用于露天矿区智能矿卡自动驾驶系统的制作方法

1.本发明属于矿山机械车辆领域，尤其涉及一种用于露天矿区智能矿卡自动驾驶系统。

背景技术：

2.矿山环境恶劣，地点偏远封闭，无人化需求迫切，开展矿山自动驾驶应用对于带动采矿业提升智慧矿山整体应用水平，实现安全、绿色、高效生产具有现实意义。而且矿卡行驶路线相对单一、车速相对较低、场景较为封闭，是自动驾驶应用将较快落地的重要场景之一。露天智能矿卡自动驾驶系统一方面用于解决矿卡司机需要长时间面对噪声、浮尘、震动等的问题；另一方面减少以至杜绝相关环节因人为因素导致的安全生产事故，并降低司机用工及车辆维护成本，提升矿山整体的作业效率。

3.现有技术中的cn201310189149.4公开了一种露天采矿gps卡车智能调度系统，其主要公开了智能终端安装在卡车和电铲上，由嵌入式工控机、gps模块、无线通讯模块、标准rs232串口、rs485接口、电源模块、智能终端主机、智能终端显示器组成。各部分之间采用相应的高强度电缆连接，外壳采用全封闭金属结构进行封装。主要有接收全球定位测量宇宙站信号，计算自己的位置、速度；向调度中心发送自己的位置、状态、速度、时间等信息；接收调度中心的调度指令及其它信息等功能。智能终端采用winsystems公司epx系列无风扇结构的嵌入式工控机，ppm-wireless无线通讯模块嵌入pc04结构的扩展板上，与嵌入式工控机采用pc104接口连接，封装在智能终端主机内。电源模块为智能终端主机硬件提供稳定电源，输入电压：dc9—36v，输出电压：dc12v。智能终端显示器由液晶屏、触摸屏组成。液晶屏用来显示指令和与生产相关的信息界面。系统总控服务器使用的是ibm系列专业服务器，该服务器采用了强大、久经考验的技术和灵活、符合能源之星标准的设计。电子地图系统提供了设备在采场中的动态位置和实时状态信息，该系统的道路能够自动生成，维护简单便捷。卡车回放功能够动态显示过去一段时间内卡车是如何工作的，为分析生产组织、设备运行状态等提供了重要的依据。中心控制与核心模型系统是整个系统的控制核心，将采场所有的信息和资源进行整合，立足于对大规模生产的全局进行统筹规划，对生产的实时信息进行实时调度。

4.可以看出上述公开的文献，无法车车、车路、车云的通信，容易导致车端下发任务调度指令，无法准确的输出到车辆上，造成安全事故。上述文件无法多角度获悉车辆周围环境数据，影响远程驾驶的精准性，降低了车辆安全作业能力。增加了剥离、装卸、运输等露天矿山上关键生产环节的人工需求，无法实现生产环节之间的高效协同。

技术实现要素：

5.本发明提供一种用于露天矿区智能矿卡自动驾驶系统，系统解决矿卡司机需要长时间面对噪声、浮尘、震动等的问题。

6.用于露天矿区智能矿卡自动驾驶系统包括：线控底盘模块、自动驾驶模块、网联模

块以及远程遥控模块；

7.所述线控底盘模块用于实现线控驱动、线控传动、线控转向、线控制动、线控驻车、线控车身、线控货箱举升；

8.所述自动驾驶模块包括激光雷达、毫米波雷达、高清摄像头、计算单元、组合导航及车路协同设备，用于实现矿区环境感知、高精地图定位、自动路径规划及决策等功能；

9.所述网联模块用于构建车与车、车与路、车与云平台的信息传输；

10.所述远程遥控模块由车端、舱端、云平台和网络四部分组成，车端传感器的感知数据以及车辆自身状态、位姿信息通过网络传输给舱端服务器进行显示和位姿随动。

11.进一步需要说明的是，所述舱端服务器供驾驶员远程操控，并基于显示的信息进行驾驶决策，通过操纵方向盘、油门踏板、刹车踏板、档位模拟器触发驾驶信号，驾驶信号由云平台处理后通过网络传给车端。

