CN114596688B - 装载机防疲劳驾驶装置及其疲劳预警方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种装载机防疲劳驾驶装置及其疲劳预警方法，其属于工程机械领域。它主要包括装载机本体，装载机本体上设有液压缸推杆位移测试系统、障碍物测距系统、信息采集处理系统和预警系统，液压缸推杆位移测试系统和障碍物测距系统分别与信息采集处理系统连接，信息采集处理系统与预警系统连接。本发明方法通过先对操作者作业过程进行采集，根据操作者未疲劳驾驶时的数据为依据，判断后期操作是否疲劳驾驶，很好的避免了因操作者自身操作习惯、物料特点、作业场地及运输车辆等条件的变化而引起的判断异常，从而提高了对疲劳驾驶判断的准确性。本发明主要用于装载机疲劳预警。
Description
技术领域
本发明属于工程机械领域，具体地说，尤其涉及一种装载机防疲劳驾驶装置及其疲劳预警方法。
背景技术
装载机作为一种广泛应用于港口、矿山、建筑、公路的可移动工程机械，广泛应用于铲装土壤、砂石、石灰、煤炭等散状物料，它具有作业速度快、机动性好、操作轻便，可短距离转运等优点。装载机工作环境恶劣，具有粉尘多、噪声大、温度高、震动冲击大、露天作业等特点，再加上作业量大，操作者经常会发生疲劳驾驶的情况，且驾驶员经常注意不到自己已经在疲劳驾驶了。
目前，汽车行业普遍采用防疲劳驾驶监控系统，其主要捕捉并分析驾驶员的生物行为信息，如眼睛、脸部、心跳和脑活动，从而判断驾驶员是否疲劳驾驶。如挂耳朵式疲劳预警器，低头就报警，但疲劳驾驶不一定就低头，低头也不一定就是疲劳驾驶，因此并不实用；再如手表式疲劳预警器，利用脉搏跳动来评估是否疲劳，但这没有权威的科学依据，也没法解决突然睡着的问题；眼镜式疲劳预警器则是需要操作者带上厚重的眼镜，通过眨眼频率来判断是否疲劳，但眨眼频率和疲劳也没有直接关系；方向盘触摸式预警器，则是利用在方向盘上安装传感器来感知操作者是否握住方向盘，但这也不一定能准确判断是否在疲劳驾驶，因为有些人睡着了仍然紧握着方向盘，这与操作者习惯相关；最后一种是图像识别式预警器，它是利用图像传感器捕捉操作者面部特征，通过识别面部特征来判断疲劳程度。综合来看，图像识别式预警器是最准确的疲劳预警方式，但图像识别技术自适应性很差，因为装载机工作环境粉尘多、噪声大、冲击震动大，一般很难捕捉准确的面部特征，故识别效果也较差。因此，装载机无法使用现有的汽车防疲劳驾驶监控系统，目前还没有一种可应用于装载机上的防疲劳驾驶装置。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种装载机防疲劳驾驶装置及其疲劳预警方法，该方法通过先对操作者作业过程进行采集，根据操作者未疲劳驾驶时的数据为依据，判断后期操作是否疲劳驾驶，很好的避免了因操作者自身操作习惯、物料特点、作业场地及运输车辆等条件的变化而引起的判断异常，从而提高了对疲劳驾驶判断的准确性。
所述的装载机防疲劳驾驶装置，包括装载机本体，所述装载机本体上设有液压缸推杆位移测试系统、障碍物测距系统、信息采集处理系统和预警系统，液压缸推杆位移测试系统和障碍物测距系统分别与信息采集处理系统连接，信息采集处理系统与预警系统连接。
优选地，所述液压缸推杆位移测试系统包括转斗缸推杆位移传感器和动臂缸推杆位移传感器，转斗缸推杆位移传感器安装于转斗油缸的缸筒和转斗缸推杆销轴上，动臂缸推杆位移传感器安装于动臂油缸的缸筒和动臂缸推杆销轴上。
优选地，所述障碍物测距系统包括前车架测距传感器和后方测距传感器，前车架测距传感器安装于装载机本体的前车架上，用于测量前车架与运输车的距离；后方测距传感器安装于装载机本体的后方，用于监测装载机本体后方的人或障碍物。
所述的装载机疲劳预警方法，包括上述的装载机防疲劳驾驶装置，预警方法如下：
步骤1，信息采集处理系统实时采集并记录，装载机在铲料、卸料过程中某一特定位置液压缸推杆位移测试系统中的推杆伸出量A、障碍物测距系统中装载机本体与障碍物之间的距离B，记录时间为t，并算出t时间内，推杆伸出量A的平均值和障碍物距离B的平均值/>
步骤2，信息采集处理系统将步骤1中采集的实时数据与其平均值差值的绝对值，与其平均值进行对比，并得出推杆位移的比值装载机本体与障碍物距离的比值/>与/>
