土方机械 碰撞警告和避免 第1部分：要求 征求意见稿

1GB/T×××××—××××/ISO21815-1:2022土方机械碰撞警告和避免第1部分：通用要求本文件提供了有关碰撞警告和避免原则的术语和一般指南，适用于：——ISO6165中定义的土方机械；——ISO19296中定义的移动式地下采矿机械；——ISO22242中定义的道路施工机械。本文件提供了物体检测、司机警告、防撞的自动干预控制和试验步骤的一般要求。它旨在与其他部件一起使用，包括碰撞警告和防撞系统的要求，以及确定风险区域和风险等级。ISO21815系列的用例部分定义了特定类型机器的具体要求和定义。本文件涵盖了通过减速或运动抑制防撞：不包括通过自动操纵（例如转向）远离预期物体来防撞。本文件中描述的系统仅用于协助司机操作机器。安全操作机器的责任仍由机器司机承担。本文件不适用于发布日期之前安装在机器上的碰撞警告和防撞系统。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T15706—2010机械安全设计通则风险评估与风险减小（ISO12100:2010，IDT）GB/T21152—2018土方机械轮式或高速橡胶履带式机器制动系统的性能要求和试验方法（ISO3450:2011，IDT）ISO13766-1土方机械与建筑施工机械内置电源机器的电磁兼容性（EMC）第1部分：典型注：GB/T8498—2017境条件下的EMC一般要求（ISO13766-1:2018，IDT）ISO13766-2土方机械与建筑施工机械内置电源机器的电磁兼容性（EMC）第2部分：功能安注：GB/T16855—2017机械安全控制系统安全相关部件第1部分：设计通则（ISO6165:2012，IDT）2GB/T×××××—××××/ISO21815-1:2022ISO19014-1土方机械功能安全第1部分：控制系统安全相关部件和性能要求的确定方法ISO19014-3土方机械功能安全第3部分：控制系统安全相关部件中使用的电子和电气部件3术语和定义GB/T15706界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1相互作用interaction机器在移动或即将移动时遇到预期物体（3.5），将自身或操作员置于危险中，或将预期物体暴露于危险中的情况。3.2警告warning通过视觉、听觉或其他信号方式传输警报信息。3.3回避措施evasiveaction操作员为防止或避免可预见的碰撞而采取的措施。3.4干预性防撞措施interventionalcollisionavoidanceaction由防撞系统（CAS3.9）启动的自动措施，以试图防止或避免可预见的碰撞。3.5预期物体intendedobject当处于碰撞风险区域（3.7）时，碰撞警告系统（CWS3.8）或防撞系统（CAS3.9）能检测到的物体（如人、机器、车辆或障碍物）。3.6碰撞风险等级collisionrisklevel为每个预期物体（3.5）指定的值，以确定碰撞是否可预见。3.7碰撞危险区collisionriskarea确定碰撞风险等级（3.9）的分析区域。3.8碰撞警告系统collisionwarningsystemCWS3GB/T×××××—××××/ISO21815-1:2022检测碰撞危险区（3.7）中的预期物体（3.5确定碰撞风险等级（3.6并向司机提供警告（3.2）3.9防撞系统collisionavoidancesystemCAS检测碰撞危险区（3.7）中预期物体（3.5确定碰撞风险等级（3.6）并提供干预性防撞措施（3.4）3.10CxS碰撞警告系统（CWS3.8）或防撞系统（CAS3.9）或提供两者的系统。3.11检测detectionCxS（3.10）对预期物体（3.5）的确认。3.12CxS措施CxSaction碰撞警告系统（CWS3.8）向司机提供警告（3.2或防撞系统（CAS3.9）采取干预性防撞措施（3.4）。