双轨式超声波探伤车防撞预警系统，包括车载工控机系统，车载工控机系统包括工业控制计算机，车载显示器；车载下位机系统包括毫米波雷达传感器，ARM主控单元，刹车及控制模块，故障报警模块；利用系统的步骤：1)初始化车载工控机系统和车载下位机系统；2)工业控制计算机完成运动特性信息采集；3)ARM主控单元完成障碍物目标的信息采集；4)下位机系统发送信息数据帧至车载工控机系统；5)车载工控机判断预警等级及是否制动；7)安全辅助策略软件模块完成减速预警；8)安全辅助策略软件模块完成紧急刹车；9)危急情况解除后，显示上一次防撞预警的详细信息，循环判断至探伤车完全脱离危险状态；具有运行稳定和安全可靠的特点。具有运行稳定和安全可靠的特点。具有运行稳定和安全可靠的特点。
【技术实现步骤摘要】
双轨式超声波探伤车防撞预警系统及方法
[0001]本专利技术属于特种车辆安全
，特别涉及双轨式超声波探伤车防撞预警系统及方法。
技术介绍
[0002]现阶段我国铁路运输的特点是全天候、运量大、能耗低且同时向着载重化和高速化发展。在长期运营过程中，日益增长的负荷量会难以避免的对轨道造成各类损伤，若不及时进行探伤和养护，就有可能导致事故的发生，威胁群众生命财产安全。在进行探伤作业时，轨前可能会存在其他作业车辆或人员，轨枕上也会出现如山石、树枝等较大的障碍物，工人除了需操纵探伤车进行伤损检测外，还要时刻观察前方道路情况，并根据现场情形进行车辆运动特性控制，及时完成防撞预警或紧急制动。这种人工手动预警的方式不但增加了作业环节，降低了探伤工作效率，而且很容易受到外界因素的干扰，难以实现安全稳定运行。因此，设计一款基于雷达信息的双轨式超声波探伤车防撞预警系统装置作为探伤车摆脱危险局面或预防险情的重要安全措施来解决上述问题是非常必要的。
[0003]双轨式超声波探伤车防撞预警目前主要依靠工人手动操作探伤车霍尔推杆进行减速，并使用脚刹完成紧急制动，以便达到防撞预警的目的。现阶段的这种作业方式对工人的依赖性很大，消耗大量人力物力，且减速程度和制动时机仅凭人工经验判定，难以实现安全稳定运行。其他一些半自动式的紧急制动装置，仅依靠电刹在固定距离进行制动，无法根据车速和前方障碍物速度进行刹车距离自适应调节，且无法显示预警信息。本款双轨式超声波探伤车防撞预警系统装置结构简单，具有光电增量式编码器和毫米波雷达传感器可测得探伤车位移、速度数据以及前方目标位移、速度数据，输入至安全辅助策略软件中，通过改进参数自适应和正余弦优化的IMM滤波跟踪算法对前方目标进行滤波跟踪，根据当前时刻探伤最小安全距离判断预警等级及是否制动。此外，具有良好的人机交互界面，提高了防撞预警的效率和精度，保障了探伤安全，具有运行稳定和安全可靠的特点。
技术实现思路
[0004]为克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种双轨式超声波探伤车防撞预警系统及方法，将探伤车位移检测、探伤车速度检测、轨前目标位移检测、轨前目标速度检测结合起来，前两者通过光电增量式编码器采集信息并计算可以得出，后两者通过毫米波雷达采集轨前目标信息并处理可以得出；将各类新数据输入至安全辅助策略软件中，通过改进参数自适应和正余弦优化的IMM滤波跟踪算法对前方目标进行滤波跟踪，将探伤车与前方目标间距和当前时刻探伤最小安全距离比较就可以判断预警等级及是否制动；将具体信息通过RS485通讯模块传输给ARM主控单元，通过刹车及控制模块实现对电刹机构和车速的控制，高效的解决探伤车防撞预警问题，具有可行性强，精度高，减少人工作业受到外界因素的干扰而造成的安全事故，节约成本和安全可靠的特点。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：双轨式超声波探伤车防撞预警系统，
包括有车载工控机系统和车载下位机系统；车载工控机系统以工业控制计算机(3)为核心，通过航空插头与增量式编码器(2)连接，用于接收探伤车的位移信息；安全辅助策略软件模块(4)运行在工业控制计算机(3)中，通过输入所需类型数据完成防撞预警和紧急制动的判断；车载显示器(1)通过HDMI信号线与工业控制计算机(3)连接，用于完成车载工控机系统的报警信息显示以及防撞预警的详细信息显示，车载显示器为为人机交互部分；
[0006]车载下位机系统以ARM主控单元(8)为核心，通过RS485通讯模块(5)与工业控制计算机(3)进行数据交互；在出现故障时，通过故障报警模块(6)中的蜂鸣器和led灯报警，并通过LCD液晶屏(9)显示具体的故障信息；ARM主控单元(8)接收到来自工业控制计算机(3)的制动或减速信号时，通过电压、电平信号驱动刹车及控制模块(11)完成探伤车制动与减速；电源模块(10)包括48V转12V、24V转5V，以及5V转3.3V电压转换电路，为车载下位机系统提供电源。
[0007]所述的刹车及控制模块(11)完全受ARM主控单元控制。多传感器多数据融合，具有全自动防撞预警和紧急制动功能。
[0008]所述的工业控制计算机(3)还包括信号处理单元，用于将接受的增量式编码器(2)数据信息处理为所需探伤车位移、速度信息。
[0009]所述的安全辅助策略软件模块(4)所需输入数据类型包括通过探伤车的位移、速度信息，以及前方目标的位移、速度信息。
[0010]所述的故障报警模块(6)包括蜂鸣器报警电路和led灯报警电路。
[0011]所述的工业控制计算机通过探伤车直流48V车载电源供电，车载下位机系统各部分通过电源模块(10)转换后的直流电进行供电。
