CN207301323U - 基于毫米波雷达的防爆无轨胶轮车浇封型前防撞*** - Google Patents

Abstract

一种基于毫米波雷达的浇封型前防撞***，属煤矿井下提高无轨胶轮车辆行驶安全及工作面人员安全的技术领域，它包括毫米波雷达箱体、雷达天线、信号采集单元、ECU信号处理单元、信号控制单元，其特征在于：所述毫米波雷达箱体内部设有雷达天线、信号采集电路、ECU电路、信号控制电路；前方探测角度为120度，获取车辆前方障碍物的相对距离、速度及相对角度信息，当碰撞时间t＞2s时，车内蜂鸣器指示灯闪烁；当碰撞时间t≤2s且安全制动距离S_br＜R时，车内蜂鸣器报警，当碰撞时间t≤2s且安全制动距离S_{br r}≥R时，车辆做紧急制动处理。本实用新型能够探测到较远距离障碍物信息，提前判断车辆安全状态并采取积极措施。

Description

基于毫米波雷达的防爆无轨胶轮车浇封型前防撞***

技术领域

本发明涉及一种基于毫米波雷达的浇封型前防撞***，属煤矿井下提高无轨胶轮车辆行驶安全及工作面人员安全的技术领域。它是针对煤矿井下防爆无轨胶轮车环境可见度低、弯道多的运行情况，而设计的较大量程的毫米波前防撞雷达***。

背景技术

井下防爆无轨胶轮车属于井下运输***广泛采用的运输设备，具有易维护、机动灵活、安全稳定等优点，已形成一套完整的运行方式和行业标准。

由于煤矿井下可见度较低，巷道弯道多，车辆及人员安全性是影响井下工作面正常运行的关键问题。

当前井下防爆无轨胶轮车使用的智能防撞及安全***主要有红外测距传感器、人员接近开关及影像***等，测量精度较高，但测量范围小，受环境影响较大，障碍物定位能力较差。

目前，雷达技术的兴起，较大程度地提高了车辆行驶时的安全性，而且具有诸多性能有点。

发明内容

为了实现对前方障碍物（弯道、车辆以及工作人员）的远距离检测、定位、预警及紧急制动，提高车辆行驶过程中的安全性，减少煤矿井下事故的发生，本发明提供较大量程的一种信号处理时间为毫米级的毫米波雷达前防撞***。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：

基于毫米波雷达的防爆无轨胶轮车浇封型前防撞***，包括毫米波雷达箱体、十字槽盘头螺钉、航空插头、前盖板、雷达天线电路板、信号采集电路板、ECU电路板、信号控制电路板、单头六角柱、上连接板、立板、中连接板、底板。

毫米波雷达箱体由上箱体、下箱体组成，内部通过中连接板形成上腔、下腔，前盖板固定于上连接板上，雷达天线电路板、信号采集电路板由单头六角柱固定于箱体上连接板下端，ECU电路板、信号控制电路板由单头六角柱固定于中连接板底端，航空插头固定于箱体侧端，中连接板有线缆穿线孔，各电路板通过电缆与接线端子联接，信号控制电路板装有接线端子，与航空插头进线端连接，同时连接蜂鸣报警器、车载保护装置中车辆速度脉冲信号线及车辆制动电磁阀。

本发明对车辆行驶前方120度全面定位，根据碰撞时间判断是否***报警或采取紧急制动措施，***设定碰撞临界值为2s；

雷达信号采集单元获取来自雷达传感器的车辆行驶信息，包括车辆本身的行驶速度v₀，前方障碍物速度v₁、相对距离R及相对角度θ；

当v₀＞v₁时，车辆与前方障碍物发生碰撞时间t＞2s，车内蜂鸣器闪烁灯亮；

当车辆与前方障碍物发生碰撞时间t≤2s，车辆制动安全距离S_br＜R时，说明存在潜在碰撞风险，车内蜂鸣器提醒驾驶员采取制动措施；车辆制动安全距离S_br≥R时，说明车辆处于极度危险状态，车辆自动采取紧急制动措施；

