CN103290762B - 一种冲击、振动复合式压路机的传感系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种冲击、振动复合式压路机的传感系统，包括可对压路机四周区域路面状况的全景监控的摄像系统、用于测量位于压路机车体与四周区域路面障碍物距离的测距系统、分别对压路机的转向和水温和液油温度和行驶速度进行检测的行驶状态监测传感系统、对道路密实度进行检测的压路质量监测传感系统、进行数据运算、对比、分析、判断、发出执行指令功能的控制器、受控制器控制而执行相应动作的执行系统和显示器；该摄像系统通过图像处理单元连接于控制器，测距系统、行驶状态监测传感系统和压路质量监测传感系统通过信号处理器连接于控制器、执行系统和显示器也分别连接于控制器。本发明能实现对压路机的系统情况进行实时监控。

Description

一种冲击、振动复合式压路机的传感系统

技术领域

本发明涉及检测技术领域，尤其是指一种冲击、振动复合式压路机的传感系统。

背景技术

目前，压路机主要用于公路、码头、机场及大坝的基层和路面压实作业，施工时经常需要向前和向后两个方向压路施工，且速度均较快。当压路机处于向后压路施工时，驾驶员通常在驾驶室内既要进行施工操作、又要兼顾压路机后方有无障碍物，增加了驾驶难度，经常由于操作疏忽或视角遮挡引起施工安全事故。国内外针对此问题，常见的有以下办法：

1、改变驾驶室座椅方式，采用左右滑椅或者旋转座椅，让驾驶员可以以一定角度侧身操作，但该方式仍然有较高驾驶难度，安全性不高。

2、采用倒车报警器，当行驶手柄挂入后退档时，驱动倒车报警蜂鸣器报警，以蜂鸣的声音提示周边人员注意安全，但是驾驶员仍然无法看到压路机后面施工区域情况。当施工后方区域有障碍物时，不能及时采取有效措施以避免发生安全事故。

此外，现有的压路机在使用过程中，往往是利用外置调试设备对控制器中的系统参数进行设定，通过各种模拟型仪表进行各种设备的监视，比如利用各种模拟型仪表对水温、机油压力、液压油温度、发动机转速等设备进行监视压路机的工作状态，这样既不利于操作人员具体的操作和判断，也无法对压路机的系统情况进行实时的监控。且在外部环境发生变化时，无法及时改变系统参数以修改机器的工作状态。

发明内容

有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种冲击、振动复合式压路机的传感系统，能实现对压路机的系统情况进行实时监控，便于操作人员根据需要及时改变机器的工作状态。

为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：

一种冲击、振动复合式压路机的传感系统，包括可对压路机四周区域路面状况的全景监控的摄像系统、用于测量位于压路机车体与四周区域路面障碍物距离的测距系统、分别对压路机的转向和水温和液油温度和行驶速度进行检测的行驶状态监测传感系统、对道路密实度进行检测的压路质量监测传感系统、进行数据运算、对比、分析、判断、发出执行指令功能的控制器、受控制器控制而执行相应动作的执行系统和显示器；该摄像系统通过图像处理单元连接于控制器，测距系统、行驶状态监测传感系统和压路质量监测传感系统通过信号处理器连接于控制器、执行系统和显示器也分别连接于控制器。

优选的，所述摄像系统包括安装于压路机车体前端顶部的前摄像机、安装在压路机车体后端顶部的后摄像机、安装在压路机车体左端前部的左前摄像机、安装在压路机车体上左端后部的左后摄像机、安装在压路机车体右端前部的右前摄像机和安装在压路机车体右端后部的右后摄像机。

优选的，所述前摄像机、后摄像机、左前摄像机、左后摄像机、右前摄像机和右后摄像机均为带夜视功能的红外摄像机。

优选的，所述图像处理单元设置在压路机的驾驶室内部，并且图像处理单元例如具有CAN总线接口，以与其他连接至图像处理单元的摄像机进行数据传输。

优选的，所述测距系统包括安装在压路机车体前端的前距离传感器、安装在压路机车体上后端的后距离传感器、安装在压路机车体左端前部的左前距离传感器、安装在压路机车体左端后部的左后距离传感器、安装在压路机车体右端前部的右前距离传感器和安装在压路机车体右端后部的右后距离传感器。

