一种重载车的牵引安全监控系统及方法与流程

车辆装置的制造及其改造技术1.本发明属于牵引安全监控。特别涉及一种重载车的牵引安全监控系统及方法。背景技术：2.现有技术中，对于采用硬牵引装置牵引重载大型车辆转弯时，牵引角(牵引装置与被牵引重载车辆轴线的角度)会受到一定限制。如果牵引角过大，可能会导致横向拉力过大，致使被牵引重载车辆局部破坏。现有的重载车的牵引过程中多为驾驶员或指挥员进行观察或指挥，影响人员、车辆及行驶安全性，牵引可靠性及效率较低，且当前并没有对牵引角以及前车和后车之间位置数据参数进行实时监控，无法保障牵引的安全性及可靠性。因此，急需一种牵引安全监控系统以及监控方法以提高牵引效率，保障牵引的安全性及可靠性。技术实现要素：3.针对目前现有的重载车的牵引过程中多为驾驶员或指挥员进行观察或指挥，本发明的目的在于提供一种重载车的牵引安全监控系统及方法，采用牵引安全监控系统，可自动监控牵引状态，显示牵引实时图像，及时提示驾驶员调整车辆的转向，提高了牵引效率，保障了牵引的安全性及可靠性。4.本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种重载车牵引安全监控系统，包括：牵引装置、显控系统以及与显控系统电性连接的后视摄像头、雷达超声测距仪以及激光测距传感器；5.所述显控系统安装于牵引重载车的驾驶室内，用于分别发送控制指令至后视摄像头、雷达超声测距仪以及激光测距传感器，接收后视摄像头发送的视频信息并显示，同时，显控系统还接收雷达超声测距仪的测距信息进行显示以及接收激光测距传感器的测量信息进行处理并显示；所述后视摄像头安装在牵引重载车车尾中心处，用于发送当前采集到车尾处视频信息至显控系统；6.所述雷达超声测距仪有多个，均对称于后视摄像头设于牵引重载车车尾上，用于将检测到的被牵引重载车车头与牵引重载车车尾之间距离的测距信息发送至显控系统；7.所述激光测距传感器设于牵引装置上，用于将激光测距传感器的测量信息发送至显控系统；8.所述牵引装置一端与牵引重载车车尾中心处转动连接，另一端与被牵引重载车车头中心处转动连接，以使牵引重载车通过牵引装置拉动被牵引重载车。9.每个所述雷达超声测距仪安装于同一水平线上，且距离地面的高度相等，任意相邻的雷达超声测距仪间距相等。10.所述激光测距传感器有两个，对称安装在牵引装置两侧，两个所述激光测距传感器的连线与地面平行。11.每个所述激光测距传感器与牵引装置形成角度为15°。12.所述显控系统包括：显示面板、蜂鸣器、喉麦耳机、显控控制板以及rs422通讯串口；13.所述显控控制板包括：主板和存储器；所述主板与存储器连接；14.所述蜂鸣器和喉麦耳机分别与主板连接，所述蜂鸣器用于接收主板的启动指令并进行报警，所述喉麦耳机，用于牵引重载车驾驶员与被牵引重载车驾驶员进行通话交流；15.所述后视摄像头与主板连接，用于发送当前采集到车尾处视频信息至主板，所述主板将视频信息在显示面板显示；16.所述雷达超声测距仪以及激光测距传感器均通过rs422通讯串口与主板和显示面板连接，以实现发送雷达超声测距仪的测距信息以及接收激光测距传感器的测量信息在显示面板上显示，同时激光测距传感器的测量信息在主板上进行处理，所述显示面板还通过线缆与主板连接，以将处理后的激光测距传感器的测量信息在显示面板上显示；17.所述显示面板上设有按键板a、按键板b以及显示屏，所述按键板a、按键板b以及显示屏均与主板连接。18.所述牵引装置包括：牵引杆ⅰ、牵引杆ⅱ、销轴、销轴a、销轴b、伸缩轴、碟型弹簧、堵头、安装板以及传感器安装座；19.所述伸缩轴插设于牵引杆ⅱ中，伸缩轴一端外漏于牵引杆ⅱ一端外部，所述牵引杆ⅱ与堵头螺纹连接，所述堵头与伸缩轴过渡配合；所述牵引杆ⅰ一端与伸缩轴一端通过销轴转动连接；20.所述伸缩轴外套设有防止伸缩轴轴向运动或防止轴向冲击的碟型弹簧，所述碟型弹簧有多个；21.所述牵引杆ⅰ上焊接有安装板，所述安装板通过螺钉与传感器安装座固连，所述传感器安装座两侧对称设有激光测距传感器；所述传感器安装座和安装板上均开设有多个调整测距传感器与被牵引重载车之间距离的安装孔；22.牵引杆ⅰ另一端和牵引杆ⅱ另一端分别设有第一连接部和第二连接部，所述第一连接部通过销轴a与被牵引重载车转动连接，所述第二连接部通过销轴b与牵引重载车转动连接。