其中，λ为雷达波长，ΔR为波程差，t和θ的计算公式为：

车辆与前方障碍物发生碰撞时间

车辆与前方障碍物的相对角度

3、车辆与前方障碍物的相对速度、相对距离和相对角度的获取方法：

雷达传感器采用矩阵式天线，通过ECU信号处理器对毫米波雷达高频信号进行实时采样，通过自适应滤波器去除杂波干扰信号，应用太赫兹频段LFMCW测量差拍频率计算相对速度与相对距离，通过相位法测量相对角度；

4、本发明还提供一种CAN总线控制自动识别、校准雷达信号以及控制紧急制动信号方法，所述雷达信号采集单元和ECU信号处理单元提取前方障碍物的相对速度、相对距离及相对角度信息，并将这些信息发送给信号控制单元，通过信号控制管理平台对发送来的信息计算车辆行驶状态，并对车辆安全程度进行评价控制。

本发明的雷达箱体中连接板可屏蔽电磁波，电路控制采用微计算机程序控制，天线电路采用矩阵式高频段发射，可标定不同车型速度脉冲信号，ECU采集障碍物信号并及时处理回馈到控制电路，有效量程可达15m。

本发明与背景技术相比具有明显的先进性。本发明结构紧凑、安全稳定可靠、探测量程大、误报率低、受环境影响小、高效、防尘防水。

附图说明

图1为本发明中雷达箱体主视图；

图2为雷达箱体侧视图；

图3为本发明的预警方法的流程图；

图4~图12为前防撞雷达***主控制电路图。 其中，图4是IC1电路图，图5是IC2和IC10电路图，图6是IC3电路图，图7是IC4电路图，图8是IC5电路图，图9是IC6电路图，图10是IC7电路图，图11是IC8电路图，图12是IC9电路图。

图13为雷达箱体内部视图。

图中，1、毫米波雷达箱体，2、十字槽盘头螺钉M3×8，3、十字槽盘头螺钉M3×5，4、航空插头，5、前盖板，6、雷达天线电路板，7、信号采集电路板，8、ECU电路板，9、信号控制电路板，10、单头六角柱M2×10+6，11、M2.5×10+6单头六角柱，12、上连接板，13、立板，14、中连接板，15、底板。

具体实施方式：

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明进行进一步详细说明。

如图1、2、3所示，本发明的毫米波雷达箱体1由前盖板5、上连接板12、立板13、中连接板14、底板15组成。毫米波雷达箱体1内部安装有雷达天线电路板6、信号采集电路板7、ECU电路板8、信号控制电路板9、M2.5×10+6单头六角柱11、上连接板12、立板13、中连接板14、底板15组成。

所述毫米波雷达设置在箱体1中。

所述箱体1由前盖板5、立板13和底板15组成六面箱体，底板由十字槽盘头螺钉3固定在箱体底部，中连接板14通过单头六角柱11固定于箱体中间部位并将箱体内腔分割出上腔、下腔；

前盖板5与前连接板12通过十字槽盘头螺钉2和弹簧垫圈固定连接，雷达天线电路板6由十字槽盘头螺钉和弹簧垫圈固定于箱体上连接板下端，信号采集电路板7由十字槽盘头螺钉和弹簧垫圈固定于中连接板上端，ECU电路板8、信号控制电路板9由单头六角柱10、十字槽盘头螺钉及平垫圈固定于中连接板下端，航空插头4固定于箱体侧面，中连接板有设线缆穿线孔，各电路板通过电缆与接线端子联接，由螺栓母固定，信号控制电路板装有接线端子，与航空插头4进线端连接，同时连接蜂鸣报警器、车载保护装置中车辆速度脉冲信号线及车辆急停控制开关信号线。

如图4所示，本发明雷达天线发射电磁波，由信号采集单元获取车辆行驶信息，包括车辆本身的行驶速度v₀，前方障碍物速度v₁、相对距离R及相对角度θ，其中车辆与前方障碍物的相对运动信息的获取方法为：信号采集单元对毫米波雷达信号进行实时采样，通过自适应滤波器去除其中的杂波等干扰信号，在ECU信号处理单元应用太赫兹频段LFMCW测量差拍频率计算相对速度与相对距离，通过相位法测量相对角度。