步骤3，当A’≤15％且B’≤30％时，则信息采集处理系统输出操作者无疲劳驾驶；
当15％＜A’≤30％或30％＜B’≤50％，且发生次数小于i次时，则信息采集处理系统输出操作者存在疲劳驾驶风险，预警系统启动黄色警报灯闪烁；
当15％＜A’≤30％或30％＜B’≤50％，且发生次数大于等于i次时，则信息采集处理系统输出操作者已疲劳驾驶，预警系统启动红色警报灯闪烁，同时蜂鸣器工作进行报警；
当A’＞30％或B’＞50％时，则信息采集处理系统输出操作者已疲劳驾驶，预警系统启动红色警报灯闪烁，同时蜂鸣器工作进行报警。
优选地，所述液压缸推杆位移测试系统中的推杆伸出量A包括转斗油缸的推杆伸出量α和动臂油缸的推杆伸出量β，障碍物距离B包括前车架与运输车之间的距离δ，信息采集处理系统算出t时间内，转斗缸推杆位移的比值动臂缸推杆位移的比值 前车架与运输车之间的距离比值/>
优选地，当α’≤15％且β’≤15％且δ’≤30％时，则信息采集处理系统输出操作者无疲劳驾驶；
当15％＜α’≤30％或15％＜β’≤30％或30％＜δ’≤50％，且发生次数小于i次时，则信息采集处理系统输出操作者存在疲劳驾驶风险，预警系统启动黄色警报灯闪烁；
当15％＜α’≤30％或15％＜β’≤30％或30％＜δ’≤50％，且发生次数大于等于i次时，则信息采集处理系统输出操作者已疲劳驾驶，预警系统启动红色警报灯闪烁，同时蜂鸣器工作进行报警；
当α’＞30％或β’＞30％或δ’＞50％时，则信息采集处理系统输出操作者已疲劳驾驶，预警系统启动红色警报灯闪烁，同时蜂鸣器工作进行报警。
优选地，所述障碍物测距系统还包括后方测距传感器，后方测距传感器实时监测装载机本体后方的人或障碍物，当后方测距传感器监测到装载机本体后方有人或障碍物时，将信息传输给步骤1中的信息采集处理系统，信息采集处理系统启动预警系统进行报警。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明方法先对操作者作业情况进行采集，并以操作者自身在未疲劳驾驶时的数据为依据，来判断后期是否进入疲劳驾驶，很好的避免了因物料特点、作业场地、运输车辆及操作者自身操作习惯等条件的变化而引起的判断异常，从而提高了对疲劳驾驶判断的准确性；
2、本发明在装载机本体上增设液压缸推杆位移测试系统和障碍物测距系统，通过液压缸推杆位移测试系统和障碍物测距系统实时采集工作过程中的液压缸推杆位移和装载机前车架与运输车间距信息，利用装载机工作的客观信息进行防疲劳驾驶监控，实用性强；
3、障碍物测距系统包括后方测距传感器和前车架测距传感器，并分别固定在配重和前车架上，前车架测距传感器用于测试与运输车的距离，配重上超声波测距传感器用于监测车后是否有人或障碍物，降低驾驶员对后侧监控的精力投入，减少驾驶员负担，延长发生疲劳驾驶的时间；
4、增设预警系统，预警系统包括蜂鸣器和绿、黄、红三色警报灯，预警系统位于驾驶室内操作者前方，便于对操作者进行预警。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的原理图。
图中，1、装载机本体；2、后方测距传感器；3、前车架测距传感器；4、动臂油缸；5、动臂缸推杆位移传感器；6、动臂缸推杆；7、动臂缸推杆销轴；8、转斗油缸；9、转斗缸推杆；10、转斗缸推杆销轴；11、转斗缸推杆位移传感器；12、预警系统；13、信息采集处理系统；14、驾驶室。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
实施例一：如图1所示，所述的装载机防疲劳驾驶装置，包括装载机本体1，装载机本体1上设有液压缸推杆位移测试系统、障碍物测距系统、信息采集处理系统13和预警系统12，液压缸推杆位移测试系统和障碍物测距系统分别与信息采集处理系统13连接，信息采集处理系统13与预警系统12连接，预警系统12安装于装载机本体1的驾驶室14内，便于对操作者进行预警。预警系统12包括蜂鸣器和三色警报灯，警示灯有绿、黄、红三种颜色，预警系统12为现有技术。