23.所述牵引杆ⅱ为阶梯轴，所述伸缩轴上设有圆螺母；所述堵头与圆螺母位于同一阶梯牵引杆ⅱ内24.所述圆螺母与堵头之间的伸缩轴轴段处、以及在所述圆螺母与牵引杆ⅱ的阶梯之间的伸缩轴轴段处均套设有碟型弹簧。25.一种重载车牵引安全监控系统的监控方法，包括以下步骤：26.步骤1)：显控系统分别发送控制指令控制后视摄像头、雷达超声测距仪以及激光测距传感器工作；27.步骤2)：后视摄像头将采集到的视频信息发送至显控系统，显控系统进行显示，驾驶员根据显控系统显示的视频信息进行倒车或牵引；28.步骤3)：同时，显控系统还接收雷达超声测距仪的测距信息进行显示以及接收激光测距传感器的测量信息进行处理并显示；29.步骤4)：当雷达超声测距仪的测距信息以及经显控系统中主板处理后的激光测距传感器测量信息超过设定阈值，则显控系统中主板发送启动指令开启蜂鸣器，进行报警。30.步骤3)中，所述接收激光测距传感器的测量信息进行处理，具体为：31.1)两个所述激光测距传感器的激光束分别照射在被牵引重载车车头的b、c两点；32.2)通过两个激光测距传感器的读数和传感器安装座安装激光测距传感器的几何尺寸获取ab两点和ac两点的距离，其中，ab、ac分别为激光测距传感器的发射源点a至被牵引重载车车头处的b、c两点处两条激光束的长度；33.3)获得牵引装置与被牵引重载车轴线的夹角作为牵引角，即：34.3-1)当前牵引角为0时，牵引重载车与被牵引重载车轴线重合，此时，激光测距传感器的激光束分别照射在被牵引重载车车头两点为b0、c0，发射源点a至被牵引重载车车头处的b0、c0两点处两条激光束的长度ab0，ac0相等，即：ab0＝ac0，ab0，ac0比值为1；35.3-2)当前牵引角为α时，α≠0，被牵引重载车(8)与牵引装置(7)连接点o与ab、ac两条激光束的垂足分别为d点、e点，发射源点a至d点、e点的长度分别为ad，ae，则ab、ac两条激光束的比值关系为：[0036][0037]3-3)根据两个所述激光测距传感器(4)的距离的比值，并根据相似三角形规律，通过三角函数获得牵引角α。[0038]本发明具有以下有益效果及优点：[0039]1、本发明的优点在于重载车牵引过程中可自动监控牵引状态，显示牵引实时图像，及时提示驾驶员调整车辆的转向，提高了牵引效率，保障了牵引的安全性及可靠性。[0040]2、本发明的优点在于可自动测量牵引角度及障碍物距离，输出测量信息、测距信息以及牵引角角度并呈现在显示屏上，提高了监控的智能化程度。[0041]3、本发明的优点在于一种重载车牵引安全监控系统可适用野外极端环境条件。附图说明[0042]图1为本发明的结构示意图；[0043]图2为本发明的原理图；[0044]图3为本发明的显控系统结构示意图；[0045]图4为本发明的牵引装置结构示意图；[0046]图5为本发明的牵引装置牵引示意图；[0047]图6为本发明的传感器安装座安装结构示意图；[0048]图7为本发明的牵引装置与被牵引重载车辆夹角示意图；[0049]图8为本发明的牵引装置与被牵引重载车辆夹角的测量原理图；[0050]其中：1为显控系统；2为后视摄像头；3为雷达超声测距仪；4为激光测距传感器；5为有线对讲机；6为电缆网；7为牵引装置；8为被牵引重载车；9为牵引重载车。具体实施方式[0051]下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。[0052]如图1所示，为本发明的结构示意图，包括：牵引装置7、显控系统1以及与显控系统电性连接的后视摄像头2、雷达超声测距仪3以及激光测距传感器4；[0053]其中，显控系统1安装于牵引重载车9的驾驶室内；用于分别发送控制指令至后视摄像头2、雷达超声测距仪3以及激光测距传感器4，接收后视摄像头2发送的视频信息并显示，同时，显控系统1还接收雷达超声测距仪3的测距信息进行显示以及接收激光测距传感器4的测量信息进行处理并显示；[0054]后视摄像头2安装在牵引重载车9车尾中心处，用于发送当前采集到车尾处视频信息至显控系统1；[0055]雷达超声测距仪3有多个，均对称于后视摄像头2设于牵引重载车9车尾上，用于将检测到的被牵引重载车8车头与牵引重载车9车尾之间距离的测距信息发送至显控系统1；[0056]激光测距传感器4设于牵引装置7上，用于将激光测距传感器4的测量信息发送至显控系统1；牵引装置7一端与牵引重载车9车尾中心处转动连接，另一端与被牵引重载车8车头中心处转动连接，以使牵引重载车通过牵引装置7拉动被牵引重载车8。