一种工业车辆倒车主动防撞控制系统及其控制方法与流程

1.本发明涉及工业车辆技术领域，特别涉及一种工业车辆倒车主动防撞控制系统和工业车辆倒车主动防撞控制方法。


背景技术：

2.随着物流业的发展，对叉车的主动安全要求也越来越高。叉车的倒车视野盲区和驾驶员疲劳驾驶问题是导致车辆发生安全事故的重大隐患，一旦事故发生会造成巨大的人身伤害和经济损失。
3.目前，市场上的常用的私家车自动刹车系统通过激光雷达、毫米波雷达及车载摄像头测距，根据汽车与障碍物间的距离控制报警和刹车。然而，由于上述自动刹车系统没有依据叉车的工况建立动态数学模型，且实施成本较高，不适用于叉车等相对低速的工业车辆，且目前市场上并无成熟的针对叉车的倒车主动制动系统，因此，现有技术中的叉车多采用倒车雷达、倒车影像和视频监控等辅助系统来提高车辆的安全系数，但其受人为因素影响大，安全性不能得到充分保证。
4.因此，如何避免低速工业车辆无法保证倒车安全性，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种工业车辆倒车主动防撞控制系统及其控制方法，可以在倒车时自动采取防撞措施，从而可以提高低速车辆制动的安全性和可靠性。
6.为实现上述目的，本发明提供一种工业车辆倒车主动防撞控制系统，包括：
7.主控制器；
8.与所述主控制器相连、用以测量车辆当前车速v0的车载传感器；
9.与所述主控制器相连、用以测量车辆与障碍物的相对距离s
c
和相对速度v
c
的探测器组件；
10.与所述主控制器相连、用以发出警报的报警器；
11.与所述主控制器相连的发动机控制器；
12.与所述主控制器相连、用以控制车辆刹车的电比例刹车系统；
13.在倒车时，所述主控制器根据所述车载传感器和所述探测器组件采集的数据计算车辆制动所需距离s0，并根据所述车辆制动所需距离s0计算制动余量距离δs、限速起始距离s
k
、刹车起始距离s
l
、中间刹车距离s
m
和终端刹车距离s
n
，以实现根据所述制动余量距离δs、所述限速起始距离s
k
、所述刹车起始距离s
l
、所述中间刹车距离s
m
和所述终端刹车距离s
n
控制所述报警器、所述发动机控制器和所述电比例刹车系统工作。
14.可选地，所述电比例刹车系统包括油箱、蓄能器、液压制动阀、电液制动阀、梭阀和制动桥；
15.所述液压制动阀的sp口与所述蓄能器相连，所述液压制动阀的br口与所述梭阀的
一个输入口相连，所述液压制动阀的t口与所述油箱相连；
16.所述电液制动阀的电磁开关阀的一端与所述蓄能器相连，另一端与所述电液制动阀的电磁比例阀的sp口相连，所述电磁比例阀的br口与所述梭阀的另一个输入口相连，所述电磁比例阀的t口与所述油箱相连；
17.所述梭阀的输出口与所述制动桥的输入口相连。
18.可选地，所述电比例刹车系统还包括泄油阀，所述泄油阀的一端与所述油箱相连，另一端与所述制动桥的输入口相连。
19.可选地，所述电比例刹车系统还包括油泵和制动充液阀，所述油泵的一端与所述油箱相连，另一端与所述制动充液阀相连，所述制动充液阀与所述蓄能器相连；当所述蓄能器的压力低于预设值时，所述油箱中的液压油通过所述油泵输送至所述制动充液阀，以实现向所述蓄能器充液。
20.可选地，所述油泵和所述油箱之间连接有吸油滤油器；所述制动充液阀和所述制动桥之间连接有循环滤油器和散热器。
21.可选地，所述探测器组件包括第一雷达和第二雷达，所述第一雷达和所述第二雷达二者用以采集车辆与障碍物的相对距离和相对速度。
22.可选地，还包括配重，所述第一雷达和所述第二雷达二者设于所述配重上，且所述第一雷达安装于所述配重的左后侧，所述第二雷达安装于所述配重的右后侧。
