[发明专利]一种救援清障车吊臂超载预警方法

说明书

技术领域

本发明属于救援清障车安全预警领域，具体涉及一种救援清障车吊臂超载预警方法。

背景技术

近些年，我国道路交通事故清障救援行业得到了快速发展，与此同时，救援清障车在作业过程中自身发生事故的现象也愈发严重。吊臂是整个救援清障车系统中最关键的部件之一，在救援清障作业中起到非常重要的作用，可以用来吊起重物、扶正事故车辆等。当被吊物体过重而超载时，很容易导致吊臂断裂或救援清障车侧翻等事故。究其原因，除了操作者违章作业、经验不足和管理不善等主观因素外，救援清障车自身监控技术尚不完善，无法实时为操作人员提供准确的预警信息也是不可忽视的客观原因。

实用新型专利(专利名称：救援清障车吊臂超载的预警装置，申请号：201020632634.6)公开了一种救援清障车吊臂超载的预警装置，该装置填补了国内吊臂超载预警领域的空白，具有成本低、实时性好等优点，但是该实用新型专利仅针对吊臂发生断裂事故时进行预警。

随着救援清障车吊臂制作工艺和材质的不断优化升级，吊臂自身强度得到了很大的改进，吊臂发生断裂的事故已经大幅减少，但是因为吊臂超载而导致救援清障车侧翻的事故依然时有发生。如果能在救援清障车起吊过程中实时分析吊臂绳索对救援清障车自身的力矩，就可以有效避免未吊起事故车辆而自身发生侧翻的事故。

此外，一般的吊臂超载预警装置仅考虑了吊臂垂直起吊的工况。在实际作业过程中，救援清障车进行事故车辆扶正时，吊臂绳索往往会有一定角度的倾斜。相比于垂直起吊工况，绳索倾斜时更容易引发救援清障车重心偏移，从而导致在作业过程中发生侧翻事故。目前尚没有针对绳索倾斜工况下的吊臂超载预警方法或技术被提出。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种救援清障车吊臂超载预警方法，为救援清障车提供全面可靠的吊臂超载预警方案。

技术方案：本发明所述的一种救援清障车吊臂超载预警方法，包括以下步骤：

(1)安装所需传感器组件：在救援清障车的两侧均设置可支撑于地面支腿，所述救援清障车顶部设有吊臂，吊臂的另一端通过滑轮设置有绳索，绳索末端固定有用于拉起事故车辆的吊钩；所述吊臂侧面沿吊臂伸展方向、以及绳索末端与吊钩连接处沿绳索方向均安装有加速度传感器；吊臂上还安装有长度传感器且长度传感器的方向与吊臂伸展方向一致；在绳索与吊钩连接处安装拉力传感器；

(2)计算吊臂和绳索的姿态信息：通过两个加速度传感器分别测量救援清障车吊臂的俯仰角和绳索的倾斜角，通过长度传感器测量吊臂长度L，通过拉力传感器测量绳索对救援清障车的拉力F；

(3)根据步骤(2)中所得的吊臂和绳索姿态信息，通过卡尔曼滤波算法实时估计绳索对救援清障车在水平方向和竖直方向上的拉力；

(4)通过力矩平衡原理分析救援清障车是否存在吊臂超载的危险，进行吊臂超载预警；

其中，所述步骤(1)中，加速度传感器采用MEMS加速度传感器；

所述步骤(2)中计算吊臂和绳索的姿态信息的具体过程为：

因为吊臂缓慢运动，即在短时间内视为静止，所以吊臂的俯仰角α通过加速度传感器采集到的吊臂加速度信息a_A解算，具体公式如下：

其中，0°<α≤90°；g指重力加速度；

又由于绳索和吊钩在作业过程中同样处于缓慢运动状态，即认为绳索和吊钩的速度均为零，所以绳索的倾斜角β也通过加速度传感器采集到的绳索加速度信息a_B解算，具体公式如下：

其中，0°<β≤90°，当吊臂处于垂直起吊位置时，β＝90°

所述步骤(3)的具体过程为：

救援清障车在起吊重物或扶正事故车辆时，吊臂、吊臂末端滑轮和绳索的运动是缓慢的，在短时间内视为静止，因此将吊臂系统和救援清障车车身看作一个整体，即绳索上的拉力F为对整个救援清障车的作用力，且作用点是吊臂末端的滑轮处；

由步骤(2)中得到的绳索倾斜角β和绳索对救援清障车的拉力F分别计算出绳索对救援清障车在水平和竖直方向上的拉力，具体计算公式如下：

式(3)中，F_x为绳索对救援清障车在水平方向上的拉力，F_y为绳索对救援清障车在竖直方向上的拉力；

下面建立卡尔曼滤波的状态方程；

离散化后的卡尔曼滤波的状态方程的矩阵形式表示为：