[0057]每个雷达超声测距仪3安装于同一水平线上，且距离地面的高度相等，任意相邻的雷达超声测距仪3间距相等。[0058]激光测距传感器4有两个，对称安装在牵引装置7两侧，两个激光测距传感器4的连线与地面平行。[0059]激光测距传感器4与牵引装置7形成角度为15°。[0060]如图3所示，为本发明的显控系统结构示意图，显控系统包括：显示面板、蜂鸣器、喉麦耳机、显控控制板以及rs422通讯串口；[0061]显控控制板包括：主板和存储器；所述主板与存储器连接；[0062]蜂鸣器和喉麦耳机分别与主板连接，所述蜂鸣器用于接收主板的启动指令并进行报警，所述喉麦耳机，用于牵引重载车9驾驶员与被牵引重载车8驾驶员进行通话交流；[0063]后视摄像头2与主板连接，用于发送当前采集到车尾处视频信息至主板，所述主板将视频信息在显示面板显示；[0064]雷达超声测距仪3以及激光测距传感器4均通过rs422通讯串口与主板和显示面板连接，以实现发送雷达超声测距仪3的测距信息以及接收激光测距传感器4的测量信息在显示面板上显示，同时，激光测距传感器4的测量信息在主板上进行处理，所述显示面板还通过线缆与主板连接，以将处理后的激光测距传感器4的测量信息在显示面板上显示；[0065]所述显示面板上设有按键板a、按键板b以及显示屏，所述按键板a、按键板b以及显示屏均与主板连接。[0066]显控系统选用分辨率为1024×768的10寸显示屏，显示面板上配备8个功能按键，实现人机交互功能。显控系统采用定制的主板作为核心处理模块，具有一定的数据解析和处理能力。牵引安全监控系统显控系统在温度-40℃～+55℃工作环境下性能稳定工作正常。[0067]显示屏显示处理完成后的图像数据；显控控制板主要完成测距信息的解析和定制按键的采集功能；接收雷达数据和图像数据、倒档及转向等数据，并进行数据分析计算得到的参数融合到显示图像中以实现相关的功能；蜂鸣器模块控制蜂鸣器的声响；声音处理模块实现前后车辆驾驶员的对话传输；存储器实时存储图像数据。显控系统原理如图3所示。[0068]显控系统1放置在驾驶室主驾驶位置，主要在倒车和牵引时显示车辆示阔线、趋势线，引导司机安全倒车与牵引，发现障碍或牵引角度过大危险时对驾驶员进行声光提醒，同时具备视频资料整理、回放功能；[0069]后视摄像头2安装在牵引重载车9尾部中间位置。采用低照度摄像技术采集图像，配合红外辅助照明，昼夜均可以采集到车辆尾部清晰的图像，摄像头视角为86°×47°，镜头焦距为4mm，有效像素为960(h)×576(v)。[0070]雷达超声测距仪3安装在牵引重载车9尾部，采用超声波雷达探测技术，测得车辆尾部与后方障碍物之间的距离，距离参数通过字符叠加技术呈现在显示屏上，用于在牵引重载车9倒车时探测车辆尾部的障碍物。[0071]激光测距传感器4安装在牵引装置上，通过专用工装水平对称安装，两个夹角呈30°，用于检测牵引装置7与被牵引重载车8的夹角，防止出现牵引角度过大造成的损害。采用激光测距传感器4测量被牵引重载车距离，根据相似三角形规律，通过三角函数得出牵引装置的偏移角度，进而得出与被牵引重载车8的夹角，角度通过字符叠加技术呈现在显示屏上。[0072]激光测距传感器4检测的牵引角度超限、雷达超声测距仪3探测的障碍物距离超限均会导致系统自动报警，显控系统1中的主板对数据进行获取、分析、判别，输出对应的报警类别图标，通过字符叠加技术呈现在显示屏上，测距范围为0.15m～20m，测量精度为±3mm。[0073]有线对讲机5在牵引时临时安装在被牵引重载车8驾驶室，主要由喉麦耳机、显控系统的对讲部分、连接插座、移动电缆和对讲单机等组成。有线对讲机5采用全双功实时对讲方式，无需按键干预，用于牵引重载车9驾驶员与被牵引重载车8驾驶员进行通话交流。