一种厂区机车无人驾驶的控制方法及其系统与流程

1.本发明涉及无人驾驶装置，具体地，涉及一种厂区机车无人驾驶的控制方法及其系统。


背景技术：

2.无人驾驶(自动驾驶)是多种高精尖学科和技术在车辆上的融合。关于自动驾驶的分级，目前国际上普遍认可的是sae(国际汽车工程师协会)的标准，分为l0-l5，共六级，sae在2018年6月份对该标准做了最新的修订。
3.其中，l1之前是l0级，意味着完全为手动人工操作，系统最多只提供一些辅助的警告和信号，比如倒车时候的雷达提醒、行车时候的距离提醒；l1便有一些辅助功能介入驾驶操作，可称为辅助驾驶，比如自适应巡航、自动紧急刹车等，系统开始对车辆有主动的操控行为；l2系统能自动驾驶车辆，但驾驶员要时刻保持注意力，随时准备接管汽车的驾驶。l3的自动驾驶实现了较高程度的机器操作，驾驶员可以完全放弃操控，只有在少数情况下需要接管汽车；而l3与l4间存在着巨大的鸿沟，即方向盘完全消失。l3系统需要考虑人机协同，人类操作和机器操作的切换，l4则不考虑人类介入车辆的操作。到了最高的l5就实现了道路车辆的完全智能化。
4.包罗万象的全能自动驾驶系统，就目前的技术条件来看还比较困难。但是在一些细分领域，自动驾驶却可以率先实现落地，例如港口的集装箱货车、钢铁厂中的内部物流车，以及园区的接驳车等等。
5.通过对文献和专利的检索，与无人驾驶相关的专利及文献例如：公开号为cn106218639a，公开日为2016年12月14日，名称为“无人驾驶车辆、用于控制无人驾驶车辆的方法和装置”的中国专利文献公开一种无人驾驶车辆。但是在该专利文献所公开的技术方案中，并未适用于厂区内的车辆驾驶系统。
6.基于此，期望获得一种钢铁厂区机车无人驾驶安全防护系统及方法，可以通过该系统及方法，对钢铁厂区无人驾驶的机车进行超速防护，并在必要时进行紧急制动，其可以实现保障行车安全，兼顾生产效率。


