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障碍物探测系统
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所属类别:车辆防碰撞系统
点击数:307
录入时间:2017-6-3
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障碍物探测系统

在可是距离很短的大雾、雪或暴雨天气里,如何保证电车与社会车辆及行人的行驶安全,确保前后电车不发生碰撞,仅靠司机目视反应是很难做到的,必须要有辅助的技术手段来探测,在危险状态下加以告警,提示司机采取应急措施。

轨道车辆自动驾驶需要检测列车前方轨道障碍物以及前后车距离、探测车档防止列车冲出轨道尽头、探测隧道内检修人员防止撞人。

障碍物探测系统就是要完成上述功能,障碍物探测技术有激光、超声波、红外及雷达等。这些技术工作原理不同,但障碍物探测作用是相同的,都是通过不同的测量方法探测电车前方障碍物或电车与本车的相对距离和速度,并根据两者之间的相对危害程度做出相应的预防提示。

下表是各种探测技术的比较,从表中可以看出,超声波有探测距离方面的限制

 

    激光受天气干扰大,红外线容易受到天气和路边等物体的影响,而毫米波雷达有稳定的探测性能和环境适应性,除能够测量障碍物相对距离速度外还可测量障碍物的方位角和大小。

障碍物探测系统构成

LD200雷达障碍物探测系统主要有安装在电车前后车头的雷达传感头、信息处理单元和信号车载控制器、司机显示器构成,雷达样本,探测系统组成见下图。雷达是障碍物探测系统的传感器部分,也是探测系统的核心,车载控制器根据雷达探测信号进行数据融合并对危险状态评估,输出相应的评估信号以及雷达的工作状态到司机显示器。如果电车前方或后方出现危险等级障碍物,司机显示器会声光报警和文字图形提示司机。

一列电车头尾驾驶室各装一套雷达产品型号LD200,配置如下:

注:电车司机显示室和车载控制器是信号设备,雷达仅是通过目标及报警信息,这样司机界面可以合二为一。

障碍物探测系统功能

障碍物雷达探测系统的功能有:

1、列车上安装的雷达障碍物探测系统具有较高的探测物体的敏锐性,能够探测列车前方200米(500米)范围内有无其他威胁到电车行车安全的障碍物和有无其他有轨电车或地铁列车。

2、当有障碍物出现在列车运行前方一定距离内或电车前后车距小于预置值时,探测信息在车载HMI显示,同时界面显示闪耀并伴有声音告示,提示司机采取一定的措施,同时也可以发出警示声提示列车前方人员。在必要时将通过与车辆的接口进行紧急制动联动。

3、障碍物探测系统能与列车行进中的实时位置信息相结合,判断前方障碍物是否对列车行驶有危险。

探测系统的性能指标

       原理框图

雷达频综产生三角调频连续波,通过放大电路、收发环形器,馈入微带天线,车前目标反射后的回波通过同步16付天线,经环形器、低噪放、混频器、ADCDSP,产生输出被测目标的距离、速度和报警信息。框图如下图所示。

测距原理

测速原理

有轨电车或地铁列车障碍物探测运用

雷达安装在有轨电车或地铁列车上,其探测波束范围:

 

LD200雷达有内置16付天线(微带天线)组成,合成构成了短距离和长距离两雷达混合,短距离雷达方位800,探测距离60m,长距离雷达方位角200,探测距离200m(最远500m)。长雷达主要捕捉远处目标,当电车速度80km/h时,可有助于司机及时发现目标并有处理的反应时间;短雷达视角宽,探测电车经过路口司机视线盲区或没有顾及到可能侧撞的目标。

雷达波为笔形波束,在波束范围内的物体都能探测到,探测范围有轨道内也有限界外,见下图。

 

电车前方限界探测区域示意

LD200雷达能精确测量目标物的距离、速度和辨别大小,故限界外的静态物体被过滤,限界外动态物体根据其运动轨迹评估有无危害;轨道限界内目标物根据其动态性、距离、速度以及有轨电车或地铁列车的速度、制动特性计算评估其对电车的危害程度。

一旦目标物成为可能危险障碍物,雷达探测系统实时跟踪并按下图进行告警提示司机。告警的方式有语音提示和界面颜色及闪动,见示意。

危险警告

 

界面告警参考图

在有轨电车或地铁列车实际线路上,有各种特殊场景,比如电车交汇、弯道、封闭桥洞、坡度等,LD200雷达系统数据处理软件能有效避免交汇干扰以及桥洞的多径效应,仰角和探测量程的软件可控,可解决坡度的影响。电车在拐弯时,雷达视线与弯道成切线关系,这时雷达把限界以外的目标都收集进来(有些对有轨电车或地铁列车行驶没有危害),这时需要根据雷达波探测到钢轨的限界属性,处理器程序自动切换到弯道分支,同时将雷达波束缩短,这样能很好解决弯道探测问题。

 

弯道探测目标示意

接口与安装

电气接口

雷达有两个接口,即电源和数据通讯接口。

电源、信号插头座电气定义见下表

2-1 电源插头XC3P

 

2-2 信号插头座DB15

 

机械安装

雷达机械图见图

雷达处理器

安装环境要求:

雷达安装在电车的前部和车尾部,雷达本身可以防雨,雷达天线前方(也就是正面)不能有金属物遮挡,这样对有轨电车或地铁列车前玻璃钢挡板没有限制(激光雷达需要开口而毫米波雷达有穿透能力不需要开口)。雷达设备很轻(500克左右),故对安装界面的承重没有限制,希望安装底面为水平平面,4个螺栓(M5)固定。

建议雷达安装在司机驾驶台下空间雨刮器下方。


雷达外壳安装面是铝材,能很好散热,固定螺栓起到信号接地作用。雷达安装空间附近20cm内不要有强电磁干扰(比如牵引电机的逆变器),雷达对附近电子设备没有辐射干扰,有供电过压保护和抗脉冲干扰能力,电磁兼容性能满足TB/T3034-2002《机车车辆电气设备电磁兼容性试验及其限值》规定的电磁兼容A级标准,雷达按故障安全的原则设计。

雷达和处理器的安装空间、位置(广州项目)

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