮前方S mm处。为保证路径探测后车轮有足够的距离进行转向调整，同时还不能太大导致料堆弯道或宽度发生较大的变化，而无法及时检测，优选地，200≤S≤400。第一位置料堆状态检测装置11包含第一左传感器111和第一右传感器112，第二位置料堆检测装置12包含第二左传感器121和第二右传感器122。优选地，上述4个传感器均为超声波测距传感器，第一左传感器111、第一右传感器112、第二左传感器121、第二右传感器122均与控制器4电连接。第一左传感器111、第一右传感器112的检测面相对安装，其间距需大于或等于车辆轮距，第二左传感器121和第二右传感器122的检测面也相对安装，其间距需大于或等于车辆轮距，左右间距大于或等于车辆轮距以保证即使料堆状态发生突变，也不至于损坏传感器。第一左传感器111、第一右传感器112、第二左传感器121、第二右传感器122离地高度处于料堆高度一半处。料堆和车辆的相对位置关系如图3所示。

车辆状态检测装置2包括车速检测装置21和第一车轮角度检测传感器22、第二车轮角度检测传感器23，如图2所示。其中车速检测装置21为安装于驱动马达上的脉冲计数装置，驱动马达旋转一圈，脉冲数至少大于5，车速检测装置21、第一车轮角度检测传感器22、第二车轮角度检测传感器23都与控制器4电连接。

车辆转向驱动装置3包括第一转向驱动装置31和第二转向驱动装置32，如图3所示，均为液压比例阀驱动的油缸，第一转向驱动装置31和第二转向驱动装置32分别与控制器4电连接，可实现车轮转向范围内的任意角度的连续调节。

控制器4包括路径探测单元41、路径规划单元42、转向角度计算单元43、车速计算单元44。路径探测单元41、路径规划单元42、转向角度计算单元43。路径探测单元41包括第一路径探测单元411和第二路径探测单元412；路径规划单元42包括第一路径规划单元421和第二路径规划单元422；转向角度计算单元43包括第一转向角度计算单元431和第二转向角度计算单元432。第一路径探测单元411接收第一位置料堆状态检测装置11的信号，第一路径规划单元421与第一路径探测单元411连接，第一转向角度计算单元431与第一路径规划单元421连接；第二路径探测单元412接收第二位置料堆状态检测装置12信号，第二路径规划单元422与第二路径探测单元412连接，第二转向角度计算单元432与第二路径规划单元422连接。

人机界面5与控制器4电连接，通过设置动轮半径、车桥速比参数实现车速的标定功能；在人机界面上通过点击料堆跟随控制启停控制按钮，实现将料堆跟随控制启停控制指令下发给控制器的功能；优选地，人机界面还能通过接收控制器发送的料堆离传感器的距离数据和车速信息，动态显示车辆下方的料堆边界轨迹功能，从而实现在手动模式下辅助操作人员进行车辆转向角度调节功能。

一种就地微波加热机料堆跟随控制方法如图4所示，包括如下步骤：

步骤1，若车辆前轮驶入料堆区域，车辆后轮未驶入料堆区域，通过人机界面下发料堆跟随控制启动指令；

步骤2，车速计算单元接收车速检测装置发送的实时脉冲，计算车辆实时速度V＝π×D×f/(Z×i)，其中D为动轮半径，f为每秒收到的脉冲数，Z为驱动马达旋转一圈产生的脉冲数，i为车桥速比；

步骤3，第一路径探测单元连续接收第一位置料堆检测装置的左右超声波传感器信号，并在10/V时间段内对左右超声波传感器的信号分别进行中值滤波去噪处理，然后分别输出左右料堆位置信号L1、L2；

步骤4，第一路径探测单元按照步骤3的方式分别连续记录左右料堆位置信号L1、L2各S/10个后，将这些数据发送给第一路径规划单元；

步骤5，第一路径规划单元首先进行极限工况判断：

S/10个L1数据序列中是否存在L1≤Lmin，且在相同的序列位置处在S/10个L2数据序列中是否也存在L2≤Lmin，其中Lmin为第一检测单元左超声波传感器或右超声波传感器离料堆的距离下限，若存在上述情况，立即停止前进；

