一种底盘监控系统及工程机械

技术领域

本发明涉及机械设备技术领域，具体涉及一种底盘监控系统及工程机械。

背景技术

随着现代工业技术的融合发展，工程机械开始以智能化、人性化、节能化和高效化为目标不断进化，在这种时代背景下智能监控技术显得愈发重要。当前，国内诸多著名主机厂商已经开始对工程机械主机进行智能监控系统的设计，基本能够完成对主机的各种运行的监控与显示并且能够实现远程监控的功能与简单的专家诊断系统功能。

液压挖掘机是工程机械的重要组成部分，目前对其无人驾驶和地面遥控技术的研发取得了一定进展，相关机构已经研发出具有一定远程控制功能的液压挖掘机，同时这些成果背后的远程监控技术值得进一步开发。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种底盘监控系统及工程机械，以对工程机械的底盘远程监控。

根据第一方面，本发明实施例提供了一种底盘监控系统，应用于工程机械，所述工程机械包括底盘及设置于所述底盘上的车身，所述底盘监控系统包括：

工控机；

车载控制器，与所述工控机通信连接；

安全监测装置，与所述车载控制器通信连接。

其中所述安全监测装置包括以下中的一项或两项：超声波传感器和适于采集所述工程机械进油压力的压力传感器。

结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，底盘监控系统还包括运行状态监测装置，所述运行状态监测装置与所述车载控制器通过第一CAN总线连接。

结合第一方面第一实施方式，在第一方面第二实施方式中，所述运行状态监测装置包括以下中的一项或几项：GPS传感器、角度传感器、倾角传感器；

所述GPS传感器适于采集所述工程机械的位置信息；

所述角度传感器适于采集所述底盘与所述车身之间的转角信息；

所述倾角传感器适于采集所述车身相对于地面的倾角信息。

结合第一方面第一实施方式，在第一方面第三实施方式中，所述运行状态监测装置的输出为数字量。

结合第一方面，在第一方面第四实施方式中，底盘监控系统还包括遥控装置，所述遥控装置包括遥控接收器和遥控发射器，所述遥控接收器与所述车载控制器通过第二CAN总线连接，所述遥控发射器与所述遥控接收器无线连接。

结合第一方面，在第一方面第五实施方式中，底盘监控系统还包括显示装置，所述显示装置与所述工控机通信连接。

结合第一方面第五实施方式，在第一方面第六实施方式中，所述显示装置为触控屏。

结合第一方面，在第一方面第五实施方式中，底盘监控系统还包括报警装置，所述报警装置与所述工控机通信连接。

根据第二方面，本发明实施例还提供了一种工程机械，包括第一方面及第一方面任一实施方式所述的底盘监控系统。

结合第二方面，在第二方面第一实施方式中，所述工程机械为液压挖掘机。

本发明实施例提供的底盘监控系统具有如下技术效果：

1、本发明实施例1提供的底盘监控系统具备良好的紧急情况处理能力，超声波传感器采集的超声波信号会通过车载控制器发送至工控机，当在工程机械周围的一定范围内出现物体时，工控机会产生工程机械停止作业的信号，并将该信号发送至车载控制器，通过车载控制器控制工程机械停止作业；和/或压力传感器采集的压力信号会通过车载控制器发送至工控机，当采集的进油压力超过设定液压系统安全压力时，工控机会产生工程机械停止作业的信号，并将该信号发送至车载控制器，通过车载控制器控制工程机械停止作业；由此可以保证工程机械的安全工作。

2、本发明实施例1提供的底盘监控系统中工控机可以实时记录从CAN1(即第一CAN中线)收到的位姿信息、车身转角等信息并显示；另外工控机还会实时检测传感器的状态，若出现传感器信号异常或数据异常等非正常现象将会立即报警。

3、本发明实施例1提供的底盘监控系统中遥控器通过CAN2(即第二CAN总线)向车载控制器发送指令，能够实现操作人员对液压挖掘机的远程控制，包括模式转换、转向、制动等；另外，车载控制器还能够根据遥控器指令自由切换驾驶模式(人工驾驶模式或自动驾驶模式)。