优选的，所述前距离传感器、后距离传感器、左前距离传感器、左后距离传感器、右前距离传感器和右后距离传感器均为超声波距离传感器。

优选的，所述测距系统还包括用于对接收到的图像中的目标进行边缘提取的提取模块、用于判断目标对应的障碍物为人或物品并得到识别信息的识别模块，识别信息通过信号处理器发送给控制器。

优选的，所述行驶状态监测传感系统包括对压路机的转向进行检测的角度传感器、对压路机的水温和液油温度进行检测的温度传感器、对压路机的行驶速度进行检测的速度传感器。

优选的，所述信号处理器包括依次相接的滤波电路、放大电路和A/D转换电路，所述A/D转换电路模块与控制器相接。

优选的，所述执行系统包括启停车执行单元、紧急制动执行单元、报警执行单元、油门执行单元、车速执行单元、转向执行单元、冲击执行单元和振动执行单元，各执行单元分别受控制器发出的启停车控制指令、紧急制动控制指令、报警指令、油门控制指令、车速控制指令、转向控制指令、冲击控制指令和振动控制指令而动作。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知：

首先，摄像系统和测距系统有效的降低了驾驶员驾驶难度，防止压路机行驶施工时由于驾驶员看不到人或物处于施工区而出现安全事故的情况，同时压路机在紧急状态可以自动减速或制动，既不影响驾驶员的施工操作，又可有效的提高工程机械设备尤其是压路机向后压路施工的安全性，且具备结构简单、容易实施、防护可靠等优点。

再者，压路质量监测传感系统可实时检测沥青路面的压实度，使压路机能够在沥青适合压实范围内工作，并将沥青达到理想的压实度。

还有，行驶状态监测传感系统可以实时地监测压路机的转向、水温、液油温度、行驶速度，并在显示器上显示出来，而且在检测值达到预设的初值时，会自动进行调整和报警提示，便于操作人员根据需要及时改变机器的工作状态。

为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本发明进行详细说明。

附图说明

图1是本发明之实施例的原理框图简图；

图2是本发明之实施例的原理框图详图。

附图标识说明：

1、摄像系统2、测距系统

3、行驶状态监测传感系统4、压路质量监测传感系统

5、控制器6、执行系统

7、显示器8、图像处理单元

9、信号处理器10、前摄像机

11、后摄像机12、左前摄像机

13、左后摄像机14、右前摄像机

15、右后摄像机16、前距离传感器

17、后距离传感器18、左前距离传感器

19、左后距离传感器20、右前距离传感器

21、右后距离传感器22、提取模块

23、识别模块24、角度传感器

25、温度传感器26、速度传感器

27、压实度传感器28、滤波电路

29、放大电路30、A/D转换电路

31、启停车执行单元32、紧急制动执行单元

33、报警执行单元34、油门执行单元

35、车速执行单元36、转向执行单元

37、冲击执行单元38、振动执行单元

39、视频解码单元40、人工控制按钮。

具体实施方式

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上所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明包括摄像系统1、测距系统2、行驶状态监测传感系统3、压路质量监测传感系统4、控制器5、执行系统6和显示器7。该摄像系统1通过图像处理单元8连接于控制器5，测距系统2、行驶状态监测传感系统3和压路质量监测传感系统4通过信号处理器9连接于控制器5、执行系统6和显示器7也分别连接于控制器5。

如图2所示，其中，所述摄像系统1采用模块化、集成化的设计，能够实现对压路机四周区域路面状况的全景监控，方便驾驶员在驾驶室内根据显示器7上的画面显示，进行障碍物躲避并完成压实施工操作，保证压实质量，降低安全事故发生率，并且能降低驾驶员的劳动强度。

该摄像系统1包括安装于压路机车体前端顶部的前摄像机10、安装在压路机车体后端顶部的后摄像机11、安装在压路机车体左端前部的左前摄像机12、安装在压路机车体上左端后部的左后摄像机13、安装在压路机车体右端前部的右前摄像机14和安装在压路机车体右端后部的右后摄像机15。所述前摄像机10、后摄像机11、左前摄像机12、左后摄像机13、右前摄像机14和右后摄像机15均为带夜视功能的红外摄像机，即使光线较暗，也能拍摄到清晰的路面图像，以适应夜间的扫描拍摄需求。

