防碰撞技術(shù)在礦用電動輪自卸卡車上的應(yīng)用

蘇海云+張坤飛

摘 要： 面對當(dāng)前電動輪自卸卡車的發(fā)展及趨勢，電動輪自卸卡車已成為主流產(chǎn)品，電動輪自卸卡車從載重噸位上的不斷提高，尺寸增大，給行車帶來較大安全隱患。微電子技術(shù)及計算機的飛速發(fā)展，促使了防碰撞技術(shù)的發(fā)展，選擇恰當(dāng)?shù)姆琅鲎布夹g(shù)搭載于礦車，確保行車安全是本文討論的重點。

關(guān)鍵詞： 礦用電動輪自卸卡車；防碰撞技術(shù)；行車安全

Application of anti-collision technology in mine electric truck dump truck

SU Haiyun Zhang Kunfei

（Shenhua Beidian Victory Energy Co.，Ltd， Inner Mongolia Xilinhaote 026015）

Abstract： In the face of the development and trend of the electric wheel dump truck， the electric wheel dump truck has become the mainstream product， the electric wheel dump truck increased the load tonnage， and the size increased， which brought great safety hazard to the driving. With the rapid development of microelectronic technology and computer， the development of anti - collision technology， the selection of appropriate anti - collision technology to carry on the tramcar， to ensure the safety of driving is the focus of this article。

Key words： Electric wheel dump truck for mine；Anti-collision technology；road safety

0引言

在當(dāng)前電動輪自卸卡車成為主流礦車，市場競爭日益激烈，大噸位、高智能、安全性成為其發(fā)展的主旋律，同時給行車帶來較大安全隱患，結(jié)合礦山道路特點及防碰撞技術(shù)監(jiān)測手段的多樣，充分對比各種監(jiān)測手段的優(yōu)缺點，最終認為毫米波雷達防碰撞技術(shù)是目前最適合礦用電動輪自卸卡車所搭載的防碰撞技術(shù)。

1.礦用電動輪自卸卡車的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

當(dāng)前，礦用自卸卡車廣泛應(yīng)用于冶金、礦山、水利水電等行業(yè)，承擔(dān)著煤炭、土石方等物料的運輸任務(wù)。它屬于專用設(shè)備，非公路車輛。礦用自卸卡車按其傳動方式的不同可以分為機械傳動和電動輪傳動兩種，其中電動輪傳動的自卸卡車在載重噸位上較機械傳動要大，早期的礦用自卸卡車均為機械傳動式。自20世紀(jì)70年代開始，美國的Cater-pillar生產(chǎn)出第一臺電動輪自卸卡車至今，電動輪自卸卡車的應(yīng)用越來越廣發(fā)，且逐漸成為主流產(chǎn)品。目前世界上能夠研發(fā)和生產(chǎn)的電動輪自卸卡車的企業(yè)數(shù)量不多，全球礦用電動輪自卸卡車生產(chǎn)企業(yè)主要有美國的Cater-pillar、Terex、德國的Liebherr、日本的Komastu、Hitachi和俄羅斯的Belaz，這些公司生產(chǎn)的礦用電動輪自卸卡車份額的和占全球礦用電動輪自卸卡車市場份額的90%以上。

我國在“十二五”時期，經(jīng)濟繼續(xù)保持較快的發(fā)展，基礎(chǔ)建設(shè)的方心未艾和礦產(chǎn)能源需求的持續(xù)升溫，促使了國內(nèi)礦用電動輪自卸卡車的發(fā)展和壯大，我國大噸位礦用電動輪自卸卡車生產(chǎn)企業(yè)主要有內(nèi)蒙古北方重型汽車股份有限公司、北京首鋼重型汽車制造股份有限公司、湖南湘電集團湘電重型裝備股份有限公司等。在噸位上，目前世界最大噸位已達到400噸，雖然“十二五”期間國內(nèi)礦用電動輪自卸卡車有了一定發(fā)展，但是無論是技術(shù)上和生產(chǎn)規(guī)模都有一定的差距，需要我們努力追趕。

縱觀國內(nèi)外礦用電動輪自卸卡車的發(fā)展，其發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在以下幾方面：