3.13假阳性CxS措施falsepositiveCxSaction不必要或不适当的CxS措施（3.12）3.14假阴性CxS措施falsenegativeCxSaction缺乏必要或适当的CxS措施（3.12）.3.15CxS设备CxSdeviceCxD带有传感器的设备提供CxS（3.10）功能，以检测机器附近的预期物体（3.5），确定碰撞风险等级（3.6警告司机存在碰撞警告系统（CWS3.8）的预期物体，和/或通过通信接口向机器控制系统提供信号，以在机器上为防撞系统（CAS3.9）启动适当的干预性防撞措施（3.4）注1：在ISO21815系列的其他部分中，CxS设备被描述为CxD。注2：接近检测系统（PDS）是一个通俗的3.16正常模式normalmodeCxS（3.10）处于激活状态并准备好提供CxS所有功能，包括警告（3.2）信息和干预性防撞措施（3.4）3.17备用模式stand-bymode由授权人员选择的操作模式，即CxS（3.10）可以处于活动状态，但系统不提供警告（3.2）信息或干预性防撞措施（3.4）或两者，并由授权人员返回正常模式（3.16）。3.18超控模式overridemode4GB/T×××××—××××/ISO21815-1:2022司机选择的操作模式，在此模式下，CxS（3.10）可以激活，但警告（3.2）信息或干预性防撞措施（3.4）或两者都会暂时暂停，并在特定条件下自动返回正常模式（3.16）。3.19系统集成商systemintegrator通过集成机器、接口和CxS（3.10）设备提供一个完整的系统的实体。4性能要求4.1一般要求4.1.1通则机械和系统应符合本文件的安全要求和/或保护/风险降低措施。此外，机器和系统的设计应符合ISO12100:2010的原则，适用于本文件未涉及的相关但非重大危险。本文件规定了碰撞警告和防撞系统的操作原理、基本功能、系统要求和一般测试要求。ISO21815系列旨在支持操作员安全操作机器。ISO21815系列不需要CxS设备和机器之间具有即插即用功能。本文件中未描述的技术细节应由CxS设备制造商、机器制造商和系统集成商（如适用）商定。4.1.2电磁兼容性（EMC）提供CWS能力的CxS设备应符合ISO13766-1。提供CAS能力的CxS设备应符合ISO13766-1和ISO13766-2。CxS设备的EMC测试可将CxS设备视为电子子组件或将CxS设备整合到机器中进行。注：添加CxS设备可能会对机产生负面影响，是否符合ISO13766-1或ISO13766-2，可能需要对配备CxS的机器4.1.3环境条件要求根据ISO19014-1或ISO13849系列中的定义，提供CAS能力的CxS设备的安全相关部件（SRP）应符合ISO19014-3的要求。4.1.4功能安全应使用风险评估分析添加CxS设备的后果。添加具有CWS或CAS能力的CxS设备不得对原机器安全控制系统达到的性能水平（例如ISO19014系列、ISO15998、ISO13849系列）产生负面影响。4.1.5风险评估系统集成商应根据ISO12100的原则完成配备CxS设备的机器的风险评估。作为风险评估过程的一部分，应将所有已识别的风险降低至可接受的风险水平。风险评估的结果应正式记录在案。4.1.6机械改造分析CxS装置的添加需要完成分析，因为它可能会对原机器的安全和性能特性产生负面影响（可在标准中找到指南，例如ISO20474系列、ISO19296）。4.2CxS的要求5GB/T×××××—××××/ISO21815-1:20224.2.1概述CxS应检测碰撞风险区域内的预期物体（如人、其他机器、车辆和障碍物），并提供如下定义的CxS行动：——如果有预期物体存在，CWS应发出警告，指示操作员将机器保持在静止状态或立即采取回避行动；——CAS应在无需操作员操作的情况下提供干预性防撞措施。分可以旋转，风险区域还包括机器可以旋转的区域。ISO21815系列的其他部分描述了碰撞风险区域和碰撞风险等级评4.2.2目标检测根据机器类型和拟检测的对象类型，适当的检测技术有所不同。ISO16001:2017，附录A总结了现有的目标检测系统（ODS）。应根据CxS设计概念，并考虑不同类型的优缺点，选择并适当组合这些技术。