本发明根据碰撞时间t判断是否***报警或采取紧急制动措施，***设定碰撞临界值为2s；

当v₀＞v₁时，车辆与前方障碍物发生碰撞时间t＞2s，车内蜂鸣器闪烁灯亮；当车辆与前方障碍物发生碰撞时间t≤2s，车辆制动安全距离S_br＜R时，说明存在潜在碰撞风险，车辆制动安全距离S_br≥R时，说明车辆处于极度危险状态。

其中，λ为雷达波长，ΔR为波程差，t和θ的计算公式为：

雷达信号控制单元实时接收ECU信号处理单元传来的各目标信息，如果车辆存在潜在碰撞风险，控制单元发送报警信号至车内蜂鸣器提醒驾驶员采取制动措施，如果车辆处于极度危险状态，控制单元发送急停信号至车载保护***中制动电磁阀使车辆自动紧急制动。同时，实时接收车辆自身车速脉冲方波信号，通过光电继电器实现雷达信号校准功能，具有CAN总线输出控制信号以及485输出功能，可用于屏幕显示控制。

图5所示，本发明由微计算机控制电路IC1、雷达调试电路IC2、雷达校准电路IC3、唤醒、输入按钮电路IC4、输出速度脉冲电路IC5、输出CAN总线控制电路IC6、ECU信号处理通讯接口电路IC7、485输出功能电路IC8、稳压电路IC9、功率电路IC10组成整体电路，各分电路间由导线联接，Vcc端为电源端，GND端为接地端。

由ECU信号处理通讯电路IC7、输出速度脉冲电路IC5组成信号采集单元。

由微计算机控制电路IC1、485输出功能电路IC8唤醒、输入按钮电路IC4组成信号控制单元。

由雷达调试电路IC2、雷达校准电路IC3组成信号处理单元。

微计算机控制电路IC1连接其余电路模块，提供信息汇总及统一管理平台；

雷达调试电路IC2连接微计算机控制电路IC1和PC端口，调试ECU信号处理单元的雷达信号；

雷达校准电路IC3连接ECU信号处理通讯电路IC7和微计算机控制电路IC1，通过雷达调试电路IC2校准雷达信号；

输入按钮电路IC4连接微计算机控制电路IC1，实现开启、关闭、标定雷达装置等功能；

输出速度脉冲电路IC5连接微计算机控制电路IC1及电路IC7，采集车辆速度脉冲信号；

ECU信号处理通讯电路IC7连接微计算机控制电路IC1、电路IC5及雷达信号处理ECU模块，提供车辆速度信号采集端口和与ECU信号处理模块接口；

485输出功能电路IC8连接微计算机控制电路IC1，其端口可用于连接显示器，将雷达采集的障碍物信息实现可视化；

稳压电路IC9、功率电路IC10连接微计算机控制电路IC1，稳定整体电路工作电压以及控制电路功率功能。

微计算机控制电路IC1的1脚、5脚、17脚均接供电电源，1.5V直流电源，微计算机控制电路IC1的2脚接晶振的一端，并连接一个20pf的电容后接地，微计算机控制电路IC1的3脚接晶振的另一端，并连接一个20pf的电容后接地，微计算机控制电路IC1的6脚经一个电阻与ECU信号处理通讯电路IC7的4脚连接，微计算机控制电路IC1的9脚接雷达调试电路IC2的3脚，微计算机控制电路IC1的10脚接唤醒、输入按钮电路IC4的4脚，微计算机控制电路IC1的11脚接唤醒、输入按钮电路IC4的5脚，微计算机控制电路IC1的12脚接唤醒、输入按钮电路IC4的7脚，微计算机控制电路IC1的13脚接唤醒、输入按钮电路IC4的6脚，微计算机控制电路IC1的14脚接唤醒、输入按钮电路IC4的3脚，微计算机控制电路IC1的15脚接输出速度脉冲电路IC5，

