CN114875998B - 一种遥控装载机安全保护系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种遥控装载机安全保护系统，包括：车载遥控信号接收器装置，用于接收遥控指令，并将网络信号转换为CAN信号发送给整车控制器以及向整车控制器发送“心跳”信号；超声波雷达，用于探测车身距离障碍物的距离，并将探测到的距离信息发送给整车控制器；急停开关，将急停信号输入给整车控制器，通过控制器控制整车的制动、熄火；模式切换开关，用于装载机工作在遥控模式和本地模式的切换；电源总开关，用于控制整车上电、启动、熄火；整车控制器，用于接收遥控信号接收装置发送的控制指令，接收整车的状态信息，并生成相应的控制指令，控制发动机、变速箱、电磁比例制动阀；电磁比例制动阀，用于接收整车控制器输出的制动指令，实现线性制动。

Description

一种遥控装载机安全保护系统

技术领域

本发明涉及一种遥控装载机安全保护系统，属于安全保护技术领域。

背景技术

未来随着智慧矿山、智慧港口的大力发展，5G网络覆盖面的进一步扩大，并且遥控装载机在应对高温、高尘、高辐射以及抢险救灾等特殊工况可以实现人机分离，因此未来市场对遥控装载机提出了更高的技术要求。

遥控装载机的安全保护系统是遥控装载机能够进行稳定、安全、高效工作的基础，因此，研究和开发出适宜的遥控装载机安全保护系统具有重要的意义。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足之处，本发明提供一种遥控装载机安全保护系统，采用模式切换保护控制方法、通讯中断保护控制方法、急停保护控制方法、防碰撞保护控制方法、转向防倾翻保护控制方法，使装载机在遥控作业时出现突发情况时进行及时有效的保护。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种遥控装载机安全保护系统，其特征在于，包括：

遥控信号接收装置，用于接收遥控操作设备的指令信号，并将接收到的网络信号指令转换为CAN信号发送给整车控制器，同时发送“心跳”信号用于判断整车端和遥控端是否断开网络；

超声波雷达，用于扫描装载机车身周围障碍物，并将探测到障碍物距离车体的距离发送给整车控制器；

模式切换开关，用于装载机工作时在遥控模式和本地模式的切换；

电源总开关，用于控制整车的上电、启动和熄火；

电磁比例制动阀，用于接收整车控制器的制动指令，控制装载机实现线性制动；

整车控制器，分别与遥控信号接收装置、超声波雷达、模式切换开关、电磁比例制动阀、发动机和变速箱连接，接收其状态信息和遥控指令，并生成相应的控制指令控制发动机怠速运转、变速箱执行空档指令和电磁比例制动阀输出最大制动压力。

所述的遥控信号接收装置接收的指令信号包括档位开关的前进指令、后退指令、转向手柄的左右转向指令、控制发动机转速的油门踏板指令、控制整车驻车的制动踏板指令和控制车辆急停的急停开关指令。

所述的所述整车控制器通过CAN总线或硬接线与遥控信号接收装置、发动机、变速箱、电磁比例制动阀和电源总开关相连接。

所述的遥控信号接收装置安装在装载机驾驶室的顶部，所述的超声波雷达安装在装载机后车架的左侧、尾部和右侧；所述的模式切换开关安装在装载机驾驶室内部右侧的翘板开关面板上；所述的电源总开关，安装在装载机驾驶室内部的后侧；所述的电磁比例制动阀，安装在装载机后车架下面与整车制动气路相连接。

所述的整车控制器内置有控制系统，控制系统分别获取模式切换信号、遥控指令信号、 “心跳”信号和车速信号；

所述模式切换信号为模式切换开关的闭合信号；

所述“心跳”信号为遥控信号接收装置与遥控操作设备之间的正常通讯标识；

控制系统是否接收到模式切换开关的闭合信号，如果否，那么控制系统工作在本地模式；如果控制系统接收到模式切换开关的闭合信号，那么控制系统是否接收到来自遥控信号接收装置的“心跳”信号，如果否，那么控制系统工作在本地模式，如果控制系统接收到遥控信号接收装置的“心跳”信号，那么控制系统工作在遥控模式；