附录B中描述了系统功能的比较。4.2.3碰撞风险等级和CxS行动系统应根据预期物体的检测信息和机器运行条件，确定碰撞风险等级，并根据情况提供至少一种CxS行动，如下所示：——向操作员（CWS）发出警告信号；——干预性避碰行动（CAS）。系统提供的干预性避碰操作取决于系统中安装的功能。碰撞风险等级判断标准和干预性碰撞避免措施取决于机器类型（如自卸车、推土机、液压挖掘机等）。4.2.4系统限制根据ISO21815系列其他部分中定义的用例，具有限制功能（例如，有限的速度和距离）的碰撞警告和避免系统可能具有不同的使用限制。每次使用用例的限制应在操作手册中定义。参照7.1了解操作手册中每个用例的限制要求。4.3CxS工艺流程概述CWS在碰撞风险区域搜索目标物体，并确认目标物体的存在。当检测到目标物体时，CWS将根据碰撞风险等级向操作员发出警告。CAS在碰撞风险区域搜索目标物体，并确认目标物体的存在。当检测到目标物体时，CAS将提供由碰撞风险等级确定的干预性碰撞避免措施。图1中的CxS流程概要使用制动作为CxS操作的示例。6GB/T×××××—××××/ISO21815-1:2022碰撞警告系统（CWS）防撞系统（CAS）图1CWS和CAS的高级工艺流程图示例4.4错误的CxS行动应尽量减少CxS的假阳性和假阴性行为。4.5CxS的运行状态转换4.5.1概述CxS可能有不同的操作模式：正常模式、备用模式和超控模式。图2描述了CxS的工作状态转换示例。4.5.2正常模式和备用模式之间的切换当CxS配备备用模式（CxS分离）时，应由授权人员进行故意操作。CxS需要身份验证手段（如密码、钥匙）才能启用备用模式。CxS不能自动切换到备用模式。默认情况下，CxS应在机器启动时以正常模式启动。4.5.3在正常模式和超控模式之间切换当机器配备了将CxS切换至超控模式的装置时，操作员应采取谨慎的措施，以启用超控模式：——CxS不能自动切换到超控模式；——默认情况下，CxS应在机器启动时以正常模式启动；——不可能无意中保持超控模式。7GB/T×××××—××××/ISO21815-1:20224.5.4状态信息应向操作员提供CxS运行模式的连续状态指示。指示方法应符合ISO6011的原则。图2CWS和CAS的高级工艺流程图示例4.6自检、状态指示和故障警告通电后，CxS应执行初始系统检查。在进行初始系统检查时，系统应提供显示状态的指示。完成初始系统检查后，系统应给出适当的系统功能指示。在整个操作过程中，系统应按照制造商风险评估确定的频率进行自诊断。当CxS检测到功能丧失时，系统应通知操作员。当检测到CxS能力不可用，因为它超出了规定的使用限制（例如速度）时，应通知操作员。指示运行状态的方法应符合ISO6011的原4.7防止未经授权修改系统功能CxS的设计应防止未经授权修改CxS内部参数或软件。5系统分类5.1一般要求CxS可以提供CWS或CAS，也可以同时提供两者。系统可以提供多种不同的功能。可能还有未列8GB/T×××××—××××/ISO21815-1:2022出的其他功能。附录A描述了机器交互场景的常见示例。5.2系统能力类型有四种类型的系统功能：起飞抑制CxS（TIC）、回转抑制CxS（SIC）、操纵速度CxS[MSC）和行驶速度CxS（TSC）。5.2.1起飞抑制CxS（TIC）TIC是一种CxS，它在启动移动（例如向前、向后）之前确定碰撞风险级别，然后提供CxS操作。CAS系统禁止机器移动。5.2.2摆动抑制CxS（SIC）SIC是一种CxS，它在启动回转运动（如旋转）之前确定碰撞风险水平，然后提供CxS操作。CAS系统禁止机器移动。5.2.3操纵速度CxS（MSC）MSC是一种CxS，用于确定低操纵速度（例如低于10km/h）下的碰撞风险水平，并提供CXS功能。MSC需要在所有可能的行驶方向上工作例如向前、向后）。系统可能仅设计为在操纵速度以下工作。5.2.4行驶速度CxS（TSC）TSC是确定高速行驶时碰撞风险水平并提供CxS行动的CxS。该系统可设计为仅在高于操纵速度（例如，高于10km/h）的速度下运行，且仅在前进方向上运行。