1.大噸位電動輪自卸卡車日益占據(jù)主要地位 隨著國內(nèi)外露天礦的規(guī)模不斷的擴大，電動輪自卸卡車的作用凸顯。同等產(chǎn)量的情況下，大噸位的礦卡可以減少用車數(shù)量、提高工作效率和安全性，從而達到精干高效。目前大型礦用電動輪自卸卡車承擔(dān)著世界上40%的煤炭、90%的鐵礦的運輸任務(wù)，在開采量超過1000萬噸以上的大型露天礦作為首選的運輸設(shè)備，載重噸位上的增加隨之帶來的是自卸卡車外形尺寸上的增加（如下表）

2.市場競爭日益激烈 礦用電動輪自卸卡車本身就是一個很有發(fā)展?jié)摿Φ漠a(chǎn)業(yè)，也是我國經(jīng)濟發(fā)展過程中的急需產(chǎn)品，國內(nèi)的生產(chǎn)企業(yè)由2006年的五、六家激增至當(dāng)前的十多家，其競爭突出表在自主創(chuàng)新能力建設(shè)和銷售市場的爭奪上，各大企業(yè)紛紛通過拓寬銷售渠道（整機銷售、配件銷售、總成件大修理等）擴大市場份額和提高售后服務(wù)質(zhì)量（提供技術(shù)指導(dǎo)、駐礦服務(wù)等）贏得客戶，同時也存在來自國外的產(chǎn)品優(yōu)勢和價格優(yōu)勢的競爭。

3.礦用電動輪自卸卡車開始向綜合智能、節(jié)能、安全性發(fā)展 隨著微電子技術(shù)、傳感器技術(shù)及計算機的發(fā)展，使得機械產(chǎn)品在控制方面發(fā)生著質(zhì)的飛躍，目前越來越多的產(chǎn)品采用電子控制方式，通過電子控制降低勞動強度、提高勞動效率和管理水平，如采用GPS卡車調(diào)度系統(tǒng)、卡車自動稱重系統(tǒng)；同時在近幾年，國家對節(jié)能、環(huán)保、降耗等問題的重視，礦用自卸卡車的節(jié)能環(huán)保技術(shù)也越來越受到青睞；但是礦山設(shè)備的安全性一直是礦車選型指標(biāo)中的最重要一項，尤其是在細節(jié)上的安全，如卡車防落物、防傾翻的安全駕駛室、自動滅火系統(tǒng)、盲區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)、GPS遠程監(jiān)控系統(tǒng)的配備及防碰撞技術(shù)的應(yīng)用都成為用戶選型時的重要依據(jù)。

2.礦用電動輪自卸卡車運行中的安全隱患

卡車的尺寸上的增大帶來了盲區(qū)問題 礦用電動輪自卸卡車尺寸上的增加，導(dǎo)致駕駛員在操駕過程中的“盲區(qū)”加大（如下圖），這里的“盲區(qū)”分為靜態(tài)盲區(qū)和動態(tài)盲區(qū)。靜態(tài)盲區(qū)是指由于卡車本身結(jié)構(gòu)而而形成的當(dāng)駕駛員正常駕駛時坐在座椅上所能看到的駕駛室左側(cè)、前方、右側(cè)的最近距離所形成的區(qū)域，而動態(tài)盲區(qū)是由于駕駛員的缺乏相關(guān)的安全知識而人為造成的視線上的“盲區(qū)”，如隨意在前擋風(fēng)玻璃粘貼遮陽膜、放置物品（安全帽、水杯等）。其中靜態(tài)盲區(qū)可以通過計算進行衡量，而動態(tài)盲區(qū)由于它的造成是人為等復(fù)雜因素構(gòu)成，引起的盲區(qū)范圍無法進行衡量，帶來的安全隱患更大。例如：2001年12月15日，平朔安太堡露天礦一班班組長駕駛工具車從作業(yè)面運送員工至更衣室，途經(jīng)卡車停車場時與7094#卡車相遇，由于本人下班心急，車速較快，加之對卡車“盲區(qū)”無視，在超越卡車時，距離卡車太近，直接被卡車右側(cè)前保險杠掛住，而卡車駕駛員在不知情的情形下繼續(xù)前行，車內(nèi)乘坐3名員工見此情形，慌忙打開車門跳車，跳車后正好被卡車右后輪碾壓，有2人當(dāng)場死亡。