12.进一步需要说明的是，所述线控底盘模块中的线控驱动用于启动/停机控制和油门控制；

13.线控传动用于控制档位控制、缓速器；

14.线控转向用于控制方向盘转角；

15.线控制动用于控制制动；

16.线控驻车用于控制电子驻车；

17.线控车身用于控制灯光控制、喇叭；

18.线控货箱举升用于控制货箱举升、回落、中停。

19.进一步需要说明的是，所述自动驾驶模块中的激光雷达用于感知车辆周围的障碍物；

20.毫米波雷达用于探测远距离障碍物，将信息传输给计算单元；

21.计算单元将各个传感器传输来的信息数据进行处理并发出各种指令，确保车辆完成自动驾驶操作；

22.组合导航及车路协同设备用于对车辆进行定位；通过摄像头感知车辆周围环境的实时状态信息，给舱端服务器提供显示信息。

23.进一步需要说明的是，所述网联模块包括：车车通信模块、车路通信模块、车云通信模块；

24.车车通信模块将他车数据通过pc5通信发给本车；

25.车路通信模块基于路侧端感知数据通过pc5通信发给车端，辅助自动驾驶；

26.车云通信模块提供车端和云端透传链路，上传车辆周围环境感知信息，下发控制指令用于远程驾驶。

27.进一步需要说明的是，所述远程遥控模块包括：云平台模块、舱端模块、车端模块、通信模块；

28.云平台模块用于承担任务调度和信息转发功能，任务调度功能通过一个远程驾驶模拟舱对多辆车进行远程驾驶接管，另外，作为应用的总入口，承接各类信息回传和指令下发；

29.舱端模块包括远程驾驶模拟舱、显示系统、舱端服务器和备份应急系统；

30.远程驾驶舱将方向盘、油门踏板、刹车踏板、档杆、信号采集系统、运动平台等简单

组成在一起。

31.进一步需要说明的是，信号采集系统采集处理后，将物理信号转换为车端可匹配的执行信号，并打包发送给舱端服务器；显示系统主要用来显示车端的360

°

感知数据及车辆状态和姿态信息，远程驾驶员可基于显示信息进行后续的远程驾驶操纵；舱端服务器是舱端的大脑，针对车端摄像头的感知数据，需要舱端服务器解码渲染后传输到显示系统中，同时为了使显示方案更友好、远程驾驶员观察视频更加舒适，还需要对图像进行去畸变、拼接等处理，远程驾驶员的操纵指令也需要舱端服务器进行处理下发；

32.备份急停系统设置有独立的通信链路，在主网络出现问题后，在急停情况下将车辆远程停下，提高远程驾驶系统的安全性和可靠性。

33.进一步需要说明的是，所述车端模块包括感知设备、控制设备、通信设备和执行设备；

34.感知设备以摄像头为主，辅以原车上的毫米波雷达、激光雷达、组合导航等设备，用来提供车辆周围环境的实时状态信息，给舱端远程驾驶员提供一个良好的驾驶视野；

35.控制设备包括：将云平台发送过来的车辆操纵指令，转化为整车可使用的线控指令；还包括用来将感知设备采集的感知数据，以及车辆自身状态、位姿信息进行处理打包，发送给云平台。

36.进一步需要说明的是，控制设备还承担自动驾驶、远程驾驶、有人驾驶模式的切换策略；通信设备由v2x设备承担，负责提供车端控制设备与远程驾驶舱的通信；执行设备是远程操作指令的最终执行者，包括线控转向、线控制动、线控档位、车身喇叭灯光。

37.进一步需要说明的是，网联模块采用5g和lte-v2x技术的车联网。

38.从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

39.本发明听的用于露天矿区智能矿卡自动驾驶系统通过网联通信技术，构建车车、车路、车云通信链路，采用车车通信技术可实现车车间透传数据，本发明即可以可辅助更好地跟车、降低油耗，还可辅助矿卡与其他车辆间更好地协同作业，提高作业效率。

40.本发明的系统还使用车路通信技术可在u型口部署路侧设备，通过路侧传感器提供多视角采集，降低车辆碰撞风险；使用车云通信技术可为车端与云端间提供数据透传链路，车端下发任务调度指令，实现集群作业，提高作业效率。本发明还可为云端上传车辆周围环境数据，实现远程驾驶功能，提高车辆安全作业能力。这样，本发明能够可以减少剥离、装卸、运输等露天矿山上关键生产环节的人工需求，并实现生产环节之间的高效协同。

附图说明

41.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

42.图1为用于露天矿区智能矿卡自动驾驶系统示意图；

43.图2为线控底盘模块示意图；

44.图3为自动驾驶模块示意图；

45.图4为网联模块示意图。

具体实施方式

46.如图1是用于露天矿区智能矿卡自动驾驶系统中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的模块而非按照实际实施时的模块数目及功能，其实际实施时各模块的功能、数量及作用可为一种随意的改变，且其模块的功能和用途也可能更为复杂。

