CN115047872A - 一种履带式抢险救援车辆的遥控驾驶操纵系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种履带式抢险救援车辆的遥控驾驶操纵系统，包括遥控发射器，内置无线发射模块，用于发出指令；遥控接收器，内置无线接收模块，可拆卸安装于履带式抢险救援车辆内部，用于接收所述遥控发射器发出的指令；整车控制器，与所述遥控接收器连接；通过控制器实现信号转换，配合履带式车辆特有自动变速箱动力T型转换系统、转向机系统、全车液压系统，对履带式车辆进行遥控驾驶操作；大幅降低了驾驶人员的救援危险系数(可以在远离危险场所的情况下进行救援)、极大的保证了救援人员的人身安全，最大限度的避免了救援人员受到二次伤害的可能性。
Description
技术领域
本发明属于履带车辆技术领域，具体涉及一种履带式抢险救援车辆的遥控驾驶操纵系统。
背景技术
目前市场上尚没有履带抢险救援车辆的遥控操纵驾驶系统；原有履带式抢险救灾车辆都需要驾驶员在车内操作。在救灾过程中驾驶人员的体力难免已经存在较大的消耗，伴随着受灾场所情况往往比较复杂，更可能发生二次灾害，从而对抢险救灾人员产生危险；原有轮式车辆遥控驾驶产品普遍拥有操作距离不够，响应时间较长，无法完全控制整车等问题；履带式车辆遥控驾驶操纵系统存在着技术复杂，安装困难等问题。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明目的在于提供一种履带式抢险救援车辆的遥控驾驶操纵系统。
本发明所采用的技术方案为：
一种履带式抢险救援车辆的遥控驾驶操纵系统，包括
遥控发射器，内置无线发射模块，用于发出指令；
遥控接收器，内置无线接收模块，可拆卸安装于履带式抢险救援车辆内部，用于接收所述遥控发射器发出的指令；
整车控制器，与所述遥控接收器连接，可拆卸安装于履带式抢险救援车辆内部，用于控制履带式抢险救援车辆行进；
所述遥控发射器还包括左侧手柄和右侧手柄，所述左侧手柄用于控制履带式抢险救援车辆的左右转向，所述右侧手柄用于控制履带式抢险救援车辆的前进和后退；
所述整车控制器还包括输入模块、驱动模块和处理模块，所述输入模块根据所述遥控接收器接收的指令，执行输入数据指令；所述驱动模块根据所述整车控制器的输出数据控制执行单元执行命令；所述处理模块由所述输入模块的输入数据得到模拟数据；所述处理模块用于接收所述执行单元的反馈数据，并与模拟数据进行比较分别执行条件A和条件B；所述处理模块执行条件A直接输出数据给所述驱动模块，所述处理模块执行条件B进行纠正数据指令再输出数据给执行单元；所述条件A为无反馈数据或反馈数据等于模拟数据，所述条件B为反馈数据不等于模拟数据。
在上述技术方案中，模拟数据为履带式抢险救援车辆由遥控器控制其理想的行进状态，反馈数据为GPS事实监测履带式抢险救援车辆的实际状态，当遇到复杂地形地貌，无人机即车载摄像机拍摄受阻时，易因地形导致履带式抢险救援车辆实际行进状态改变，通过一次次的细微调整，回归正确的行进状态。
作为本发明的优选，所述纠正数据为模拟数据与反馈数据的中间值。
在上述技术方案中，纠正数据取理想值和实际值的中间值，使履带式抢险救援车辆得正确行进状态逐渐接近理想值，又不会因跑偏幅度大产生急回急转等问题。
作为本发明的优选，还包括发动机，所述发动机安装于履带式抢险救援车辆内部，所述发动机的一侧设有自动变速箱，所述自动变速箱与所述发动机传动连接，所述自动变速箱经传动箱与行星转向机系统传动连接，所述行星转向机系统由整车液压系统控制。
在上述技术方案中，自动变速箱由传动箱T型传动分别送至两侧的行星转向机系统，在分别传动至两侧的履带式抢险救援车辆两侧的履带上，传动效率高。
作为本发明的优选，所述执行单元安装于履带式抢险救援车辆内部，包括左转电动缸、右转电动缸、制动电动缸和左转电动缸传感器、右转电动缸传感器、制动电动缸传感器；所述左转电动缸、所述右转电动缸、所述制动电动缸分别与所述行星转向机系统连接。
