一種車載激光自動導(dǎo)向控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種車載激光自動導(dǎo)向控制系統(tǒng)，其特征在于：所述控制系統(tǒng)包括激光輪廓掃描儀、工業(yè)計算機、與工業(yè)計算機電連接的顯示器、車載控制器、比例閥、轉(zhuǎn)向機構(gòu)、編碼器；其中所述激光輪廓掃描儀的信號輸出端接入工業(yè)計算機的相應(yīng)輸入端，所述工業(yè)計算機的控制信號輸出端接入車載控制器的相應(yīng)輸入端，車載控制器的輸出端接比例閥的相應(yīng)輸入端，比例閥的輸出端接轉(zhuǎn)向機構(gòu)的相應(yīng)輸入端，轉(zhuǎn)向機構(gòu)的輸出端通過用于測量轉(zhuǎn)向角度的編碼器接入車載控制器的相應(yīng)輸入端。通過激光輪廓掃描儀掃描道路信息傳輸?shù)焦I(yè)計算機，工業(yè)計算機根據(jù)預(yù)先人為設(shè)定的行駛路徑計算軌跡偏差等信息，傳輸?shù)杰囕d控制器,車載控制器確定轉(zhuǎn)向模式，控制轉(zhuǎn)向比例閥驅(qū)動轉(zhuǎn)向機構(gòu)運動，使車輛轉(zhuǎn)向，通過編碼器檢測轉(zhuǎn)向角度傳輸?shù)杰囕d控制器，進(jìn)行閉環(huán)控制實現(xiàn)精確的自動導(dǎo)向行駛。
【專利說明】一種車載激光自動導(dǎo)向控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種車輛自動導(dǎo)向技術(shù)，具體的說是一種應(yīng)用于工程運輸、施工作業(yè)等車輛的基于激光輪廓掃描的自動導(dǎo)向控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著隧道的大量開挖和地下礦產(chǎn)的開采，對地下行駛運輸車輛的自動導(dǎo)航技術(shù)提出了新的要求。在隧道的運輸車輛由于隧道寬度受限，車輛在寬度方向上距離隧道壁的距離非常有限。以管片運輸車為例，車長12米，寬2.5米，車身距離隧道壁最大距離為0.5米，單邊0.25米，即使高水平的司機也很難再此工況下開車。高鐵架設(shè)設(shè)備——運架一體機長90米，寬8米，在隧道內(nèi)架梁時，隧道壁和運架一體機的單邊距離小于0.2米，在隧道內(nèi)架梁時僅僅依靠司機的駕駛水平根本無法保證行駛精度，所以迫切需要一種能適用于類似隧道內(nèi)，行駛偏差十分有限的車輛導(dǎo)航技術(shù)。
[0003]現(xiàn)有的在普通轎車上使用的GPS導(dǎo)航方法在施工運輸車輛上由于條件受限無法使用，運輸車輛常用的導(dǎo)航方法有，電磁感應(yīng)埋線技術(shù)，超聲檢查技術(shù)，光反射檢查技術(shù)，慣性導(dǎo)航技術(shù)、圖像識別技術(shù)和坐標(biāo)定位技術(shù)。電磁感應(yīng)埋線技術(shù)的導(dǎo)向需要預(yù)先在車輛的行駛路線上埋設(shè)磁軌跡線，附屬設(shè)施施工復(fù)雜，成本較高。通過在隧道頂或者側(cè)壁上安裝反光帶，在車輛安裝攝像機或者光傳感器檢測反光帶的方法進(jìn)行導(dǎo)航，此方法需要在隧道內(nèi)安裝輔助設(shè)施，如果隧道較長，反光帶被遮蓋，車輛行駛將受到影響。