液压缸推杆位移测试系统包括转斗缸推杆位移传感器11和动臂缸推杆位移传感器5，转斗缸推杆位移传感器11安装于转斗油缸8的缸筒和转斗缸推杆销轴10上，转斗缸推杆9与转斗缸推杆销轴10铰接，动臂缸推杆位移传感器5安装于动臂油缸4的缸筒和动臂缸推杆销轴7上，动臂缸推杆6与动臂缸推杆销轴7铰接。转斗缸推杆位移传感器11和动臂缸推杆位移传感器5实时检测转斗缸推杆9和动臂缸推杆6的位移，并将信息传输给信息采集处理系统13。
障碍物测距系统包括前车架测距传感器3和后方测距传感器2，前车架测距传感器3和后方测距传感器2均采用超声波测距传感器，前车架测距传感器3安装于装载机本体1的前车架上，用于测量前车架与运输车之间的距离；后方测距传感器2安装于装载机本体1后方的配重或后机罩上，用于监测装载机本体1后方是否有人或障碍物。
所述的装载机疲劳预警方法，包括上述的装载机防疲劳驾驶装置，预警方法如下：
步骤1，操作者启动防疲劳驾驶模式，信息采集处理系统13实时采集并记录装载机在铲料、卸料过程中，某一特定位置液压缸推杆位移测试系统中的推杆伸出量A、障碍物测距系统中装载机本体1与障碍物之间的距离B，记录时间为t，并算出t时间内，在多个周期中该特定位置上，推杆伸出量A的平均值和障碍物距离B的平均值/>上述特定位置为任一位置，为方便计算，优先选用液压缸推杆的最大位移处。
在此过程中，若装载机本体1后方的后方测距传感器2感应到有人或其他障碍物，后方测距传感器2会将信息传输给信息采集处理系统13，信息采集处理系统13启动预警系统12进行报警，此时，红色警报灯亮起，且蜂鸣器开始报警；
步骤2，若装载机本体1后方没有任何障碍物，信息采集处理系统13将步骤1中采集的实时数据与其平均值差值的绝对值，与其平均值进行对比，并得出推杆位移的比值 装载机本体(1)与障碍物距离的比值/>与/>A’和B’的比值越大，疲劳驾驶风险越高；
步骤3，当A’≤15％且B’≤30％时，则信息采集处理系统(13)输出操作者无疲劳驾驶，预警系统12中的绿灯亮起；
当15％＜A’≤30％或30％＜B’≤50％，且发生次数小于i次时，则信息采集处理系统(13)输出操作者存在疲劳驾驶风险，预警系统(12)启动黄色警报灯闪烁；
当15％＜A’≤30％或30％＜B’≤50％，且发生次数大于等于i次时，则信息采集处理系统(13)输出操作者已疲劳驾驶，预警系统(12)启动红色警报灯闪烁，同时蜂鸣器工作进行报警，提示操作者停车休息；
当A’＞30％或B’＞50％时，则信息采集处理系统(13)输出操作者已疲劳驾驶，预警系统(12)启动红色警报灯闪烁，同时蜂鸣器工作进行报警，提示操作者停车休息。
实施例二：如图2所示，液压缸推杆位移测试系统中的推杆伸出量A包括转斗油缸8的推杆伸出量α和动臂油缸4的推杆伸出量β，障碍物距离B包括前车架与运输车之间的距离δ，信息采集处理系统13算出t时间内，在上述的特定位置中，转斗缸推杆位移的比值 动臂缸推杆位移的比值/>前车架与运输车之间的距离比值 其它与实施例一相同。
为转斗油缸8的推杆伸出量α的平均值，/>为动臂油缸4推杆伸出量β的平均值，/>为前车架与运输车之间的距离δ的平均值/> 表示动臂缸推杆6伸出量的采集值与前t分钟内平均值之差的绝对值；/>转斗缸推杆9伸出量的采集值与前t分钟内平均值之差的绝对值；/>表示前车架与运输车之间的距离的采集值与前t分钟内平均值之差的绝对值。
为便于说明，根据液压缸推杆变化量及障碍物距离将装载作业过程中出现的情况，定义为事件Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ。
事件Ⅰ：当α’≤15％且β’≤15％且δ’≤30％时，则信息采集处理系统13输出操作者无疲劳驾驶，预警系统12中的绿灯亮起。
事件Ⅱ：15％＜α’≤30％或15％＜β’≤30％或30％＜δ’≤50％。
当事件Ⅱ的发生次数小于i次时，则信息采集处理系统13输出操作者存在疲劳驾驶风险，预警系统12启动黄色警报灯闪烁，闪烁频率为1次/s；
当事件Ⅱ的发生次数大于等于i次时，则信息采集处理系统13输出操作者已疲劳驾驶，预警系统12启动红色警报灯闪烁，闪烁频率为3次/s,同时蜂鸣器工作进行报警，提示操作者停车休息。
