CN104553990A - 一种基于危险系数的矿用电机车主动避撞方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于危险系数的矿用电机车主动避撞方法，属于矿用电机车安全辅助制动方法领域，对电机车当前运动信息进行采集，获取运行状态数据；根据采集到的电机车运行状态数据，计算电机车可能发生碰撞事故的危险系数，并计算出危险等级；根据危险等级，将发出不同级别的声、光报警信号以及相应的制动信号；之后重复采集电机车运行状态数据。本发明设计合理，根据当前行驶速度与跟车距离，计算所需要的制动安全距离和危险系数，实现分级报警与制动，可以大大降低电机车追尾或迎面撞车的可能性，为井下安全生产提供了保障，同时，保证了司机控制的优先权，适合在煤矿井下进行推广。

Description

一种基于危险系数的矿用电机车主动避撞方法

技术领域

本发明属于矿用电机车的安全辅助制动方法领域，具体涉及一种基于危险系数的矿用电机车主动避撞方法。

背景技术

随着煤炭行业的蓬勃发展，与煤矿原煤生产息息相关的井下运输任务也日益繁重，一般通过提高行车速度，或者增加运输车辆和车次的措施来应对。然而，这也带来了诸多不利因素和安全隐患，尤其是在不负责任以及道岔错位、误打切道岔，以及电机车司机注意力不集中，反应迟钝，疲劳瞌睡或观察判断失误等情况下，井下大巷内电机车追尾和迎面撞车事故时有发生，由于惯性矩巨大，尤其是迎面撞车，往往会导致非常严重的后果。

从20世纪90年代的美国AHS(Automated Highway System)项目开始，国内外开始广泛关注主动避撞系统的开发，重点是安全距离模型设计。具有代表性的模型如MAZDA模型、HONDA模型、伯克利模型、Jaguar模型和NHSTA模型相继被提出。其中美国高速公路安全署(NationalHighway Transportation Safety Administration)的NHSTA模型性能最好，但报警精确度仅为23％，因此现有模型仍有很大的改进空间。

在紧急制动时，不同驾驶员的反应时间具有差异性，主动避撞系统在响应时间上很难做出权衡：一方面要考虑到驾驶员接受和处理信息的能力，避免过早报警，以免造成严重的视觉干扰和听觉干扰，以及引起不必要的慌张；另一方面，要考虑到电机车制动能力，避免介入过晚，以保证驾驶员具有足够的反应时间，同时保证具有足够的制动安全距离。主动避撞系统必须对驾驶员行为的因素予以考虑，同时具备合理的结构、更好的避撞算法，这样才能更容易被接收。

因此，井下电机车主动避撞方法的研究应用成为煤矿工作的一项重要而迫切的任务。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种基于危险系数的矿用电机车主动避撞方法，设计合理，根据当前行驶速度与跟车距离，计算所需要的制动安全距离和危险系数，实现分级报警与制动，可以大大降低电机车追尾或迎面撞车的可能性，为井下安全生产提供了保障，同时，保证了司机控制的优先权，适合在煤矿井下进行推广。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：

包括：传感器、中央处理器单元和执行机构；

所述传感器包括光电编码盘传感器和红外线距离传感器；

所述传感器采集信息，将采集到的信息传送给所述中央处理器单元进行处理，所述中央处理器单元处理后，驱动相应的执行机构进行动作；

具体步骤：

步骤1：对电机车当前运动信息进行采集，包括运行速度、与前方障碍物的距离、时间，获取运行状态数据；

步骤2：根据采集到的电机车运行状态数据，计算电机车可能发生碰撞事故的危险系数，判断电机车当前运行状态下的安全性，并计算出危险等级；

步骤3：根据危险等级，将发出不同级别的声、光报警信号以及相应的制动信号；

步骤4：之后重复步骤1。

优选地，在步骤2中，危险系数为ε，危险系数ε的计算公式表示为

$\mathrm{\ϵ}=\frac{d-k_S{d}_{\mathrm{br}}}{d_w-k_S{d}_{\mathrm{br}}}$

其中，d为与前方障碍物的实际距离,d_w为安全距离、d_br为制动安全距离，k_S为设定的制动安全系数。

优选地，在步骤2中，d_w为安全距离、d_br为制动安全距离，其计算公式表示为

$d_{\mathrm{br}}=({\mathrm{\υ}}_C-{\mathrm{\υ}}_P)t_{\mathrm{\τ}}+f\left(\mathrm{\μ}\right)\frac{{{\mathrm{\υ}}_C}^2-{{\mathrm{\υ}}_P}^2}{{2a}_{\max }},$ d_w＝d_br+υ_C t_h

其中，υ_C和υ_P分别为电机车与前方障碍物的速度；t_h为驾驶员的反应时间，为设定值；t_τ为避撞系统的响应时间，为系统调试设定值；f(μ)为摩擦系数μ的摩擦权重函数，根据工况进行设定；a_max为在正常工作条件，制动时能达到的最大减速度，根据工况进行设定。

优选地，在步骤2中，υ_C和υ_P分别为电机车与前方障碍物的速度，其计算公式表示为

${\mathrm{\υ}}_P={\mathrm{\υ}}_C-\frac{\mathrm{dL}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}$