47.用于露天矿区智能矿卡自动驾驶系统可以基于人工智能技术对关联的数据进行获取和处理。其中，数字孪生驱动的数控机床智能诊断方法利用数字计算机或者数字计算机控制的机器模拟、延伸和扩展人的智能，感知环境、获取知识并使用知识获得最佳结果的理论、方法、技术及应用装置。

48.用于露天矿区智能矿卡自动驾驶系统中既有硬件层面的技术也有软件层面的技术。数控机床智能诊断方法基础技术一般包括如传感器、专用人工智能芯片、云计算、分布式存储、大数据处理技术、操作/交互系统、机电一体化等技术。数控机床智能诊断方法软件技术主要包括计算机视角技术、语音处理技术以及机器学习/深度学习等。本发明中的机器学习和深度学习通常包括人工神经网络、置信网络、强化学习、迁移学习、归纳学习、式教学习等技术。

49.本发明涉及的用于露天矿区智能矿卡自动驾驶系统利用线控底盘技术、自动驾驶技术、无线网联技术以及远程遥控技术，通过建立感应及控制模型，利用传感器监控、数据传输等技术，实现车与车、车与路、车与云平台的实时交互映射，进而可以减少剥离、装卸、运输等露天矿山上关键生产环节的人工需求，并实现生产环节之间的高效协同。

50.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

51.请参阅图1至4所示是一具体实施例中用于露天矿区智能矿卡自动驾驶系统的示意图，系统包括：线控底盘模块、自动驾驶模块、网联模块以及远程遥控模块；

52.线控底盘模块可实现线控驱动、线控传动、线控转向、线控制动、线控驻车、线控车身、线控货箱举升等线控功能；

53.其中，线控底盘模块包括：线控驱动、线控传动、线控转向、线控制动、线控驻车、线控车身、线控货箱举升，其中：线控驱动用于启动/停机控制、油门控制等；线控传动主要用于档位控制、缓速器控制；线控转向主要用于方向盘转角控制；线控制动主要用于制动控制；线控驻车主要用于电子驻车控制；线控车身主要用于灯光控制、喇叭控制等；线控举升主要用于货箱举升、回落、中停控制等。

54.自动驾驶模块包括激光雷达、毫米波雷达、高清摄像头、计算单元、组合导航及车路协同设备，可实现矿区环境感知、高精地图定位、自动路径规划及决策等功能；

55.本发明的实施例中，自动驾驶模块包括激光雷达、毫米波雷达、高清摄像头、计算单元、组合导航及车路协同设备，其中：激光雷达用于感知车辆周围的障碍物，毫米波雷达用于探测远距离障碍物，他们好比汽车的眼睛用于观察周围的环境，同时将信息传输给计算单元；计算单元就是汽车的大脑，将各个传感器传输来的信息数据进行处理并发出各种指令(制动、转向等)，确保车辆完成自动驾驶操作；组合导航设备用于车辆的定位；摄像头

用于感知车辆周围环境的实时状态信息，给舱端远程驾驶员提供一个良好的驾驶视野。

56.网联模块基于5g和lte-v2x系统实现车与车、车与路、车与云平台的信息传输。

57.本发明的网联模块包括：车车通信模块、车路通信模块、车云通信模块，其中：车车通信模块可将他车数据通过pc5通信发给本车；车路通信模块可以路侧端感知数据通过pc5通信发给车端，辅助自动驾驶；车云通信模块提供车端和云端透传链路，上传车辆周围环境感知信息，下发控制指令用于远程驾驶。

58.所述远程遥控模块主要由车端、舱端、云平台和网络四部分组成，车端传感器的感知数据以及车辆自身状态、位姿信息等通过网络传输给舱端服务器进行显示和位姿随动。

59.远程驾驶模块包括：云平台模块、舱端模块、车端模块、通信模块。

60.其中：(1)云平台模块承担任务调度和信息转发功能，任务调度功能通过一个远程驾驶模拟舱对多辆车进行远程驾驶接管，另外，作为应用的总入口，承接各类信息回传和指令下发；

61.(2)舱端模块包括远程驾驶模拟舱、显示系统、舱端服务器和备份应急系统。远程驾驶舱将方向盘、油门踏板、刹车踏板、档杆、信号采集系统、运动平台等简单组成在一起。远程驾驶员在驾驶模拟舱可以像真实开车一样，操纵各种模拟器，信号采集系统采集处理后，将物理信号转换为车端可匹配的执行信号，并打包发送给舱端服务器；显示系统主要用来显示车端的360

