[发明专利]双轨式超声波探伤车防撞预警系统及方法

权利要求书

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：

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)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，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；

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；

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；

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；

步骤5，车载下位机系统将前方目标的信息数据帧通过RS485通讯模块发送至车载工控机系统；

步骤6，车载工控机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；

步骤7，若安全辅助策略软件判断此刻达到预警条件，则由ARM主控芯片按照既定预警等级降低控制车速的PWM信号占空比，通过刹车及控制模块完成减速预警；

步骤8，若安全辅助策略软件判断此刻达到制动条件，则由ARM主控芯片输出低电平信号给刹车及控制模块，通过驱动车辆电刹机构完成紧急刹车；

步骤9，危急情况解除后，车载显示器显示上一次防撞预警的详细信息，各组件继续接收探伤车及目标状态信息并循环判断，直至探伤车完全脱离危险状态。