4、本发明实施例1提供的底盘监控系统CAN1总线连接了工控机、车载控制器、传感器系统(数字量输出)，CAN2总线实现了工控机、车载控制器和遥控器接收器之间的数据通信，其余传感器输出模拟量给车载控制器，系统各个部分之间的通讯绝大部分是通过CAN总线实现的，这种数据传输方式本身实时性好，可靠性强，传输距离长且通信效率高。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1为底盘监控系统一示例的结构示意图；

图2为显示装置显示界面一示例的示意图；

图3为显示装置参数设置界面一示例的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

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”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相连，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。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本发明实施例1提供了一种底盘监控系统。该底盘监控系统应用于工程机械，所述工程机械包括底盘及设置于所述底盘上的车身。如图1所示，本发明实施例1的底盘监控系统包括工控机、车载控制器和安全监测装置，其中，所述车载控制器与所述工控机通信连接，所述安全监测装置与所述车载控制器通信连接，所述安全监测装置包括以下中的一项或两项：超声波传感器和适于采集所述工程机械进油压力的压力传感器。

示例的，超声波传感器适于采集工程机械周围的超声波信号(模拟量)，并将超声波信号通过车载控制器发送至工控机，当在工程机械周围的一定范围内出现物体时，工控机会基于接收到的超声波信号产生工程机械停止作业的信号，并将该信号发送至车载控制器，通过车载控制器控制工程机械停止作业。

压力传感器适于采集工程机械的进油压力(例如斜盘操纵阀进油腔的压力)并通过车载控制器发送至工控机，当采集的进油压力超过设定液压系统安全压力时，工控机会产生工程机械停止作业的信号，并将该信号发送至车载控制器，通过车载控制器控制工程机械停止作业。

具体的，在本发明实施例1中，超声波传感器和压力传感器的输出为模拟量。

本发明实施例1提供的底盘监控系统具备良好的紧急情况处理能力，超声波传感器采集的超声波信号会通过车载控制器发送至工控机，当在工程机械周围的一定范围内出现物体时，工控机会产生工程机械停止作业的信号，并将该信号发送至车载控制器，通过车载控制器控制工程机械停止作业；和/或压力传感器采集的压力信号会通过车载控制器发送至工控机，当采集的进油压力超过设定液压系统安全压力时，工控机会产生工程机械停止作业的信号，并将该信号发送至车载控制器，通过车载控制器控制工程机械停止作业；由此可以保证工程机械的安全工作。

进一步的，底盘监控系统还包括报警装置，所述报警装置与所述工控机通信连接。由此可以在工程机械周围的一定范围内出现物体时，工控机产生报警信号，并通过报警装置进行报警；和/或，当采集的进油压力超过设定液压系统安全压力时，工控机产生报警信号，并通过报警装置进行报警，由此可以使得工作人员可以及时发现工程机械工作过程中出现的异常情况，并及时进行处理。

作为进一步的实施方式，底盘监控系统还包括运行状态监测装置，所述运行状态监测装置与所述车载控制器通过第一CAN总线连接。如图1所示，所述运行状态监测装置包括以下中的一项或几项：GPS传感器、角度传感器、倾角传感器。

具体的，所述GPS传感器适于采集所述工程机械的位置信息，例如GPS传感器输出信号经过RS232转CAN模块的转换，通过CAN1总线(即第一CAN总线)输入到车载控制器，为液压挖掘机的自动定位与导航提供硬件支持。

所述角度传感器适于采集所述底盘与所述车身之间的转角信息，例如角度编码器采集驱动车与振动轮之间的转角信息，输出信号通过CAN1总线输入到车载控制器。

所述倾角传感器适于采集所述车身相对于地面的倾角信息，例如倾角传感器获取车身相对地面的倾斜角度，该角度用于补偿GPS定位与实际位置之间的偏移量，输出信号通过CAN1总线传输给车载控制器。

具体的，所述运行状态监测装置的输出为数字量。

由此，可以使得工控机实时记录从CAN1收到的位置信息、转角信息、倾角信息，另外工控机还会实时检测传感器的状态，若出现传感器信号异常或数据异常等非正常现象将会立即报警。

作为进一步的实施方式，底盘监控系统还包括遥控装置，所述遥控装置包括遥控接收器和遥控发射器，所述遥控接收器与所述车载控制器通过第二CAN总线连接，所述遥控发射器与所述遥控接收器无线连接。