技术实现要素：

7.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种厂区机车无人驾驶的控制方法及其系统。
8.为了实现上述目的，本发明提出了一种厂区机车无人驾驶的控制方法，其包括步骤：
9.中央控制系统发出行车指令至机车plc系统；
10.机车plc系统控制机车执行行车指令，机车以不超过最大速度的行车速度行驶；
11.当发生紧急制动条件时，机车执行紧急制动指令。
12.优选地，在本发明所述的厂区机车无人驾驶的控制方法中，行车指令由中央控制
系统通过无线通信发送至设于机车上的机车plc系统，机车plc系统控制设于机车上的车载自动驾驶装置执行行车指令，而设于机车上的车载监控装置实时监控车载自动驾驶装置的行车情况；
13.当所述车载监督系统判断车载自动驾驶装置发生紧急制动条件时，所述车载监督系统发生紧急制动指令至机车plc系统，同时发生反馈信号至中央控制系统，机车plc系统收到紧急制动指令后控制车载自动驾驶装置紧急制动。
14.优选地，在本发明所述的厂区机车无人驾驶的控制方法中，行车速度受下述条件的至少其中之一约束：进路系统上传的安全进路距离信息、制动压力信息、机车档位信息、机车编组形式以及机车挂载混铁车重量。
15.其中，所述的机车挂载混铁车重量包括了空车以及挂车状态，
16.优选地，在本发明所述的厂区机车无人驾驶的控制方法中，所述最大速度受下述条件的至少其中之一约束：区段永久限速；区段临时限速；使机车在移动授权限制内安全停车的最大速度，或在进入某区段时，使机车减速至该区段永久/临时限速的最大速度。
17.优选地，在本发明所述的厂区机车无人驾驶的控制方法中，紧急制动条件包括下列条件的至少其中之一：
18.运行中的机车完整性丢失；
19.出现致命故障；
20.与中央控制系统的通信持续丢失10秒以上；
21.机车进入锁闭进路；
22.机车接近联锁时，道岔失表或道岔位置错误；
23.运行中的机车距离轨道终点过近；
24.运行中的机车距离轨道障碍物过近；
25.运行中的机车距离另一列机车过近；
26.接收到中央控制系统发出的紧急制动指令。
27.优选地，在本发明所述的厂区机车无人驾驶的控制方法中，紧急制动指令控制阀门时，根据下列条件的至少其中之一进行控制：机车的定位信息、编组类型、当前车速信息、刹车距离信息及专家库。
28.优选地，在本发明所述的厂区机车无人驾驶的控制方法中，还包括步骤：
29.当发生紧急缓解指令后，机车解除紧急制动指令。
30.优选地，在本发明所述的厂区机车无人驾驶的控制方法中，当发生下述条件的其中之一时，发出紧急缓解指令：
31.触发紧急制动的因素消失；
32.接收到中央控制系统的缓解指令；
33.人工手动解除指令。
34.此外，本发明还提出了一种基于上述的厂区机车无人驾驶的控制方法而实施的系统，其包括：
35.中央控制系统；
36.机车，所述机车包括车载自动驾驶装置以及与车载自动驾驶装置连接的机车plc系统以及车载监督系统；
37.其中，所述机车plc系统以及车载监督系统与中央控制系统无线通信连接；当机车接受来自中央控制系统发出的行车指令时，以不超过最大速度的行车速度行驶；当发生紧急制动条件时，机车执行紧急制动指令。
38.优选地，在本发明所述的系统中，所述车载自动驾驶装置采用模糊控制模型。
39.与现有技术相比，本发明所述的厂区机车无人驾驶的控制方法及其系统具有如下的有益效果：
40.1、本发明所述的厂区机车无人驾驶的控制方法及其系统可以通过该控制方法，保证钢铁厂区内部运输机车的安全有效运营，具有较大的应用前景。
41.2、本发明所述的厂区机车无人驾驶的控制方法及其系统对钢铁厂区无人驾驶的机车进行超速防护，并在必要时进行紧急制动，其可以实现保障行车安全，兼顾生产效率。
附图说明
42.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
43.图1示意性地显示了本发明所述的厂区机车无人驾驶的控制方法在一种实施方式中的所采用的机车速度-距离管控模型；
44.图2示意性地显示了本发明所述的厂区机车无人驾驶的控制方法在一种实施方式中的机车的标准制动曲线；
45.图3为本发明所述的厂区机车无人驾驶的控制系统在一种实施方式中的系统模块图。
具体实施方式
46.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
47.实施例1
48.在本实施例中，厂区机车无人驾驶的控制方法包括步骤：
49.中央控制系统发出行车指令至机车plc系统；
50.机车plc系统控制机车执行行车指令，机车以不超过最大速度的行车速度行驶；
51.当发生紧急制动条件时，机车执行紧急制动指令。
52.警装置预警，例如发出报警信号，或是发送报警信息至相关操作人员的手机或是电脑上。
53.其中，所述行车指令由中央控制系统通过无线通信发送至设于机车上的机车plc系统，机车plc系统控制设于机车上的车载自动驾驶装置执行行车指令，而设于机车上的车载监控装置实时监控车载自动驾驶装置的行车情况；
54.当所述车载监督系统判断车载自动驾驶装置发生紧急制动条件时，所述车载监督系统发生紧急制动指令至机车plc系统，同时发生反馈信号至中央控制系统，机车plc系统收到紧急制动指令后控制车载自动驾驶装置紧急制动。
55.实施例2
56.在本实施例中，机车无人驾驶安全防护系统主要用于确保机车的安全运行，其所有功能都依照故障-安全准则执行，具有线路双向运行的保护功能。机车无人驾驶安全防护系统需要确定车辆位置，负责监测车辆速度，保证适当的制动次序，管理车辆的控制模式并根据中央控制系统所提供的信息来控制机车。