23.本发明还提供一种工业车辆倒车主动防撞控制方法，应用于上述任一项所述的工业车辆倒车主动防撞控制系统，包括：
24.获取车辆的当前车速v0、以及车辆与障碍物的相对距离s
c
和相对速度v
c
；
25.根据计算车辆制动所需距离s0，其中，δt为车辆制动装置动作过程时间，t1为制动力持续作用时间，为地面摩擦系数，g为重力加速度；
26.根据δs＝s0‑
s
c
计算制动余量距离δs，根据s
k
＝s0×
k计算限速起始距离s
k
，根据s
l
＝s0×
l计算刹车起始距离s
l
，根据s
m
＝s0×
m计算中间刹车距离s
m
，根据s
n
＝s0×
n计算终端刹车距离s
n
，其中，起始限速系数k、起始刹车系数l、中间刹车系数m和终端刹车系数n均为可调参数，k>l>m>n>0；
27.根据所述制动余量距离δs、所述限速起始距离s
k
、所述刹车起始距离s
l
、所述中间刹车距离s
m
和所述终端刹车距离s
n
控制所述报警器、所述发动机控制器和所述电比例刹车系统工作。
28.可选地，所述根据所述制动余量距离δs、所述限速起始距离s
k
、所述刹车起始距离s
l
、所述中间刹车距离s
m
和所述终端刹车距离s
n
控制所述报警器、所述发动机控制器和所述电比例刹车系统工作的步骤，包括：
29.当δs>2s
k
时，控制所述报警器关闭、所述发动机控制器不限速、所述电比例刹车系统的电磁比例阀开度为零、所述电比例刹车系统的电磁开关阀关闭、所述电比例刹车系统的泄油阀开启；
30.当s
k
<δs≤2s
k
时，控制所述报警器响停循环报警、所述发动机控制器不限速、所述
电磁比例阀开度为零、所述电磁开关阀关闭、所述泄油阀开启；
31.当s
l
<δs≤s
k
时，控制所述报警器一直响、所述发动机控制器限速为v、所述电磁比例阀开度为零、所述电磁开关阀关闭、所述泄油阀开启，其中，限速值v
m
为可调参数；
32.当s
m
<δs≤s
l
时，控制所述报警器一直响、所述发动机控制器限速为零、所述电磁比例阀开度为第一预设开度x1、所述电磁开关阀开启、所述泄油阀关闭，其中，第一预设开度
33.当s
n
<δs≤s
m
时，控制所述报警器一直响、所述发动机控制器限速为零、所述电磁比例阀开度为第二预设开度x2、所述电磁开关阀开启、所述泄油阀关闭，其中，第二预设开度
34.当δs≤s
n
时，控制所述报警器一直响、所述发动机控制器限速为零、所述电磁比例阀开度为100％、所述电磁开关阀开启、所述泄油阀关闭。
35.相对于上述背景技术，本发明实施例所提供的工业车辆倒车主动防撞控制系统，包括主控制器、车载传感器、探测器组件、报警器、发动机控制器和电比例刹车系统，其中，车载传感器与主控制器相连，车载传感器用于测量车辆当前车速v0；探测器组件与主控制器相连，探测器组件用于测量车辆与障碍物的相对距离s
c
和相对速度v
c
；报警器与主控制器相连，报警器用于发出警报；发动机控制器与主控制器相连，发动机控制器用于控制车辆运行速度；电比例刹车系统与主控制器相连，电比例刹车系统用于控制车辆刹车。
36.这样一来，在倒车时，主控制器根据车载传感器和探测器组件采集的数据计算车辆制动所需距离s0，并根据车辆制动所需距离s0计算制动余量距离δs、限速起始距离s
k
、刹车起始距离s
l
、中间刹车距离s
m
和终端刹车距离s
n
，通过建立动态数学模型、确定危险区域、识别危险状态，以实现根据制动余量距离δs、限速起始距离s
k
、刹车起始距离s
l
、中间刹车距离s
m
和终端刹车距离s
n
