CN113978334A - 一种轮-轴协同混动式无人驾驶矿用自卸车及其控制方法 - Google Patents

一种轮-轴协同混动式无人驾驶矿用自卸车及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种轮‑轴协同混动式无人驾驶矿用自卸车及其控制方法，包括混合动力驱动系统、无人驾驶感知系统、货箱、车载电子集成箱及车架；混合动力驱动系统采用“一轴‑四轮”协同式混动结构，中轴由柴油机驱动，前后四轮由电机驱动；无人驾驶感知系统利用多种异构传感器，实时感知周围环境信息，实现定位与建图；轮边永磁半直驱电机及无座舱设计使整车结构更紧凑；前后轮四轮转向，双向行驶更稳定；六轮驱动动力性、承载力更强；矿用自卸车根据运输动力需求、驾驶环境，可自主决策并控制各执行部件，实现自主无人驾驶及多种混合动力驱动模式切换，可为露天矿发展无人化、连续化、绿色化运输提供技术支撑。

Description

一种轮-轴协同混动式无人驾驶矿用自卸车及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种无人驾驶矿用自卸车，具体涉及一种轮-轴协同混动式无人驾驶矿用自卸车及其控制方法。
背景技术
随着国家“碳中和”、“绿色矿山”战略的推动及“煤矿智能化”建设的发展，露天矿山企业对开采运输环节中的节能减排及无人驾驶技术的需求愈加迫切，研发高效节能、低碳环保、自主可控的新一代大型矿用自卸车已成为行业重大需求。
矿用自卸车因其“多拉快跑”的特点而成为露天矿辅助运输的重要设备，承担了世界上约40%的煤矿和80%的铁矿的运输任务；矿用自卸车相较于露天矿其他的常用运输方式，如：铁路运输、带式输送机运输等，具有机动灵活、动力性能好、运输组织简单等明显优势，它具有装载量大、运输距离较短、运输路线固定、运行工况复杂、运输成本低、生产效率高的特点。目前，大吨位矿用重型自卸车多为四轮驱动，主要采用机械传动、液力机械传动、电力传动三种传动系统结构；其中，采用“柴油机发电-电动轮驱动”的电传动架构虽适应大吨位矿用自卸车发展趋势，但燃油消耗大、能量利用率低、碳排放高，而混合动力则为此提供了新的解决思路。此外，传统矿用自卸车需要驾驶员在座舱内进行驾驶操作，由于长期驾驶容易疲劳、管理不规范或驾驶员操作不当等因素，易发生安全事故；同时，随着人工成本的增高、人工作业时间有限，使得矿山开采效率也受限；因此，矿用自卸车无人驾驶技术已成为研究的热点。综上可知，作为高能耗、高排放运输设备的大型矿用自卸车，有必要对其进行减排增效和无人驾驶技术的前瞻研究与应用，混合动力型无人驾驶矿用自卸车的探索性开发及研究对于提升燃油经济性、降低碳排放、构建清洁低碳的开采运输体系、实现关键技术的自主可控均具有重要意义。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种轮-轴协同混动式无人驾驶矿用自卸车及其控制方法，无需驾驶员在座舱内驾驶，节能环保，提升矿车载重，驱动更强。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种轮-轴协同混动式无人驾驶矿用自卸车，包括混合动力驱动系统、无人驾驶感知系统、车载电子集成箱和车架，车载电子集成箱设置在车架内的顶部，车架的前部、中、后部分别设有前轮、中轮、后轮，货箱设置在车架上方，混合动力驱动系统设置在车架内；
混合动力驱动系统包括DC/AC逆变器、轮边驱动电机、柴油发动机、减速器、交流发电机、驱动桥、差速器、AC/DC整流器、制动控制器、制动电阻柜、电机控制器、整车控制器、发动机控制器、DC/DC转换器、电池、制动器；
柴油发动机与皮带传输装置输入端连接，皮带传输装置的两个输出端分别通过一个离合器与交流发电机、减速器连接，减速器与连接两个中轮的驱动桥上的差速器连接；