所述的控制系统还获取急停信号和车速信号，所述的急停信号是通过遥控信号接收装置给控制系统发送来自遥控操作设备的急停开关信号；所述的车速信号通过控制系统以CAN总线的形式获取变速箱输出轴的转速结合轮胎直径、车辆的减速比计算而来；

控制系统实时判断是否接收到来自遥控信号接收装置发送的急停开关指令，如果否，那么车辆继续正常工作；如果接收到来自遥控信号接收装置发送的急停指令，那么急停保护系统使能，急停保护系统给发动机发送怠速运行指令控制发动机怠速运行、给变速箱输出N档运行指令控制变速箱工作在N档、给电磁比例制动阀输出最大制动电流控制车辆及时制动，同时实时判断当前车速是否小于安全阈值，如果否，那么暂不熄火，如果是，那么急停保护系统给电源总开关发送熄火指令，控制车辆断电熄火。

所述的控制系统获取车身距离障碍物的距离，车身距离障碍物的距离通过车身安装的超声波雷达实时的发出超声波信号探测周围的障碍物，并将障碍物的距离发送给控制系统。

所述的控制系统实时接收来自超声波雷达探测到的车辆距离障碍物的距离信息，并将探测到的距离信息经过处理发送给遥控操作设备的显示屏，显示屏实时显示车辆距离障碍物的距离，且控制系统根据探测到的障碍物的距离不同控制报警蜂鸣器发出不同频率的报警声音，用于预警提示；控制系统根据车尾超声波雷达探测到的距离障碍物的距离是否小于安全阈值，如果否，那么车辆继续行驶，如果控制系统根据车尾超声波雷达探测到的距离障碍物的距离小于或等于安全阈值时，控制系统判断整车是否处于R档状态，如果否，那么车辆继续行驶，如果整车处于R档状态，那么触发防碰撞保护系统，防碰撞保护系统控制发动机怠速运行、控制变速箱工作在N档、给电磁比例制动阀输出最大控制电流控制车辆及时刹车，当车辆制动停车后，将档位切换为F档/N档防碰撞保护系统立即解除。

所述的控制系统获取“心跳”信号为获取遥控信号接收装置发出的“心跳”信号，“心跳”信号由遥控信号接收装置根据遥控指令延时发出；

控制系统实时监测遥控指令信号，判断遥控指令信号延时是否大于阈值，如果否，那么车辆继续工作；如果遥控指令信号延时大于阈值，触发通讯中断保护系统，遥控操作设备的显示屏会出现通讯中断的提示，控制系统控制发动机怠速运转、控制变速箱工作在N档，给电磁比例制动阀输出最大制动电流，同时判断当前车速是否达到安全阈值，如果否，车辆暂不熄火，如果是，控制电源总开关立即实现整车断电熄火；

所述的控制系统获取转向手柄1秒内变化的幅度，转向手柄1秒内变化的幅度来自遥控信号接收装置发送的遥控操作设备控制车辆左右转向的设备在1秒内左右变化的幅度；车辆当前车速是否小于设定的阈值，如果是，那么控制系统将接收到的左右转向信号经过算法和逻辑处理后，控制输出左右转向电磁阀的电流进行100%输出；如果车辆当前速度大于设定的阈值，那么判断远程控制车辆转向时1秒内转向手柄变化幅度是否大于设定值，如果否，那么控制输出左右转向电磁阀的电流进行80%输出，如果远程控制车辆转向时1秒内转向手柄变化幅度大于设定值，那么控制输出左右转向电磁阀的电流进行30%输出。

本发明的有益效果是：可以快速的控制车辆进行工作在遥控模式或本地模式的切换，且控制车辆工作在本地模式时，遥控端所有的控制指令对车辆都无法进行控制，有效的提高了车辆的作业安全性；车辆遥控作业时发生突发情况时，来不及控制车辆进行减速制动熄火时，通过操作遥控操作设备的急停开关，可以立即控制车辆进行减速制动熄火，提高遥控作业的安全性；可以有效的解决车辆在快速作业过程中遇到障碍物时，可以及时有效的进行制动，提高了遥控作业的安全性；可以在车辆作业过程中出现通讯中断或者通讯延时较长时，及时控制车辆进行减速、制动、熄火；可以避免车辆在作业过程中，当车速过快，且遥控驾驶操作员误操作控制车辆转向的左右转向手柄，导致转向手柄在断时间内进行大幅度变化，从而引起车辆高速行驶且快速大幅度转向导致的倾翻。