S/10个L1数据序列中是否存在L1≥Lmax,且在相同的序列位置处在S/10个L2数据序列中是否也存在L2≥Lmax，其中Lmax为第一检测单元左超声波传感器或右超声波传感器离料堆的距离上限，若存在上述情况，立即停止前进，并在人机界面报警提醒即结束料堆自动跟随控制模式，并切换成手动模式；

步骤6，第一路径规划单元进行料堆趋势判断：

将S/10个L1数据按采集的先后顺序平均分成3组，并分别计算每组的均值为S1、S2、S3，同理将S/10个L2数据按相同方法处理，得到S1’、S2’、S3’；

若S1≥S2≥S3或S1’≤S2’≤S3’，则料堆向左延伸；

若S1≤S2≤S3或S1’≥S2’≥S3’，则料堆向右延伸；

步骤7，若料堆向左延伸，则第一转向角度计算单元计算前轮左转角度修正量为-k((S3’/S3)-1)，前轮转向驱动装置修正前轮转向角度；

若料堆向右延伸，则第一转向角度计算单元计算前轮转向角度修正量为k((S3/S3’)-1)，前轮转向驱动装置修正前轮转向角度，其中k为纠偏速度系数；

其中k为纠偏速度系数，优选地，0<k≤1；若转向角度修正量为正值，则车轮在原角度基础上向右转，若转向角度修正量为负值，则车轮在原角度基础上向左转。

步骤8，若车辆后轮未驶入料堆区域，则保持第二路径探测单元、第二路径规划单元、第二转向角度计算单元处于非工作状态，否则进入步骤9；

步骤9，开启第二路径探测单元、第二路径规划单元、第二转向角度计算单元工作，工作方法参照步骤3至步骤7；

步骤10，前轮驶出料堆区域，停止第一路径探测单元、第一路径规划单元、第一转向角度计算单元工作，后轮驶出料堆区域，停止第二路径探测单元、第二路径规划单元、第二转向角度计算单元工作。

以上对本发明的较佳实施进行了具体说明，当然，本发明还可以采用与上述实施方式不同的形式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下所作的等同的变换或相应的改动，都应该属于本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种就地微波加热机料堆跟随控制方法，其特征在于，包括：

车辆完全行驶至料堆之上，通过人机界面下发料堆跟随控制启动指令；

控制器根据料堆状态检测装置、车辆状态检测装置输出的检测信号，进行路径探测、路径规划、转向角度计算；

基于转向角度计算结果，控制器通过控制车辆转向驱动装置对车轮转向角度进行修正实现自动沿料堆轨迹行；

具体包括：

若车辆前轮驶入料堆区域，车辆后轮未驶入料堆区域，通过人机界面下发料堆跟随控制启动指令；

车速计算单元接收车速检测装置发送的实时脉冲，计算车辆实时速度V；

第一路径探测单元连续接收第一位置料堆检测装置的两个超声波传感器信号，并在10/V时间段内对两个超声波传感器的信号分别进行中值滤波去噪处理，然后分别输出左右料堆位置信号L1、L2，连续记录S/10个左右料堆位置信号L1、L2后，将这些数据发送给第一路径规划单元；

第一路径规划单元进行极限工况判断；

第一路径规划单元进行料堆趋势判断；

若料堆向左延伸，则第一转向角度计算单元计算前轮左转角度修正量为-k((S3’/S3)-1) ，前轮转向驱动装置修正前轮转向角度，若料堆向右延伸，则第一转向角度计算单元计算前轮转向角度修正量为k((S3/S3’)-1)，前轮转向驱动装置修正前轮转向角度，其中k为纠偏速度系数；

若车辆后轮驶入料堆区域，则保持第二路径探测单元、第二路径规划单元、第二转向角度计算单元处于工作状态，第二路径探测单元、第二路径规划单元、第二转向角度计算单元的工作方法分别与第一路径探测单元、第一路径规划单元、第一转向角度计算单元相同；

若车辆前轮驶出料堆区域，停止第一路径探测单元、第一路径规划单元、第一转向角度计算单元工作，若车辆后轮驶出料堆区域，停止第二路径探测单元、第二路径规划单元、第二转向角度计算单元工作；

其中 ，S为第一位置料堆检测装置安装在前轮前方的距离，S3为将采集到的S/10个左料堆位置信号L1数据按先后顺序平均分成3组后的最后一组的均值，S3’为将S/10个L2数据按采集的先后顺序平均分成3组后的最后一组的均值。

