矿井机车无人驾驶车载控制系统的制作方法

本实用新型涉及矿井机车无人驾驶技术领域，特别涉及一种矿井机车无人驾驶车载控制系统。

背景技术：

目前，地下矿山主要采用轨道机车进行运转，但是随着地采规模的不断扩大，减员增效、提高运输安全、改善工作环境的需求不断增强，采用地面遥控驾驶及无人驾驶已经成为一种必要趋势。

现在已有个别矿山开发了地面遥控驾驶及无人驾驶系统，但是现在在矿山中应用的地面遥控驾驶仅是将司机从井下移动到地面，其驾驶模式主要还是司机通过视频获悉前方路况并根据路况来操作轨道机车。现在在矿山中应用的无人驾驶系统仅是要求在巷道内进行无人化管理，通过上位机下发相应的指令来操作轨道机车。但是两者均不能自动识别路况、智能解决异常情况，在故障安全方面仍存在较为明显的缺陷。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种矿井机车无人驾驶车载控制系统，以对路况进行自动识别，保证机车的运输安全。

为实现以上目的，本实用新型采用的技术方案为：提供一种矿井机车无人驾驶车载控制系统，包括分别与主控制器连接进行双向通信的车载通信终端、传感器设备组以及障碍物检测设备；

主控制器通过车载通信终端与地面调度服务软件连接以进行注册。

与现有技术相比，本实用新型存在以下技术效果：本实用新型中的主控制器根据传感器设备组检测到的机车工况信息、障碍物检测设备检测到的障碍物信息以及地面调度系统发送的基础数据、地面移动授权信息来生成机车速度曲线，主控制器根据生成的机车速度曲线来控制机车行驶，对路况进行自动识别，保证了机车的运输安全。

附图说明

图1是本实用新型一实施例中一种矿井机车无人驾驶车载控制系统的结构示意图；

图2是本实用新型一实施例中另一种矿井机车无人驾驶车载控制系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合图1至图2所示，对本实用新型做进一步详细叙述。

如图1所示，本实施例公开了一种矿井机车无人驾驶车载控制系统，该系统包括别与主控制器10连接进行双向通信的车载通信终端20、传感器设备组30以及障碍物检测设备40；主控制器10通过车载通信终端 20与地面调度系统连接以进行注册。

具体地，主控制器10采用1oo1D的安全架构，对输出接口采用串联式开路安全型接口和并联式闭合安全型接口，对输入接口采用动态回测，即将检测信号与回测开关量叠加，实现对开关量输入检测回路的实时在线故障检测。车载通信终端20具有支持802.11b/g/n协议的无线通信接口，与主控制器10通过以太网接口连接，然后通过旁轨AP接入无线网络。

需要说明的是，该处的主控制器10为MCU，在实际应用中，主控制器10通过车载通信终端20与地面调度系统进行注册以及状态自检，如果不能正确注册或者通信中断或者自检不成功，则机车保持处于停车或者驻车状态，并开启车灯或者喇叭进行提示。

具体地，主控制器10对传感器设备组30检测到的机车工况信息、障碍物检测设备40检测到的障碍物信息以及地面调度系统发送的基础数据进行处理，得到机车当前的速度曲线。当在移动授权的车距范围内，障碍物检测设备检测到障碍物，则主控制器10根据机车当前的速度以及障碍物离机车的距离重新生成速度曲线，保证机车在抵达障碍物之前安全停车，以达到自动识别障碍物，并在达到障碍物之前安全停车，保证了机车的运输安全。其中，地面调度系统发送的基础数据包括机车实际的地理位置信息、地理限速信息、轨道弯曲坡度信息以及移动授权信息等数据。

具体地，如图2所示，上述系统还包括与主控制器10连接的机车执行设备组50，机车执行设备组50包括通过CAN/RS485/以太网与主控制器10连接的变频控制器、通过开关量接口与主控制器10连接的车灯 52、喇叭、断路器、急停装置、刹车装置、撒砂装置以及驻车装置。

在实际应用中，本实施例的系统在传感器设备组30出现故障以及机车的运行出现故障时，主控制器10可以控制机车执行设备组50做出相应的安全措施，与现有技术中通过人工操作机车执行设备进行安全操作相比，具有自动化的优势。

具体地，上述实施例中的传感器设备组30包括装载于机车底部的定标读卡器、分别固定安装在机车前后轮轴上的速度传感器、安装在机车内部的加速度传感器、并联在机车电源上的电流、电压传感器、安装在机车气路上的压力传感器以及安装在机车执行设备组50处的接近开关。

具体地，该处的定标读卡器转载于机车底部，并通过超高频读取轨道上固定点定标器信息，结合地面调度系统发送的基础数据，来确定机车具体位置参考点，同时主控制器10通过结合定标器的位置与机车实际地理位置信息来判断出定标读卡器的工作是否正常。

该处对分别安装在机车前后轮轴上的速度传感器通过采集车轮转动的频率进行二取一来计算机车当前的运行速度，并通过相位确定机车的行驶方向。同时结合定标读卡器获取的位置参考点便可获得机车的精确位置。另外，通过对前后轮上的速度传感器测量的机车车轮转动频率进行二取一并结合机车当前的速度、加速度值可判断出速度传感器是否正常工作。

