一种轨道车辆及其头灯照明动态偏转方法和系统与流程

本发明涉及轨道交通技术领域，特别涉及一种头灯照明动态偏转方法。本发明还涉及一种头灯照明动态偏转系统和一种轨道车辆。

背景技术：

铁路运输是国家重要的基础设施、国民经济的大动脉和大众化交通工具。

目前轨道交通技术标准要求轨道车辆的头灯(或前大灯)具有聚光性，该标准一般仅对光斑中心轴线到±4°范围的光强有要求，在轨道转弯时，由于光斑角度有限，容易造成弯道内侧视觉盲区，如果出现危及行车安全的意外情况，难以及时发现、及时处理，具有安全隐患。

传统轨道车辆的头灯，其照射角度是固定的，无法进行偏转调节，在轨道车辆进入弯道前，头灯的光斑将照射到当前直道的延长线远端，无法顺应弯道的变化而照射到弯道上，从而导致弯道上的部分区域形成了视野盲区。

在现有技术中，为消除弯道上的视野盲区，一般通过智能控制转向系统对头灯进行转向控制。该智能控制转向系统主要利用国家轨道交通部门的存储信息，事先获知轨道交通车辆当前车次的行车路径，从而掌控轨道起点到终点的整条轨道路线和参数，以便在行进路径中遇到弯道标记时，在进入弯道前的适当位置处偏转头灯，保证头灯照射在控制要求的范围内。

然而，现有技术中的头灯转向系统，首先不具备对轨道的实时分析能力，只能按照事先获取的路径信息进行转向控制，当轨道车辆行进到弯道时，若弯道由于振动、地质、环境等因素的影响而与存储的路径信息产生合理偏差时，头灯的转向调节精确性必然无法得到保证；其次，对于轨道车辆需要临时更改行进路线的情况，现有的头灯转向系统完全无法适应，若要重新规划转向控制，则必须重新与国家轨道交通部门进行通信，如此容易导致国家轨道交通信息的保密性受到侵害。

因此，如何实时、动态地控制轨道车辆头灯的照明方向，消除弯道区域的视野盲区，提高行车安全性，是本领域技术人员面临的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种头灯照明动态偏转方法，能够实时、动态地控制轨道车辆头灯的照明方向，消除弯道区域的视野盲区，提高行车安全性。本发明的另一目的是提供一种头灯照明动态偏转系统和一种轨道车辆。

为解决上述技术问题，本发明提供一种头灯照明动态偏转方法，包括：

实时获取轨道车辆行进方向前方预设距离内的轨道参数，其中，所述预设距离大于等于头灯的光斑照射距离；

根据所述轨道参数与所述光斑照射距离计算所述头灯在当前位置下的水平偏转角度，其中，所述轨道参数至少包括轨道曲率半径；

按照所述水平偏转角度实时调节所述头灯的照明角度。

优选地，实时获取轨道车辆行进方向前方预设距离内的轨道参数，具体包括：

通过图像传感器实时获取轨道车辆行进方向前方预设距离内的轨道图像，并基于图像处理技术分析所述轨道图像中的轨道参数。

优选地，实时获取轨道车辆行进方向前方预设距离内的轨道参数，还包括：

当分析出所述轨道图像中同时存在多条可能路径时，与轨道车辆的行车系统主控中心通信并根据其反馈结果确定目标路径，再对所述目标路径对应的轨道图像进行轨道参数分析。

优选地，在根据所述轨道参数与所述光斑照射距离计算所述头灯在当前位置下的水平偏转角度之后，且在按照所述水平偏转角度实时调节所述头灯的照明角度之前，还包括：

获取轨道车辆的当前车体姿态角，并据此修正所述头灯的水平偏转角度。

本发明还提供一种头灯照明动态偏转系统，包括可水平偏转地设置于车体上的头灯、设置于所述车体上并用于实时获取轨道车辆行进方向前方预设距离内的轨道参数的轨道分析模块、设置于所述车体上并用于根据所述轨道分析模块获取的轨道参数与所述头灯的光斑照射距离计算所述头灯在当前位置下的水平偏转角度的角度计算模块、设置于所述车体上并用于按照所述角度计算模块的计算结果实时调节所述头灯的照明角度的角度调节模块；其中，所述预设距离大于等于所述头灯的光斑照射距离，且所述轨道参数至少包括轨道曲率半径。

