无人驾驶矿用电传动自卸车

1883 编辑：中冶有色技术网来源：湘电重型装备有限公司

2022-02-15 15:54:15

权利要求

1.无人驾驶矿用电传动自卸车，包括矿用电传动自卸车本体，其特征在于：还设有用于矿车生产管理、构建并更新矿区地图的车队管理系统；用于车辆与车队管理系统、车辆与车辆、车辆与生产设备、车辆与生产工人信息交互，并具定位功能的通讯系统；用于感知地面环境、更新矿区地图、规划行驶路径、控制车辆动作的无人驾驶系统；能依据控制指令控制车辆加速、转向、减速、举升和发出声光信号的线控系统。

2.根据权利要求1所述的无人驾驶矿用电传动自卸车，其特征在于：所述车队管理系统具有车铲状态分析、作业数据统计、及依据车辆反馈的环境信息构建矿区地图、查询统计与报表制作功能，能够根据矿山用户的生产作业计划，以及当前的车铲配比状态，动态规划每台无人驾驶自卸车的装载地点、卸载地点、行驶路线；所述无人驾驶系统控制线控矿用电传动自卸车按车队管理系统规划的装载点、卸载点以及行驶路线行驶。

3.根据权利要求1或2所述的无人驾驶矿用电传动自卸车，其特征在于：所述通讯系统包括固定基站和移动终端，所述固定基站能够覆盖生产作业区，所述移动终端安装在矿内的每台生产设备上，进入生产区的工人及车辆持有便携移动终端，每台移动终端都具有定位和数据通讯功能，通过移动终端可实现车辆与车队管理系统、车辆与车辆、车辆与生产设备、车辆与生产工人信息交互，保障矿区生产安全。

4.根据权利要求1或2所述的无人驾驶矿用电传动自卸车，其特征在于：所述无人驾驶系统包括激光雷达、视频摄像头、超声波雷达、毫米波雷达以及数据处理单元，通过通讯系统接收车队管理系统发送的自卸车的装载地点、卸载地点、行驶路线等信息，生成车辆前往装载点或卸载点的行驶轨迹，并以CAN总线通讯的方式控制车辆沿轨迹行驶，在行驶过程中可感知地面环境，侦测障碍物并控制车辆绕行，同时将感知的环境信息通过通信系统发送至车队管理系统，由车队管理系统更新矿区地图。

5.根据权利要求1或2所述的无人驾驶矿用电传动自卸车，其特征在于：所述线控矿用电传动自卸车包括线控牵引系统、线控转向系统、线控制动系统、CAN通讯网络，可执行无人驾驶系统发送的加速、减速、转向，车斗举升、灯光打开及关闭、喇叭鸣响动作。

6.根据权利要求1或2所述的无人驾驶矿用电传动自卸车，其特征在于：所述无人驾驶系统与整车的控制单元以CAN通讯方式进行数据交换。

7.根据权利要求1或2所述的一种无人驾驶矿用电传动自卸车，其特征在于：所述通讯系统和无人驾驶系统均安装在所述线控矿用电传动自卸车上，并与线控矿用电传动自卸车的各个执行元件组成CAN总线通讯网络。

8.根据权利要求1或2所述的无人驾驶矿用电传动自卸车，其特征在于：所述无人驾驶系统通过对外数据总线下达车辆控制指令给整车控制单元，整车控制单元将车辆控制指令解析后，控制线控牵引系统、线控转向系统、线控制动系统和IO控制器控制车辆加速/减速、转向和其他功能性动作。

说明书

技术领域

本发明涉及矿用电传动自卸车,具体涉及无人驾驶矿用电传动自卸车。

背景技术

伴随新旧动能转换和供给侧结构改革的不断推进，社会发展已经进入到智能化发展新时代。在2018年中国国际矿业大会上，有专家表示，为了实现我国从矿业大国到矿业强国的转变，塑造新时代中国矿业产业形象，矿山建设也必须走创新之路。当前智能技术已经在各个领域发挥越来越大的作用，矿山运行智能化已经成为一种必然趋势，成为全球矿业领域的技术热点和发展方向。

无人驾驶矿用自卸车是无人驾驶系统通过对具有线控系统的矿用自卸车进行控制，在无驾驶人员参与的情况下，使矿车能够按照特定路线自动地完成装载、行驶、卸载等工作循环，遇到意外情况时能够减速、避让或者停车。

当前矿用自卸车的无人驾驶功能的实现是通过机器人技术实现的：在方向盘上安装步进电机模拟人转动方向盘从而控制车辆前轮的转向，在牵引踏板、制动踏板上安装拉绳电机，模拟人踩动踏板控制车辆的加速或减速。这种控制方式十分原始，仅实现了无人驾驶的初步功能：以机器替代人其控制精度、响应速度无法达到真正无人驾驶系统的要求，是靠降低无人驾驶矿车的性能要求，增加无人驾驶系统的运算量来实现矿车的无人驾驶功能的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种可实现矿区的无人化、信息化和智能化生产的无人驾驶矿用电传动自卸车。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是，一种无人驾驶矿用电传动自卸车，包括矿用电传动自卸车本体，还设有用于矿车生产管理、构建并更新矿区地图的车队管理系统；用于车辆与车队管理系统、车辆与车辆、车辆与生产设备、车辆与生产工人信息交互，并具定位功能的通讯系统；用于感知地面环境、更新矿区地图、规划行驶路径、控制车辆动作的无人驾驶系统；能依据控制指令控制车辆加速、转向、减速、举升和发出声光信号的线控系统。