[0004]在車上安裝超聲波距離傳感器，或者在隧道地面劃線的方法進(jìn)行車輛導(dǎo)航，可以上方法均需要安裝和車輛本身不相關(guān)的設(shè)備和方法組成導(dǎo)航系統(tǒng)。而且增加成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型的目的正是針對現(xiàn)有運輸車輛在特殊路況行駛過程中存在的導(dǎo)向問題而提供一種車載激光自動導(dǎo)向控制系統(tǒng)。本實用新型采用的車載激光輪廓自動導(dǎo)向控制系統(tǒng)無需安裝輔助設(shè)施，只需要把路況模型輸入到工業(yè)計算機，可以任意規(guī)劃行駛目標(biāo)路徑，就可以通過車載自動導(dǎo)向設(shè)備實現(xiàn)車輛自動導(dǎo)向駕駛，既提高了車輛在特殊路況上的行駛準(zhǔn)確性安全性，又減輕了駕駛員的負(fù)擔(dān)。
[0006]本實用新型的目的可通過下述技術(shù)措施來實現(xiàn):
[0007]本實用新型的車載激光自動導(dǎo)向控制系統(tǒng)包括激光輪廓掃描儀、工業(yè)計算機、與工業(yè)計算機電連接的顯示器、車載控制器、比例閥、轉(zhuǎn)向機構(gòu)、編碼器；其中所述激光輪廓掃描儀的信號輸出端接入工業(yè)計算機的相應(yīng)輸入端，所述工業(yè)計算機的控制信號輸出端接入車載控制器的相應(yīng)輸入端，車載控制器的輸出端接比例閥的相應(yīng)輸入端，比例閥的輸出端接轉(zhuǎn)向機構(gòu)的相應(yīng)輸入端，轉(zhuǎn)向機構(gòu)的輸出端通過用于測量轉(zhuǎn)向角度的編碼器接入車載控制器的相應(yīng)輸入端。
[0008]本實用新型中所述激光輪廓掃描儀是由安裝在車輛前端中間部位的一個激光輪廓掃描儀構(gòu)成；或者是由分別安裝到車輛前、后端的中間部位各一個激光輪廓掃描儀構(gòu)成；所述激光輪廓掃描儀通過數(shù)據(jù)線連接到工業(yè)計算機的相應(yīng)數(shù)據(jù)輸入端口。
[0009]本實用新型中所述工業(yè)計算機(可以是計算機，PLC等)，工業(yè)計算機通過數(shù)據(jù)線和顯示器連接；所述工業(yè)計算機也可以是觸摸屏式的工控機、工業(yè)平板電腦等。
[0010]本實用新型所述編碼器安裝在轉(zhuǎn)向機構(gòu)的檢測位置(和轉(zhuǎn)向機構(gòu)的轉(zhuǎn)向中心同軸或者不同軸安裝)，編碼器撥桿的運動由轉(zhuǎn)向機構(gòu)的轉(zhuǎn)動帶動，編碼器輸出轉(zhuǎn)向角度通過數(shù)據(jù)線連接到車載控制器。
[0011]本實用新型所述的轉(zhuǎn)向機構(gòu)的轉(zhuǎn)動由液壓機構(gòu)(液壓缸或者液壓馬達(dá)等)驅(qū)動進(jìn)行獨立轉(zhuǎn)向，比例閥的進(jìn)出油口通過液壓管路和液壓機構(gòu)(液壓缸或者液壓馬達(dá)等)相連。
[0012]本實用新型中所述的激光輪廓掃描儀的型號為(SICK LMS111)，工業(yè)計算機的型號為TREK-743，車載控制器的型號為(EPEC2024、EPEC2023等)，編碼器的型號為(CM510\RSA597 等)。
[0013]本實用新型的自動導(dǎo)向控制方法是利用激光輪廓掃描儀在垂直與行駛方向的平面上發(fā)射激光采集到行駛道路的斷面輪廓數(shù)據(jù)和輪廓距離激光輪廓掃描儀的距離信息，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦I(yè)計算機進(jìn)行圖像處理儀和計算確定車輛的前后中心與目標(biāo)路徑的偏差，控制器根據(jù)偏差值選擇轉(zhuǎn)向模式并計算轉(zhuǎn)向值，控制轉(zhuǎn)向機構(gòu)轉(zhuǎn)向，使車輛自動糾偏實現(xiàn)自動導(dǎo)向駕駛。
[0014]本實用新型的工作原理如下:
