本發(fā)明涉及礦井機車無人駕駛技術領域，特別涉及一種礦井機車無人駕駛車載控制系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術：

目前，地下礦山主要采用軌道機車進行運轉，但是隨著地采規(guī)模的不斷擴大，減員增效、提高運輸安全、改善工作環(huán)境的需求不斷增強，采用地面遙控駕駛及無人駕駛已經成為一種必要趨勢。

現在已有個別礦山開發(fā)了地面遙控駕駛及無人駕駛系統(tǒng)，但是現在在礦山中應用的地面遙控駕駛僅是將司機從井下移動到地面，其駕駛模式主要還是司機通過視頻獲悉前方路況并根據路況來操作軌道機車?，F在在礦山中應用的無人駕駛系統(tǒng)僅是要求在巷道內進行無人化管理，通過上位機下發(fā)相應的指令來操作軌道機車。但是兩者均不能自動識別路況、智能解決異常情況，在故障安全方面仍存在較為明顯的缺陷。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種礦井機車無人駕駛車載控制系統(tǒng)及其控制方法，以對路況進行自動識別，保證機車的運輸安全。

為實現以上目的，本發(fā)明采用的技術方案為：第一方面，提供一種礦井機車無人駕駛車載控制系統(tǒng)，包括分別與主控制器連接進行雙向通信的車載通信終端、傳感器設備組以及障礙物檢測設備；

主控制器通過車載通信終端與地面調度服務軟件連接以進行注冊。

第二方面，提供一種上述的礦井機車無人駕駛車載控制系統(tǒng)的控制方法，該方法包括：

機車上電后，主控制器通過車載通信終端與地面調度服務軟件進行注冊并接收地面調度軟件發(fā)送的基礎數據以及移動授權信息，其中，所述的基礎數據包括機車實際的地理位置信息以及軌道彎度、坡度信息；

主控制器對地面調度軟件發(fā)送的基礎數據、移動授權信息、傳感器設備組發(fā)送的機車工況信息以及障礙物檢測設備發(fā)送的障礙物檢測信息進行綜合處理，生成當前機車速度曲線以控制機車進行行駛。

與現有技術相比，本發(fā)明存在以下技術效果：本發(fā)明中的主控制器根據傳感器設備組檢測到的機車工況信息、障礙物檢測設備檢測到的障礙物信息以及地面調度系統(tǒng)發(fā)送的基礎數據、地面移動授權信息來生成機車速度曲線，主控制器根據生成的機車速度曲線來控制機車行駛，對路況進行自動識別，保證了機車的運輸安全。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一實施例中一種礦井機車無人駕駛車載控制系統(tǒng)的結構示意圖；

圖2是本發(fā)明一實施例中另一種礦井機車無人駕駛車載控制系統(tǒng)的結構示意圖；

圖3是本發(fā)明一實施例中的礦井機車無人駕駛車載控制系統(tǒng)的控制方法的流程示意圖。

具體實施方式

下面結合圖1至圖3所示，對本發(fā)明做進一步詳細敘述。

如圖1所示，本實施例公開了一種礦井機車無人駕駛車載控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括別與主控制器10連接進行雙向通信的車載通信終端20、傳感器設備組30以及障礙物檢測設備40；主控制器10通過車載通信終端20與地面調度系統(tǒng)連接以進行注冊。

具體地，主控制器10采用1oo1D的安全架構，對輸出接口采用串聯式開路安全型接口和并聯式閉合安全型接口，對輸入接口采用動態(tài)回測，即將檢測信號與回測開關量疊加，實現對開關量輸入檢測回路的實時在線故障檢測。車載通信終端20具有支持802.11b/g/n協議的無線通信接口，與主控制器10通過以太網接口連接，然后通過旁軌AP介入無線網絡。

需要說明的是，該處的主控制器10為MCU，在實際應用中，主控制器10通過車載通信終端20與地面調度系統(tǒng)進行注冊以及狀態(tài)自檢，如果不能正確注冊或者通信中斷或者自檢不成功，則機車保持處于停車或者駐車狀態(tài)，并開啟車燈或者喇叭進行提示。