前轮、后轮分别与一个轮边驱动电机连接，轮边驱动电机分别通过一个DC/AC逆变器与AC/DC整流器电连接，AC/DC整流器与DC/DC转换器、整车控制器、发动机控制器、电机控制器、制动控制器和交流发电机电连接；电池与DC/DC转换器电连接，整车控制器分别与发动机控制器、电机控制器、制动控制器电连接；发动机控制器与柴油发动机电连接；电机控制器与轮边驱动电机电连接；制动控制器与制动电阻柜电连接；
无人驾驶感知系统包括第一单向激光雷达、第一微波雷达、第二微波雷达、前单线激光雷达组、前盲区超声波传感器组、后盲区超声波传感器组、后单线激光雷达组、第三微波雷达、第四微波雷达、第二单向激光雷达、信息收发单元；
第一单向激光雷达、第一微波雷达设置在车架前侧顶部中间位置，第四微波雷达、第二单向激光雷达设置在车架后侧顶部中间位置；
前单线激光雷达组与后单线激光雷达组分别前后对称且等距均匀布置于车架的正前正后方距离地面120-180cm的位置；第二微波雷达与第三微波雷达分别对称设置于车架的正前正后方的中部距离地面150cm的位置；前盲区超声波传感器组与后盲区超声波传感器组分别对称布置于车架前后方的底部，信息收发单元设置在车架前方；
车载电子集成箱包括上位机、下位机、启停控制器和检测预警控制器，无人驾驶感知系统与上位机电连接，上位机、下位机均与整车控制器电连接，启停控制器、检测预警控制器、发动机控制器、电机控制器和制动控制器均与下位机电连接。
进一步的，所述前单线激光雷达组中至少包括三个单线激光雷达，两个外侧的单线激光雷达分别靠近车架左右两侧，且向车身左右外侧展开成30°夹角。
进一步的，所述后单线激光雷达组中至少包括三个单线激光雷达，两个外侧的单线激光雷达分别靠近车架左右两侧，且向车身左右外侧展开成30°夹角。
进一步的，所述轮边驱动电机采用永磁半直驱电机。
进一步的，所述前轮、中轮、后轮内分别设置有制动器，轮边驱动电机安装在车架底部位于前轮、后轮的外部。
进一步的，还包括超级电容，超级电容与DC/DC转换器电连接。
一种轮-轴协同混动式无人驾驶矿用自卸车控制方法，包括以下步骤：
启动感知控制：信息收发单元接受指令后传输至上位机然后再传输至整车控制器，整车控制器依据指令信息传输给启停控制器，启停控制器解析指令实现启停控制；
驱动感知决策：无人驾驶感知系统将检测到的信号输入上位机，上位机对输入的信号进行预处理，并负责给下位机发送指令；车载电子集成箱中的下位机与上位机进行通讯传输，接收上位机发出的指令，下位机将接收到的设备的信息反馈给上位机；
行驶时：第一单向激光雷达、第一微波雷达、第二微波雷达、前单线激光雷达组和前盲区超声波传感器组所得数据传入上位机进行多传感器融合处理后得到前方障碍物距离d1；第二单向激光雷达、第四微波雷达、第三微波雷达、后单线激光雷达组和后盲区超声波传感器组所得数据传入上位机进行多传感器融合处理后得到后方障碍物距离d2；在整车控制器中设定前后安全距离D1、D2，当正向行驶d1≥D1时，上位机感知决策，通过整车控制器将决策信号传至下位机，下位机控制各子控制器工作，整车进入混合动力驱动系统工作模式，否则进入制动模式。
进一步的，整车控制器依次检测判断感知系统输入的制动信号Bls、反向驱动信号R、需求扭矩Treq-e、车速V、超级电容电荷值SOC等信号；
当满足条件一：Bls≠1， R≠1或R=1，转向，Treq-e＞Te-max，V＞Vmotor-max；或条件二：Bls≠1， R≠1或R=1，转向，Treq-e ≤Te-max，Treq-e≥Te-min，V≤Vmotor-max；时，切换至纯柴油-电动驱动模式；
当满足条件三：Bls≠1，R≠1或R=1，转向，Treq-e ≤Te-max，Treq-e≥Te-min，V＞Vmotor-max；时，切换至纯柴油驱动模式；
当满足条件四：Bls≠1，R≠1或R=1，转向，Treq-e＞Te-max，V≤Vmotor-max，SOC＞SOCmin时，切换至分时六轮发动机+电容驱动模式；
当满足条件五：Bls≠1，R≠1或R=1，转向，Treq-e＞Te-max，V≤Vmotor-max，SOC≤SOCmin时，切换至分时六轮发动机驱动模式；
