基于预期功能安全的矿用运输车辆自动紧急制动系统研究

摘要

随着智慧矿山建设的推进，为保障运输作业安全，矿用运输车辆上开始部署自动紧急制动系统.然而由于露天矿区常伴随雨、雪等极端天气、粉尘环境以及湿滑坡道路面，导致自动紧急制动系统的制动时间过晚最终发生碰撞或是在安全情况下就实施制动的现象时有发生.本文针对矿用运输车辆在露天矿山作业过程中自动紧急制动系统预期功能安全问题开展研究，以解决由于风险场景触发而导致系统功能不足，进而引发系统失效的安全问题.首先，本文运用系统理论过程分析方法厘清自动紧急制动系统出现不安全控制行为的致因场景，提出感知和决策系统的改进策略.其次，采用基于暗通道的图像增强方法和扩展卡尔曼滤波融合算法来解决在恶劣天气下感知不准确的问题；提出考虑坡度、附着系数、滑移率、车辆载重等因素的碰撞时间模型，以提升决策系统对矿山作业环境的适应性.最后，基于MATLAB/Simulink、TruckSim、PreScan建立联合仿真平台，并筛选出危险度最高的测试用例开展测试.结果表明，在非路口场景测试中，仅改进感知的系统发生了碰撞，在路口场景测试中，其安全裕度也较低.而仅改进决策的系统由于天气、光照等环境因素的影响，导致感知到的数据不够准确从而决策过于保守而提前制动.感知和决策综合改进的系统可以有效的避免碰撞，且不会过早的触发制动.本文对于自动紧急制动系统中感知和决策的综合改进能够有效避免过早和过晚制动的问题，提高了系统的安全性和适应性.

关键词

矿用运输车辆 / 预期功能安全 / 自动紧急制动系统 / 多源信息融合 / 碰撞时间模型

基金资助

国家重点研发计划资助项目(2023YFC2907405); 山西省科技重大专项“揭榜挂帅”资助项目(202301150401011)