各摄像机与控制器5之间的图像处理单元8能对各摄像头输出的图像进行压缩打包处理，以便于通过处理器发送至显示器7进行显示，图像处理单元8优选地设置在压路机的驾驶室内部，并且图像处理单元8例如具有CAN总线接口，以与其他连接至图像处理单元8的设备进行数据传输。

所述测距系统2用于测量位于压路机车体与四周区域路面障碍物距离，由控制器5判断距离值是否安全，再做出相应的执行措施。

该测距系统2包括安装在压路机车体前端的前距离传感器16、安装在压路机车体上后端的后距离传感器17、安装在压路机车体左端前部的左前距离传感器18、安装在压路机车体左端后部的左后距离传感器19、安装在压路机车体右端前部的右前距离传感器20和安装在压路机车体右端后部的右后距离传感器21。

所述前距离传感器16、后距离传感器17、左前距离传感器18、左后距离传感器19、右前距离传感器20和右后距离传感器21均为超声波距离传感器。这样，压路机在四周的施工区域工作时，当各距离传感器检测到压路机周围的障碍物后，将障碍物距离信息发送给信号处理器9，控制器5接收到信号处理器9处理后的四周障碍物距离值，比较出障碍物距离值与压路机的距离不处于安全范围，控制器5同样可以驱动执行系统6做出降低车速或者整车制动的动作，进一步提高了压路机的施工安全性。

为对处于压路机四周施工区域的人实施更安全的保护，测距系统2还包括：提取模块22，用于对接收到的图像中的目标进行边缘提取，然后发送给识别模块23；识别模块23用于判断目标对应的障碍物为人或物品并得到识别信息，然后将识别信息通过信号处理器9发送给控制器5，控制器5根据识别信息和障碍物与压路机车体的距离值与预定安全距离值的比较信息生成调速控制信号。例如，在压路机车体尾部和障碍物之间的距离值小于预设的安全距离值时的某一设定状态下，障碍物是人或物品两种情况下，控制器5向行驶调速执行单元发出的调速控制信号是不同的，其中，当障碍物是人的情况时，制动或者降速的程度较障碍物是物品的情况下更快速，以对人进行更为可靠安全的保护。

所述行驶状态监测传感系统3包括分别对压路机的转向、水温、液油温度、行驶速度等进行检测的角度传感器24、温度传感器25、速度传感器26，该转向、水温、液油温度、行驶速度的检测值传给控制器5，再由控制器5传给显示器7，并在显示器7上显示出来，实现实时的显示和监控；同时，可根据需要，通过显示器7的数值判断而对压路机的行驶速度、转向、油门等参数进行设定初值；当角度传感器24达到预设的初值时，压路机停止调整方向或制动；当温度传感器25达到预设的初值时，压路机发出报警信号；当速度传感器26达到预设的初值时，压路机降速或制动；藉此，便于操作人员根据需要及时改变机器的工作状态。

所述压路质量监测传感系统4包括对道路密实度进行检测的压实度传感器27，该密实度的检测值传给控制器5，由控制器5判断是否达到合格值，再决定是否发出进行振动、冲击和速度的调整命令。

所述信号处理器9包括依次相接的滤波电路28、放大电路29和A/D转换电路30。所述A/D转换电路30模块与控制器5相接。各传感器的检测值是模拟信号，通过滤波、放大和A/D转换后变成可以被控制器5识别的数字信号。

控制器5是系统的核心，具有计算、对比、分析、判断功能，其设置在压路机的驾驶室内部，与信号处理器9连接，以接收信号处理器9发送的距离值。控制器5例如具有CAN总线接口，以与其他连接至控制器5的设备进行数据传输。控制器5根据接收到的距离值与控制器5预先设定的安全距离值的比较信息生成调速控制信号。