当满足条件六：Bls＝1，SOCmin＜SOC＜SOCmax, Vbrake-min≤V≤Vmotor-max时，切换至再生制动模式；
当满足条件七：Bls＝1，SOC≥SOCmax；或条件八：Bls＝1，SOCmin＜SOC＜SOCmax；V＜Vbrake-min或V＞Vbrake-max时，切换至电阻制动模式；
当满足条件九：Bls≠1，R≠1或R=1，转向，Treq-e ≤Te-max，Treq-e＜Te-min，SOC＜SOCmax时，切换至行车充电模式。
与现有技术相比，本发明在驱动结构上采用一轴四轮式混合动力驱动系统与无人驾驶感知系统相结合的方式，使矿车载重提升、驱动更强、尾气排放及燃油经济性更佳；混合动力系统中增加了超级电容作为制动能量回收装置；在机械结构上采用无座舱式，减轻了整车设备质量；将原有手动操作杆和手动操作按钮全部取消，采用集成化的电控装置及车载电子集成箱自主智能操作，实现真正意义上的无人驾驶矿用自卸车；采用多种传感器融合实现矿用自卸车的无人驾驶环境感知；前后轮采用永磁半直驱电机驱动，省去了减速装置，结构紧凑且可实现无人驾驶双向四轮行驶及转向。
附图说明
图1为本发明轮-轴协同式混合动力驱动系统结构布置示意图；
图2为本发明无人驾驶感知系统结构及元件布置示意图；
图3 为本发明车载电子集成箱控制原理图；
图4为本发明行驶模式切换流程图；
图中：1、DC/AC逆变器，2、轮边驱动电机，3、前轮，4、柴油发动机，5、皮带传输装置，6、离合器，7、减速器，8、交流发电机，9、中轮，10、驱动桥，11、差速器，12、AC/DC整流器，13、制动控制器，14、制动电阻柜，15、后轮，16、电机控制器，17、整车控制器，18、发动机控制器，19、DC/DC转换器，20、电池，21、超级电容，22、第一单向激光雷达，23、第一微波雷达，24、第二微波雷达，25、前单线激光雷达组，26、前盲区超声波传感器组，27、后盲区超声波传感器组，28、后单线激光雷达组，29、第三微波雷达，30、第四微波雷达，31、第二单向激光雷达，32、货箱，33、车载电子集成箱，33-1、上位机，33-2、下位机，33-3、启停控制器，33-4、检测预警控制器，34、车架，35、信息接收单元，36、制动器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
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。
本发明提供一种技术方案：如图1和图2所示，包括混合动力驱动系统、无人驾驶感知系统、车载电子集成箱33和车架34，车载电子集成箱33设置在车架34内的顶部，车架34的前部、中、后部分别设有前轮3、中轮9、后轮15，货箱32设置在车架34上方，混合动力驱动系统设置在车架34内。
混合动力驱动系统包括DC/AC逆变器1、轮边驱动电机2、柴油发动机4、减速器7、交流发电机8、驱动桥10、差速器11、AC/DC整流器12、制动控制器13、制动电阻柜14、电机控制器16、整车控制器17、发动机控制器18、DC/DC转换器19、电池20、制动器36；
柴油发动机4与皮带传输装置5输入端连接，皮带传输装置5的两个输出端分别通过一个离合器6与交流发电机8、减速器7连接，减速器7与连接两个中轮9的驱动桥10上的差速器11连接，交流发电机8与AC/DC整流器12电连接；柴油发动机4通过与皮带传输装置5连接将动力分为两条动力传输：一条为柴油发动机4、皮带传输装置5、离合器6、减速器7、差速器11、驱动桥10、中轮9；另一条为柴油发动机4、皮带传输装置5、离合器6、交流发电机8；为提高能量利用率，增设了以超级电容21为储能元件的制动能量回收装置，可实现再生制动功能，超级电容21与DC/DC转换器19电连接。
前轮3、后轮15分别与一个轮边驱动电机2连接，轮边驱动电机2分别通过一个DC/AC逆变器1与AC/DC整流器12电连接，AC/DC整流器12与DC/DC转换器19、整车控制器17、发动机控制器18、电机控制器16和制动控制器13电连接；电池20与DC/DC转换器19电连接，整车控制器17分别与发动机控制器18、电机控制器16、制动控制器13电连接；发动机控制器18与柴油发动机4电连接；电机控制器16与轮边驱动电机2电连接；制动控制器13与制动电阻柜14电连接；