附图说明

下面根据附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的系统框架图；

图2是本发明的模式切换控制流程图；

图3是本发明的急停保护控制流程图；

图4是本发明的防碰撞保护控制流程图；

图5是本发明的通讯中断保护控制流程图；

图6是本发明的防倾翻保护控制流程图。

具体实施方式

如图1所示的一种遥控装载机安全保护系统，其特征在于，包括：

遥控信号接收装置，用于接收遥控操作设备的指令信号，并将接收到的网络信号指令转换为CAN信号发送给整车控制器，同时发送“心跳”信号用于判断整车端和遥控端是否断开网络；

超声波雷达，用于扫描装载机车身周围障碍物，并将探测到障碍物距离车体的距离发送给整车控制器；

模式切换开关，用于装载机工作时在遥控模式和本地模式的切换；

电源总开关，用于控制整车的上电、启动和熄火；

电磁比例制动阀，用于接收整车控制器的制动指令，控制装载机实现线性制动；

整车控制器，分别与遥控信号接收装置、超声波雷达、模式切换开关、电磁比例制动阀、发动机和变速箱连接，接收其状态信息和遥控指令，并生成相应的控制指令控制发动机怠速运转、变速箱执行空档指令和电磁比例制动阀输出最大制动压力。

所述的遥控信号接收装置接收的指令信号包括档位开关的前进指令、后退指令、转向手柄的左右转向指令、控制发动机转速的油门踏板指令、控制整车驻车的制动踏板指令和控制车辆急停的急停开关指令。

所述的所述整车控制器通过CAN总线或硬接线与遥控信号接收装置、发动机、变速箱、电磁比例制动阀和电源总开关相连接。

所述的遥控信号接收装置安装在装载机驾驶室的顶部，所述的超声波雷达安装在装载机后车架的左侧、尾部和右侧；所述的模式切换开关安装在装载机驾驶室内部右侧的翘板开关面板上；所述的电源总开关，安装在装载机驾驶室内部的后侧；所述的电磁比例制动阀，安装在装载机后车架下面与整车制动气路相连接。

如图2所示，控制系统实时判断是否接收到模式切换开关的闭合信号，如果否，那么控制系统工作在本地模式，此时遥控操作设备的所有控制指令对整车的控制均无效；如果控制系统接收到模式切换开关的闭合信号，那么控制系统是否接收到来自遥控信号接收装置的心跳信号，如果否，那么控制系统工作在本地模式，此时遥控操作设备的所有控制指令对整车的控制均无效；如果控制系统接收到遥控信号接收装置的“心跳”信号，那么控制系统工作在遥控模式。

如图3所示，控制系统实时判断是否接收到来自遥控信号接收装置发送的急停开关指令，如果否，那么车辆继续正常工作；如果接收到来自遥控信号接收装置发送的急停指令，那么急停保护系统使能，急停保护系统给发动机发送怠速运行指令控制发动机怠速运行、给变速箱输出N档运行指令控制变速箱工作在N档、给电磁比例制动阀输出最大制动电流控制车辆及时制动，同时实时判断当前车速是否小于安全阈值，如果否，那么暂不熄火，如果是，那么急停保护系统给电源总开关发送熄火指令，控制车辆断电熄火。

如图4所示，控制系统实时接收来自超声波雷达探测到的车辆距离障碍物的距离，并将探测到的距离数值经过处理发送给遥控操作设备的显示屏，显示屏实时显示车辆距离障碍物的距离，且控制系统根据探测到的障碍物的距离不同控制报警蜂鸣器发出不同频率的报警声音，用于预警提示；控制系统根据车尾超声波雷达探测到的距离障碍物的距离是否小于1.5m，如果否，那么车辆继续行驶；如果控制系统根据车尾超声波雷达探测到的距离障碍物的距离≤1.5m时，控制系统判断整车是否处于R档状态，如果否，那么车辆继续行驶，如果整车处于R档状态，那么触发防碰撞保护系统，防碰撞保护系统控制发动机怠速运行、控制变速箱工作在N档、给电磁比例制动阀输出最大控制电流控制车辆及时刹车，当车辆制动停车后，将档位切换为F档/N档防碰撞保护系统立即解除。