比如，控制器5依据判断结果发出的发动机启停车控制指令、紧急制动控制指令、报警指令、油门控制指令、车速控制指令、转向控制指令、冲击控制指令和振动控制指令，然后分别控制对应的启停车执行单元31、紧急制动执行单元32、报警执行单元33、油门执行单元34、车速执行单元35、转向执行单元36、冲击执行单元37和振动执行单元38实现相应的动作。当控制器5发出报警指令时，报警执行单元33同时发出声光报警。

执行系统6中各执行单元介绍如下：

油门执行单元34包括一个电液比例换向磁阀和液压缸，控制器5发出油门控制指令后，电磁继电器闭合，与电液比例换向磁阀相接的电路通电，电磁铁通电改变阀芯开度大小，液压缸改变油门踏板的开度。

紧急制动执行单元32包括一个电磁阀和制动器，制动器是常闭式制动器，控制此执行单元的电磁继电器为常闭式的。当控制器5发出紧急制动指令后，电磁继电器断开，与电磁阀相接的电路断电，从而使制动器中的液压油在弹簧作用下回油箱，实现制动。

启停车执行单元31包括一个电磁继电器，当控制器5发出启动指令后，电磁继电器闭合，使蓄电池与启动机的连接电路接通，并打开点火开关，起动机通过飞轮上的齿圈带动飞轮旋转，从而启动发动机。当控制器5发出停车指令后，电磁继电器断开，使点火开关关闭，发动机熄火。

车速执行单元35包括一个电比例轴向柱塞变量泵，当控制器5发出车速指令后，电磁继电器闭合，与电液比例换向磁阀相接的电路通电，改变阀芯开度的大小，使液压缸的活塞杆推动变量泵的斜盘，改变斜盘倾角从而改变泵的排量，是压路机实行速度发生改变。

振动执行单元38包括振动泵（轴向柱塞变量泵），在压路机停车时，当控制器5发出振动指令后，电磁继电器闭合，与电磁阀相接的电路通电，使电液比例换向磁阀一端电磁铁通电，使阀芯换向，改变液压油的流向，使液压缸的活塞杆推动斜盘摆过与变量泵输入轴垂直的位置，从而使振动马达反转，实现压路机振幅和振动频率的改变。

转向执行单元36包括一个电液比例换向磁阀和转向油缸。当控制器5发出转向指令后，电磁继电器闭合，与电液比例换向磁阀相接的电路通电，使电磁阀阀芯换向，改变液压油的流向，使转向油缸推动转向机构实现压路机的转向。

显示器7设置在压路机的驾驶室内，与控制器5连接，用于接收图像信号和经过处理后的检测参数并显示。当显示视频信号时，需要通过视频解码单元39处理，视频解码单元39将接受到的数字视频进行解压，并转换成图像视频显示，再由显示器7进行显示。该显示器7为LCD液晶屏，LCD液晶显示器7具有结构简单，能耗低，占地空间小等优点，显示器7安装在适合驾驶员观看并不影响驾驶员正常操作的位置。

另外，该控制器5上还连接有一人工控制按钮40，用于人为地输入操作命令，如启/停操作。

本发明的工作原理是：

操作人员通过人工控制按钮40启动压路机的传感系统，压路机的摄像系统1、行驶状态监测传感系统3、压路质量监测传感系统4、测距系统2、执行系统6都同时启动。由摄像系统1采集视频信号、测距系统2采集距离信号、压路质量监测传感系统4采集压实度信号、行驶状态监测传感系统3采集温度、转向和速度信号，采集的视频信号经图像处理单元8后，通过视频解码单元39处理并由显示器7显示；距离信号、压实度信号和温度信号经信号处理器9编辑处理后分别生成距离值、压实度值和温度值，然后由显示器7显示。驾驶员根据显示器7所显示的数据对压路机的方向通过控制器5进行操作，同时根据视频解码单元39所显示的沥青路面的温度和压实度对压路机进行操作，从而使压实路面达到所需要求。

当压路机在作业过程中遇到障碍物时，控制器5根据所测距离值与预先设定的三个等级的安全距离值比较，如果所测障碍物距离压路机为五米左右时控制器5控制报警执行单元33发出报警信号；如果障碍物为人时，在人员撤离以后报警信号自动取消报警，压路机继续作业；当所测障碍物距离压路机为三米左右时，控制器5通过控制车速执行单元35使压路机减速；如果所测障碍物距离进一步减小低于二米时，控制器5通过控制紧急制动执行单元32使压路机紧急制动。