同时，为满足混合动力驱动系统功能设计并保证整车重量均匀合理分布，柴油发动机4、皮带传输装置5、离合器6等机械结构被设置于前轮3与中轮9之间；AC/DC整流器12、制动电阻柜14及各控制器被设置于中轮9与后轮15之间；中轮9为柴油驱动，柴油发动机4经过离合器6与减速器7与差速器11变速调节，最后由驱动桥10驱动中轮9；前轮3与后轮15为交流电驱动，由轮边驱动电机2驱动运转，最后实现一轴四轮式混合动力驱动功能；减速器7与差速器11设置于驱动桥10前。为简化整车结构、提升车辆动力性，轮边驱动电机2采用永磁半直驱电机，相较于普通的电动轮驱动系统结构，省去了额外的减速装置。为合理化车辆设备布置，轮边驱动电机2与传统电动轮相比被设置于车轮外，且安装于车架34底部；车轮的制动器36被设置于前轮3、中轮9、后轮15内，与车轮一体化，使车体结构更紧凑。
无人驾驶感知系统包括第一单向激光雷达22、第一微波雷达23、第二微波雷达24、前单线激光雷达组25、前盲区超声波传感器组26、后盲区超声波传感器组27、后单线激光雷达组28、第三微波雷达29、第四微波雷达30、第二单向激光雷达31、信息收发单元35；
第一单向激光雷达22、第一微波雷达23设置在车架34前侧顶部中间位置，第四微波雷达30、第二单向激光雷达31设置在车架34后侧顶部中间位置，第一单向激光雷达22、第一微波雷达23、第四微波雷达30、第二单向激光雷达31设置的表面与水平面成5-15°夹角，在车辆行驶时，增加雷达对前方道路扫描探测的下视角范围，减小车辆风阻的同时避免外部环境对雷达正向的直接损害，延长仪器寿命及使用时间；
前单线激光雷达组25与后单线激光雷达组28分别前后对称且等距均匀布置于车架34的正前正后方距离地面120-180cm的位置；第二微波雷达24与第三微波雷达29分别对称设置于车架34的正前正后方的中部距离地面150cm的位置，分别设置于靠近前方单线激光雷达25-2与后方单线激光雷达28-2的位置；前盲区超声波传感器组26与后盲区超声波传感器组27分别对称布置于车架34前后方的底部，信息收发单元35设置在车架34前方。
如图3所示，车载电子集成箱33包括上位机33-1、下位机33-2、启停控制器33-3和检测预警控制器33-4，无人驾驶感知系统与上位机33-1电连接，上位机33-1、下位机33-2均与整车控制器17电连接，启停控制器33-3、检测预警控制器33-4、发动机控制器18、电机控制器16和制动控制器13均与下位机33-2电连接。
为满足无人驾驶双向行驶时的转向功能，前轮3和后轮15均为转向轮，四轮转向更稳定、动力性更强、脱困能力更佳。
轮-轴协同式混合动力驱动的无人驾驶矿用自卸车控制方法，无人驾驶感知系统采用多传感器融合的方式进行外部环境及信号的感知。
启动感知控制：信息收发单元35接受地面启停指令后传输至上位机33-1进行信息处理，然后再传输至整车控制器17，整车控制器17依据指令信息传输给启停控制器33-3，启停控制器33-3解析指令，决定整车驱动装置的启停及各电控装置的通断电情况，实现启停控制；
驱动感知决策：无人驾驶感知系统各组成部件将检测到的信号输入车载电子集成箱33中的上位机33-1为处理单元，接收各激光雷达反馈信号并解码，对传感器的上位机33-1对输入的信号进行预处理，并负责给下位机33-2发送指令；整车控制器17根据车辆行驶信息，实时进行决策判断、能量管理、混合动力驱动力分配、混合动力驱动模式选择等；车载电子集成箱33中的下位机33-2与上位机33-1进行通讯传输，接收上位机33-1发出的指令，下位机33-2将接收到的制动控制器13、电机控制器16、发动机控制器18、启停控制器33-3和检测预警控制器33-4的信息反馈给上位机33-1；