(动态数学模型)控制报警器、发动机控制器和电比例刹车系统工作，从而可以在倒车时自动采取防撞措施，进而可以提高低速车辆制动的安全性和可靠性。
37.本发明实施例还提供一种工业车辆倒车主动防撞控制方法，有益效果如上述，此处将不再赘述。
附图说明
38.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
39.图1为本发明实施例所提供的工业车辆倒车主动防撞控制系统的电路原理图；
40.图2为电比例刹车系统的液压原理图；
41.图3为探测器组件的布置示意图；
42.图4为图3的侧视图；
43.图5为图3的俯视图；
44.图6为本发明实施例所提供的工业车辆倒车主动防撞控制方法的流程图。
45.其中：
[0046]1‑
油箱、2
‑
吸油滤油器、3
‑
油泵、4
‑
制动充液阀、5
‑
循环滤油器、6
‑
散热器、7
‑
单向阀、8
‑
蓄能器、9
‑
液压制动阀、10
‑
电液制动阀、101
‑
电磁开关阀、102
‑
电磁比例阀、11
‑
泄油阀、12
‑
梭阀、13
‑
制动桥、14
‑
球阀。
具体实施方式
[0047]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
[0048]
本发明的核心是提供一种工业车辆倒车主动防撞控制系统及其控制方法，可以在倒车时自动采取防撞措施，从而可以提高低速车辆制动的安全性和可靠性。
[0049]
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
[0050]
需要说明的是，下文所述的“上端、下端、左侧、右侧”等方位词都是基于说明书附图所定义的。
[0051]
请参考图1至图6，图1为本发明实施例所提供的工业车辆倒车主动防撞控制系统的电路原理图；图2为电比例刹车系统的液压原理图；图3为探测器组件的布置示意图；图4为图3的侧视图；图5为图3的俯视图；图6为本发明实施例所提供的工业车辆倒车主动防撞控制方法的流程图。
[0052]
本发明实施例所提供的工业车辆倒车主动防撞控制系统，包括主控制器e1、车载传感器g1、探测器组件、报警器h01、发动机控制器e2和电比例刹车系统，其中，车载传感器g1与主控制器e1相连，车载传感器g1用于测量车辆当前车速v0；探测器组件与主控制器e1相连，探测器组件用于测量车辆与障碍物的相对距离s
c
和相对速度v
c
；报警器h01与主控制器e1相连，报警器h01用于发出警报；发动机控制器e2与主控制器e1相连，发动机控制器e2用于控制车辆运行速度；电比例刹车系统与主控制器e1相连，电比例刹车系统用于控制车辆刹车。
[0053]
这样一来，在倒车时，主控制器e1根据车载传感器g1和探测器组件采集的数据计算车辆制动所需距离s0，并根据车辆制动所需距离s0计算制动余量距离δs、限速起始距离s
k
、刹车起始距离s
l
、中间刹车距离s
m
和终端刹车距离s
n
，通过一定的算法处理建立动态数学模型、确定危险区域、识别危险状态，以实现根据制动余量距离δs、限速起始距离s
k
、刹车起始距离s
l
、中间刹车距离s
m
和终端刹车距离s
n
(动态数学模型)控制报警器h01、发动机控制器e2和电比例刹车系统工作，从而可以在倒车时自动采取防撞措施，进而可以提高低速车辆制动的安全性和可靠性。
[0054]
需要说明的是，上述探测器组件包括第一雷达和第二雷达，第一雷达和第二雷达二者用于采集车辆与障碍物的相对距离和相对速度。
[0055]
此外，系统还包括配重，配重设于车辆上，用于调整车辆重心，第一雷达和第二雷