[0074]如图4～5所示，为本发明的结构示意图，牵引装置7用于硬牵引被救援车辆，并能承受牵引过程中的轴向冲击。[0075]牵引装置7包括：牵引杆ⅰ、牵引杆ⅱ、销轴、销轴a、销轴b、伸缩轴、碟型弹簧、堵头、安装板以及传感器安装座；[0076]伸缩轴插设于牵引杆ⅱ中，伸缩轴一端外漏于牵引杆ⅱ一端外部，牵引杆ⅱ与堵头螺纹连接，堵头与伸缩轴过渡配合；牵引杆ⅰ一端与伸缩轴一端通过销轴转动连接；[0077]伸缩轴外套设有防止伸缩轴轴向运动或防止轴向冲击的碟型弹簧，所述碟型弹簧有多个；牵引杆ⅱ可延伸缩轴轴向窜动，在蝶型弹簧的作用下，牵引过程中可起到缓冲作用。因此牵引装置能承受牵引过程中的轴向冲击。[0078]牵引杆ⅰ上焊接有安装板，所述安装板通过螺钉与传感器安装座固连，所述传感器安装座两侧对称设有激光测距传感器4；[0079]牵引杆ⅰ另一端和牵引杆ⅱ另一端分别设有第一连接部和第二连接部，所述第一连接部通过销轴a与被牵引重载车8转动连接，所述第二连接部通过销轴b与牵引重载车9转动连接。[0080]牵引杆ⅱ为阶梯轴，所述伸缩轴上设有圆螺母；所述堵头与圆螺母位于同一阶梯牵引杆ⅱ内。[0081]圆螺母与堵头之间的伸缩轴轴段处、以及在所述圆螺母与牵引杆ⅱ的阶梯之间的伸缩轴轴段处均套设有碟型弹簧。[0082]如图6所示，为本发明的牵引装置与激光测距传感器安装图，传感器安装座和安装板上均开设有多个调整测距传感器4与牵引装置7之间角度安装孔。[0083]两套激光测距传感器4通过螺栓与传感器安装座连接，传感器安装座通过螺栓与牵引杆ⅰ的安装板连接，安装板与牵引杆ⅰ焊接。传感器安装座及安装板上均有多组可调整安装孔，可根据不同型号被牵引重载车辆，调整传感器安装座的安装位置。激光传感器在牵引装置上安装点的位置如图所示，安装位置不影响牵引角度的测量。[0084]如图2～图3所示，一种重载车牵引安全监控系统的监控方法，包括以下步骤：[0085]步骤1)：显控系统1分别发送控制指令控制后视摄像头2、雷达超声测距仪3以及激光测距传感器4工作；[0086]步骤2)：后视摄像头2将采集到的视频信息发送至显控系统1，显控系统1进行显示，驾驶员根据显控系统1显示的视频信息进行倒车或牵引；[0087]步骤3)：同时，显控系统1还接收雷达超声测距仪3的测距信息进行显示以及接收激光测距传感器4的测量信息进行处理并显示；[0088]步骤4)：当雷达超声测距仪3的测距信息以及经显控系统1中主板处理后的激光测距传感器4测量信息超过设定阈值，则显控系统1中主板发送启动指令开启蜂鸣器，进行报警。[0089]步骤3)中，所述接收激光测距传感器4的测量信息进行处理，如图7所示，为本发明牵引装置与被牵引重载车辆夹角示意图；具体为：[0090]1)两个所述激光测距传感器4的激光束分别照射在被牵引重载车8车头的b、c两点；[0091]2)通过两个激光测距传感器4的读数和传感器安装座安装激光测距传感器4的几何尺寸获取ab两点和ac两点的距离，其中，ab、ac分别为激光测距传感器4的发射源点a至被牵引重载车8车头处的b、c两点处两条激光束的长度；[0092]如图8所示，为本发明的牵引装置与被牵引重载车辆夹角的测量原理图；[0093]3)获得牵引装置7与被牵引重载车8轴线的夹角作为牵引角，即：[0094]3-1)当前牵引角为0时，牵引重载车9与被牵引重载车8轴线重合，此时，激光测距传感器4的激光束分别照射在被牵引重载车8车头两点为b0、c0，发射源点a至被牵引重载车8车头处的b0、c0两点处两条激光束的长度ab0，ac0相等，即：ab0＝ac0，ab0，ac0比值为1；[0095]3-2)当前牵引角为α时，α≠0，被牵引重载车8与牵引装置7连接点o与ab、ac两条激光束的垂足分别为d点、e点，发射源点a至d点、e点的长度分别为ad，ae，则ab、ac两条激光束的比值关系为：[0096][0097]3-3)根据两个所述激光测距传感器4的距离的比值，并根据相似三角形规律，通过三角函数获得牵引角α。[0098]以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。









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