(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210675984.8 (22)申请日 2022.06.15 (71)申请人 西安理工大 学 地址 710048 陕西省西安市金花 南路5号 (72)发明人 李苏峰　焦汀洋　侯陈睿　杜京航　 焦尚彬　李玉军　 (74)专利代理 机构 北京国昊天诚知识产权代理 有限公司 1 1315 专利代理师 李潇 (51)Int.Cl. B61D 15/12(2006.01) B61L 23/04(2006.01) B61L 15/00(2006.01) B60T 7/12(2006.01) G01N 29/04(2006.01)G01N 29/265(2006.01) G01D 21/02(2006.01) (54)发明名称 双轨式超 声波探伤车防撞预警系统及方法 (57)摘要 双轨式超声波探伤车防撞预警系统， 包括车 载工控机系统， 车载工控机系统包括工业控制计 算机， 车载显示器； 车载下位机系统包括毫米波 雷达传感器， ARM主控单元， 刹车及控制模块， 故 障报警模块； 利用系统的步骤： 1)初始化车载工 控机系统和车载下位机系统； 2)工业控制计算机 完成运动特性信息采集； 3)ARM主控单元完成障 碍物目标的信息采集； 4)下位机系统发送信息数 据帧至车载工控机系统； 5)车载工控机判断预警 等级及是否制动； 7)安全辅助策略软件模块完成 减速预警； 8)安全辅助策略软件模块完成紧急刹 车； 9)危急情况解除后， 显示上一次防撞预警的 详细信息， 循环判断至探伤车完全脱离危险状 态； 具有运行稳定和安全可靠的特点。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 115071770 A 2022.09.20 CN 115071770 A 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(1 1)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S PI_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(4)运行在工业控制计算机(3)上， 可通权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115071770 A 2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。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115071770 A 3