行驶时：第一单向激光雷达22、第一微波雷达23感知正向前方路况、来车情况及高处障碍物距离；第二微波雷达24感知正向行驶时前方障碍物正面距离；前单线激光雷达组25感知正向前方具体驾驶路况，建立驾驶工况的局部地图，依据构建地图，结合第二微波雷达24检测正向前方障碍物的距离；前盲区超声波传感器组26感知车辆正向前方底部盲区情况；上述前方传感器感知所得数据传入上位机33-1进行多传感器融合处理后得到前方障碍物距离d1；第二单向激光雷达31、第四微波雷达30感知正向后方路况、超车情况及倒车时的障碍物距离；第三微波雷达29感知正向行驶时后方障碍物及来车的正面距离；后单线激光雷达组28感知正向后方具体驾驶路况，建立驾驶工况的局部地图，依据构建地图，结合第三微波雷达29检测正向后方障碍物的距离；后盲区超声波传感器组27感知车辆正向后方底部盲区情况；上述后方传感器感知所得数据传入上位机33-1进行多传感器融合处理后得到后方障碍物距离d2；在整车控制器17中设定前后安全距离D1、D2，当正向行驶d1≥D1时，通过上位机33-1感知决策，通过整车控制器17将决策信号传至下位机33-2，下位机33-2控制制动控制器13、电机控制器16、发动机控制器18、启停控制器33-3和检测预警控制器33-4工作，整车进入混合动力驱动系统工作模式，否则进入制动模式；
当反向行驶时：前（后）感应装置做后（前）感应装置使用，原理与正向行驶相同，当正向行驶d2≥D2时，上位机33-1感知决策，通过整车控制器17将决策信号传至下位机33-2，下位机33-2控制各子控制器工作，整车进入混合动力驱动系统工作模式，否则进入制动模式。
制动感知控制：无人驾驶感知系统感知外界工况，下位机33-2发送制动信号制动控制器13，制动控制器13控制六轮内的制动器36进行机械制动，此外还可控制制动电阻柜14切换至能耗制动及再生制动模式。
无人驾驶混合动力驱动模式切换及控制：首先，无人驾驶矿用自卸车上电自检；接着，进行状态信号采集，感知车辆目前无人驾驶状态及实时信息，车辆自身的传感系统传入制动、车速、载重等信息，无人驾驶感知系统感知外界实时驾驶工况、往返程测距、避障感知、正反向行驶需求等；然后，整车控制器17决策启停控制，并根据实时的车辆自身所带传感装置传入的载重、速度信号以及通过无人驾驶感知系统传入的坡度等信号计算整车需求扭矩，整车控制器17结合多传感器融合无人驾驶感知系统的感知数据及混合动力控制策略对混合动力无人驾驶模式进行决策，根据不同的行驶工况及驾驶需求可实现五种驱动模式的相互切换，包括：纯柴油-电驱动模式、纯柴油驱动模式、分时六轮驱动模式、再生制动模式和行车充电模式。
整车控制器17依次检测判断感知系统输入的制动开关信号Bls、反向驱动信号R、需求扭矩Treq-e、车速V、超级电容电荷值SOC等信号；如图4所示：
当满足条件一：Bls≠1， R≠1（或R=1，转向），Treq-e＞Te-max，V＞Vmotor-max；或条件二：Bls≠1， R≠1（或R=1，转向），Treq-e ≤Te-max，Treq-e≥Te-min，V≤Vmotor-max时，切换至纯柴油-电动驱动模式即前轮3和后轮15驱动。
无人驾驶感知系统感知车辆的实时运行状态，当整车控制器17控制执行纯柴油-电动驱动模式后，整车控制器17控制离合器6分离，减速器7与差速器11停止工作，驱动桥10不输出动力，发动机控制器18控制柴油发动机4动力输出给交流发电机8，电机控制器16控制轮边驱动电机2转动，驱动车辆行驶，充分利用电机低速高扭的特性并避开发动机的怠速工况，直至车速达设定目标车速后切换其他模式；
当满足条件三：Bls≠1，R≠1（或R=1，转向），Treq-e ≤Te-max，Treq-e≥Te-min，V＞Vmotor-max；时，切换至纯柴油驱动模式即中轮9驱动。
无人驾驶感知系统感知车辆的实时运行状态，当检测到车辆处于高速工况时，整车控制器17控制离合器6闭合，减速器7与差速器11开始工作，仅驱动桥10输出动力，而电机控制器16控制轮边驱动电机2处于空转状态。此时，发动机控制器18控制柴油发动机4工作在低燃油消耗区，即高效区，且柴油发动机4的机械能不再经过多次转化，提高了能量利用率。