°

感知数据及车辆状态和姿态信息，远程驾驶员可基于显示信息进行后续的远程驾驶操纵；舱端服务器是舱端的大脑，针对车端摄像头的感知数据，需要舱端服务器解码渲染后传输到显示系统中，同时为了使显示方案更友好、远程驾驶员观察视频更加舒适，还需要对图像进行去畸变、拼接等处理，远程驾驶员的操纵指令也需要舱端服务器进行处理下发；备份急停系统使用独立的通信链路，在主网络出现问题后，可在急停情况下将车辆远程停下，提高远程驾驶系统的安全性和可靠性；

62.(3)车端模块主要包括感知设备、控制设备、通信设备和执行设备等。当前远程驾驶系统中感知设备以摄像头为主，辅以原车上的毫米波雷达、激光雷达、组合导航等设备，主要用来提供车辆周围环境的实时状态信息，给舱端远程驾驶员提供一个良好的驾驶视野；控制设备一般指车上的远控主机，主要承担两部分工作，一部分是将云平台发送过来的车辆操纵指令，转化为整车可使用的线控指令(方向盘转角、油门踏板开度等)；另一部分是用来将感知设备采集的感知数据，以及车辆自身状态、位姿信息进行处理打包，发送给云平台。控制设备还承担自动驾驶、远程驾驶、有人驾驶模式的切换策略；通信设备由v2x设备承担，负责提供车端控制设备与远程驾驶舱的通信；执行设备是远程操作指令的最终执行者，包括线控转向、线控制动、线控档位、车身喇叭灯光等；

63.(4)通信模块基于v2x和5g系统构建车与车、车与云平台、车与路之间的信息传输。

64.本发明能够对车辆运行信息进行汇总传输给舱端服务器，方便远程操控人员进行操控使用，有效的提升车辆远程操控的精准性。还能够对车辆运行信息高效率地收集、存储，并进行处理，基于车辆运行状态可以实现远程操控，使用多维空间描述整个远程操控过程，实现远程驾驶功能，提高车辆安全作业能力，控制远程操控过程风险，从而实现远程操控全过程监督、管理和控制的及时性和科学性。

65.本发明提供的用于露天矿区智能矿卡自动驾驶系统中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地

说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

66.用于露天矿区智能矿卡自动驾驶系统的框图，图示了按照本公开各种实施例的设备、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。

67.在用于露天矿区智能矿卡自动驾驶系统中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。

68.在用于露天矿区智能矿卡自动驾驶系统中，可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本公开的操作的计算机程序代码，上述程序设计语言包括但不限于面向对象的程序设计语言—诸如java、smalltalk、c++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或电力服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(lan)或广域网(wan)——连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(示例性的讲利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

69.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。技术特征：

1.一种用于露天矿区智能矿卡自动驾驶系统，其特征在于，包括：线控底盘模块、自动驾驶模块、网联模块以及远程遥控模块；所述线控底盘模块用于实现线控驱动、线控传动、线控转向、线控制动、线控驻车、线控车身以及线控货箱举升；所述自动驾驶模块包括激光雷达、毫米波雷达、高清摄像头、计算单元、组合导航及车路协同设备，用于实现矿区环境感知、高精地图定位、自动路径规划及决策等功能；所述网联模块用于构建车与车、车与路、车与云平台的信息传输；所述远程遥控模块由车端、舱端、云平台和网络四部分组成，车端传感器的感知数据以及车辆自身状态、位姿信息通过网络传输给舱端服务器进行显示和位姿随动。2.根据权利要求1所述的用于露天矿区智能矿卡自动驾驶系统，其特征在于，所述舱端服务器供驾驶员远程操控，并基于显示的信息进行驾驶决策，通过操纵方向盘、油门踏板、刹车踏板、档位模拟器触发驾驶信号，驾驶信号由云平台处理后通过网络传给车端。3.根据权利要求1所述的用于露天矿区智能矿卡自动驾驶系统，其特征在于，所述线控底盘模块中的线控驱动用于启动/停机控制和油门控制；线控传动用于控制档位控制、缓速器；线控转向用于控制方向盘转角；线控制动用于控制制动；线控驻车用于控制电子驻车；线控车身用于控制灯光控制、喇叭；线控货箱举升用于控制货箱举升、回落、中停。4.根据权利要求1所述的用于露天矿区智能矿卡自动驾驶系统，其特征在于，所述自动驾驶模块中的激光雷达用于感知车辆周围的障碍物；毫米波雷达用于探测远距离障碍物，将信息传输给计算单元；计算单元将各个传感器传输来的信息数据进行处理并发出各种指令，确保车辆完成自动驾驶操作；组合导航及车路协同设备用于对车辆进行定位；通过摄像头感知车辆周围环境的实时状态信息，给舱端服务器提供显示信息。5.根据权利要求1所述的用于露天矿区智能矿卡自动驾驶系统，其特征在于，所述网联模块包括：车车通信模块、车路通信模块、车云通信模块；车车通信模块将他车数据通过pc5通信发给本车；车路通信模块基于路侧端感知数据通过pc5通信发给车端，辅助自动驾驶；车云通信模块提供车端和云端透传链路，上传车辆周围环境感知信息，下发控制指令用于远程驾驶。6.根据权利要求1所述的用于露天矿区智能矿卡自动驾驶系统，其特征在于，所述远程遥控模块包括：云平台模块、舱端模块、车端模块、通信模块；云平台模块用于承担任务调度和信息转发功能，任务调度功能通过一个远程驾驶模拟舱对多辆车进行远程驾驶接管，另外，作为应用的总入口，承接各类信息回传和指令下发；舱端模块包括远程驾驶模拟舱、显示系统、舱端服务器和备份应急系统；