在上述技术方案中，各个电动缸处分别设有传感器，实时监测电动缸的状态，便于精准掌控执行单元的状态。
作为本发明的优选，还包括车载仪表，所述发动机、所述自动变速箱和所述车载仪表由整车CAN总线与所述整车控制器连接。
作为本发明的优选，所述执行单元还包括发动机启动线和发动机停止线圈，所述发动机启动线和所述发动机停止线圈分别与所述连接并控制其点火和熄火。
作为本发明的优选，所述遥控发射器使用无线电遥控电路，还包括
电源模块，工作电压为3V；
可变电阻，由编码器内部振荡器OSC的振荡频率改变其阻值，从而改变载波频率及编码脉冲波形输出，取值范围为100kΩ-500kΩ；
三极管，由编码器SO输出的载波信号同时加到基极后，调制放大，经电容滤波后由天线发射，由与之配套的接收电路接收解调。
作为本发明的优选，所述无线发射模块和所述无线接收模块均采用SOC方式封装在电路板上，自带USART接口与核心主控进行通讯，上电后即以定点传输的方式直接透传数据，支持采用AT指令对其进行配置。
作为本发明的优选，所述无线发射模块和所述无线接收模块均采用LLCC68系列IC，工作频段为433MHz，最大输出功率20dBm，发射电流110mA，接收灵敏度-123dBm@0.6Kbps，接收电流19mA，采用IPEX方式连接天线至履带式抢险救援车辆外。
作为本发明的优选，所述无线发射模块和所述无线接收模块采用多种传输方式，包括透明传输和定点传输。
本发明的有益效果为：本发明作为一种履带式抢险救援车辆的遥控驾驶操纵系统，是一种响应快、操作距离远、操纵更为便洁的遥控驾驶操纵系统，采用发送器，接收器的程序模块化技术，使用发送器发送指令、当接收器收到指令信号后，通过控制器实现信号转换，配合履带式车辆特有自动变速箱动力T型转换系统、转向机系统、全车液压系统，对履带式车辆进行遥控驾驶操作。对国内现有无线电遥控技术进行重大改进，大幅提高了遥控驾驶技术功效，优化设计方案，使遥控操纵系统零部件结构更加合理简洁；且本发明响应速度快，运用高速处理核心的控制器和信号收发机构，保证车辆在操作过程中的指令响应及时；最重要的是大幅降低了驾驶人员的救援危险系数(可以在远离危险场所的情况下进行救援)、极大的保证了救援人员的人身安全，最大限度的避免了救援人员受到二次伤害的可能性。本发明不仅填补了履带车辆遥控驾驶操纵驾驶的技术空白，还优化了系统程序，零部件的简化，使其达到最优状态。
附图说明
下面结合附图和具体实施方法对本发明做进一步详细的说明。
图1是本发明的装配结构示意图；
图2是本发明的原理结构示意图；
图3是本发明图2的整车控制器执行流程示意图；
图4是本发的无线发射模块和无线接收模块连接框图；
图5是本发明的两种传输方式直观示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合图1-5说明本发明的具体实施方式，在本发明的其中一个实施例中，一种履带式抢险救援车辆的遥控驾驶操纵系统，包括
遥控发射器1，内置无线发射模块，用于发出指令；
遥控接收器2，内置无线接收模块，可拆卸安装于履带式抢险救援车辆内部，用于接收所述遥控发射器1发出的指令；
整车控制器3，与所述遥控接收器2连接，可拆卸安装于履带式抢险救援车辆内部，用于控制履带式抢险救援车辆行进；
所述遥控发射器1还包括左侧手柄和右侧手柄，所述左侧手柄用于控制履带式抢险救援车辆的左右转向，所述右侧手柄用于控制履带式抢险救援车辆的前进和后退；
所述整车控制器3还包括输入模块、驱动模块和处理模块，所述输入模块根据所述遥控接收器2接收的指令，执行输入数据指令；所述驱动模块根据所述整车控制器3的输出数据控制执行单元执行命令；所述处理模块由所述输入模块的输入数据得到模拟数据；所述处理模块用于接收所述执行单元的反馈数据，并与模拟数据进行比较分别执行条件A和条件B；所述处理模块执行条件A直接输出数据给所述驱动模块，所述处理模块执行条件B进行纠正数据指令再输出数据给执行单元；所述条件A为无反馈数据或反馈数据等于模拟数据，所述条件B为反馈数据不等于模拟数据。