达二者设于配重上，且第一雷达安装于配重的左后侧，第二雷达安装于配重的右后侧。
[0056]
当然，根据实际需要，上述第一雷达和第二雷达均为毫米波雷达。
[0057]
具体地，第一毫米波雷达e3安装在配重的左后侧，第二毫米波雷达e4安装在配重的右后侧。
[0058]
需要注意的是，雷达布置时首先需要避免雷达的毫米波发射区域与配重干涉，以此确定两个毫米波雷达布置的横向间距x和纵向距离y。其中，雷达安装的高度值为z，α为雷达上下方向的监测角度，s为允许盲区的最大距离，h为要求检测的障碍物的最小高度。
[0059]
在上述基础上，工业车辆倒车主动防撞控制系统还包括电气系统附件，电气系统附件主要包括蓄电池b、点火开关s1、倒车开关s2、使能开关s3、第一保险丝f1、第二保险丝f2和第三保险丝f3；同时，除了车载传感器g1、第一毫米波雷达e3和第二毫米波雷达e4，还包括制动踏板开度传感器g2和压力传感器g3。
[0060]
下面具体说明工业车辆倒车主动防撞控制系统的电路连接方式。
[0061]
点火开关s1公共端的4脚通过第一保险丝f1接蓄电池b的正极；主控制器e1的电源端通过第二保险丝f2接点火开关s1的2号脚，发动机控制器e2的电源端、第一毫米波雷达e3的电源端和第二毫米波雷达e4的电源端通过第三保险丝f3接点火开关s1的2号脚；第二保险丝f2同时接倒车开关s2的一端、使能开关s3的一端、车载传感器g1的一端、制动踏板开度传感器g2的一端、压力传感器g3的一端；倒车开关s2的另一端、使能开关s3的另一端、车载传感器g1的信号端、制动踏板开度传感器g2的信号端、压力传感器的g3的另一端均与主控制器e1相连接；发动机控制器e2、第一毫米波雷达e3和第二毫米波雷达e4与主控制器e1之间均通过can总线进行信息交互；电比例刹车系统的电制动开关阀101的一端与主控制器e1相连，另一端接地；电比例刹车系统的电制动比例阀102的一端与主控制器e1相连，另一端接地；电比例刹车系统的泄油阀11的一端与主控制器e1相连，另一端接地；报警器h01的一端与主控制器e1相连，另一端接地。
[0062]
更加具体地说，电比例刹车系统包括油箱1、吸油滤油器2、油泵3、制动充液阀4、循环滤油器5、散热器6、单向阀7、蓄能器8、液压制动阀9、电液制动阀10(电液制动阀10包括电磁开关阀101和电磁比例阀102)、泄油阀11、梭阀12、制动桥13、球阀14。其中，制动桥13为湿式制动桥，泄油阀11为电磁泄油阀。
[0063]
为了保证制动的安全性，冗余设计了机械液压制动回路，具体地，液压制动阀9的sp口与蓄能器8相连，液压制动阀9的br口与梭阀12的一个输入口相连，梭阀12的输出口与制动桥13的输入口相连，液压制动阀9的t口与油箱1相连。
[0064]
当自动刹车出现故障时，司机可通过踩下制动踏板控制液压制动阀9打开内部油路，液压油由蓄能器8输送至梭阀12另一端的输入口，梭阀12输出口接制动桥13，此时若电液制动阀10不动作或开度小于液压制动阀9，则油液仍可通过液压比例阀9这一路流经梭阀12后进入制动桥13，这样即可实现机械刹车。
[0065]
为了实现通过电信号和机械两种手段实现行车制动，在设置液压比例阀9的基础上，还设置有电液制动阀10，电液制动阀10包括电磁开关阀101和电磁比例阀102。具体地，液压制动阀9的sp口与蓄能器8相连，液压制动阀9的br口与梭阀12的一个输入口相连，液压
制动阀9的t口与油箱1相连；电液制动阀10的电磁开关阀101的一端与蓄能器8相连，另一端与电液制动阀10的电磁比例阀102的sp口相连，电磁比例阀102的br口与梭阀12的另一个输入口相连，电磁比例阀102的t口与油箱1相连，梭阀12的输出口与制动桥13的输入口相连。
