一种水平运输机车及其主动安全系统技术方案

本发明专利技术提供了一种水平运输机车及其主动安全系统，属于隧道施工设备领域。包括控制系统和雷达模块，通过雷达模块，采集机车运行方向前方环境的点云数据，控制系统根据点云数据识别出监控区域内的轨道并计算出轨道长度。控制系统根据轨道该轨道长度和预先存储的安全时间计算出安全速度，将安全速度作为机车运行的极限速度对水平运输机车的当前车速进行调整，从而在机车运行在弯轨道时，降低了机车运行的极限速度，能够保障机车运行安全，降低安全隐患。全隐患。全隐患。

A horizontal transportation locomotive and its active safety system

【技术实现步骤摘要】
一种水平运输机车及其主动安全系统


[0001]本专利技术提供了一种水平运输机车及其主动安全系统，属于隧道施工设备领域，尤其涉及一种在隧道施工中通过感知周围环境进行安全驾驶控制的水平运输机车。

技术介绍

[0002]在隧道施工中，通常由施工人员驾驶水平运输机车来运输土石。水平运输机车也称为水平运输编组。
[0003]在隧道施工过程中，存在湿度大、噪声大、温度异常等恶劣的施工工况，而且隧道掘进施工通常是长时间连续施工，施工人员工作条件艰苦，工作强度大。长时间、高强度地在恶劣环境中工作，容易导致机车驾驶人员注意力不集中、疲劳驾驶的情况，容易引起安全事故。
[0004]相较于城市地铁等交通设备，水平运输机车通常处于封闭且严格管理的隧道环境，地铁的安全驾驶控制方法无法直接转用到水平运输机车。而且，水平运输机车在隧道中转弯时，车辆的安全探测设备，例如雷达，探测距离受限，机车监控范围变小，若采用与直线隧道处相同的安全措施，可能会使得水平运输机车在进行急停等操作时空间受限，存在较大的安全隐患。因此，对于隧道施工中的水平运输机车，迫切需要一种可以保障行车的主动安全系统。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种水平运输机车及其主动安全系统，用于解决隧道施工过程中水平运输机车在转弯行驶时存在安全隐患的问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种水平运输机车的主动安全系统，包括控制系统和用于获取机车运行方向前方点云数据的雷达模块，控制系统连接雷达模块；
[0007]在机车运行过程中，雷达模块获取机车运行方向前方的点云数据，控制系统根据所述点云数据识别出监控区域内的轨道，并计算出监控区域内的轨道长度；控制系统根据所述监控区域内的轨道长度和预先获取的安全时间，计算得到安全速度，将所述安全速度作为当前机车运行过程中的极限速度；所述安全时间至少大于发出急停指令到机车响应该急指令进行制动的时间。
[0008]机车在隧道中行驶时，若处于直轨道，则水平运输机车的雷达模块能够探测到足够的监控区域，若遇到转弯或有障碍物遮挡的情况，则雷达模块的监控区域就会受到限制，此时还采用与直轨道行驶相同的安全措施，即采用直轨道行驶时的极限速度，可能导致转弯时的制动距离不足，影响机车及人员安全。为保障水平运输机车在隧道中的安全行驶，本专利技术提供的主动安全系统包括控制系统和雷达模块，通过雷达模块，采集机车运行方向前方环境的点云数据，控制系统根据点云数据识别出监控区域内的轨道并计算出轨道长度。控制系统根据轨道该轨道长度和预先存储的安全时间计算出安全速度，将安全速度作为机车运行的极限速度对水平运输机车的当前车速进行调整，从而在机车运行在弯轨道时，降
低了机车运行的极限速度，从而保证机车在当前车速下满足安全急停要求，保障机车及人员安全，降低安全隐患。
[0009]进一步地，在上述系统中，所述安全速度通过如下关系进行计算：安全速度与安全时间的乘积加上安全速度下的制动距离等于所述监控区域内的轨道长度。
[0010]将安全速度作为未知数，可以得到安全速度下的制动距离，进而通过获取的监控区域内轨道长度，以及预先得到的安全时间，进行求解可以得到安全速度，计算简单。
[0011]进一步地，在上述系统中，所述安全速度通过如下关系进行计算：安全速度与安全时间的乘积加上机车在最大运行车速下的最远制动距离等于所述监控区域内的轨道长度。
[0012]还能通过在控制系统中预先存储安全时间，以及机车在最大运行车速下的最远制动距离，对安全速度进行求解，采用机车在最大运行车速下的最远制动距离，能够为机车运行提供更高的安全保障。
[0013]进一步地，在上述系统中，在将所述安全速度作为当前机车运行过程中的极限速度控制机车运行的过程中，还通过雷达模块实时探测监控区域内是否存在障碍物，并在探测到障碍物时获取机车与障碍物之间的距离；
