CN102248945B - 激光扫描式车辆主动避撞*** - Google Patents

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Abstract

一种激光扫描式车辆主动避撞***，主要由激光扫描测距仪、自动转向机构、控制器等部件构成，能利用车载激光扫描测距仪测得的货物队列扫描测距信号、车辆的车体结构参数和行车状态信号、以及自动转向机构的转向位置信号等多种信息，依据主动避撞控制律实现车辆自动转向控制，使车辆与货物队列保持在安全距离范围内，避免车辆进退时与货物队列发生碰撞。

Description

激光扫描式车辆主动避撞***
技术领域
本发明涉及一种车用自动防撞装置，尤其是根据激光扫描测距信息进行控制的车辆主动避撞***。
背景技术
在一些特殊场合(如港口货场、海关通道等)，某些特种车辆(如轮胎塔吊、集装箱巡检车等)需要以一定间距紧挨货物(如集装箱、集装箱卡车等)队列前进或后退巡行；为避免碰撞事故发生，须使车辆与货物队列保持在合适的间距范围内。由于人工操控避撞的工作量较大、且避撞可靠性难以保证，因而有必要加装车辆自动避撞装置。
现有的自动避撞装置按跟踪目标不同，主要分直线式和实测式两类。其中，直线式装置通过车载传感器跟踪预先设置于货物队列侧边的直线标识物(如路面标线、导向围栏、对射光栅等)，使车辆保持直线行驶来实现自动纠偏；其缺点是：现场准备工作量大，货物队列直线度要求较高，避撞可靠性和环境适应性较低。实测式装置通过车载传感器跟踪货物队列侧边的轮廓位置，使车辆沿平滑曲线行驶来实现自动避撞；其优点是：无须现场准备工作，货物队列直线度要求较低，避撞可靠性和环境适应性较高。
现有的实测式自动避撞装置按传感装置不同，主要分机器视觉和激光测距两类。其中，机器视觉类采用多路车载摄像头，根据目标在两幅图像中的位置关系计算目标的相对运动，如相对运动参数超出规定的最大偏移量，即发出控制指令进行自动转向避撞；其缺点是：受前景视距影响较大，易受外界杂光干扰，图像配准需明显的道路标识，车速较快时摄像易丢帧；因而仅适用于低速避撞场合，且避撞可靠性和环境适应性不高。激光测距类大多采用激光单点测距型式，分别在车头和车尾各加装一只激光单点测距传感器，通过将各传感器的实测值与预设值范围进行比较，适时发出控制指令进行自动转向避撞；虽然该型式控制简单易行、环境适应性好、且***成本较低，但由于两点测距的信息量较小，因而同样仅适用于低速避撞场合，且避撞可靠性仍然不高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：为弥补现有车辆主动避撞***的诸多不足，本发明提供一种激光扫描式车辆主动避撞***，能利用车载激光扫描测距仪测得的货物队列扫描测距信号、车辆动力***导出的行车状态信号、自动转向机构反馈的转向位置信号、以及车辆的车体结构参数等多种信息，依据主动避撞控制律实现车辆自动转向控制，使车辆与货物队列保持在安全距离范围内，避免车辆进退时与货物队列发生碰撞。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：主要由激光扫描测距仪、自动转向机构、控制器等部件构成；控制器通过支架安装于车辆驾驶室内，自动转向机构通过支架安装于车辆驾驶室内的转向盘上，激光扫描测距仪通过支架安装于车辆顶部近货物侧，可使激光扫描面相对水平面下倾一定角度。主动避撞控制律的原理是：将激光扫描测距仪得到的扫描测距信号通过高速通讯接口输入控制器，并将车辆动力***导出的行车状态信号、以及自动转向机构反馈的转向位置信号输入控制器；控制器根据测距仪安装位置和扫描面下倾角等信息，对扫描测距信号作三角函数运算后得出货物队列侧边的轮廓数据，通过识别算法滤除货物队列近车辆侧以外的轮廓数据，再对所剩数据作线性拟合运算后得出跟踪路线；控制器根据车辆的车体结构参数和行车状态信号，得出使行车轨迹符合跟踪路线的转向角度；控制器根据转向位置信号，适时输出转向行程控制指令对自动转向机构进行伺服控制，使车辆与货物队列保持在安全距离范围内，避免车辆进退时与货物队列发生碰撞；当超出转向控制范围或***出现故障时，控制器输出停车和报警信号；在极端失控状况下，依靠车辆外侧设置的接触式防撞开关实现被动避撞保护。
本发明的有益效果是：能利用车载激光扫描测距仪测得的货物队列扫描测距信号、车辆动力***导出的行车状态信号、自动转向机构反馈的转向位置信号、以及车辆的车体结构参数等多种信息，依据主动避撞控制律实现车辆自动转向控制，使车辆与货物队列保持在安全距离范围内，避免车辆进退时与货物队列发生碰撞；改善了现有车用自动防撞装置的诸多不足，具有无须现场准备、避撞可靠性高、适用范围广等特点。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明中控制***的结构原理图。
图2是本发明中集装箱巡检车的后视图。
图3是本发明中集装箱巡检车的俯视图。
图4是本发明中主动避撞控制律的流程图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明作进一步描述。
在图1、2和3所示实施例中，本发明中控制***主要由：激光扫描测距仪(1)、控制器(2)、自动转向机构(3)等部件构成；其中，激光扫描测距仪包括红外脉冲式激光扫描测距仪、防尘罩、防雨棚等组件，控制器可选可编程控制器、运动控制器、或工控机等，自动转向机构为带行程开关(或位置反馈)的直流永磁电动推杆。控制器通过支架安装于巡检车(4)的驾驶室(41)内；自动转向机构通过万向节安装于巡检车驾驶室内的转向盘上；为减少激光扫描测距仪的加装数量、简化结构和降低成本，考虑到国际标准集装箱的宽度相同、且集装箱卡车(5)一般左右对称，故仅须对集卡队列的集装箱左侧面进行扫描测距；为不影响龙门跨臂(43)的折叠摆放，激光扫描测距仪通过支架安装于巡检车控制室箱体(42)右前顶部；为避免碰撞龙门跨立臂，巡检车右侧与集卡左侧间的最大安全距离应小于龙门跨臂内侧宽度与集卡宽度之差；为避免激光扫描测距仪进入最小测距盲区、且保证安全距离范围内不同高度和规格的集装箱均能被扫到，可使激光扫描面(11)相对水平面下倾一定角度；为进一步降低成本，在满足跟踪响应的前提下，可选用较小最大探测距离的激光扫描测距仪。
在图4所示实施例中，本发明中主动避撞控制律的控制流程是：将激光扫描测距仪得到的扫描测距信号(包括障碍物距离-扫描角序列)通过高速通讯接口输入控制器，并将巡检车动力***导出的行车状态信号(包括前进、后退、车速等)、以及自动转向机构导出的转向位置信号(包括行程、回正等)输入控制器；控制器根据测距仪安装位置和扫描面下倾角等信息，对扫描测距信号作三角函数运算后得出集卡队列侧边的轮廓数据，通过识别算法滤除集装箱队列左侧以外的轮廓数据，再对所剩数据作线性拟合运算后得出跟踪路线；控制器根据巡检车的车体结构参数(包括轴距、前/后悬长、轮边距等)和行车状态信号，得出使行车轨迹符合跟踪路线的转向角度；控制器根据转向位置信号，适时输出转向行程控制指令对自动转向机构进行伺服控制，使巡检车右侧与集卡队列左侧保持在安全距离范围内，避免巡检车进退时与集卡队列发生碰撞；当超出转向控制范围或***出现故障时，控制器输出停车和报警信号；在极端失控状况下，依靠巡检通道内设的接触式防撞开关实现被动避撞保护。另外，为预防龙门跨立臂与少数非标超宽集装箱碰撞，巡检车前进时通过对集卡队列间集装箱后端面的扫描测距，可提前得到前方集装箱的宽度信息，以便适时调整巡检车右侧与集卡左侧间的最大安全距离；巡检车后退时可通过前进时预存的宽度信息来实现同样功能。