当满足条件四：Bls≠1，R≠1（或R=1，转向），Treq-e＞Te-max，V≤Vmotor-max，SOC＞SOCmin时，切换至分时六轮发动机+电容驱动模式；此时柴油发动机4与超级电容21共同功能驱动；
当满足条件五：Bls≠1，R≠1（或R=1，转向），Treq-e＞Te-max，V≤Vmotor-max，SOC≤SOCmin时，切换至分时六轮发动机驱动模式；此时超级电容21因SOC值较低，不参与供能驱动；
此模式下车辆处于极端工况下或需求的功率很大（爬坡、重载加速），采用分时六轮驱动模式，此时减速器7与差速器11工作，电机控制器16控制轮边驱动电机2工作，车辆的中轴驱动桥10、轮边驱动电机2均参与驱动，并在整车控制器17的协调下实现牵引力的耦合，充分发挥两套动力总成、一套发动机动力总成、四套电机动力总成的特性；该模式用于车辆处于极端工况下或需求的功率很大（爬坡、重载加速）时。
分时六轮发动机+电容驱动模式：若超级电容21的SOC值处于放电区间，由柴油发动机4和超级电容21两个动力源协同驱动车辆。此时需求驱动力矩非常大，即使柴油发动机4可以提供足够的扭矩，发动机的工作点也会严重偏离发动机的高效区，能源利用率大幅下降，排放也远远超过要求。当整车控制器17检测到这种情况时，就会通过发动机控制器18控制柴油发动机4处于高效区工作，剩余的扭矩则由超级电容21放电提供，采用联合驱动模式。
分时六轮发动机驱动模式：若超级电容21的SOC值低于最低放电值，则由发动机控制器18控制柴油发动机4单独驱动六轮。柴油发动机4的一部分能量通过交流发电机8为前轮3、后轮15提供电驱动力，另一部分则通过减速器7、差速器11和驱动桥10直接柴油驱动中轮9。
此外，无论车辆处于何种驱动模式，当整车控制器17检测到轮边驱动电机2或柴油发动机4负载系数超过设定的最大负载系数时，整车控制器17都会强制将驱动模式转化为分时六轮驱动模式。
当满足条件六：Bls＝1，SOCmin＜SOC＜SOCmax, Vbrake-min≤V≤Vmotor-max时，切换至再生制动模式；
当满足条件七：Bls＝1，SOC≥SOCmax；或条件八：Bls＝1，SOCmin＜SOC＜SOCmax；V＜Vbrake-min或V＞Vbrake-max时，切换至电阻制动模式；
再生制动模式：当检测到超级电容21的SOC值较低时，制动压力传感器将制动踏板的压力信号转化为电信号，传递给整车控制器17，此时执行再生制动模式。产生的制动力矩带动电机反转进行发电，前轮3、后轮15的轮边驱动电机2变为发电机，发出的电能经DC/AC逆变器1转化后存储进超级电容21中，达到为超级电容21充电的效果。
电阻制动模式：当检测到超级电容21的SOC值达到预设的饱和值或超级电容21的SOC值虽未饱和，但轮边驱动电机2因转速不在可进行再生制动模式的转速区间而无法为超级电容21充电时，整车控制器17控制其停止充电，执行制动电阻耗能模式。此时，制动控制器13控制制动电阻柜14开始工作，回收的多余的制动电能将在制动电阻柜14上以热能的形式消耗掉，起到保护超级电容21的作用。
当满足条件九：Bls≠1，R≠1（或R=1，转向），Treq-e ≤Te-max，Treq-e＜Te-min，SOC＜SOCmax时，切换至行车充电模式；
当超级电容21电量不足，其SOC值低于最低预设值时，车辆的电力辅助功能不能使用，车辆在满足行驶要求的同时需要对超级电容21进行充电，车辆的行驶动力全部由柴油发动机4提供，驱动车辆剩余的能量则用于补充超级电容21的电能，充满则停止该模式。
上文中Te-max 为发动机单独驱动的最大转矩；Te-min为发动机高效运行的最小转矩；Vmotor-max为纯柴油-电驱动允许输出的最高车速；Vbrake-min为允许再生制动的最低车速；SOCmax为允许充电的电荷上限；SOCmin为允许放电的电荷下限。
