防碰撞技術在礦用電動輪自卸卡車上的應用

蘇海云+張坤飛

摘 要： 面對當前電動輪自卸卡車的發展及趨勢，電動輪自卸卡車已成為主流產品，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。微電子技術及計算機的飛速發展，促使了防碰撞技術的發展，選擇恰當的防碰撞技術搭載于礦車，確保行車安全是本文討論的重點。

關鍵詞： 礦用電動輪自卸卡車；防碰撞技術；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、安全性成為其發展的主旋律，同時給行車帶來較大安全隱患，結合礦山道路特點及防碰撞技術監測手段的多樣，充分對比各種監測手段的優缺點，最終認為毫米波雷達防碰撞技術是目前最適合礦用電動輪自卸卡車所搭載的防碰撞技術。

1.礦用電動輪自卸卡車的發展現狀及趨勢

當前，礦用自卸卡車廣泛應用于冶金、礦山、水利水電等行業，承擔著煤炭、土石方等物料的運輸任務。它屬于專用設備，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70年代開始，美國的Cater-pillar生產出第一臺電動輪自卸卡車至今，電動輪自卸卡車的應用越來越廣發，且逐漸成為主流產品。目前世界上能夠研發和生產的電動輪自卸卡車的企業數量不多，全球礦用電動輪自卸卡車生產企業主要有美國的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，經濟繼續保持較快的發展，基礎建設的方心未艾和礦產能源需求的持續升溫，促使了國內礦用電動輪自卸卡車的發展和壯大，我國大噸位礦用電動輪自卸卡車生產企業主要有內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”期間國內礦用電動輪自卸卡車有了一定發展，但是無論是技術上和生產規模都有一定的差距，需要我們努力追趕。

縱觀國內外礦用電動輪自卸卡車的發展，其發展趨勢主要表現在以下幾方面：

1.大噸位電動輪自卸卡車日益占據主要地位 隨著國內外露天礦的規模不斷的擴大，電動輪自卸卡車的作用凸顯。同等產量的情況下，大噸位的礦卡可以減少用車數量、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著世界上40%的煤炭、90%的鐵礦的運輸任務，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展潛力的產業，也是我國經濟發展過程中的急需產品，國內的生產企業由2006年的五、六家激增至當前的十多家，其競爭突出表在自主創新能力建設和銷售市場的爭奪上，各大企業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質量（提供技術指導、駐礦服務等）贏得客戶，同時也存在來自國外的產品優勢和價格優勢的競爭。

3.礦用電動輪自卸卡車開始向綜合智能、節能、安全性發展 隨著微電子技術、傳感器技術及計算機的發展，使得機械產品在控制方面發生著質的飛躍，目前越來越多的產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卡車調度系統、卡車自動稱重系統；同時在近幾年，國家對節能、環保、降耗等問題的重視，礦用自卸卡車的節能環保技術也越來越受到青睞；但是礦山設備的安全性一直是礦車選型指標中的最重要一項，尤其是在細節上的安全，如卡車防落物、防傾翻的安全駕駛室、自動滅火系統、盲區監控系統、GPS遠程監控系統的配備及防碰撞技術的應用都成為用戶選型時的重要依據。

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問題 礦用電動輪自卸卡車尺寸上的增加，導致駕駛員在操駕過程中的“盲區”加大（如下圖），這里的“盲區”分為靜態盲區和動態盲區。靜態盲區是指由于卡車本身結構而而形成的當駕駛員正常駕駛時坐在座椅上所能看到的駕駛室左側、前方、右側的最近距離所形成的區域，而動態盲區是由于駕駛員的缺乏相關的安全知識而人為造成的視線上的“盲區”，如隨意在前擋風玻璃粘貼遮陽膜、放置物品（安全帽、水杯等）。其中靜態盲區可以通過計算進行衡量，而動態盲區由于它的造成是人為等復雜因素構成，引起的盲區范圍無法進行衡量，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面運送員工至更衣室，途經卡車停車場時與7094#卡車相遇，由于本人下班心急，車速較快，加之對卡車“盲區”無視，在超越卡車時，距離卡車太近，直接被卡車右側前保險杠掛住，而卡車駕駛員在不知情的情形下繼續前行，車內乘坐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人當場死亡。