具體地，主控制器10對傳感器設備組30檢測到的機車工況信息、障礙物檢測設備40檢測到的障礙物信息以及地面調度系統(tǒng)發(fā)送的基礎數據進行處理，得到機車當前的速度曲線。當在移動授權的車距范圍內，障礙物檢測設備檢測到障礙物，則主控制器10根據機車當前的速度以及障礙物離機車的距離重新生成速度曲線，保證機車在抵達障礙物之前安全停車，以達到自動識別障礙物，并在達到障礙物之前安全停車，保證了機車的運輸安全。其中，地面調度系統(tǒng)發(fā)送的基礎數據包括機車實際的地理位置信息、地理限速信息、軌道彎曲信息以及移動授權信息等數據。

具體地，如圖2所示，上述系統(tǒng)還包括與主控制器10連接的機車執(zhí)行設備組50，機車執(zhí)行設備組50包括通過CAN/RS485/以太網與主控制器10連接的變頻控制器、通過開關量接口與主控制器10連接的車燈52、喇叭、斷路器、急停裝置、剎車裝置、撒砂裝置以及駐車裝置。

在實際應用中，本實施例的系統(tǒng)在傳感器設備組30出現故障以及機車的運行出現故障時，主控制器10可以控制機車執(zhí)行設備組50做出相應的安全措施，與現有技術中通過人工操作機車執(zhí)行設備進行安全操作相比，具有自動化的優(yōu)勢。

具體地，如圖3所示，上述實施例中的傳感器設備組30包括裝載于機車底部的定標讀卡器、分別固定安裝在機車前后輪軸上的速度傳感器、安裝在機車內部的加速度傳感器、并聯在機車電源上的電流、電壓傳感器、安裝在機車氣路上的壓力傳感器以及安裝在機車執(zhí)行設備組50處的接近開關。

具體地，該處的定標讀卡器轉載于機車底部，并通過超高頻讀取軌道上固定點定標器信息，結合地面調度系統(tǒng)發(fā)送的基礎數據，來確定機車具體位置參考點，同時主控制器10通過結合定標器的位置與機車實際地理位置信息來判斷出定標讀卡器的工作是否正常。

該處對分別安裝在機車前后輪軸上的速度傳感器通過采集車輪轉動的頻率進行二取一來計算機車當前的運行速度，并通過相位確定機車的行駛方向。同時結合定標讀卡器獲取的位置參考點便可獲得機車的精確位置。另外，通過對前后輪軸上的速度傳感器測量的機車車輪轉動頻率進行二取一并結合機車當前的速度、加速度值可判斷出速度傳感器是否正常工作。

該處的加速度傳感器安裝在機車內部，主控制器根據加速度傳感器測量的加速度值并結合速度傳感器測量的機車運行速度值，便可判斷出機車是否出現打滑或空轉現象，以做出相應的修正維護措施進行處理。

該處的壓力傳感器設置在機車氣路上，當主控制器10判斷壓力傳感器檢測的氣壓值低于設定的氣壓值時，控制機車執(zhí)行設備組50中的車燈或者喇叭發(fā)出報警提示，同時利用機車執(zhí)行設備組50中的急停裝置、剎車裝置或者駐車裝置式機車減速停車，從而避免了機車邊制動邊驅動導致機車電機損壞的現象發(fā)生。

該處的接近開關安裝在機車執(zhí)行設備組50位置處，用于檢測機車執(zhí)行設備組50中的執(zhí)行設備的執(zhí)行動作是否到位。若未到位，則主控制器10根據邏輯處理進行相應的報警、減速、停車、急停以及斷電等操作。

電流、電壓傳感器均并聯在機車電源上，當主控制器10判斷機車電源的電流超過設定的電流值時，控制機車執(zhí)行設備組50中的斷路器斷開機車電源，以保證機車安全，當檢測到蓄電池電機車的機車電源總電壓低于設定的電壓值時，主控制器10控制機車執(zhí)行設備組50中的車燈或者喇叭進行報警提示，以提醒使用者對電機車充電。

具體地，如圖2所示，上述實施例中的系統(tǒng)還包括通過RS485通信接口和/或模式選擇硬件接口與主控制器10連接的人機交互設備60；其中，人機交互設備60為工業(yè)級液晶顯示觸摸屏。