在以上各工作模式中，电池20仅做辅助电源使用，相当于对超级电容21起到扩容作用；在超级电容21充电充满后可对电池20进行充电；在超级电容21放电达到极限值时，电池20开始放电；上述各工作模式主要以超级电容21的SOC值为讨论重点，对电池20的SOC值此处并不做细致分析及说明。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种轮-轴协同混动式无人驾驶矿用自卸车，包括混合动力驱动系统、无人驾驶感知系统、车载电子集成箱（33）和车架（34），车载电子集成箱（33）设置在车架（34）内的顶部，车架（34）的前部、中、后部分别设有前轮（3）、中轮（9）、后轮（15），货箱（32）设置在车架（34）上方，混合动力驱动系统设置在车架（34）内；其特征在于：
混合动力驱动系统包括DC/AC逆变器（1）、轮边驱动电机（2）、柴油发动机（4）、减速器（7）、交流发电机（8）、驱动桥（10）、差速器（11）、AC/DC整流器（12）、制动控制器（13）、制动电阻柜（14）、电机控制器（16）、整车控制器（17）、发动机控制器（18）、DC/DC转换器（19）、电池（20）、制动器（36）；
柴油发动机（4）与皮带传输装置（5）输入端连接，皮带传输装置（5）的两个输出端分别通过一个离合器（6）与交流发电机（8）、减速器（7）连接，减速器（7）与连接两个中轮（9）的驱动桥（10）上的差速器（11）连接；
前轮（3）、后轮（15）分别与一个轮边驱动电机（2）连接，轮边驱动电机（2）分别通过一个DC/AC逆变器（1）与AC/DC整流器（12）电连接，AC/DC整流器（12）与DC/DC转换器（19）、整车控制器（17）、发动机控制器（18）、电机控制器（16）、制动控制器（13）和交流发电机（8）电连接；电池（20）与DC/DC转换器（19）电连接，整车控制器（17）分别与发动机控制器（18）、电机控制器（16）、制动控制器（13）电连接；发动机控制器（18）与柴油发动机（4）电连接；电机控制器（16）与轮边驱动电机（2）电连接；制动控制器（13）与制动电阻柜（14）电连接；
无人驾驶感知系统包括第一单向激光雷达（22）、第一微波雷达（23）、第二微波雷达（24）、前单线激光雷达组（25）、前盲区超声波传感器组（26）、后盲区超声波传感器组（27）、后单线激光雷达组（28）、第三微波雷达（29）、第四微波雷达（30）、第二单向激光雷达（31）、信息收发单元（35）；
第一单向激光雷达（22）、第一微波雷达（23）设置在车架（34）前侧顶部中间位置，第四微波雷达（30）、第二单向激光雷达（31）设置在车架（34）后侧顶部中间位置；
前单线激光雷达组（25）与后单线激光雷达组（28）分别前后对称且等距均匀布置于车架（34）的正前正后方距离地面120-180cm的位置；第二微波雷达（24）与第三微波雷达（29）分别对称设置于车架（34）的正前正后方的中部距离地面150cm的位置；前盲区超声波传感器组（26）与后盲区超声波传感器组（27）分别对称布置于车架（34）前后方的底部，信息收发单元（35）设置在车架（34）前方；
车载电子集成箱（33）包括上位机（33-1）、下位机（33-2）、启停控制器（33-3）和检测预警控制器（33-4），无人驾驶感知系统与上位机（33-1）电连接，上位机（33-1）、下位机（33-2）均与整车控制器（17）电连接，启停控制器（33-3）、检测预警控制器（33-4）、发动机控制器（18）、电机控制器（16）和制动控制器（13）均与下位机（33-2）电连接。
2.根据权利要求1所述的一种轮-轴协同混动式无人驾驶矿用自卸车，其特征在于，所述前单线激光雷达组（25）中至少包括三个单线激光雷达，两个外侧的单线激光雷达分别靠近车架（34）左右两侧，且向车身左右外侧展开成30°夹角。
3.根据权利要求1所述的一种轮-轴协同混动式无人驾驶矿用自卸车，其特征在于，所述后单线激光雷达组（28）中至少包括三个单线激光雷达，两个外侧的单线激光雷达分别靠近车架（34）左右两侧，且向车身左右外侧展开成30°夹角。