礦山道路、環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盲區受轉彎半徑的影響較大，作業面、道路越平整、轉彎半徑越大，卡車的行車盲區范圍會相對減少，相反行車盲區范圍將會增大；由于露天礦作業方式大部分為24小時全天候作業，，運輸環境的不良、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；露天礦駕駛作業枯燥，尤其是夜間作業由于人員的犯困也給行車帶來較大安全隱患。總之，礦用電動輪自卸卡車的行車安全受到了人、機、環、管多方面因素的影響，如果礦用卡車發生相撞事故，造成的后果幾乎是車毀人亡，在以人為本的當今社會，人的生命是無價的，發生人身傷亡后給受害者家屬帶來的傷痛是無法用經濟價值來衡量的，除此之外，發生安全責任事故后相關監管部門的經濟處罰也是無法想象的，很可能會毀滅一個企業。

3.防碰撞技術的發展及其工作原理

1.隨著礦用電動輪自卸卡車的發展趨勢及電子技術和計算機的廣泛應用，礦用卡車的防碰撞技術也應運而生，防碰撞技術是根據車輛當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動作和措施的技術。防碰撞技術發展在時間上分兩個階段，20世紀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、系統硬件成本高，對于防碰撞系統的性能要求無客觀的標準，因而各國研究出的防碰撞樣機的應用效果較差；第二階段是從20世紀80年代中期至今，在這個階段，隨著微波技術理論集成系統的高速發展，以及微處理器性價比的突飛猛進，促成了研發出低成本、高性能的卡車防碰撞系統研發成為可能，再加上各國的智能交通系統計劃的全面啟動，對于防碰撞技術性能的要求變得更高，促使了防碰撞技術的蓬勃發展。

2.防碰撞技術是一門以防碰撞系統為載體的綜合性技術，防碰撞系統一般分為四個部分，即天線、傳輸系統、信號處理和終端控制器。（如下圖）其中傳輸系統包括調制信號產生、發射機、接收機、混頻器和振蕩源等模塊；信號采集處理系統包括放大器、解調器、濾波器、數模轉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。當汽車防撞雷達工作時，由信號源產生調制信號，產生的調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射機經天線以電磁波的方式向外發射出去。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射回來，發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。然后將差拍信號經過放大濾波處理，再經 A/D變換，對所得到的數字信號作數字信號處理，即可以從中得到前方車輛的距離、速度信息。然后將這些數據與預置的減速距離數據和剎車距離數據進行比較，一旦達到減速距離數據或剎車距離數據，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。

面對當前防碰撞技術的蓬勃發展，目前應用于防碰撞技術的核心監測方式主要有超聲波、雷達、激光、機器視覺、紅外防撞預警系統、交互式智能化防撞系統等，其中超聲波系統原理簡單、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；雷達汽車防撞預警系統是發射電磁波、遇到障礙物時的發射，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定，而且不會受到障礙物形狀和顏色的影響，對環境的適應性能比較好；激光測距系統應用到防撞系統中，由于激光的震蕩幅度較大，同時霧天當中激光會被吸收影響監測效果，且激光可能會上傷害人的眼睛；機器視覺防撞系統是通過模仿人眼的攝像頭探測周圍圖像，并通過數字信號進行分析處理，此系統的最大優點是體積小、功耗小，但可視范圍缺很大，對硬件的要求質量較高，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，成像速度也受到數字信號的影響會比較慢；紅外防撞預警系統，其原理是熱成像，可以幫助我們看到肉眼看不到的事物，并將輻射圖像轉換成標準的視頻圖像，但系統在處理分析方面對硬件的要求相當高，是其發展的受到了限制；交互式職能化防撞系統是由信息交換網絡、寬帶數字通信子站、車距信息交換單元及無線車載前機單元組成，雖然該系統不受天氣條件的限制，同時監測的精度較高，但是該防碰撞系統的正常運轉需要前期的基礎配套設施建設完善，在露天礦及短期內的應用受到很大的限制；

4.目前礦用電動輪自卸卡車防碰撞技術的應用

從以上幾種防碰撞監測系統的手段的優缺點可以看出，雷達防撞預警系統是在礦用自卸卡車上較為實用的防碰撞預警系統，尤其是毫米波雷達系統的應用，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和光電制導的優點。同厘米波導引頭相比，毫米波導引頭具有體積小、質量輕和空間分辨率高的特點。與紅外、激光、電視等光學導引頭相比，毫米波導引頭穿透霧、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，毫米波導引頭的抗干擾、反隱身能力也優于其他微波導引頭，露天礦的毫米波雷達車輛防追尾系統。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確的主動防撞效果。通過上述毫米雷達監測系統的優點，結合礦用電動輪自卸卡車的發展趨勢，以及露天礦作業環境的惡劣條件及作業性質，綜合考慮任務毫米波雷達防撞預警技術是適合礦用電動輪自卸卡車的一種防碰撞技術，利用該防碰撞技術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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