還需要說明的是，在傳感器設備組30中的某設備出現故障或者機車運行出現故障時，主控制器10還控制工業(yè)級液晶顯示觸摸屏顯示故障警示信息。

具體地，上述實施例中的障礙物檢測設備40包括攝像頭、圖像識別分析儀以及激光雷達。在應用過程中，一方面通過攝像頭對機車運行前方的路況進行錄像，并通過圖像識別分析儀對錄像進行處理，檢測得到障礙物信息，另一方面通過激光雷達對機車運行前方的障礙物進行檢測，然后對兩方面檢測到的障礙物信息進行二取一，并將二取一的障礙物檢測結果傳輸至主控制器10中以供主控制器10進行處理。

具體地，如圖2所示，上述實施例中的系統(tǒng)還包括與主控制器10連接的電源70。該處的電源70與上述的機車電源不同，該處的電源70用于將上述的機車電源轉化為本車載控制系統(tǒng)的工作電源的UPS電源，可適應輸入電壓等級為DC96V、DC114V、DC192V、DC250V、以及DC550V。

需要說明的是，通過本實施了提供的礦井機車無人駕駛車載控制系統(tǒng)實現了將機車前方路況的錄像信息通過無線網上傳至人機交互設備60，并通過主控制器10對機車運行前方的路況進行自動識別，保證了機車的安全運輸。同時，結合傳感器設備組30檢測到的機車工況信息識別出各種異常情況，并進行自動分析處理，給出相應的安全響應。而且，主控制器10采用1oo1D技術以及傳感器設備冗余配置，保證了整個系統(tǒng)的可靠性，從而大大提高了礦井機車無人駕駛的安全性和可靠性。

如圖3所示，本實施例公開了一種礦井機車無人駕駛車載控制系統(tǒng)的控制方法，該方法包括如下步驟S1至S2：

S1、機車上電后，主控制器10通過車載通信終端20與地面調度服務軟件進行注冊并接收地面調度軟件發(fā)送的基礎數據以及移動授權信息；

S2、主控制器10對地面調度軟件發(fā)送的基礎數據、移動授權信息、傳感器設備組30發(fā)送的機車工況信息以及障礙物檢測設備40發(fā)送的障礙物檢測信息進行綜合處理，生成當前機車速度曲線以控制機車進行行駛。

具體地，上述方法還包括如下步驟：

主控制器10根據分別安裝在機車前后輪軸上的速度傳感器32測量的速度值、加速度傳感器33測量的加速度值以及當前的機車速度曲線判斷速度傳感器32和加速度傳感器33是否正常以機車前后輪是否出現空轉或滑行；

若速度傳感器32和/或加速度傳感器33出現故障，則主控制器10通過駐車裝置56控制機車安全停車并開啟車燈52和/或喇叭53；

若機車前后輪出現空轉或滑行，則主控制器10控制撒砂裝置57進行撒砂操作并對機車速度進行校正。

具體，上述方法還包括如下步驟：

主控制器10通過定標讀卡器31讀取定標器信息，對機車位置進行校正，并結合所述機車實際的地理位置信息判斷定標讀卡器31是否正常工作；

主控制器10通過電流傳感器34檢測電流，并在電流超過電流設定值時，斷開機車電源以進入惰性運行直至停車；

主控制器10通過電壓傳感器35檢測蓄電池電機車的電壓，并在檢測電壓低于電壓設定值時，對電機車充電；

主控制器10通過壓力傳感器36檢測機車氣路氣壓，并在檢測氣壓小于氣壓設定值時，控制機車進入惰性運行直至停車。

具體地，上述實施例中的方法還包括如下步驟：

主控制器10根據速度傳感器32測量的速度值、加速度傳感器33測量的加速度值以及電流傳感器34測量的電流值突變趨勢判斷機車是否掉道，并在發(fā)生掉道時進行防護處理；

主控制器10根據定標讀卡器31讀取的機車位置信息以及實際的地理位置信息，控制機車進行加/減速、停車以及升/降架線弓操作；

主控制器10通過接近開關37實時監(jiān)測機車執(zhí)行設備組50的執(zhí)行情況并在執(zhí)行未到位的情況下，進行報警、減速、停車、急?；驍嚯姴僮?。

本實施例中公開的技術方案具有安全性、可靠性以及可用性的特點，實現了無人駕駛模式下的安全防護，以及遠程遙控和人工本地駕駛模式下的安全保護以及報警提示，大大的提高了礦井機車無人駕駛的安全性。