[0066]
如此设计将电制动与液压制动相结合，通过电信号和机械两种控制方式都可以实现行车制动，这样即可在保证安全的同时又可以兼顾经济性，并可以节省空间。
[0067]
此外，系统还设有泄油阀11，该泄油阀11为电磁泄油阀，泄油阀11的一端与油箱1相连，另一端与制动桥13的输入口(梭阀12的输出口)相连。停止制动时，主控制器e1控制泄油阀11得电，制动桥13的输入口(梭阀12的输出口)和油箱1相通，可保证此时梭阀12的输出口压力为0，消除隐患。
[0068]
这样一来，控制器e1通过相应算法控制电比例刹车系统进行电制动时，电磁开关阀101得电打开，电磁比例阀102根据计算结果开启相应比例，从而可以控制电液制动阀10内部油路导通，液压油由蓄能器8输送至梭阀12一端的输入口，梭阀12的输出口接制动桥13。此时，若液压制动阀9不动作或开度小于电液制动阀10，则油液通过电制动阀10这一路流经梭阀12进入制动桥13实现自动刹车；当车辆处于安全状态时，电液制动阀10内的油路断开(电磁开关阀101失电且电磁比例阀102失电)，泄油阀11得电打开，制动桥13的制动部位直接与油箱1相通，行车制动解除。
[0069]
需要注意的是，压力传感器g3可以接在制动桥13的输入口，方便采集动作。
[0070]
在上述基础上，为了便于给蓄能器8充液，电比例刹车系统还包括油泵3和制动充液阀4，制动充液阀4用于给蓄能器8输油。具体地，油泵3的一端与油箱1相连，另一端与制动充液阀4相连，制动充液阀4与蓄能器8相连；当蓄能器8的压力低于预设值时，蓄能器8充液信号开关会发出信号，油箱1中的液压油通过油泵3输送至制动充液阀4，以实现向蓄能器8充液。
[0071]
此外，油泵和油箱之间连接有吸油滤油器2，制动充液阀4和制动桥13之间连接有循环滤油器5和散热器6。同时，为了保证油路安全性，制动充液阀4和蓄能器8之间的管路通过具有球阀14的管路与油箱1相连，散热器6和制动桥13之间的管路通过具有单向阀7的管路与油箱1相连。
[0072]
同时，本发明实施例还提供一种工业车辆倒车主动防撞控制方法，应用于上述工业车辆倒车主动防撞控制系统，包括：
[0073]
s1：获取车辆的当前车速v0、以及车辆与障碍物的相对距离s
c
和相对速度v
c
；
[0074]
s2：根据计算车辆制动所需距离s0，其中，δt为车辆制动装置动作过程时间，t1为制动力持续作用时间，为地面摩擦系数，g为重力加速度；
[0075]
s3：根据δs＝s0‑
s
c
计算制动余量距离δs，根据s
k
＝s0×
k计算限速起始距离s
k
，根据s
l
＝s0×
l计算刹车起始距离s
l
，根据s
m
＝s0×
m计算中间刹车距离s
m
，根据s
n
＝s0×
n计算终端刹车距离s
n
，其中，起始限速系数k、起始刹车系数l、中间刹车系数m和终端刹车系数n均为可调参数，k>l>m>n>0；
[0076]
s4：根据制动余量距离δs、限速起始距离s
k
、刹车起始距离s
l
、中间刹车距离s
m
和
终端刹车距离s
n
控制报警器、发动机控制器和电比例刹车系统工作。
[0077]
具体地说，当点火/钥匙开关s1闭合时，首先，主控制器e1采集两个毫米波雷达测得的车辆与障碍物的相对距离s
c
和相对速度v
c