遥控系统整体以整车控制器为核心，由遥控发射器做为人机交互的输入端发射遥控命令，接收器接收到指令后通过控制器驱动电动缸阀杆伸缩带动液压系统的部件转向阀内阀杆移动开启对行星转向机系统输出以控制变速箱的转向及制动指令，并由总线报文控制发动机的调速及变速箱的换挡，最终实现对整体遥控整车的启动、停止、加减速、转向、制动等功能。
整车控制器系统采用核心主控加外部电路的方式设计，其中核心主控采用的是意法半导体公司所推出的STM32系列产品，外部电路包含电源控制部分、模拟采样部分、数字采样部分、电机驱动部分、继电器驱动部分、总线通讯部分。
其中核心主控采用32位的Cortex-M3内核，主频72MHz，包含四个驱动单元及四个被动单元，通过一个多级AHB总线架构相互连接。
外部电路的电源部分，采用了车载级DC-DC高频开关电源，最高55V的宽电压带输入，2A的最大负载能力，高达95％的电源转换效率，同时配备高达6600W峰值卸载能力的TVS，其峰值电流高达700A，可以抵御车载电路产生的巨大电荷冲击。
外部电路的模拟采样部分，采用12bitAD，满足输入采样需求。数字采样部分，高达1MHz的采样速度，用以保证传感器的高频脉冲完全采样。
外部电流的电机驱动部分，采用智能电机驱动芯片进行控制，3.6A的峰值电流驱动能力，针对电机驱动的故障和短路问题提供全面保护，包含欠压锁定、过流保护、过热保护等。继电器驱动部分，采用多路P沟道MOS管驱动，确保了尽量小巧的体积。
总线通讯部分，采用符合SAE1939标准的CAN通讯速率，高达250Kpbs波特率，沿用SAE1939中报文ID的构成方法，扩展了系统所需的发动机转速控制，变速箱档位控制，状态显示等功能。
遥控发射器及接收器采用433MHz频段，该频段为国家批准的自由频段，并且波长较大，容易通过各种干扰，以满足野外作业，丛林作业的需求。
有益地，所述纠正数据为模拟数据与反馈数据的中间值。
有益地，还包括发动机12，所述发动机12安装于履带式抢险救援车辆内部，所述发动机12的一侧设有自动变速箱13，所述自动变速箱13与所述发动机12传动连接，所述自动变速箱13经传动箱与行星转向机系统16传动连接，所述行星转向机系统16由整车液压系统15控制。
有益地，所述执行单元安装于履带式抢险救援车辆内部，包括左转电动缸4、右转电动缸5、制动电动缸6和左转电动缸传感器7、右转电动缸传感器8、制动电动缸传感器9；所述左转电动缸4、所述右转电动缸5、所述制动电动缸6分别与所述行星转向机系统16连接。
有益地，还包括车载仪表14，所述发动机12、所述自动变速箱13和所述车载仪表14由整车CAN总线与所述整车控制器3连接。
在本发明的另一个实施例中，所述执行单元还包括发动机启动线10和发动机停止线圈11，所述发动机启动线10和所述发动机停止线圈11分别与所述12连接并控制其点火和熄火。
有益地，所述遥控发射器1使用无线电遥控电路，还包括
电源模块，工作电压为3V；
可变电阻，由编码器内部振荡器OSC的振荡频率改变其阻值，从而改变载波频率及编码脉冲波形输出，取值范围为100kΩ-500kΩ；
三极管，由编码器SO输出的载波信号同时加到基极后，调制放大，经电容滤波后由天线发射，由与之配套的接收电路接收解调。
有益地，所述无线发射模块和所述无线接收模块均采用SOC方式封装在电路板上，自带USART接口与核心主控进行通讯，上电后即以定点传输的方式直接透传数据，支持采用AT指令对其进行配置。
有益地，所述无线发射模块和所述无线接收模块均采用LLCC68系列IC，工作频段为433MHz，最大输出功率20dBm，发射电流110mA，接收灵敏度-123dBm@0.6Kbps，接收电流19mA，采用IPEX方式连接天线至履带式抢险救援车辆外。