如图5所示，遥控信号接收装置实时接收遥控操作设备的操作指令，当操作指令延时大于300ms时，遥控信号接收装置不再给控制系统发送“心跳”信号，否则持续发送“心跳”信号。控制系统实时监测遥控指令信号，判断遥控指令信号延时是否大于300ms，如果否，那么车辆继续工作；如果遥控指令信号延时大于300ms，触发通讯中断保护系统，遥控操作设备的显示屏会出现通讯中断的提示，控制系统控制发动机怠速运转、控制变速箱工作在N档，给电磁比例制动阀输出最大制动电流，同时判断当前车速是否小于0.5km/h，如果否，车辆暂不熄火，如果是，控制电源总开关立即实现整车断电熄火。

如图6所示，遥控信号接收装置发出的转向手柄瞬时变化幅度，指的是转向手柄1秒内变化的幅度来自遥控信号接收装置发送的遥控操作设备控制车辆左右转向的设备在1秒内左右变化的幅度。所述的左右转向电磁阀与整车控制器通过硬线的形式连接，用于控制车辆进行左右转向的电控阀。控制系统实时判断车辆当前车速是否小于设定的8km/h，如果是，那么控制系统将接收到的左右转向信号经过算法和逻辑处理后，控制输出左右转向电磁阀的电流进行100%输出；如果车辆当前速度大于8km/h，那么判断远程控制车辆转向时1秒内转向手柄变化幅度是否大于90%，如果否，那么控制输出左右转向电磁阀的电流进行80%输出，如果远程控制车辆转向时1秒内转向手柄变化幅度大于90%，那么控制输出左右转向电磁阀的电流进行30%输出。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (9)

1.一种遥控装载机安全保护系统，其特征在于，包括：

遥控信号接收装置，用于接收遥控操作设备的指令信号，并将接收到的网络信号指令转换为CAN信号发送给整车控制器，同时发送“心跳”信号用于判断整车端和遥控端是否断开网络；

超声波雷达，用于扫描装载机车身周围障碍物，并将探测到障碍物距离车体的距离发送给整车控制器；

模式切换开关，用于装载机工作时在遥控模式和本地模式的切换；

电源总开关，用于控制整车的上电、启动和熄火；

电磁比例制动阀，用于接收整车控制器的制动指令，控制装载机实现线性制动；

整车控制器，分别与遥控信号接收装置、超声波雷达、模式切换开关、电磁比例制动阀、发动机和变速箱连接，接收其状态信息和遥控指令，并生成相应的控制指令控制发动机怠速运转、变速箱执行空档指令和电磁比例制动阀输出最大制动压力；

所述的整车控制器内置有控制系统，控制系统分别获取模式切换信号、遥控指令信号、“心跳”信号和车速信号；

所述模式切换信号为模式切换开关的闭合信号；

所述“心跳”信号为遥控信号接收装置与遥控操作设备之间的正常通讯标识；

控制系统是否接收到模式切换开关的闭合信号，如果否，那么控制系统工作在本地模式；如果控制系统接收到模式切换开关的闭合信号，那么控制系统是否接收到来自遥控信号接收装置的“心跳”信号，如果否，那么控制系统工作在本地模式，如果控制系统接收到遥控信号接收装置的“心跳”信号，那么控制系统工作在遥控模式。

2.根据权利要求1所述的一种遥控装载机安全保护系统，其特征在于：所述的遥控信号接收装置接收的指令信号包括档位开关的前进指令、后退指令、转向手柄的左右转向指令、控制发动机转速的油门踏板指令、控制整车驻车的制动踏板指令和控制车辆急停的急停开关指令。

3.根据权利要求1所述的一种遥控装载机安全保护系统，其特征在于：所述的所述整车控制器通过CAN总线或硬接线与遥控信号接收装置、发动机、变速箱、电磁比例制动阀和电源总开关相连接。