优选地，所述头灯包括设置于所述车体顶部的安装架、可水平偏转地设置于所述安装架内的led模组。

优选地，所述角度调节模块包括设置于所述安装架内、输出端与所述led模组的一侧相连的驱动电机。

优选地，所述角度调节模块还包括设置于所述安装架内、用于监测所述led模组的偏转角度的位置传感器，且所述位置传感器与所述驱动电机的控制端信号连接。

优选地，所述角度调节模块还包括设置于所述车体上、用于监测所述车体的姿态角的运动传感器，且所述运动传感器与所述驱动电机的控制端信号连接。

本发明还提供一种轨道车辆，包括车体和设置于所述车体上的头灯照明动态偏转系统，其中，所述头灯照明动态偏转系统具体为上述任一项所述的头灯照明动态偏转系统。

本发明所提供的头灯照明动态偏转方法，主要包括三个步骤。在第一步中，主要内容为实时地获取轨道车辆在行进方向上的前方预设距离内的轨道参数，该段轨道为轨道车辆接下来一段时间内行进的区域，由于头灯的照明光线聚焦成光斑，且头灯具有一定的有效照射距离，因此，实时获取的轨道参数的该部分轨道的长度要大于或等于头灯的光斑照射距离(通常相当于司机的视野距离)，以便提前获知轨道的曲率变化。在第二步中，主要内容为根据实时获取的轨道参数与头灯的光斑照射距离计算头灯在当前位置下的水平偏转角度，由于轨道的直道至与弯道的区别主要在于曲率，因此至少要实时获取轨道的曲率半径，以便判断轨道在行进方向上的二维平面分布情况。在第三步中，水平偏转角度计算好后，即可按照该水平偏转角度实时调节头灯的偏转角度，进而调节头灯的照明角度，保证头灯在当前位置时，其光斑的焦点位置恰好偏转至落在弯道上，如此保证轨道的曲率发生变化时，头灯的光斑位置能够始终跟随轨道变化。综上所述，本发明所提供的头灯照明动态偏转方法，能够实时、动态地控制轨道车辆头灯的照明方向，消除弯道区域的视野盲区，提高行车安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的一种具体实施方式的方法流程图。

图2为头灯偏转角度控制方法示意图。

图3为本发明所提供的一种具体实施方式的模块结构图。

图4为图3中所示的头灯的具体结构示意图。

图5为头灯的三种偏转角度状态示意图。

其中，图3—图5中：

头灯—1，轨道分析模块—2，角度计算模块—3，角度调节模块—4；

安装架—101，led模组—102，驱动电机—401。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图。

在本发明所提供的一种具体实施方式中，头灯照明动态偏转方法主要包括三个步骤，分别为：

s1、实时获取轨道车辆行进方向前方预设距离内的轨道参数，其中，该预设距离大于等于头灯1的光斑照射距离；

s2、根据轨道参数与光斑照射距离计算头灯1在当前位置下的水平偏转角度，其中，该轨道参数至少包括轨道曲率半径；

s3、按照水平偏转角度实时调节头灯1的照明角度。

在第一步中，主要内容为实时地获取轨道车辆在行进方向上的前方预设距离内的轨道参数，该段轨道为轨道车辆接下来一段时间内行进的区域，由于头灯1的照明光线聚焦成光斑，且头灯1具有一定的有效照射距离，因此，实时获取的轨道参数的该部分轨道的长度要大于或等于头灯1的光斑照射距离(通常相当于司机的视野距离)，以便提前获知轨道的曲率变化。

在第二步中，主要内容为根据实时获取的轨道参数与头灯1的光斑照射距离计算头灯1在当前位置下的水平偏转角度，由于轨道的直道至与弯道的区别主要在于曲率，因此至少要实时获取轨道的曲率半径，以便判断轨道在行进方向上的二维平面分布情况。

在第三步中，水平偏转角度计算好后，即可按照该水平偏转角度实时调节头灯1的偏转角度，进而调节头灯1的照明角度，保证头灯1在当前位置时，其光斑的焦点位置恰好偏转至落在弯道上，如此保证轨道的曲率发生变化时，头灯1的光斑位置能够始终跟随轨道变化。

综上所述，本实施例所提供的头灯照明动态偏转方法，能够实时、动态地控制轨道车辆头灯的照明方向，消除弯道区域的视野盲区，提高行车安全性。

如图2所示，图2为头灯偏转角度控制方法示意图。

为便于分析，头灯转向控制模型可简化为一段直道与一段弯道的组合，当轨道车辆一直处于直道上行进时，显然，由于头灯照射方向在正常状态下平行于车体的行进方向，因此此种情况不存在视野盲区。例如，车体行进在a点之前的直道中，那么头灯1的光斑落点一直沿着直道在ax段之间延伸。其中，l为头灯1的光斑照射距离，一般是固定值，x点为直道与弯道的交界点。

如图可见，当车体行进到a点位置时，光斑正好聚焦于x点位置，此后若车体继续行进超过a点位置且头灯1的照射方向保持不变的话，光斑的聚焦位置必然处于ax段的延长线——xp段上，而xp段并不是真实的轨道，此时轨道已弯曲成xv段，从而在xv段的弯道上形成视野盲区。

在本实施例中，在车体行进到a点之前，轨道分析模块2即已经获取了x点位置之后的弯道参数，而在车体行进到超过a点位置时，角度计算模块3即利用轨道分析模块2获取的轨道参数，比如轨道的曲率半径r等结合已知的光斑照射距离l等参数，计算车体在当前位置下的偏转角度θ。如此，当车体行进到b点时，头灯1经过小角度偏转后，其光斑聚焦在y点，by段距离为光斑照射距离；同理，当车体行进到c、d点时，头灯1经过较大角度偏转后，其光斑聚焦在z点、v点，cz段、dv段距离均为光斑照射距离。