，以及以车辆倒车方向为正，通过车载传感器g1得到车辆的当前车速v0，并通过制动踏板开度传感器g2、压力传感器g3，以及主控制器e1输入输出针脚的时序识别可得出车辆制动装置动作过程时间(即制动装置的反应时间)δt和制动力持续作用时间t1，同时，设置地面摩擦系数起始限速系数k、起始刹车系数l、中间刹车系数m和终端刹车系数n，其中，k、l、m、n均为可调参数，k>l>m>n>0；然后，根据计算车辆制动所需距离s0；再者，根据δs＝s0‑
s
c
计算制动余量距离δs，根据s
k
＝s0×
k计算限速起始距离s
k
，根据s
l
＝s0×
l计算刹车起始距离s
l
，根据s
m
＝s0×
m计算中间刹车距离s
m
，根据s
n
＝s0×
n计算终端刹车距离s
n
。
[0078]
进一步地，在上述计算的基础上，建议动态数学模型，从而确定危险区域，识别危险状态，并控制报警器、发动机控制器和电比例刹车系统工作。
[0079]
具体地，针对步骤s4，即根据制动余量距离δs、限速起始距离s
k
、刹车起始距离s
l
、中间刹车距离s
m
和终端刹车距离s
n
控制报警器、发动机控制器和电比例刹车系统工作的步骤，包括：
[0080]
当δs>2s
k
时，控制报警器h01关闭、发动机控制器e2不限速、电比例刹车系统的电磁比例阀102开度为零、电比例刹车系统的电磁开关阀101关闭、电比例刹车系统的泄油阀11开启；
[0081]
当s
k
<δs≤2s
k
时，控制报警器h01响停循环报警、发动机控制器e2不限速、电磁比例阀102开度为零、电磁开关阀101关闭、泄油阀11开启；
[0082]
当s
l
<δs≤s
k
时，控制报警器h01一直响、发动机控制器e2限速为v、电磁比例阀102开度为零、电磁开关阀101关闭、泄油阀11开启，其中，限速值v
m
为可调参数，由客户根据实际情况设置；
[0083]
当s
m
<δs≤s
l
时，控制报警器h01一直响、发动机控制器e2限速为零、电磁比例阀102开度为第一预设开度x1、电磁开关阀101开启、泄油阀11关闭，其中，第一预设开度
[0084]
当s
n
<δs≤s
m
时，控制报警器h01一直响、发动机控制器e2限速为零、电磁比例阀102开度为第二预设开度x2、电磁开关阀101开启、泄油阀11关闭，其中，第二预设开度
[0085]
当δs≤s
n
时，控制报警器h01一直响、发动机控制器e2限速为零、电磁比例阀102开度为100％、电磁开关阀101开启、泄油阀11关闭。
[0086]
因此，具有上述倒车主动防撞控制系统的工业车辆具有一套经济可靠的倒车主动防撞系统，该系统通过建立定量的动态数学模型，并配套可靠的电液双制动系统，将电制动
与液压制动相结合，即通过电信号和机械两种控制方式都可以实现制动。同时，通过自动刹车响应机制和报警机制，依据有关等级与状态的数学模型，识别危险状态并与电比例刹车系统相结合，在驾驶员不介入的情况下采取防撞措施，进而可以提高低速车辆制动的安全性和可靠性。
[0087]
此外，动态数学模型中引入了参数δs、s
k
、s
l
、s
m
和s
n
，可通过设置这些参数的值调整制动的舒适性；且限速值v的计算也引入了参数δs、v
m
，s
l
和s
k
，可通过设置这些参数的值调整限速模式到制动模式转换的平稳性。
[0088]
需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
[0089]
以上对本发明所提供的工业车辆倒车主动防撞控制系统和工业车辆倒车主动防撞控制方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方案及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。