进一步，所述车队管理系统具有车铲状态分析、作业数据统计、及依据车辆反馈的环境信息构建矿区地图、查询统计与报表制作功能，能够根据矿山用户的生产作业计划，以及当前的车铲配比状态，动态规划每台无人驾驶自卸车的装载地点、卸载地点、行驶路线；所述无人驾驶系统控制线控矿用电传动自卸车按车队管理系统规划的装载点、卸载点以及行驶路线行驶。

进一步，所述通讯系统包括固定基站和移动终端，所述固定基站能够覆盖生产作业区，所述移动终端安装在矿内的每台生产设备上，进入生产区的工人及车辆持有便携移动终端，每台移动终端都具有定位和数据通讯功能，通过移动终端可实现车辆与车队管理系统、车辆与车辆、车辆与生产设备、车辆与生产工人信息交互，保障矿区生产安全。

进一步，所述无人驾驶系统包括激光雷达、视频摄像头、超声波雷达、毫米波雷达以及数据处理单元，通过通讯系统接收车队管理系统发送的自卸车的装载地点、卸载地点、行驶路线等信息，生成车辆前往装载点或卸载点的行驶轨迹，并以CAN总线通讯的方式控制车辆沿轨迹行驶，在行驶过程中可感知地面环境，侦测障碍物并控制车辆绕行，同时将感知的环境信息通过通信系统发送至车队管理系统，由车队管理系统更新矿区地图。

进一步，所述线控矿用电传动自卸车包括线控牵引系统、线控转向系统、线控制动系统、CAN通讯网络，可执行无人驾驶系统发送的加速、减速、转向，车斗举升、灯光打开及关闭、喇叭鸣响动作。

进一步，所述无人驾驶系统与整车的控制单元以CAN通讯方式进行数据交换。

进一步，其特征在于：所述通讯系统和无人驾驶系统均安装在所述线控矿用电传动自卸车上，并与线控矿用电传动自卸车的各个执行元件组成CAN总线通讯网络。

进一步，无人驾驶系统通过对外数据总线下达车辆控制指令给整车控制单元，整车控制单元将车辆控制指令解析后，控制线控牵引系统、线控转向系统、线控制动系统和IO控制器控制车辆加速/减速、转向和其他功能性动作。

利用本发明，可实现露天矿运输系统的无人化生产，有助于提高矿山生产效率、降低矿山生产成本，减少矿山安全事故的发生。

附图说明

图1为本发明实施例的原理框图；

图2为本发明实施例的CAN总线框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

参照附图1-2，本实施例包括用于矿车生产管理、构建并更新矿区地图的车队管理系统；用于车辆与车队管理系统、车辆与车辆、车辆与生产设备、车辆与生产工人信息交互，并具定位功能的通讯系统；用于感知地面环境、更新矿区地图、规划行驶路径、控制车辆动作的无人驾驶系统；用于拉运货物、并能依据控制指令控制车辆加速、转向、减速、举升和声光信号的线控矿用电传动自卸车。

车队管理系统具有车铲状态分析、作业数据统计、及依据车辆反馈的环境信息构建矿区地图、查询统计与报表制作功能，能够根据矿山用户的生产作业计划，以及当前的车铲配比状态，动态规划每台无人驾驶自卸车的装载地点、卸载地点、行驶路线；无人驾驶系统控制线控矿用电传动自卸车按车队管理系统规划的装载点、卸载点以及行驶路线行驶。

通讯系统包括固定基站和移动终端，固定基站能够覆盖生产作业区，移动终端安装在矿内的每台生产设备上，进入生产区的工人及车辆持有便携移动终端，每台移动终端都具有定位和数据通讯功能，通过移动终端可实现车辆与车队管理系统、车辆与车辆、车辆与生产设备、车辆与生产工人信息交互，保障矿区生产安全。

无人驾驶系统包括激光雷达、视频摄像头、超声波雷达、毫米波雷达以及数据处理单元，通过通讯系统接收车队管理系统发送的自卸车的装载地点、卸载地点、行驶路线等信息，生成车辆前往装载点或卸载点的行驶轨迹，并以CAN总线通讯的方式控制车辆沿轨迹行驶，在行驶过程中可感知地面环境，侦测障碍物并控制车辆绕行，同时将感知的环境信息通过通信系统发送至车队管理系统，由车队管理系统更新矿区地图。