2.根据权利要求1所述的一种就地微波加热机料堆跟随控制方法，其特征在于，第一路径规划单元首先进行极限工况判断的方法包括：

S/10个L1数据及S/10个L2数据中是否存在L1≤Lmin，且在相同的序列位置处在S/10个L2数据序列中是否存在L2≤Lmin，其中Lmin为第一检测单元左超声波传感器或右超声波传感器离料堆的距离下限，若存在，立即停止车辆前进；

S/10个L1数据及S/10个L2数据中是否存在L1≥Lmax, 且在相同的序列位置处在S/10个L2数据序列中是否存在L2≥Lmax，其中Lmax为第一检测单元左超声波传感器或右超声波传感器离料堆的距离上限，若存在，立即停止车辆前进，并在人机界面上报警提醒。

3.根据权利要求1所述的一种就地微波加热机料堆跟随控制方法，其特征在于，第一路径规划单元进行料堆趋势判断的方法包括：

将S/10个L1数据按采集的先后顺序平均分成3组，并分别计算每组的均值为S1、S2、S3，将S/10个L2数据按采集的先后顺序平均分成3组，并分别计算每组的均值为S1’、S2’、S3’；

若S1≥S2≥S3或S1’ ≤S2’≤ S3’，则料堆向左延伸；

若S1≤S2≤ S3或S1’≥S2’≥S3’，则料堆向右延伸。

4.一种用于执行权利要求1所述方法的就地微波加热机料堆跟随控制系统，其特征在于，包括料堆状态检测装置、车辆状态检测装置、车辆转向驱动装置、控制器、人机界面；

所述料堆状态检测装置、车辆状态检测装置、车辆转向驱动装置均与所述控制器电连接，所述控制器与所述人机界面电连接；

控制器根据所述料堆状态检测装置、车辆状态检测装置输出的检测信号，进行路径探测、路径规划、转向角度计算，基于转向角度计算结果，控制器通过控制车辆转向驱动装置对车轮转向角度进行修正实现自动沿料堆轨迹行。

5.根据权利要求4所述的一种就地微波加热机料堆跟随控制系统，其特征在于，所述料堆状态检测装置包括第一位置料堆状态检测装置和第二位置料堆状态检测装置，所述第一位置料堆状态检测装置安装于车辆前轮前方，所述第二位置料堆状态检测装置安装于后轮前方。

6.根据权利要求5所述的一种就地微波加热机料堆跟随控制系统，其特征在于，所述第一位置料堆状态检测装置和第二位置料堆检测装置分别包含两个超声波传感器，两个超声波传感器与所述控制器电连接，两个超声波传感器的检测面相对安装，所述超声波传感器的安装高度低于料堆高度。

7.根据权利要求5或6所述的一种就地微波加热机料堆跟随控制系统，其特征在于，所述控制器包括路径探测单元、路径规划单元、转向角度计算单元、车速计算单元；

其中，所述路径探测单元包括第一路径探测单元、第二路径探测单元，所述第一路径探测单元接收所述第一位置料堆状态检测装置的信号，所述第二路径探测单元接收所述第二位置料堆状态检测装置信号；

所述路径规划单元包括第一路径规划单元、第二路径规划单元，所述第一路径规划单元与所述第一路径探测单元连接，所述第二路径规划单元与所述第二路径探测单元连接；

所述转向角度计算单元包括第一转向角度计算单元、第二转向角度计算单元，所述第一转向角度计算单元与第一路径规划单元连接，所述第二转向角度计算单元与所述第二路径规划单元连接。

8.根据权利要求4所述的一种就地微波加热机料堆跟随控制系统，其特征在于，所述车辆状态检测装置包括车速检测装置、前轮角度检测传感器、后轮角度检测传感器，所述车速检测装置、前轮角度检测传感器、后轮角度检测传感器均与控制器电连接。

9.根据权利要求4所述的一种就地微波加热机料堆跟随控制系统，其特征在于，所述车辆转向驱动装置包括前轮转向驱动装置和后轮转向驱动装置，所述前轮转向驱动装置和后轮转向驱动装置选用液压比例阀驱动的油缸，液压比例阀与所述控制器电连接。

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