示例的，所述遥控器通过CAN2(即第二CAN总线)向车载控制器发送指令，能够实现操作人员对液压挖掘机的远程控制，包括模式转换、转向、制动等；另外，车载控制器还能够根据遥控器指令自由切换驾驶模式(人工驾驶模式或自动驾驶模式)。图3为显示装置显示界面一示例的示意图。

在本发明实施例1中，车载控制器还可以根据从CAN2收到的路径参数以及从CAN1接收的车辆位置、航向、转角等多种信息实现路径的实时跟踪。

作为进一步的实施方式，底盘监控系统还包括显示装置，所述显示装置与所述工控机通信连接。示例的，显示装置为触控屏。由此，所述的工控机实时记录从CAN1收到的位置信息、转角信息、倾角信息以及从CAN2接收的液压挖掘机振动和检测信息，这些数据参数也会在触控屏上实时显示，图2为显示装置显示界面一示例的示意图。

示例的，上述显示装置能够显示包括控制指令、位置信息、航向信息、速度信息、碾压参数信息、超声波传感器信息、角度编码器信息、压力传感器信息和传感器信息。同时该显示装置能够设置包括接行参数、安全距离、液压系统压力、误差范围、中位位置等参数；在设备初始化连接后，该显示装置能够实时显示和保存数据，在危险处境时其能够及时输出报警指令。其中，控制指令为在手动模式时，显示遥控器的操作指令；位置信息为显示车辆当前的经度、纬度；航向信息为显示车辆当前的运行方向；速度信息为显示车辆当前运行速度；传感器信息为显示车辆所有传感器状态；转角传感器信息为显示转向系统转角数据；压力传感器信息为显示行驶系统压力数据。

为了更加详细的说明本发明实施例1的底盘监控系统上位机中的控制流程，给出一个具体的实施，具体包括以下步骤：

所述上位机软件运行的具体流程为先加载主窗口并对定时器和CAN初始化，初始化完成后，定时器启动，来自各传感器及GPS信号采集仪的信号通过CAN1传给车载控制器再传给上位机，上位机一方面接收信号并提取液压挖掘机状态信息，另一方面，等待用户模式选择，操作完成将刷新主窗口界面。操作人员选择手动模式后，其可以通过遥控器控制液压挖掘机的运行状态，选择自动模式后，上位机就会要求录入参数设置，操作人员设置完参数即可实现液压挖掘机自动运行。在自动模式，上位机读取输入的状态参数，刷新后台的运算变量，此时上位机会检查当前所处模式，若为手动模式则报错，反之再进行后续的自动控制流程。后续流程中第一步就是计算导航点坐标数组，在该过程之前系统会先进行液压挖掘机的位姿检测，其中运用了基于RTK GPS的绝对位姿检测原理以及基于惯性导航的相对位姿检测原理，前者利用GPS获取定位坐标，后者利用惯性导航元件补偿定位坐标。计算导航点坐标组时，运用一种惯性导航与GPS松散组合的卡尔曼滤波器，即利用惯性导航输出的高频速度与航向数据提前估计整个系统的状态，同时利用GPS输出的低频位置和航向信息对系统状态进行周期性的更新。计算出当前状态的导航坐标后，上位机将其与终点坐标进行比较进而判断是否到达终点，到达终点则停止，未到达终点则由路径规划算法提供下一目标点坐标，等待车辆接近目标点，重新进入循环，直到液压挖掘机到达终点。

如图1所示，本发明实施例1提供的底盘监控系统，包括传感器系统、遥控器、下车载控制器以及上位工控机；所述遥控器的发射器和接收器通过无线进行通讯，所述遥控接收器与其余设备分别连接在两条CAN总线上，构成整个网络控制系统。CAN1总线连接了工控机、车载控制器、传感器系统(数字量输出)，CAN2总线实现了工控机、车载控制器和遥控器接收器之间的数据通信，其余传感器输出模拟量给车载控制器。

本发明实施例1提供的底盘监控系统实时性好，可靠性强，系统各个部分之间的通讯绝大部分是通过CAN总线实现的，这种数据传输方式本身实时性好，可靠性强，传输距离长且通信效率高。

实施例2

基于本发明实施例1，本发明实施例2提供了一种工程机械，该工程机械包括本发明实施例1所述的底盘监控系统。

示例的，所述工程机械为液压挖掘机。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。