礦山道路、環(huán)境特點給礦用自卸卡車帶來的行車安全隱患 由于露天礦道路坡度相對較大，且臨時道路多變、道路質(zhì)量制作和維護較公里有差距等因素，如礦用自卸卡車的靜態(tài)盲區(qū)受轉(zhuǎn)彎半徑的影響較大，作業(yè)面、道路越平整、轉(zhuǎn)彎半徑越大，卡車的行車盲區(qū)范圍會相對減少，相反行車盲區(qū)范圍將會增大；由于露天礦作業(yè)方式大部分為24小時全天候作業(yè)，，運輸環(huán)境的不良、夜間裝、卸地點照明相對較差、卸載地點無專人指揮、車流量較大等給行車帶來的安全隱患；露天礦駕駛作業(yè)枯燥，尤其是夜間作業(yè)由于人員的犯困也給行車帶來較大安全隱患?？傊V用電動輪自卸卡車的行車安全受到了人、機、環(huán)、管多方面因素的影響，如果礦用卡車發(fā)生相撞事故，造成的后果幾乎是車毀人亡，在以人為本的當(dāng)今社會，人的生命是無價的，發(fā)生人身傷亡后給受害者家屬帶來的傷痛是無法用經(jīng)濟價值來衡量的，除此之外，發(fā)生安全責(zé)任事故后相關(guān)監(jiān)管部門的經(jīng)濟處罰也是無法想象的，很可能會毀滅一個企業(yè)。

3.防碰撞技術(shù)的發(fā)展及其工作原理

1.隨著礦用電動輪自卸卡車的發(fā)展趨勢及電子技術(shù)和計算機的廣泛應(yīng)用，礦用卡車的防碰撞技術(shù)也應(yīng)運而生，防碰撞技術(shù)是根據(jù)車輛當(dāng)前的行駛方向和速度、測量車輛前方道路上可能引起碰撞的危險障礙并采取相關(guān)動作和措施的技術(shù)。防碰撞技術(shù)發(fā)展在時間上分兩個階段，20世紀(jì)60年代末至70年代末期這一階段的特點是微波理論及其器件集成水平較低、系統(tǒng)硬件成本高，對于防碰撞系統(tǒng)的性能要求無客觀的標(biāo)準(zhǔn)，因而各國研究出的防碰撞樣機的應(yīng)用效果較差；第二階段是從20世紀(jì)80年代中期至今，在這個階段，隨著微波技術(shù)理論集成系統(tǒng)的高速發(fā)展，以及微處理器性價比的突飛猛進，促成了研發(fā)出低成本、高性能的卡車防碰撞系統(tǒng)研發(fā)成為可能，再加上各國的智能交通系統(tǒng)計劃的全面啟動，對于防碰撞技術(shù)性能的要求變得更高，促使了防碰撞技術(shù)的蓬勃發(fā)展。

2.防碰撞技術(shù)是一門以防碰撞系統(tǒng)為載體的綜合性技術(shù)，防碰撞系統(tǒng)一般分為四個部分，即天線、傳輸系統(tǒng)、信號處理和終端控制器。（如下圖）其中傳輸系統(tǒng)包括調(diào)制信號產(chǎn)生、發(fā)射機、接收機、混頻器和振蕩源等模塊；信號采集處理系統(tǒng)包括放大器、解調(diào)器、濾波器、數(shù)模轉(zhuǎn)換以及信號處理模塊；終端控制器包括報警模塊和顯示模塊。當(dāng)汽車防撞雷達工作時，由信號源產(chǎn)生調(diào)制信號，產(chǎn)生的調(diào)制信號通過振蕩源一部分輸入混頻器作為本振信號，另外一部分信號通過發(fā)射機經(jīng)天線以電磁波的方式向外發(fā)射出去。雷達信號電磁波在空氣中傳播遇到前方車輛時有一部分發(fā)射回來，發(fā)射回來的電磁波被天線接收通過接收機形成回波信號，然后將回波信號輸入混頻器與原先的本振信號混頻后得到差拍信號，差拍信號中包含了前方車輛的相對距離信息和相對速度信息。然后將差拍信號經(jīng)過放大濾波處理，再經(jīng) A/D變換，對所得到的數(shù)字信號作數(shù)字信號處理，即可以從中得到前方車輛的距離、速度信息。然后將這些數(shù)據(jù)與預(yù)置的減速距離數(shù)據(jù)和剎車距離數(shù)據(jù)進行比較，一旦達到減速距離數(shù)據(jù)或剎車距離數(shù)據(jù)，控制器就會及時輸出減速信號或剎車信號，使汽車減速或剎車，從而避免撞車。