[0015]本實用新型所述工業(yè)計算機(可以是工控機，計算機，PLC等)接收來自激光輪廓掃描儀的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行圖形化處理，得到路況斷面的輪廓圖像和掃描儀中心在輪廓圖像上的坐標(biāo)值。通過和路況理論模型及規(guī)劃路徑比對，計算出車輛的行駛路徑和規(guī)劃目標(biāo)路徑的偏差值，并把偏差值傳輸?shù)娇刂破骱惋@示器；所述顯示器安裝在駕駛室內(nèi)，接收從工業(yè)計算機傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息，顯示車輛的偏差值和圖像顯示道路模型和車輛在規(guī)劃路徑的偏差。
[0016]所述控制器可以根據(jù)車輛前后位置的偏差值選擇轉(zhuǎn)向模式并計算出每個轉(zhuǎn)向機構(gòu)轉(zhuǎn)向角度，控制器通過輸出轉(zhuǎn)向指令到比例閥控制轉(zhuǎn)向機構(gòu)轉(zhuǎn)向，如果偏差值超出范圍發(fā)出車輛停止和報警信號。
[0017]所述轉(zhuǎn)向機構(gòu)為全輪獨立轉(zhuǎn)向，能實現(xiàn)直行行，斜行，八字轉(zhuǎn)向等行走模式。轉(zhuǎn)向模式和每個車輪的轉(zhuǎn)向角度通過控制器發(fā)送控制指令控制，編碼器檢測轉(zhuǎn)向角度傳輸?shù)娇刂破餍纬砷]環(huán)反饋控制。
[0018]本實用新型的有益效果如下:
[0019]本實用新型能夠解決施工、運輸車輛在隧道、地下空間、路基等路況下的自動導(dǎo)向駕駛問題，和現(xiàn)有的其他導(dǎo)航、導(dǎo)向方法相比，本實用新型所述導(dǎo)向系統(tǒng)不需要安裝或者鋪設(shè)輔助設(shè)備，僅僅依靠本導(dǎo)向系統(tǒng)就可以實現(xiàn)高精度和可靠度的自動導(dǎo)行駕駛。使車輛自動沿規(guī)劃路徑行駛，提高了車輛行駛的安全性，減輕了駕駛員的負(fù)擔(dān)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1車載自動導(dǎo)向控制系統(tǒng)不意圖。
[0021]圖1中序號:1-1隧道或者橋梁上的路面、1-2是車輛、I是激光輪廓掃描儀。
[0022]圖2自動導(dǎo)向控制系統(tǒng)框圖。
[0023]圖2中序號:1是激光輪廓掃描儀，2是工業(yè)計算機，3是顯示器，4是車載控制器，5是比例閥,6是轉(zhuǎn)向機構(gòu)，7是編碼器。
[0024]圖3導(dǎo)向系統(tǒng)控制流程圖。
【具體實施方式】
[0025]如圖2所示，本實用新型的車載激光自動導(dǎo)向控制系統(tǒng)包括激光輪廓掃描儀1(參見圖1)、工業(yè)計算機2、與工業(yè)計算機電連接的顯示器3、車載控制器4、比例閥5、轉(zhuǎn)向機構(gòu)
6、編碼器7 ;其中所述激光輪廓掃描儀I的信號輸出端接入工業(yè)計算機2的相應(yīng)輸入端，所述工業(yè)計算機的控制信號輸出端接入車載控制器4的相應(yīng)輸入端，車載控制器4的輸出端接比例閥5的相應(yīng)輸入端，比例閥5的輸出端接轉(zhuǎn)向機構(gòu)6的相應(yīng)輸入端，轉(zhuǎn)向機構(gòu)6的輸出端通過用于測量轉(zhuǎn)向角度的編碼器7接入車載控制器4的相應(yīng)輸入端。
[0026]本實用新型中所述激光輪廓掃描儀是由安裝在車輛前端中間部位的一個激光輪廓掃描儀構(gòu)成；或者是由分別安裝到車輛前、后端的中間部位各一個激光輪廓掃描儀構(gòu)成；所述激光輪廓掃描儀通過數(shù)據(jù)線連接到工業(yè)計算機的相應(yīng)數(shù)據(jù)輸入端口。
[0027]本實用新型中所述工業(yè)計算機(可以是計算機，PLC等)，工業(yè)計算機通過數(shù)據(jù)線和顯示器連接；所述工業(yè)計算機也可以是觸摸屏式的工控機、工業(yè)平板電腦等。