4.根据权利要求1所述的一种轮-轴协同混动式无人驾驶矿用自卸车，其特征在于，所述轮边驱动电机（2）采用永磁半直驱电机。
5.根据权利要求1所述的一种轮-轴协同混动式无人驾驶矿用自卸车，其特征在于，所述前轮（3）、中轮（9）、后轮（15）内分别设置有制动器（36），轮边驱动电机（2）安装在车架（34）底部位于前轮（3）、后轮（15）的外部。
6.根据权利要求1所述的一种轮-轴协同混动式无人驾驶矿用自卸车，其特征在于，还包括超级电容（21），超级电容（21）与DC/DC转换器（19）电连接。
7.根据权利要求1-6任一所述的一种轮-轴协同混动式无人驾驶矿用自卸车控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
启动感知控制：信息收发单元（35）接受指令后传输至上位机（33-1）然后再传输至整车控制器（17），整车控制器（17）依据指令信息传输给启停控制器（33-3），启停控制器（33-3）解析指令实现启停控制；
驱动感知决策：无人驾驶感知系统将检测到的信号输入上位机（33-1），上位机（33-1）对输入的信号进行预处理，并负责给下位机（33-2）发送指令；车载电子集成箱（33）中的下位机（33-2）与上位机（33-1）进行通讯传输，接收上位机（33-1）发出的指令，下位机（33-2）将接收到的设备的信息反馈给上位机（33-1）；
行驶时：第一单向激光雷达（22）、第一微波雷达（23）、第二微波雷达（24）、前单线激光雷达组（25）和前盲区超声波传感器组（26）所得数据传入上位机（33-1）进行多传感器融合处理后得到前方障碍物距离d1；第二单向激光雷达（31）、第四微波雷达（30）、第三微波雷达（29）、后单线激光雷达组（28）和后盲区超声波传感器组（27）所得数据传入上位机（33-1）进行多传感器融合处理后得到后方障碍物距离d2；在整车控制器（17）中设定前后安全距离D1、D2，当正向行驶d1≥D1时，上位机（33-1）感知决策，通过整车控制器（17）将决策信号传至下位机（33-2），下位机（33-2）控制各子控制器工作，整车进入混合动力驱动系统工作模式，否则进入制动模式。
8.根据权利要求7所述的一种轮-轴协同混动式无人驾驶矿用自卸车控制方法，其特征在于：
整车控制器（17）依次检测判断感知系统输入的制动信号Bls、反向驱动信号R、需求扭矩Treq-e、车速V、超级电容电荷值SOC等信号；
当满足条件一：Bls≠1，R≠1或R=1，转向，Treq-e＞Te-max，V＞Vmotor-max；
或条件二：Bls≠1， R≠1，或R=1，转向，Treq-e ≤Te-max，Treq-e≥Te-min，V≤Vmotor-max；时，切换至纯柴油-电动驱动模式；
当满足条件三：Bls≠1，R≠1或R=1，转向，Treq-e ≤Te-max，Treq-e≥Te-min，V＞Vmotor-max；时，切换至纯柴油驱动模式；
当满足条件四：Bls≠1，R≠1或R=1，转向，Treq-e＞Te-max，V≤Vmotor-max，SOC＞SOCmin时，切换至分时六轮发动机+电容驱动模式；
当满足条件五：Bls≠1，R≠1或R=1，转向，Treq-e＞Te-max，V≤Vmotor-max，SOC≤SOCmin时，切换至分时六轮发动机驱动模式；
当满足条件六：Bls＝1，SOCmin＜SOC＜SOCmax, Vbrake-min≤V≤Vmotor-max时，切换至再生制动模式；
当满足条件七：Bls＝1，SOC≥SOCmax；
或条件八：Bls＝1，SOCmin＜SOC＜SOCmax；V＜Vbrake-min或V＞Vbrake-max时，切换至电阻制动模式；
当满足条件九：Bls≠1，R≠1或R=1，转向，Treq-e ≤Te-max，Treq-e＜Te-min，SOC＜SOCmax时，切换至行车充电模式。
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