面對當(dāng)前防碰撞技術(shù)的蓬勃發(fā)展，目前應(yīng)用于防碰撞技術(shù)的核心監(jiān)測方式主要有超聲波、雷達、激光、機器視覺、紅外防撞預(yù)警系統(tǒng)、交互式智能化防撞系統(tǒng)等，其中超聲波系統(tǒng)原理簡單、成本低、制作比較方便，但是超聲波受到天氣的影響比較大，不同的天氣下的聲波傳播速度不同，對遠距離障礙物測算的靈敏度會有所降低；雷達汽車防撞預(yù)警系統(tǒng)是發(fā)射電磁波、遇到障礙物時的發(fā)射，不斷檢測計算障礙物的速度和距離，進而進行報警和處置，雷達探測性能比較穩(wěn)定，而且不會受到障礙物形狀和顏色的影響，對環(huán)境的適應(yīng)性能比較好；激光測距系統(tǒng)應(yīng)用到防撞系統(tǒng)中，由于激光的震蕩幅度較大，同時霧天當(dāng)中激光會被吸收影響監(jiān)測效果，且激光可能會上傷害人的眼睛；機器視覺防撞系統(tǒng)是通過模仿人眼的攝像頭探測周圍圖像，并通過數(shù)字信號進行分析處理，此系統(tǒng)的最大優(yōu)點是體積小、功耗小，但可視范圍缺很大，對硬件的要求質(zhì)量較高，同時也會受到天氣的影響，特殊天氣下會在距離上給人以視覺的誤差，成像速度也受到數(shù)字信號的影響會比較慢；紅外防撞預(yù)警系統(tǒng)，其原理是熱成像，可以幫助我們看到肉眼看不到的事物，并將輻射圖像轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的視頻圖像，但系統(tǒng)在處理分析方面對硬件的要求相當(dāng)高，是其發(fā)展的受到了限制；交互式職能化防撞系統(tǒng)是由信息交換網(wǎng)絡(luò)、寬帶數(shù)字通信子站、車距信息交換單元及無線車載前機單元組成，雖然該系統(tǒng)不受天氣條件的限制，同時監(jiān)測的精度較高，但是該防碰撞系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)需要前期的基礎(chǔ)配套設(shè)施建設(shè)完善，在露天礦及短期內(nèi)的應(yīng)用受到很大的限制；

4.目前礦用電動輪自卸卡車防碰撞技術(shù)的應(yīng)用

從以上幾種防碰撞監(jiān)測系統(tǒng)的手段的優(yōu)缺點可以看出，雷達防撞預(yù)警系統(tǒng)是在礦用自卸卡車上較為實用的防碰撞預(yù)警系統(tǒng)，尤其是毫米波雷達系統(tǒng)的應(yīng)用，毫米波雷達使用毫米波 （millimeter wave ）通常毫米波是指30～300GHz頻域（波長為1～10mm）的。毫米波的波長介于厘米波和光波之間，因此毫米波兼有微波制導(dǎo)和光電制導(dǎo)的優(yōu)點。同厘米波導(dǎo)引頭相比，毫米波導(dǎo)引頭具有體積小、質(zhì)量輕和空間分辨率高的特點。與紅外、激光、電視等光學(xué)導(dǎo)引頭相比，毫米波導(dǎo)引頭穿透霧、煙、灰塵的能力強，具有全天候（大雨天除外）全天時的特點。另外，毫米波導(dǎo)引頭的抗干擾、反隱身能力也優(yōu)于其他微波導(dǎo)引頭，露天礦的毫米波雷達車輛防追尾系統(tǒng)。在不同天氣條件（白天、夜晚、雨、粉塵）、不同道路條件下（上坡、下坡、標(biāo)牌、電纜橋架、擋土墻、端幫）、車輛在同向、相向條件下能夠起到準(zhǔn)確的主動防撞效果。通過上述毫米雷達監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)點，結(jié)合礦用電動輪自卸卡車的發(fā)展趨勢，以及露天礦作業(yè)環(huán)境的惡劣條件及作業(yè)性質(zhì)，綜合考慮任務(wù)毫米波雷達防撞預(yù)警技術(shù)是適合礦用電動輪自卸卡車的一種防碰撞技術(shù)，利用該防碰撞技術(shù)手段有效的彌補了人的弱點，全程保護駕乘人員安全。

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