微计算机控制电路IC1的16脚接地，微计算机控制电路IC1的18脚接485输出功能电路IC8的5脚，微计算机控制电路IC1的19脚接485输出功能电路IC8的3脚，微计算机控制电路IC1的20脚接485输出功能电路IC8的4脚，微计算机控制电路IC1的21脚接输出CAN总线控制电路IC6的3脚，微计算机控制电路IC1的22脚接输出CAN总线控制电路IC6的4脚，微计算机控制电路IC1的31脚接雷达校准电路IC3的7脚；雷达调试电路IC2的1脚接1.5V直流电源，雷达调试电路IC2的2脚接微计算机控制电路IC1的7脚，雷达调试电路IC2的3脚接微计算机控制电路IC1的8脚，雷达调试电路IC2的4脚接地；ECU信号处理通讯电路IC7的5脚接雷达校准电路IC3的1脚，ECU信号处理通讯电路IC7的6脚接雷达校准电路IC3的2脚，雷达校准电路IC3的8脚经电阻后接供电电源。

所述微计算机控制电路IC1采用单片机STM32F0426K6，雷达校准电路IC3采用PS2801-2或AQW210E光电继电器，ECU信号处理通讯电路IC7采用Header6，输出CAN总线控制电路IC6采用CTM1015 3.3V，485输出功能电路IC8采用RSM3485。

Claims (2)

1.一种基于毫米波雷达的浇封型前防撞***，包括毫米波雷达箱体、雷达天线、信号采集单元、ECU信号处理单元、信号控制单元，其特征在于：毫米波雷达箱体内部设有雷达天线、信号采集电路、ECU电路、信号控制电路；所述毫米波雷达箱体由上箱体、下箱体组成，上箱体与下箱体之间通过中连接板形成上腔、下腔，雷达天线电路板、信号采集电路板通过单头六角柱固定于上连接板下端，ECU电路板、信号控制电路板固定于中连接板底端，航空插头固定于箱体侧面；信号控制电路板装有接线端子，与航空插头进线端连接，同时连接蜂鸣报警器、车载保护装置中车辆速度脉冲信号线及车辆急停控制开关信号线。

2.根据权利要求1所述的一种基于毫米波雷达的浇封型前防撞***，其特征在于：微计算机控制电路IC1的1脚、5脚、17脚均接供电电源，1.5V直流电源，微计算机控制电路IC1的2脚接晶振的一端，并连接一个20pf的电容后接地，微计算机控制电路IC1的3脚接晶振的另一端，并连接一个20pf的电容后接地，微计算机控制电路IC1的6脚经一个电阻与ECU信号处理通讯电路IC7的4脚连接，微计算机控制电路IC1的9脚接雷达调试电路IC2的3脚，微计算机控制电路IC1的10脚接唤醒、输入按钮电路IC4的4脚，微计算机控制电路IC1的11脚接唤醒、输入按钮电路IC4的5脚，微计算机控制电路IC1的12脚接唤醒、输入按钮电路IC4的7脚，微计算机控制电路IC1的13脚接唤醒、输入按钮电路IC4的6脚，微计算机控制电路IC1的14脚接唤醒、输入按钮电路IC4的3脚，微计算机控制电路IC1的15脚接输出速度脉冲电路IC5，

微计算机控制电路IC1的16脚接地，微计算机控制电路IC1的18脚接485输出功能电路IC8的5脚，微计算机控制电路IC1的19脚接485输出功能电路IC8的3脚，微计算机控制电路IC1的20脚接485输出功能电路IC8的4脚，微计算机控制电路IC1的21脚接输出CAN总线控制电路IC6的3脚，微计算机控制电路IC1的22脚接输出CAN总线控制电路IC6的4脚，微计算机控制电路IC1的31脚接雷达校准电路IC3的7脚；雷达调试电路IC2的1脚接1.5V直流电源，雷达调试电路IC2的2脚接微计算机控制电路IC1的7脚，雷达调试电路IC2的3脚接微计算机控制电路IC1的8脚，雷达调试电路IC2的4脚接地；ECU信号处理通讯电路IC7的5脚接雷达校准电路IC3的1脚，ECU信号处理通讯电路IC7的6脚接雷达校准电路IC3的2脚，雷达校准电路IC3的8脚经电阻后接供电电源。