[0014]若机车与障碍物之间的距离等于设定预警距离，则向驾驶员发出报警；若机车与障碍物之间的距离等于设定警告距离，则向驾驶员和机车周边人员发出报警；若机车与障碍物之间的距离等于设定急停距离，则向驾驶员和机车周边人员发出报警，并控制机车进行停车；设定预警距离大于设定警告距离，设定警告距离大于设定急停距离。
[0015]在机车运行过程中，还通过雷达模块对监控区域内的环境进行探测识别，若存在障碍物，则获取机车与障碍物之间的距离。然后根据机车与障碍物之间的距离，采用分级报警措施，来满足机车运行的安全需求，降低安全隐患。
[0016]进一步地，在上述系统中，在探测监控区域内是否存在障碍物时，还根据监控区域内的轨道，以及预先得到的设定尺寸，确定主要监控区域，确定监控区域内是否存在障碍物时，仅处理所述主要监控区域内的点云数据。
[0017]根据监控区域的轨道进行扩展，得到主要监控区域，在探测障碍物时，只对主要监控区域内的情况进行探测和判断，能够降低机车分级报警时的计算量。
[0018]进一步地，在上述系统中，所述设定尺寸包括设定宽度和设定高度，确定主要监控区域的方法为：将监控区域内的轨道分别向外扩展设定宽度，得到轨道面，将轨道面向上扩展设定高度，得到所述主要监控区域。
[0019]进一步地，在上述系统中，通过如下公式计算得到设定宽度d：
[0020]d＝[(d1‑
d2)
÷
2+d3]×
2+d2[0021]式中，d1为机车本体的最大宽度，d2为监控区域内轨道的内边沿之间的间距，d3为机车行进时的安全宽度。
[0022]进一步地，在上述系统中，通过如下公式计算得到设定高度h：
[0023]h＝h1+h2[0024]式中，h1为机车本体的最大高度，h2为机车行进时的安全高度。
[0025]进一步地，在上述系统中，所述雷达模块为激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达或红外雷达。
[0026]雷达模块用于对机车运行方向前方的环境进行感知以得到点云数据，实施本专利技术
时，可采用激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达或红外雷达，便于获取。
[0027]本专利技术还提供一种水平运输机车，采用上述水平运输机车的主动安全系统。
附图说明
[0028]图1为本专利技术系统实施例中主动安全系统的结构框图；
[0029]图2为本专利技术系统实施例中机车运行时的监控区域截面示意图；
[0030]图3为本专利技术系统实施例中机车运行位置的截面示意图；
[0031]图4为本专利技术系统实施例中机车运行位置侧面示意图；
[0032]图5为本专利技术系统实施例中机车运行位置俯向示意图；
[0033]图6为本专利技术系统实施例中机车预警位置示意图。
具体实施方式
[0034]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。
[0035]系统实施例：
[0036]本专利技术提供一种水平运输机车的主动安全系统，水平运输机车也称本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水平运输机车的主动安全系统，其特征在于，包括控制系统和用于获取机车运行方向前方点云数据的雷达模块，控制系统连接雷达模块；在机车运行过程中，雷达模块获取机车运行方向前方的点云数据，控制系统根据所述点云数据识别出监控区域内的轨道，并计算出监控区域内的轨道长度；控制系统根据所述监控区域内的轨道长度和预先获取的安全时间，计算得到安全速度，将所述安全速度作为当前机车运行过程中的极限速度；所述安全时间至少大于发出急停指令到机车响应该急指令进行制动的时间。2.根据权利要求1所述的水平运输机车的主动安全系统，其特征在于，所述安全速度通过如下关系进行计算：安全速度与安全时间的乘积加上安全速度下的制动距离等于所述监控区域内的轨道长度。3.根据权利要求1所述的水平运输机车的主动安全系统，其特征在于，所述安全速度通过如下关系进行计算：安全速度与安全时间的乘积加上机车在最大运行车速下的最远制动距离等于所述监控区域内的轨道长度。4.根据权利要求2或3所述的水平运输机车的主动安全系统，其特征在于，在将所述安全速度作为当前机车运行过程中的极限速度控制机车运行的过程中，还通过雷达模块实时探测监控区域内是否存在障碍物，并在探测到障碍物时获取机车与障碍物之间的距离；若机车与障碍物之间的距离等于设定预警距离，则向驾驶员发出报警；若机车与障碍物之间的距离等于设定警告距离，则向驾驶员和机车周边人员发出报警；若机车与障碍物之间的距离等于设定急停距离，则向驾驶员和机车周边人员发出报警，并控...

【专利技术属性】
技术研发人员：王锴，王志恒，牛敏，李胜永，王鹏，王耀，陈德军，刘威风，杨迪，朱家鑫，廖家伟，张进，
申请(专利权)人：中铁工程装备集团隧道设备制造有限公司，
类型：发明
国别省市：