线控矿用电传动自卸车包括线控牵引系统、线控转向系统、线控制动系统、CAN通讯网络，可执行无人驾驶系统的发送的加速、减速、转向，车斗举升、灯光打开及关闭、喇叭鸣响动作。

车队管理系统根据矿山用户的生产作业计划，以及当前的车、铲以及车铲配比状态，动态规划每台无人驾驶自卸车的装载地点、卸载地点、行驶路线等信息。

通讯系统通过移动终端将车队管理系统规划的装载点、卸载点以及行驶路线传送至无人驾驶系统，并同时将车辆与车辆、车辆与生产设备、车辆与生产工人的信息进行交互，保障矿区生产安全。

无人驾驶系统将激光雷达、视频摄像头、超声波雷达、毫米波雷达获取的地面信息经过数据处理单元处理后形成车辆周边环境信息，并结合管理系统发送的自卸车的装载地点、卸载地点、行驶路线等生产指令信息，生成车辆前往装载点或卸载点的行驶轨迹，并以CAN总线通讯的方式控制车辆沿轨迹行驶。在行驶过程中无人驾驶系统不断感知地面环境，侦测障碍物并控制车辆绕行，同时将感知的环境信息通过通信系统发送至车队管理系统，由车队管理系统更新矿区地图。

无人驾驶系统与整车控制单元以CAN通讯方式进行数据交换，数据交换包含以下内容：

通讯系统和无人驾驶系统均安装在线控矿用电传动自卸车上，并与线控矿用电传动自卸车的各个执行元件组成CAN总线通讯网络。其总线框图见附图1。

CAN总线包括动力控制总线、底盘控制总线、车身控制总线、对外数据总线，其中：

动力控制总线：用于柴油机功率控制及柴油机运行数据采集；

底盘控制总线：控制车辆的加速、减速、和车辆的转向，并采集电传系统运行数据；

车身控制总线：通过各种总线设备、IO控制器和安装的传感器，采集车辆的液压系统数据、车辆的状态信息、载重数据、轮胎状态信息；并通过IO控制器控制车辆灯光的开/关，车斗的升/降等功能；

对外数据总线：用于车载移动终端、无人驾驶系统、整车控制单元进行数据交互。车辆状态信息、无人驾驶控制指令都将通过车载移动终端发送至车队管理系统。

无人驾驶系统通过对外数据总线下达车辆控制指令给整车控制单元，整车控制单元将车辆控制指令解析后，控制线控牵引系统、线控转向系统、线控制动系统和IO控制器控制车辆加速/减速、转向和其他功能性动作。

工作过程：

如图1所示，车队管理系统依据矿山生产计划、调度指令和接收到的车辆状态信息，并结合矿区地图中的装载点、卸载点等位置信息生成无人驾驶车辆的行驶路径，并通过通信系统发送给和大型移动终端，由大型移动终端通过外数据总线，以CAN通信的方式发送至车载无人驾驶系统。

车载无人驾驶系统接收到车队管理系统的指令后，通过激光雷达、视频摄像头、超声波雷达、毫米波雷达等感知设备探测车辆当前的环境信息，通过定位系统确定的车辆位置信息，通过CAN通信接收的车辆状态信息，经过预测、决策等算法判断车辆是按预定路径行驶，还是进行障碍物绕行，生成相应的车辆控制指令。车辆控制指令通过外数据总线，以CAN通信的方式发送至整车控制单元和大型移动终端。

整车控制单元接收到车辆控制指令后，将车辆控制指令解析后，通过动力控制总线进行柴油机功率控制；通过底盘控制总线控制车辆的加速、减速、和车辆的转向；通过车身控制总线控制车体IO控制器和各个总线设备，实现车辆灯光的开/关，车斗的升/降等控制。

同时（如图2所示），整车控制单元通过动力控制总线采集柴油机运行数据；通过底盘控制总线采集电传系统运行数据、车辆转向数据、车辆机械制动系统数据；通过车身控制总线采集车辆的液压系统数据、车辆的状态数据、载重数据、轮胎状态数据、车辆灯光开启状态、车斗升/降状态等。

整车控制单元将采集到的数据经过综合判断，进行车辆故障辨识，车辆状态辨识。并将车辆故障代码、车辆状态数据以及其他必要的数据通过通过外数据总线，以CAN通信方式发送至无人驾驶系统和大型移动终端。

仪表台IO控制器在车辆处理无人驾驶状态下仅用于仪表台上的车辆状态指示功能。在非无人驾驶状态下，接收操作人员操作仪表台控制按键的指令，通过CAN通信将控制指令发送至整车控制单元，由整车控制单元进行控制指令解析后进行车辆控制。

大型移动终端与固定基站、便携移动终端进行数据交换，将车辆位置数据、车辆状态数据等对外数据总线中的CAN数据进行转发。车队管理系统以及接收的数据修正车辆的行驶路径或调度信息，并对数据进行存储备查。便携移动终端接收数据后，根据使用人员的需求情况，实现碰撞预警、车辆维护、车辆紧急停车等功能。

本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也仍在本发明专利的保护范围之内。

说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。