如此，通过对头灯1的偏转角度的动态调节，确保头灯1的光斑始终聚焦在弯道上——对于直道而言，偏转角度保持为零。

在实时获取轨道车辆行进方向前方预设距离内的轨道参数时，具体的，本实施例通过图像传感器实时获取轨道车辆行进方向前方预设距离内的轨道图像，比如，可通过高速影像成像器搭配夜视仪、红外成像仪等图像传感器对车体的行进方向前方进行实时拍摄，以便获取车体前方一定视野范围内的轨道图像。而在获取了轨道图像之后，即可基于图像处理技术对轨道图像进行图像分析，获知轨道图像中的轨道参数，比如轨道的曲率半径、延伸方向、延伸距离、弯道起点等信息。

进一步的，考虑到在实际行车过程中，与一段直道相连的可能不止一条弯道，比如可能同时存在两条弯道，且两条弯道分别向左右弯曲。对于此种情况，本实施例首先需要根据获得的轨道图像分析出同时存在的多条可能路径，然后与轨道车辆的行车系统主控中心进行通信，以从行车系统主控中心处获取目标路径，然后据此确定轨道图像中的正确路径，最后再对该正确路径的轨道图像进行轨道参数分析，从而排除干扰信息，避免偏转角度的正确性受到影响。

当然，也可在分析出轨道图像中同时存在多条可能路径时，同时对所有可能路径对应的轨道图像的轨道参数进行分析，然后由司机进行人工介入控制选择。

此外，考虑到头灯1设置在车体上，而若车体已经行进在弯道上时，则车体已经存在一定偏转角度，如此使得头灯1也同步具有一定偏转角度，该偏转角度将成为影响因素。针对此，本实施例还可在调节头灯1的水平偏转角度之前，先获取轨道车辆的当前车体姿态角——主要是水平偏转角，比如可通过角速度传感器、陀螺仪传感器、姿态传感器等进行检测，然后将该车体姿态角对计算出的水平偏转角度进行修正。比如计算出的水平偏转角度为﹢5°，而当前的车体姿态角中的水平偏转角为-3°，则头灯1的实际偏转行程需要从-3°位置转向到﹢5°位置，偏转角度为8°。

如图3所示，图3为本发明所提供的一种具体实施方式的模块结构图。

本实施例还提供一种头灯照明动态偏转系统，主要包括头灯1、轨道分析模块2、角度计算模块3和角度调节模块4。

其中，头灯1设置在轨道车辆的车体上，一般位置车体的顶部位置，并且可在车体上进行水平偏转运动，具有一定的照射距离。当然，该照射距离也可以进行适当调节。

轨道分析模块2设置在车体上，主要用于实时获取轨道车辆行进方向前方预设距离内的轨道参数，比如获取轨道的曲率半径等参数，并且实时获取的轨道取样距离大于或等于头灯1的光斑照射距离，即总是先于头灯1或司机获知前方一定距离外的轨道参数。

角度计算模块3设置在车体上，并与轨道分析模块2信号连接，主要用于根据轨道分析模块2获取的轨道参数与头灯1的光斑照射距离计算头灯1在当前位置下的水平偏转角度。

角度调节模块4设置在车体上，并与角度计算模块3信号连接，主要用于按照角度计算模块3的计算结果实时调节头灯1的照明角度。

如图4所示，图4为图3中所示的头灯1的具体结构示意图。

在关于头灯1的一种优选实施例中，该头灯1主要包括安装架101和led模组102。其中，安装架101设置在车体的顶部，led模组102设置在安装架101内，并且可在安装架101内进行水平偏转运动，比如可通过转轴等部件与安装架101连接。

在关于角度调节模块4的一种优选实施例中，该角度调节模块4主要包括驱动电机401。具体的，该驱动电机401设置在安装架101内，并且驱动电机401的输出端与led模组102的(旋转轴心)一侧相连，主要用于通过其输出端的伸出或缩回对led模组102形成回转力矩，从而驱动led模组102绕其轴心进行水平偏转运动，其水平偏转角度范围一般在-30°～﹢30°。

此外，为提高调节模块对头灯1的照明方向角度调节精确，本实施例中增设了位置传感器。具体为，该位置传感器设置在安装架101内，主要用于监测led模组102的实际偏转角度，同时，位置传感器与驱动电机401的控制端信号连接，以便对驱动电机401的输出端的控制形成闭环反馈，从而能够修正驱动电机401的输出端的数据。

不仅如此，考虑到当车体产生水平偏转后，头灯1的具体偏转角度同时由车体的偏转角度和驱动电机401所产生的偏转角度共同决定，为此，本实施例中增设了运动传感器。具体的，该运动传感器主要用于监测车体的姿态角，比如通过角速度测量、加速度检测、磁场检测等方式进行姿态检测。同时，该运动传感器与驱动电机401的控制端保持信号连接，以将检测数据发送给驱动电机401，对其输出端进行输出修正。

如图5所示，图5为头灯1的三种偏转角度状态示意图。

本实施例还提供一种轨道车辆，主要包括车体和设置在车体上的头灯照明动态偏转系统，其中，该头灯照明动态偏转系统的具体内容与上述相关内容相同，此处不再赘述。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。