有益地，所述无线发射模块和所述无线接收模块采用多种传输方式，包括透明传输和定点传输。在进一步的集群工作中，还可采用多种传输方式进一步操纵，包含透明传输及定点传输两种，其中透明传输模式下，多个设备设置成相同地址，即可同时收到发射端发出的命令数据；而定点传输模式下，仅有一个设备可以收到发射端发出的命令数据，详见附图5所示；
其中控制器主要参数：
本发明工作原理：
遥控发射器1发出启动指令，遥控接收器2收到指令后，将指令送入整车控制器3，整车控制器3驱动发动机启动线圈10，从而使发动机12点火，进入怠速状态。
遥控发射器1发出停止指令，遥控接收器2收到指令后，将指令送入整车控制器3，整车控制器3驱动发动机停止线圈11，从而使发动机12熄火，进入停止状态。
遥控发射器1右摇杆向上拨动，发射器发出加速指令，遥控接收器2收到指令后，将指令送入整车控制器3，整车控制器3通过CAN总线发出报文，控制发动机12升速，自动变速箱13升档，从而整车进入加速状态。
遥控发射器1右摇杆向下拨动，发射器发出减速指令，遥控接收器2收到指令后，将指令送入整车控制器3，整车控制器3通过CAN总线发出报文，控制发动机12降速，自动变速箱13降档，从而整车进入减速状态。
遥控发射器1左摇杆向下拨动，发射器发出制动指令，遥控接收器2收到指令后，将指令送入整车控制器3，整车控制器3根据指令大小驱动制动电动缸6达到程序控制伸缩量，制动电动缸传感器9用于反馈制动电动缸6的位置给整车控制器3，从而拉动全车液压系统15部件转向阀上制动阀杆使转向阀内滑阀产生位移，启动左、右刹车油缸产生液压压力拉动制动带抱死制动鼓，对车进行车辆刹车控制。
遥控发射器1左摇杆向左拨动，发射器发出左转指令，遥控接收器2收到指令后，将指令送入整车控制器3，整车控制器3根据指令大小驱动左转电动缸4达到程序控制伸缩量，左转电动缸传感器7用于反馈左转电动缸4的位置给整车控制器3，从而从而拉动全车液压系统15部件转向阀上左转阀杆使转向阀内滑阀逐渐移动来调节左行星转向机系统锁闭离合器油缸液压压力的大小，锁闭离合器摩擦片逐渐分离，框架轴不再输出动力，车辆进行自由半径转向，对车进行左转向控制。
遥控发射器1左摇杆向右拨动，发射器发出右转指令，遥控接收器2收到指令后，将指令送入整车控制器3，整车控制器3根据指令大小驱动右转电动缸5达到指定的右转运动量，右转电动缸传感器8用于反馈右转电动缸5的位置给整车控制器3，从而从而拉动全车液压系统15部件转向阀上左转阀杆使转向阀内滑阀逐渐移动来调节右行星转向机系统锁闭离合器油缸液压压力的大小，锁闭离合器摩擦片逐渐分离，框架轴不再输出动力，车辆进行自由半径转向，对车进行右转向控制。
系统所涉及到的零部件之间信息交换及显示，将由整车控制器3通过CAN总线发出报文，将信息在车载仪表14上显示出来。
在整车控制器中，输入模块将遥控器接收器接收到遥控器发射器的指令转换为输入数据；
由处理模块执行命令：根据输入数据得到模拟数据，选择执行条件A，无反馈数据或反馈数据等于模拟数据，直接将输入数据传输，由驱动模块执行输出数据指令，再由执行单元控制履带式抢险救援车辆行进；执行单元通过执行反馈数据指令，将实际的履带式抢险救援车辆行进数据反馈给处理模块；选择执行条件B，反馈数据不等于模拟数据，由处理模块对输入数据执行纠正数据指令，将反馈数据和输入数据的中间值作为纠正数据，再由驱动模块执行输出数据指令，再由执行单元控制履带式抢险救援车辆行进。
模拟数据为履带式抢险救援车辆由遥控器控制其理想的行进状态，反馈数据为GPS事实监测履带式抢险救援车辆的实际状态，当遇到复杂地形地貌，无人机即车载摄像机拍摄受阻时，易因地形导致履带式抢险救援车辆实际行进状态改变，通过一次次的细微调整，回归正确的行进状态；纠正数据取理想值和实际值的中间值，使履带式抢险救援车辆得正确行进状态逐渐接近理想值，又不会因跑偏幅度大产生急回急转等问题。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种履带式抢险救援车辆的遥控驾驶操纵系统，其特征在于：包括