当压路机的角度传感器24检测到转向信号达到预设的初值时，由控制器5发出命令给转向执行单元36或启停车执行单元31，使压路机停止调整方向或制动；当温度传感器25检测到水温、油温达到预设的初值时，控制器5使报警执行单元33发出报警信号；当速度传感器26达到车速预设的初值时，控制器5发出命令给油门执行单元34、车速执行单元35或启停车执行单元31，使压路机降速或制动，藉此，便于操作人员根据需要及时改变机器的工作状态。

当压路机的压实度传感器27检测到压实度不符合设定值时，由控制器5触使压路机的振动执行单元38和冲击执行单元37进行振动和冲击。

综上所述，本发明的设计重点在于：首先，摄像系统1和测距系统2有效的降低了驾驶员驾驶难度，防止压路机行驶施工时由于驾驶员看不到人或物处于施工区而出现安全事故的情况，同时压路机在紧急状态可以自动减速或制动，既不影响驾驶员的施工操作，又可有效的提高工程机械设备尤其是压路机向后压路施工的安全性，且具备结构简单、容易实施、防护可靠等优点。

再者，压路质量监测传感系统4可实时检测沥青路面的压实度，使压路机能够在沥青适合压实范围内工作，并将沥青达到理想的压实度。

还有，行驶状态监测传感系统3可以实时地监测压路机的转向、水温、液油温度、行驶速度，并在显示器7上显示出来，而且在检测值达到预设的初值时，会自动进行调整和报警提示，便于操作人员根据需要及时改变机器的工作状态。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (1)

1.一种冲击、振动复合式压路机的传感系统，其特征在于：包括可对压路机四周区域路面状况的全景监控的摄像系统、用于测量位于压路机车体与四周区域路面障碍物距离的测距系统、分别对压路机的转向和水温和液油温度和行驶速度进行检测的行驶状态监测传感系统、对道路密实度进行检测的压路质量监测传感系统、进行数据运算、对比、分析、判断、发出执行指令功能的控制器、受控制器控制而执行相应动作的执行系统和显示器；该摄像系统通过图像处理单元连接于控制器，测距系统、行驶状态监测传感系统和压路质量监测传感系统通过信号处理器连接于控制器，执行系统和显示器也分别连接于控制器；

所述摄像系统包括安装于压路机车体前端顶部的前摄像机、安装在压路机车体后端顶部的后摄像机、安装在压路机车体左端前部的左前摄像机、安装在压路机车体上左端后部的左后摄像机、安装在压路机车体右端前部的右前摄像机和安装在压路机车体右端后部的右后摄像机；各摄像机均为带夜视功能的红外摄像机；

所述测距系统包括安装在压路机车体前端的前距离传感器、安装在压路机车体上后端的后距离传感器、安装在压路机车体左端前部的左前距离传感器、安装在压路机车体左端后部的左后距离传感器、安装在压路机车体右端前部的右前距离传感器和安装在压路机车体右端后部的右后距离传感器；各距离传感器均为超声波距离传感器；所述测距系统还包括用于对接收到的图像中的目标进行边缘提取的提取模块、用于判断目标对应的障碍物为人或物品并得到识别信息的识别模块，识别信息通过信号处理器发送给控制器；

所述行驶状态监测传感系统包括对压路机的转向进行检测的角度传感器、对压路机的水温和液油温度进行检测的温度传感器、对压路机的行驶速度进行检测的速度传感器；

所述执行系统包括启停车执行单元、紧急制动执行单元、报警执行单元、油门执行单元、车速执行单元、转向执行单元、冲击执行单元和振动执行单元，各执行单元分别受控制器发出的启停车控制指令、紧急制动控制指令、报警指令、油门控制指令、车速控制指令、转向控制指令、冲击控制指令和振动控制指令而动作；

所述图像处理单元设置在压路机的驾驶室内部，并且图像处理单元具有CAN总线接口，以与其他连接至图像处理单元的摄像机进行数据传输；

所述信号处理器包括依次相接的滤波电路、放大电路和A/D转换电路，所述A/D转换电路与控制器相接。