4.根据权利要求1所述的一种遥控装载机安全保护系统，其特征在于：所述的遥控信号接收装置安装在装载机驾驶室的顶部，所述的超声波雷达安装在装载机后车架的左侧、尾部和右侧；所述的模式切换开关安装在装载机驾驶室内部右侧的翘板开关面板上；所述的电源总开关，安装在装载机驾驶室内部的后侧；所述的电磁比例制动阀，安装在装载机后车架下面与整车制动气路相连接。

5.根据权利要求1所述的一种遥控装载机安全保护系统，其特征在于：所述的控制系统还获取急停信号和车速信号，所述的急停信号是通过遥控信号接收装置给控制系统发送来自遥控操作设备的急停开关信号；所述的车速信号通过控制系统以CAN总线的形式获取变速箱输出轴的转速结合轮胎直径、车辆的减速比计算而来；

控制系统实时判断是否接收到来自遥控信号接收装置发送的急停开关指令，如果否，那么车辆继续正常工作；如果接收到来自遥控信号接收装置发送的急停指令，那么急停保护系统使能，急停保护系统给发动机发送怠速运行指令控制发动机怠速运行、给变速箱输出N档运行指令控制变速箱工作在N档、给电磁比例制动阀输出最大制动电流控制车辆及时制动，同时实时判断当前车速是否小于安全阈值，如果否，那么暂不熄火，如果是，那么急停保护系统给电源总开关发送熄火指令，控制车辆断电熄火。

6.根据权利要求1所述的一种遥控装载机安全保护系统，其特征在于：所述的控制系统获取车身距离障碍物的距离，车身距离障碍物的距离通过车身安装的超声波雷达实时的发出超声波信号探测周围的障碍物，并将障碍物的距离发送给控制系统。

7.根据权利要求6所述的一种遥控装载机安全保护系统，其特征在于：所述的控制系统实时接收来自超声波雷达探测到的车辆距离障碍物的距离信息，并将探测到的距离信息经过处理发送给遥控操作设备的显示屏，显示屏实时显示车辆距离障碍物的距离，且控制系统根据探测到的障碍物的距离不同控制报警蜂鸣器发出不同频率的报警声音，用于预警提示；控制系统根据车尾超声波雷达探测到的距离障碍物的距离是否小于安全阈值，如果否，那么车辆继续行驶，如果控制系统根据车尾超声波雷达探测到的距离障碍物的距离小于或等于安全阈值时，控制系统判断整车是否处于R档状态，如果否，那么车辆继续行驶，如果整车处于R档状态，那么触发防碰撞保护系统，防碰撞保护系统控制发动机怠速运行、控制变速箱工作在N档、给电磁比例制动阀输出最大控制电流控制车辆及时刹车，当车辆制动停车后，将档位切换为F档/N档防碰撞保护系统立即解除。

8.根据权利要求1所述的一种遥控装载机安全保护系统，其特征在于：所述的控制系统获取“心跳”信号为获取遥控信号接收装置发出的“心跳”信号，“心跳”信号由遥控信号接收装置根据遥控指令延时发出；

控制系统实时监测遥控指令信号，判断遥控指令信号延时是否大于阈值，如果否，那么车辆继续工作；如果遥控指令信号延时大于阈值，触发通讯中断保护系统，遥控操作设备的显示屏会出现通讯中断的提示，控制系统控制发动机怠速运转、控制变速箱工作在N档，给电磁比例制动阀输出最大制动电流，同时判断当前车速是否达到安全阈值，如果否，车辆暂不熄火，如果是，控制电源总开关立即实现整车断电熄火。

9.根据权利要求1所述的一种遥控装载机安全保护系统，其特征在于：所述的控制系统获取转向手柄1秒内变化的幅度，转向手柄1秒内变化的幅度来自遥控信号接收装置发送的遥控操作设备控制车辆左右转向的设备在1秒内左右变化的幅度；车辆当前车速是否小于设定的阈值，如果是，那么控制系统将接收到的左右转向信号经过算法和逻辑处理后，控制输出左右转向电磁阀的电流进行100%输出；如果车辆当前速度大于设定的阈值，那么判断远程控制车辆转向时1秒内转向手柄变化幅度是否大于设定值，如果否，那么控制输出左右转向电磁阀的电流进行80%输出，如果远程控制车辆转向时1秒内转向手柄变化幅度大于设定值，那么控制输出左右转向电磁阀的电流进行30%输出。