其中，υ_C为电机车的速度，L(t)为电机车与前障碍物的距离，利用光电编码盘传感器、红外线距离传感器即可获取。

本发明所带来的有益技术效果：

本发明一种基于危险系数的矿用电机车主动避撞方法，设计合理，根据当前行驶速度与跟车距离，计算所需要的制动安全距离和危险系数，实现分级报警与制动，大大降低了电机车追尾或迎面撞车的可能性，为井下安全生产提供了保障，同时，保证了司机控制的优先权，适合在煤矿井下进行推广。

附图说明

图1为本发明一种基于危险系数的矿用电机车主动避撞方法的流程框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行举例说明。

如图1所示，一种基于危险系数的矿用电机车主动避撞方法，

包括：传感器、中央处理器单元和执行机构；

所述传感器包括光电编码盘传感器和红外线距离传感器；

所述传感器采集信息，将采集到的信息传送给所述中央处理器单元进行处理，所述中央处理器单元处理后，驱动相应的执行机构进行动作；

具体步骤：

步骤1：对电机车当前运动信息进行采集，包括运行速度、与前方障碍物的距离、时间，获取运行状态数据；

步骤2：根据采集到的电机车运行状态数据，计算电机车可能发生碰撞事故的危险系数，判断电机车当前运行状态下的安全性，并计算出危险等级；

步骤3：根据危险等级，将发出不同级别的声、光报警信号以及相应的制动信号；

步骤4：之后重复步骤1。

在步骤2中，危险系数为ε，危险系数ε的计算公式表示为

$\mathrm{\ϵ}=\frac{d-k_S{d}_{\mathrm{br}}}{d_w-k_S{d}_{\mathrm{br}}}$

其中，d为与前方障碍物的实际距离,d_w为安全距离、d_br为制动安全距离，k_S为设定的制动安全系数。

安全距离d_w和制动安全距离d_br，计算公式表示为

$d_{\mathrm{br}}=({\mathrm{\υ}}_C-{\mathrm{\υ}}_P)t_{\mathrm{\τ}}+f\left(\mathrm{\μ}\right)\frac{{{\mathrm{\υ}}_C}^2-{{\mathrm{\υ}}_P}^2}{{2a}_{\max }},$ d_w＝d_br+υ_C t_h

其中，υ_C和υ_P分别为电机车与前方障碍物的速度；t_h为驾驶员的反应时间，为设定值；t_τ为避撞系统的响应时间，为系统调试设定值；f(μ)为摩擦系数μ的摩擦权重函数，根据工况进行设定；a_max为在正常工作条件，制动时能达到的最大减速度，根据工况进行设定。

υ_C和υ_P分别为电机车与前方障碍物的速度，其计算公式表示为

${\mathrm{\υ}}_P={\mathrm{\υ}}_C-\frac{\mathrm{dL}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}$

其中，υ_C为电机车的速度，L(t)为电机车与前障碍物的距离，利用光电编码盘传感器、红外线距离传感器即可获取。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于危险系数的矿用电机车主动避撞方法，其特征在于：

包括：传感器、中央处理器单元和执行机构；

所述传感器包括光电编码盘传感器和红外线距离传感器；

所述传感器采集信息，将采集到的信息传送给所述中央处理器单元进行处理，所述中央处理器单元处理后，驱动相应的执行机构进行动作；

具体步骤：

步骤1：对电机车当前运动信息进行采集，包括运行速度、与前方障碍物的距离、时间，获取运行状态数据；

步骤2：根据采集到的电机车运行状态数据，计算电机车可能发生碰撞事故的危险系数，判断电机车当前运行状态下的安全性，并计算出危险等级；

步骤3：根据危险等级，将发出不同级别的声、光报警信号以及相应的制动信号；

步骤4：之后重复步骤1。

2.根据权利要求1所述的基于危险系数的矿用电机车主动避撞方法，其特征在于：在步骤2中，危险系数为ε，危险系数ε的计算公式表示为

$\mathrm{\ϵ}=\frac{d-k_S{d}_{\mathrm{br}}}{d_w-k_S{d}_{\mathrm{br}}}$

其中，d为与前方障碍物的实际距离,d_w为安全距离、d_br为制动安全距离，k_S为设定的制动安全系数。

3.根据权利要求1所述的基于危险系数的矿用电机车主动避撞方法，其特征在于：在步骤2中，d_w为安全距离、d_br为制动安全距离，其计算公式表示为

$d_{\mathrm{br}}=({\mathrm{\υ}}_C-{\mathrm{\υ}}_P)t_{\mathrm{\τ}}+f\left(\mathrm{\μ}\right)\frac{{{\mathrm{\υ}}_C}^2-{{\mathrm{\υ}}_P}^2}{{2a}_{\max }},d_w=d_{\mathrm{br}}+{\mathrm{\υ}}_C{t}_h$

其中，υ_C和υ_P分别为电机车与前方障碍物的速度；t_h为驾驶员的反应时间，为设定值；t_τ为避撞系统的响应时间，为系统调试设定值；f(μ)为摩擦系数μ的摩擦权重函数，根据工况进行设定；a_max为在正常工作条件，制动时能达到的最大减速度，根据工况进行设定。

4.根据权利要求1所述的基于危险系数的矿用电机车主动避撞方法，其特征在于：在步骤2中，υ_C和υ_P分别为电机车与前方障碍物的速度，其计算公式表示为

${\mathrm{\υ}}_P={\mathrm{\υ}}_C-\frac{\mathrm{dL}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}$

其中，υ_C为电机车的速度，L(t)为电机车与前障碍物的距离，利用光电编码盘传感器、红外线距离传感器即可获取。