[0012]所述的ARM主控单元还与数据存储器、JTAG、指示灯、按键相连。
[0013]所述的数据存储器采用SPI_FLASH字库存储器和EEPROM掉电数据存储器。
[0014]所述的车载显示器(1)为防撞预警的人机交互单元，界面实时显示触发预警或制动的详细信息，包括探伤车速度、前方目标速度、前后间距数据。
[0015]利用双轨式超声波探伤车防撞预警系统的防撞方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0016]步骤1，整个双轨式超声波探伤车防撞预警系统通过将获取的探伤车位移、速度数据以及前方目标位移、速度数据输入至安全辅助策略软件模块中，判断预警等级及是否制动，通过刹车及控制模块进行紧急刹车和车速调整；系统包括有包括车载工控机系统和下位机系统；车载工控机系统以工业控制计算机(3)为核心，通过航空插头与增量式编码器(2)连接，用于接收探伤车的位移信息；安全辅助策略软(4)运行在工业控制计算机(3)上，可通过输入所需类型数据完成防撞预警和紧急制动的判断；车载显示器(1)通过HDMI信号线与工业控制计算机(3)连接，用于完成车载工控机系统的报警信息显示以及防撞预警的详细信息显示，为人机交互部分；车载下位机系统以ARM主控单元(8)为核心，通过RS485通讯模块(5)与工业控制计算机(3)进行数据交互；在出现故障时，通过故障报警模块(6)中的蜂鸣器和led灯报警，并通过LCD液晶屏(9)显示具体故障信息；ARM主控单元(8)接收到来自工业控制计算机(3)的制动或减速信号时，通过电压、电平信号驱动刹车及控制模块(11)完成探伤车制动与减速；电源模块(10)包括各类型电压转换电路，为车载下位机系统提供电源；
[0017]步骤2，初始化车载工控机系统和车载下位机系统两部分的软硬件并完成默认参
数设置，若前者出现故障则通过车载显示器报警，后者出现故障则通过LCD液晶屏和故障报警模块报警；
[0018]步骤3，工业控制计算机通过航空插头与光电增量式编码器连接，获取数据并进行处理，完成探伤车的位移、速度的运动特性信息采集；
[0019]步骤4，ARM主控单元接收毫米波雷达传感器的数据帧并通过程序进行处理，完成轨道前方障碍物的运动特性信息采集；
[0020]步骤5，车载下位机系统将前方目标的信息本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.双轨式超声波探伤车防撞预警系统，其特征在于，包括有车载工控机系统和车载下位机系统；车载工控机系统以工业控制计算机(3)为核心，通过航空插头与增量式编码器(2)连接，用于接收探伤车的位移信息；安全辅助策略软件模块(4)运行在工业控制计算机(3)中，通过输入所需类型数据完成防撞预警和紧急制动的判断；车载显示器(1)通过HDMI信号线与工业控制计算机(3)连接，用于完成车载工控机系统的报警信息显示以及防撞预警的详细信息显示，车载显示器为人机交互部分；车载下位机系统以ARM主控单元(8)为核心，通过RS485通讯模块(5)与工业控制计算机(3)进行数据交互；在出现故障时，通过故障报警模块(6)中的蜂鸣器和led灯报警，并通过LCD液晶屏(9)显示具体的故障信息；ARM主控单元(8)接收到来自工业控制计算机(3)的制动或减速信号时，通过电压、电平信号驱动刹车及控制模块(11)完成探伤车制动与减速；电源模块(10)包括48V转12V、24V转5V以及5V转3.3V电压转换电路，为车载下位机系统提供电源。2.根据权利要求1所述的双轨式超声波探伤车防撞预警系统，其特征在于，所述的刹车及控制模块(11)完全受ARM主控单元控制。3.根据权利要求1所述的双轨式超声波探伤车防撞预警系统，其特征在于，所述的工业控制计算机(3)还包括信号处理单元，用于将接受的增量式编码器(2)数据信息处理为所需探伤车位移、速度信息。4.根据权利要求1所述的双轨式超声波探伤车防撞预警系统，其特征在于，所述的安全辅助策略软件模块(4)所需输入数据类型包括通过探伤车的位移、速度信息，以及前方目标的位移、速度信息。5.根据权利要求1所述的双轨式超声波探伤车防撞预警系统，其特征在于，所述的故障报警模块(6)包括蜂鸣器报警电路和led灯报警电路。6.根据权利要求1所述的双轨式超声波探伤车防撞预警系统，其特征在于，所述的工业控制计算机通过探伤车直流48V车载电源供电，车载下位机系统各部分通过电源模块(10)转换后的直流电进行供电。7.根据权利要求1所述的双轨式超声波探伤车防撞预警系统，其特征在于，所述的ARM主控单元还与数据存储器、JTAG、指示灯、按键相连。8.根据权利要求7所述的双轨式超声波探伤车防撞预警系统，其特征在于，所述的数据存储器采用SPI_FLASH字库存储器和EEPROM掉电数据存储器。9.根据权利要求1所述的双轨式超声波探伤车防撞预警系统，其特征在于，所述的车载显示器(1)为防撞预警的人机交互单元，界面实时显示触发预警或制动的详细信息，包括探伤车速度、前方目标速度、前后间距数据。10.利用权利要求1所述的双轨式超声波...
【专利技术属性】
技术研发人员：李苏峰，焦汀洋，侯陈睿，杜京航，焦尚彬，李玉军，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：
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