[0028]本實用新型所述編碼器安裝在轉(zhuǎn)向機構(gòu)的檢測位置(和轉(zhuǎn)向機構(gòu)的轉(zhuǎn)向中心同軸或者不同軸安裝)，編碼器撥桿的運動由轉(zhuǎn)向機構(gòu)的轉(zhuǎn)動帶動，編碼器輸出轉(zhuǎn)向角度通過數(shù)據(jù)線連接到車載控制器。
[0029]本實用新型所述的轉(zhuǎn)向機構(gòu)的轉(zhuǎn)動由液壓缸或者液壓馬達(dá)等驅(qū)動進(jìn)行獨立轉(zhuǎn)向，比例閥的進(jìn)出油口通過液壓管路和液壓缸(或者液壓馬達(dá))相連。
[0030]本實用新型中所述的激光輪廓掃描儀的型號為(SICK LMS111)，工業(yè)計算機的型號為TREK-743，車載控制器的型號為(EPEC2024、EPEC2023等)，編碼器的型號為(CM510\RSA597 等)。
[0031]本實用新型以下將結(jié)合圖3作進(jìn)一步描述:
[0032]在車輛的前部和后部分別安裝有兩個支架，兩個激光掃描儀分別安裝在支架上，激光掃描儀的安裝方式如圖1所示，使掃描儀發(fā)出的激光掃描面垂直與車輛行駛方向。激光輪廓掃描儀通過激光發(fā)射器發(fā)出激光脈沖，當(dāng)激光碰到物體后，部分能量返回，激光接收器接收到返回激光波。通過計算發(fā)射和接受沖之間的時間間隔得到與被測物體之間的距離。激光脈沖波打在高速旋轉(zhuǎn)的鏡面上，將激光脈沖波發(fā)射向各個方向從而形成一個二維區(qū)域的激光掃描面。通過計算每個發(fā)射激光距離物體的距離，可以計算路面斷面的輪廓形狀。并定位輪廓掃描儀在輪廓的坐標(biāo)。
[0033]激光輪廓掃描儀把掃描到的實時的輪廓數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)焦I(yè)計算機。工業(yè)計算機對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息進(jìn)行圖像化處理，消除干擾信息，得到路況斷面的輪廓形狀以及車輛前后中心距離輪廓的距離。
[0034]在工業(yè)計算機內(nèi)存有輪廓模型，(如隧道模型，路基模型等)以及車輛行走的目標(biāo)路線。掃描得到的斷面形狀和理論模型的斷面形狀進(jìn)行比對處理。即可確定車輛在道路上的坐標(biāo)位置和車輛前后中心相對規(guī)劃路線的偏差值。
[0035]工業(yè)計算機把計算得到的形式偏差值傳輸?shù)斤@示器。在顯示器上顯示車輛的規(guī)劃路線，報警區(qū)域和停車區(qū)域，以及車輛的數(shù)據(jù)模型。顯示器顯示距離規(guī)劃路線的偏差值，并通過圖像顯示車輛在規(guī)劃路徑的偏移方向和車輛的姿態(tài)。如果車輛進(jìn)入報警區(qū)域，車輛發(fā)出報警信息以提示司機注意，如果車間進(jìn)入停車區(qū)域，車輛必須馬上停車，避免安全事故的發(fā)生。
[0036]工業(yè)計算機把車輛的前后偏差值ΛΑ、Λ B通過總線傳到車輛控制器，車輛控制器根據(jù)偏差值大小計算車輛是否進(jìn)入停車區(qū)域，如果車輛進(jìn)入停車區(qū)域，控制器發(fā)出停車指令。通過人工駕駛方式使車輛行駛車停車區(qū)。如果車輛在安全區(qū)域和報警區(qū)域時，控制器根據(jù)偏差值先選擇轉(zhuǎn)向模式，當(dāng)前后偏差一正一負(fù)，S卩ΔΑχΔΒ<0，時,車輛選擇八字轉(zhuǎn)向模式，當(dāng)前后偏差同為正或同為負(fù)時，即ΛΑχΛΒ > O，車輛選擇斜行模式。車輛前進(jìn)時根據(jù)車輛前部的偏差值Λ Α，輪距、軸距等參數(shù)計算每個車輪的轉(zhuǎn)向角度，通過控制器輸出控制指令到每個轉(zhuǎn)向比例閥。