事件Ⅲ：当α’＞30％或β’＞30％或δ’＞50％时，则信息采集处理系统13输出操作者已疲劳驾驶，预警系统12启动红色警报灯闪烁，闪烁频率为3次/s,同时蜂鸣器工作进行报警，提示操作者停车休息。
Claims (5)
1.一种装载机疲劳预警方法，包括装载机防疲劳驾驶装置，装载机防疲劳驾驶装置包括装载机本体(1)，所述装载机本体(1)上设有液压缸推杆位移测试系统、障碍物测距系统、信息采集处理系统(13)和预警系统(12)，液压缸推杆位移测试系统和障碍物测距系统分别与信息采集处理系统(13)连接，信息采集处理系统(13)与预警系统(12)连接，其特征在于：预警方法如下：
步骤1，信息采集处理系统(13)实时采集并记录装载机在铲料、卸料过程中，某一特定位置液压缸推杆位移测试系统中的推杆伸出量A、障碍物测距系统中装载机本体(1)与障碍物之间的距离B，记录时间为t，并算出t时间内，推杆伸出量A的平均值和障碍物距离B的平均值/>
步骤2，信息采集处理系统(13)将步骤1中采集的实时数据与其平均值差值的绝对值，与其平均值进行对比，并得出推杆位移的比值装载机本体(1)与障碍物距离的比值/>与/>
步骤3，当A’≤15％且B’≤30％时，则信息采集处理系统(13)输出操作者无疲劳驾驶；
当15％＜A’≤30％或30％＜B’≤50％，且发生次数小于i次时，则信息采集处理系统(13)输出操作者存在疲劳驾驶风险，预警系统(12)启动黄色警报灯闪烁；
当15％＜A’≤30％或30％＜B’≤50％，且发生次数大于等于i次时，则信息采集处理系统(13)输出操作者已疲劳驾驶，预警系统(12)启动红色警报灯闪烁，同时蜂鸣器工作进行报警；
当A’＞30％或B’＞50％时，则信息采集处理系统(13)输出操作者已疲劳驾驶，预警系统(12)启动红色警报灯闪烁，同时蜂鸣器工作进行报警；
所述液压缸推杆位移测试系统中的推杆伸出量A包括转斗油缸(8)的推杆伸出量α和动臂油缸(4)的推杆伸出量β，障碍物距离B包括前车架与运输车之间的距离δ，信息采集处理系统(13)算出t时间内，转斗缸推杆位移的比值动臂缸推杆位移的比值前车架与运输车之间的距离比值/>
2.根据权利要求1所述的装载机疲劳预警方法，其特征在于：所述液压缸推杆位移测试系统包括转斗缸推杆位移传感器(11)和动臂缸推杆位移传感器(5)，转斗缸推杆位移传感器(11)安装于转斗油缸(8)的缸筒和转斗缸推杆销轴(10)上，动臂缸推杆位移传感器(5)安装于动臂油缸(4)的缸筒和动臂缸推杆销轴(7)上。
3.根据权利要求2所述的装载机疲劳预警方法，其特征在于：所述障碍物测距系统包括前车架测距传感器(3)和后方测距传感器(2)，前车架测距传感器(3)安装于装载机本体(1)的前车架上，用于测量前车架与运输车的距离；后方测距传感器(2)安装于装载机本体(1)的后方，用于监测装载机本体(1)后方的人或障碍物。
4.根据权利要求3所述的装载机疲劳预警方法，其特征在于：
当α’≤15％且β’≤15％且δ’≤30％时，则信息采集处理系统(13)输出操作者无疲劳驾驶；
当15％＜α’≤30％或15％＜β’≤30％或30％＜δ’≤50％，且发生次数小于i次时，则信息采集处理系统(13)输出操作者存在疲劳驾驶风险，预警系统(12)启动黄色警报灯闪烁；
当15％＜α’≤30％或15％＜β’≤30％或30％＜δ’≤50％，且发生次数大于等于i次时，则信息采集处理系统(13)输出操作者已疲劳驾驶，预警系统(12)启动红色警报灯闪烁，同时蜂鸣器工作进行报警；
当α’＞30％或β’＞30％或δ’＞50％时，则信息采集处理系统(13)输出操作者已疲劳驾驶，预警系统(12)启动红色警报灯闪烁，同时蜂鸣器工作进行报警。
5.根据权利要求1所述的装载机疲劳预警方法，其特征在于：所述障碍物测距系统还包括后方测距传感器(2)，后方测距传感器(2)实时监测装载机本体(1)后方的人或障碍物，当后方测距传感器(2)监测到装载机本体(1)后方有人或障碍物时，将信息传输给步骤1中的信息采集处理系统(13)，信息采集处理系统(13)启动预警系统(12)进行报警。
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