Claims (2)

1.一种激光扫描式车辆主动避撞***，能利用车载激光扫描测距仪测得的货物队列扫描测距信号、车辆的车体结构参数和行车状态信号、以及自动转向机构的转向位置信号多种信息，依据主动避撞控制律实现车辆自动转向控制，使车辆与货物队列保持在安全距离范围内，避免车辆进退时与货物队列发生碰撞；其特征是：主要由激光扫描测距仪、自动转向机构、控制器构成，控制器通过支架安装于车辆驾驶室内，自动转向机构通过支架安装于车辆驾驶室内的转向盘上；为不影响龙门跨臂的折叠摆放，激光扫描测距仪通过支架安装于车辆控制室箱体右前顶部；为避免碰撞龙门跨立臂，巡检车右侧与集卡左侧间的最大安全距离应小于龙门跨臂内侧宽度与集卡宽度之差；为避免激光扫描测距仪进入最小测距盲区、且保证安全距离范围内不同高度和规格的集装箱均能被扫到，使激光扫描面相对水平面下倾一定角度。
2.根据权利要求1所述的激光扫描式车辆主动避撞***，所述主动避撞控制律的控制流程是：将激光扫描测距仪得到的扫描测距信号通过高速通讯接口输入控制器，并将车辆动力***导出的行车状态信号、以及自动转向机构反馈的转向位置信号输入控制器；控制器根据测距仪安装位置和扫描面下倾角信息，对扫描测距信号作三角函数运算后得出货物队列侧边的轮廓数据，通过识别算法滤除货物队列近车辆侧以外的轮廓数据，再对所剩数据作线性拟合运算后得出跟踪路线；控制器根据车辆的车体结构参数和行车状态信号，得出使行车轨迹符合跟踪路线的转向角度；控制器根据转向位置信号，适时输出转向行程控制指令对自动转向机构进行伺服控制，使车辆与货物队列保持在安全距离范围内，避免车辆进退时与货物队列发生碰撞；当超出转向控制范围或***出现故障时，控制器输出停车和报警信号。
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