远程驾驶舱将方向盘、油门踏板、刹车踏板、档杆、信号采集系统、运动平台等简单组成在一起。7.根据权利要求6所述的用于露天矿区智能矿卡自动驾驶系统，其特征在于，信号采集系统采集处理后，将物理信号转换为车端可匹配的执行信号，并打包发送给舱端服务器；显示系统主要用来显示车端的360

°

感知数据及车辆状态和姿态信息，远程驾驶员可基于显示信息进行后续的远程驾驶操纵；舱端服务器是舱端的大脑，针对车端摄像头的感知数据，需要舱端服务器解码渲染后传输到显示系统中，同时为了使显示方案更友好、远程驾驶员观察视频更加舒适，还需要对图像进行去畸变、拼接等处理，远程驾驶员的操纵指令也需要舱端服务器进行处理下发；备份急停系统设置有独立的通信链路，在主网络出现问题后，在急停情况下将车辆远程停下，提高远程驾驶系统的安全性和可靠性。8.根据权利要求6所述的用于露天矿区智能矿卡自动驾驶系统，其特征在于，所述车端模块包括感知设备、控制设备、通信设备和执行设备；感知设备以摄像头为主，辅以原车上的毫米波雷达、激光雷达、组合导航等设备，用来提供车辆周围环境的实时状态信息，给舱端远程驾驶员提供一个良好的驾驶视野；控制设备包括：将云平台发送过来的车辆操纵指令，转化为整车可使用的线控指令；还包括用来将感知设备采集的感知数据，以及车辆自身状态、位姿信息进行处理打包，发送给云平台。9.根据权利要求8所述的用于露天矿区智能矿卡自动驾驶系统，其特征在于，控制设备还承担自动驾驶、远程驾驶、有人驾驶模式的切换策略；通信设备由v2x设备承担，负责提供车端控制设备与远程驾驶舱的通信；执行设备是远程操作指令的最终执行者，包括线控转向、线控制动、线控档位、车身喇叭灯光。10.根据权利要求1所述的用于露天矿区智能矿卡自动驾驶系统，其特征在于，网联模块采用5g和lte-v2x技术的车联网。

技术总结

本发明提供一种用于露天矿区智能矿卡自动驾驶系统，线控底盘模块可实现线控驱动、线控传动、线控转向、线控制动、线控驻车、线控车身、线控货箱举升等线控功能；自动驾驶模块可完成矿区环境感知、高精地图定位、自动路径规划及决策等功能；网联模块实现车与车、车与路、车与云平台的信息传输；车端传感器的感知数据以及车辆自身状态、位姿信息等通过网络传输给舱端服务器进行显示和位姿随动。舱端服务器基于显示的信息进行驾驶决策，并通过操纵方向盘、油门踏板、触发驾驶信号，驾驶信号由云平台处理后通过网络传给车端。本发明可以减少剥离、装卸、运输等露天矿山上关键生产环节的人工需求，并实现生产环节之间的高效协同。并实现生产环节之间的高效协同。并实现生产环节之间的高效协同。

技术研发人员：杨孟 田磊 粱辉 赵玉超 贾敏 赵宏琛 孙长春 栾会磊 李志杰

受保护的技术使用者：中国重汽集团济南动力有限公司

技术研发日：2022.12.28

技术公布日：2023/3/27