車輛后退時根據(jù)車輛前后部的偏差值ΛΒ和車輛參數(shù)計算每個車輪的轉(zhuǎn)向角度。車輛的轉(zhuǎn)向機構(gòu)由回轉(zhuǎn)支撐，比例閥，轉(zhuǎn)向油缸，轉(zhuǎn)向臂等組成，車輛的轉(zhuǎn)向采用每個車輪都是獨立轉(zhuǎn)向的方式。每片比例閥控制一個轉(zhuǎn)向油缸，在油缸的推動下，轉(zhuǎn)向臂帶動輪胎轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)向機構(gòu)也可以由馬達(dá)帶動齒輪帶個轉(zhuǎn)向機構(gòu)轉(zhuǎn)向。每個車輪的轉(zhuǎn)向角度經(jīng)過計算保證每個車輪在行走過程中是純滾動方式，減少輪胎磨損。在轉(zhuǎn)向機構(gòu)的回轉(zhuǎn)中心安裝有編碼器，編碼器的轉(zhuǎn)動中心和轉(zhuǎn)向機構(gòu)的回轉(zhuǎn)中心保持同心。編碼器檢測轉(zhuǎn)向機構(gòu)的轉(zhuǎn)向角度，并把檢測到的角度值通過總線傳輸?shù)牡娇刂破??？刂破鞲鶕?jù)計算值和編碼器的反饋值計算最終的輸出指令值。此自動導(dǎo)向裝置通過實時糾偏保證了導(dǎo)向的精度，使車輛能夠沿規(guī)劃的目標(biāo)路線行駛。
【權(quán)利要求】
1.一種車載激光自動導(dǎo)向控制系統(tǒng)，其特征在于:所述控制系統(tǒng)包括激光輪廓掃描儀、工業(yè)計算機、與工業(yè)計算機電連接的顯示器、車載控制器、比例閥、轉(zhuǎn)向機構(gòu)、編碼器；其中所述激光輪廓掃描儀的信號輸出端接入工業(yè)計算機的相應(yīng)輸入端，所述工業(yè)計算機的控制信號輸出端接入車載控制器的相應(yīng)輸入端，車載控制器的輸出端接比例閥的相應(yīng)輸入端，比例閥的輸出端接轉(zhuǎn)向機構(gòu)的相應(yīng)輸入端，轉(zhuǎn)向機構(gòu)的輸出端通過用于測量轉(zhuǎn)向角度的編碼器接入車載控制器的相應(yīng)輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載激光自動導(dǎo)向控制系統(tǒng)，其特征在于:所述激光輪廓掃描儀是由安裝在車輛前端中間部位的一個激光輪廓掃描儀構(gòu)成；或者是由分別安裝到車輛前、后端的中間部位各一個激光輪廓掃描儀構(gòu)成；所述激光輪廓掃描儀通過數(shù)據(jù)線連接到工業(yè)計算機的相應(yīng)數(shù)據(jù)輸入端口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述車載激光自動導(dǎo)向控制系統(tǒng)，其特征在于:所述編碼器撥桿的運動由轉(zhuǎn)向機構(gòu)的轉(zhuǎn)動帶動，編碼器輸出轉(zhuǎn)向角度通過數(shù)據(jù)線連接到車載控制器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述車載激光自動導(dǎo)向控制系統(tǒng)，其特征在于:轉(zhuǎn)向機構(gòu)的轉(zhuǎn)動由液機構(gòu)驅(qū)動進(jìn)行獨立轉(zhuǎn)向，比例閥的進(jìn)出油口通過液壓管路和機構(gòu)相連。
【文檔編號】G05B19/19GK203490506SQ201320654807
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月23日
【發(fā)明者】邢軍偉, 李艷, 高建華, 王曉燕, 江秋生 申請人:鄭州新大方重工科技有限公司