5.3系统类型CxS有两种系统类型：CWS和CAS。5.4检测类型CxS可以被动地检测未被检测的预期对象（例如，摄像头、雷达或者CxS可以要求对预期物体进行检测（例如，RFID）。5.5系统描述CxS可以通过组合多个分类来描述。示例2：当检测到预期物体时，操纵上提供避让。9GB/T×××××—××××/ISO21815-1:20226试验步骤6.1一般要求系统集成商应根据机器制造商和CxS设备制造商提供的技术信息进行测试。此处描述的测试程序提供了典型操作情况下CxS的最低要求，但并不代表所有条件下的所有情况。试验程序规定了试验条件，以确保该过程可以重复并产生稳定的结果。检测技术、带系统的土方机械的类型以及测试对象的形状确定了测试方法。IS021815系列的其他部分介绍了详细的测试程序。应记录试验条件。6.2试验条件6.2.1试验环境条件不得有影响试验的降水。不得有足以影响试验的强风。试验期间的环境温度应在试验机器和CxS设备的工作范围内。系统集成商可以根据CxS设备制造商和机器制造商提供的环境条件信息设计测试。6.2.2试验表面条件试验表面应由坚硬、干燥的表面和组成良好的基底组成，地面水分的存在可能不会对试验产生不利影响。与行驶方向成直角时，试验表面的坡度不得超过3%。行驶方向上的坡度不得大于1%，或按照所进行试验的规定。6.3受试机器条件ISO3450:2011范围内的目标机器的测试配置应符合ISO3450:2011,5.4的要求。适用制动或安全标准（例如ISO18758-2、ISO19296、ISO10265）的测试配置应用于ISO3450:2011范围之外的受试机器。6.4测试对象的规格试验对象可以是实际预期对象或替代试验对象，其检测结果与实际预期对象相同。当在试验程序中预见到碰撞风险时，可使用替代试验对象替换试验对象。即使选择了相同的替代测试对象，结果也可能因使用的检测系统而异。因此，应选择适当的方法来重现测试对象的特征。记录测试对象的详细信息。6.5性能测试6.5.1一般要求试验应在6.5中确定的条件下进行。应记录评估结果。根据6.3和6.4中的规定，应在每个试验条件下进行三次试验。6.5.2试件安装应详细定义测试对象的安装方法、方向和移动。10GB/T×××××—××××/ISO21815-1:20226.5.3主题机器应根据CxS的限制确定目标机器的运行条件。受试机器的运行试验条件应在安全范围内尽可能接近真实运行条件。当测试目标机器的行驶条件时，应使用机器制造商规定的行驶位置。6.5.4试验结果判断标准确定是否达到设定的判断标准。系统集成商可根据机器和/或CxS设备制造商提供的信息，在给定的机器条件下设置判断标准。判断标准应能够确保CxS在第6条所述的标准测试条件下，按预期警告操作员，启动干预性防撞措施，和/或在与测试对象碰撞之前停止机器或抑制机器运动。。详细要求将在ISO21815系列的其他部分中描述。6.6假阳性CxS动作试验测试应验证系统在基于定义的系统限制和规范的测试条件下不会提供不必要的警告，也不会在未预见碰撞风险时发出虚假警告和虚假干预性防撞措施。进行试验时，应设置模拟的情况，在这种情况下，系统可能会在没有风险的情况下错误判断碰撞风险。7供使用的CxS信息7.1操作员信息配备CxS的机器应附有系统集成商提供的操作手册。系统集成商应根据机器制造商和CxS设备制造商提供的技术信息编写操作手册。操作员手册应包含技术和安全说明以及使用限制，旨在解释系统的预期用途（见ISO12100:2010，6.4.5）。附录C给出了信息示例。7.2关于剩余风险的信息应根据ISO12100的原则进行将CxS设备集成到机器中的风险评估。关于剩余风险的信息应通过使用信息文件进行沟通。11GB/T×××××—××××/ISO21815-1:2022机器交互场景常见示例A.1一般要求本附录显示了机器运行期间发生的机器交互示例，并按三类描述了可能的交互场景。在开发CxS时，制造商可能会参考这一点来对碰撞情况进行分类，或定义预期对象和机器性能。这些场景不限于下面列出的类别。A.2机器交互场景定义A.2.1起飞目标