该处的加速度传感器安装在机车内部，主控制器根据加速度传感器测量的加速度值并结合速度传感器测量的机车运行速度值，便可判断出机车是否出现打滑或空转现象，以做出相应的修正维护措施进行处理。

该处的压力传感器设置在机车气路上，当主控制器10判断压力传感器检测的气压值低于设定的气压值时，控制机车执行设备组50中的车灯或者喇叭发出报警提示，同时利用机车执行设备组50中的急停装置、刹车装置或者驻车装置式机车减速停车，从而避免了机车边制动边驱动导致机车点击损坏的现象发生。

该处的接近开关安装在机车执行设备组50位置处，用于检测机车执行设备组50中的执行设备的执行动作是否到位。若未到位，则主控制器10根据逻辑处理进行相应的报警、减速、停车、急停以及断电等操作。

电流、电压传感器均并联在机车电源上，当主控制器10判断机车电源的电流超过设定的电流值时，控制机车执行设备组50中的断路器断开机车电源，以保证机车安全，当检测到蓄电池电机车的机车电源总电压低于设定的电压值时，主控制器10控制机车执行设备组50中的车灯或者喇叭进行报警提示，以提醒使用者对电机车充电。

具体地，如图2所示，上述实施例中的系统还包括通过RS485通信接口和/或模式选择硬件接口与主控制器10连接的人机交互设备60；其中，人机交互设备60为工业级液晶显示触摸屏。

还需要说明的是，在传感器设备组30中的某设备出现故障或者机车运行出现故障时，主控制器10还控制工业级液晶显示触摸屏显示故障警示信息。

具体地，上述实施例中的障碍物检测设备40包括摄像头、图像识别分析仪以及激光雷达。在应用过程中，一方面通过摄像头对机车运行前方的路况进行录像，并通过图像识别分析仪对录像进行处理，检测得到障碍物信息，另一方面通过激光雷达对机车运行前方的障碍物进行检测，然后对两方面检测到的障碍物信息进行二取一，并将二取一的障碍物检测结果传输至主控制器10中以供主控制器10进行处理。

具体地，如图2所示，上述实施例中的系统还包括与主控制器10 连接的电源70。该处的电源70与上述的机车电源不同，该处的电源70 用于将上述的机车电源转化为本车载控制系统的工作电源的UPS电源，可适应输入电压等级为DC96V、DC114V、DC192V、DC250V、以及 DC550V。

需要说明的是，通过本实施了提供的矿井机车无人驾驶车载控制系统实现了将机车前方路况的录像信息通过无线网上传至人机交互设备 60，并通过主控制器10对机车运行前方的路况进行自动识别，保证了机车的安全运输。同时，结合传感器设备组30检测到的机车工况信息识别出各种异常情况，并进行自动分析处理，给出相应的安全响应。而且。主控制器10采用1oo1D技术以及传感器设备冗余配置，保证了整个系统的可靠性，从而大大提高了矿井机车无人驾驶的安全性和可靠性。

具体地，本实施例公开了一种矿井机车无人驾驶车载控制系统的使用过程如下：

(1)机车上电后，主控制器10通过车载通信终端20与地面调度服务软件进行注册并接收地面调度软件发送的基础数据以及移动授权信息；

(2)主控制器10对地面调度软件发送的基础数据、移动授权信息、传感器设备组30发送的机车工况信息以及障碍物检测设备40发送的障碍物检测信息进行综合处理，生成当前机车速度曲线以控制机车进行行驶。

而且，在使用过程中还包括如下自检过程：

主控制器10根据分别安装在机车前后轮轴上的速度传感器32测量的速度值、加速度传感器33测量的加速度值以及当前的机车速度曲线判断速度传感器32和加速度传感器33是否正常以机车前后轮是否出现空转或滑行；

若速度传感器32和/或加速度传感器33出现故障，则主控制器10 通过驻车装置56控制机车安全停车并开启车灯52和/或喇叭53；

若机车前后轮出现空转或滑行，则主控制器10控制撒砂装置57进行撒砂操作并对机车速度进行校正；

主控制器10通过定标读卡器31读取定标器信息，对机车位置进行校正，并结合所述机车实际的地理位置信息判断定标读卡器31是否正常工作；

主控制器10通过电流传感器34检测电流，并在电流超过电流设定值时，断开机车电源以进入惰性运行直至停车；

主控制器10通过电压传感器35检测蓄电池电机车的电压，并在检测电压低于电压设定值时，对电机车充电；

主控制器10通过压力传感器36检测机车气路气压，并在检测气压小于气压设定值时，控制机车进入惰性运行直至停车；

主控制器10根据速度传感器32测量的速度值、加速度传感器33 测量的加速度值以及电流传感器34测量的电流值突变趋势判断机车是否掉道，并在发生掉道时进行防护处理；

主控制器10根据定标读卡器31读取的机车位置信息以及实际的地理位置信息，控制机车进行加/减速、停车以及升/降架线弓操作；

主控制器10通过接近开关37实时监测机车执行设备组50的执行情况并在执行未到位的情况下，进行报警、减速、停车、急停或断电操作。

本实施例中公开的技术方案具有安全性、可靠性以及可用性的特点，实现了无人驾驶模式下的安全防护，以及远程遥控和人工本地驾驶模式下的安全保护以及报警提示，大大的提高了矿井机车无人驾驶的安全性。