57.当机车在运行过程中，机车无人驾驶安全防护系统将启动机车的速度-距离管控模型开始按进路要求计算机车的最高限速，并按最高限速和当前速度值完成机车的超速控制，在必要时进行紧急制动。机车速度-距离管控模型是通过融合进路系统上传的安全进路距离信息、制动压力信息及机车档位信息来实现对机车的速度与距离控制，使机车能按预设的速度进行运行。机车的精确速度控制对机车的安全运行起到至关重要的作用，系统将采用模糊控制模型，利用机车的定位信息、编组类型、当前车速信息、刹车距离信息及专家库来确定机车的制动阀门的控制。
58.图1显示了机车速度-距离管控模型。
59.如图1所示，编组类型包括：没有挂载混铁车、挂载一列空罐混铁车、挂载两列空罐混铁车、挂载一列重罐混铁车、挂载两列重罐混铁车、挂载一列空罐混铁车和一列重罐混铁车等。
60.其中，中央控制系统部署于控制中心，其是上位软件；车载监督系统部署于机车工控机，是独立的安全防护系统；机车plc系统部署于机车plc，其是命令执行系统。
61.在本实施例中，中央控制系统、车载监督系统与机车plc三者之间的关系是：中央控制系统是大脑，负责下发行车指令，例如从a点开往b点；而机车plc系统是脚，负责控制机车实际开行；车载监督系统是眼睛和耳朵，其负责监督安全隐患和安全问题，若发现有任何异常问题，则通过车载监督系统要求机车plc系统停车，并反馈给中央控制系统，由中央控制系统决定下一步动作。
62.经过控制模型构建，通过对不同车辆编组类型及空罐重罐情况进行大量试验，得到专家库的基础数据，采取速度曲线与刹车距离来合理控制正常运行速度与安全停车距离，即速度控制专家模型所列数据，其中，速度控制专家模型根据机车反馈信息(例如当前速度、当次运行距离、制动压力、运行状态以及故障信息)，而车载自动防护系统根据输入的信息(例如短进路号、位置信息、方向、道岔信息、前方开房信息以及降速模式)发出急停、中断或是故障指令至车载自动防护系统，车载自动防护系统根据速度控制专家模型判断是否限速。速度控制专家模型与机车plc系统之间通过命令执行系统的信号传递实现对机车plc系统的控制。
63.而在本实施例中，机车无人驾驶安全防护系统会确保在任何条件下(包括故障)，机车的实际速度都不会超过最高限速。最高速度由以下限制因素决定：
64.区段永久限速；
65.区段临时限速；
66.使机车在移动授权限制内安全停车的最大速度，或在进入某区段时，使机车减速至该区段永久/临时限速的最大速度。
67.机车的任何一部分进入限速区时，即应适用该限速区的限速。
68.而在以下任一情况，机车无人驾驶安全防护系统将会触发紧急制动实施：
69.运行中的机车完整性丢失，即机车挂载的混铁车意外解挂；
70.机车无人驾驶安全防护系统出现致命故障；
71.与中央控制系统的通信持续丢失10秒以上；
72.机车进入锁闭进路；
73.机车接近联锁时道岔失表或道岔位置不正确；
74.运行中的机车靠近轨道终点过近；
75.运行中的机车靠近轨道障碍物过近；
76.运行中的机车靠近另一列机车(或其挂载的混铁车)过近；
77.接收到中央控制系统的紧急制动指令。
78.机车无人驾驶安全防护系统能使机车在速度曲线所确定的停车距离内停车。紧急制动一经激活，在以下情况将会缓解：
79.触发本次紧急制动的因素消失；
80.接收到中央控制系统的缓解指令；
81.人工在车上切除机车无人驾驶安全防护系统。
82.若紧急制动缓解或机车无人驾驶安全防护系统被切除，机车将可以开动或继续行驶，但如果继而再次满足触发条件且机车无人驾驶安全防护系统未被切除，紧急制动则会再次实施。
83.图2显示了65t机车的制动距离曲线。图2示意性地显示了本发明所述的厂区机车无人驾驶的控制方法在一种实施方式中的机车的标准制动曲线。
84.图3为本发明所述的厂区机车无人驾驶的控制系统在一种实施方式中的系统模块图。
85.如图3所示，在本实施例中，系统包括：中央控制系统；机车，所述机车包括车载自动驾驶装置以及与车载自动驾驶装置连接的机车plc系统以及车载监督系统；其中，所述机车plc系统以及车载监督系统与中央控制系统无线通信连接，所述中央控制系统存储、接受以及处理信息包括系统状态信息、系统故障信息以及系统报警信息，并通过无线通信方式向车载监督系统下达指令，该指令包括移动授权(即行车指令)、紧急制动指令以及紧急制动缓解指令；当机车接受来自中央控制系统发出的行车指令时，以不超过最大速度的行车速度行驶，车载监督系统根据移动授权、进路状态信息结合车载数据地图，计算速度曲线，并且其行驶过程中，车载监督系统不断采集信息，该信息包括机车运行路线、机车位置、前方道岔状态、前方进路状态、机车完整性信息、轨道障碍物位置以及其他机车位置信息；当发生紧急制动条件时，机车执行紧急制动指令。
86.所述车载自动驾驶装置在车载监督系统的监督下，以其限定的速度之内控制机车自动运行，而当发生紧急制动条件时，由承载自动驾驶装置执行紧急制动及紧急制动缓解指令，该车载自动驾驶装置采用模糊控制模型。
87.需要说明的是，本发明的保护范围中现有技术部分并不局限于本技术文件所给出的实施例，所有不与本发明的方案相矛盾的现有技术，包括但不局限于在先专利文献、在先公开出版物，在先公开使用等等，都可纳入本发明的保护范围。
88.此外，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合
或结合，除非相互之间产生矛盾。
89.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。