遥控发射器，内置无线发射模块，用于发出指令；
遥控接收器，内置无线接收模块，可拆卸安装于履带式抢险救援车辆内部，用于接收所述遥控发射器发出的指令；
整车控制器，与所述遥控接收器连接，可拆卸安装于履带式抢险救援车辆内部，用于控制履带式抢险救援车辆行进；
所述遥控发射器还包括左侧手柄和右侧手柄，所述左侧手柄用于控制履带式抢险救援车辆的左右转向，所述右侧手柄用于控制履带式抢险救援车辆的前进和后退；
所述整车控制器还包括输入模块、驱动模块和处理模块，所述输入模块根据所述遥控接收器接收的指令，执行输入数据指令；所述驱动模块根据所述整车控制器的输出数据控制执行单元执行命令；所述处理模块由所述输入模块的输入数据得到模拟数据；所述处理模块用于接收所述执行单元的反馈数据，并与模拟数据进行比较分别执行条件A和条件B；所述处理模块执行条件A直接输出数据给所述驱动模块，所述处理模块执行条件B进行纠正数据指令再输出数据给执行单元；所述条件A为无反馈数据或反馈数据等于模拟数据，所述条件B为反馈数据不等于模拟数据。
2.根据权利要求1所述的一种履带式抢险救援车辆的遥控驾驶操纵系统，其特征在于：所述纠正数据为模拟数据与反馈数据的中间值。
3.根据权利要求2所述的一种履带式抢险救援车辆的遥控驾驶操纵系统，其特征在于：还包括发动机，所述发动机安装于履带式抢险救援车辆内部，所述发动机的一侧设有自动变速箱，所述自动变速箱与所述发动机传动连接，所述自动变速箱经传动箱与行星转向机系统传动连接，所述行星转向机系统由整车液压系统控制。
4.根据权利要求3所述的一种履带式抢险救援车辆的遥控驾驶操纵系统，其特征在于：所述执行单元安装于履带式抢险救援车辆内部，包括左转电动缸、右转电动缸、制动电动缸和左转电动缸传感器、右转电动缸传感器、制动电动缸传感器；所述左转电动缸、所述右转电动缸、所述制动电动缸分别与所述行星转向机系统连接。
5.根据权利要求4所述的一种履带式抢险救援车辆的遥控驾驶操纵系统，其特征在于：还包括车载仪表，所述发动机、所述自动变速箱和所述车载仪表由整车CAN总线与所述整车控制器连接。
6.根据权利要求1所述的一种履带式抢险救援车辆的遥控驾驶操纵系统，其特征在于：所述执行单元还包括发动机启动线和发动机停止线圈，所述发动机启动线和所述发动机停止线圈分别与所述连接并控制其点火和熄火。
7.根据权利要求6所述的一种履带式抢险救援车辆的遥控驾驶操纵系统，其特征在于：所述遥控发射器使用无线电遥控电路，还包括
电源模块，工作电压为3V；
可变电阻，由编码器内部振荡器OSC的振荡频率改变其阻值，从而改变载波频率及编码脉冲波形输出，取值范围为100kΩ-500kΩ；
三极管，由编码器SO输出的载波信号同时加到基极后，调制放大，经电容滤波后由天线发射，由与之配套的接收电路接收解调。
8.根据权利要求7所述的一种履带式抢险救援车辆的遥控驾驶操纵系统，其特征在于：所述无线发射模块和所述无线接收模块均采用SOC方式封装在电路板上，自带USART接口与核心主控进行通讯，上电后即以定点传输的方式直接透传数据，支持采用AT指令对其进行配置。
9.根据权利要求8所述的一种履带式抢险救援车辆的遥控驾驶操纵系统，其特征在于：所述无线发射模块和所述无线接收模块均采用LLCC68系列IC，工作频段为433MHz，最大输出功率20dBm，发射电流110mA，接收灵敏度-123dBm@0.6Kbps，接收电流19mA，采用IPEX方式连接天线至履带式抢险救援车辆外。
10.根据权利要求9所述的一种履带式抢险救援车辆的遥控驾驶操纵系统，其特征在于：所述无线发射模块和所述无线接收模块采用多种传输方式，包括透明传输和定点传输。
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