CN215117267U - 一种无人驾驶的宽体矿卡 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了无人驾驶技术领域的一种无人驾驶的宽体矿卡，包括宽体矿卡车体；该宽体矿卡车体的无人驾驶系统主要包括感知单元、定位系统、主控制器、控制系统和车辆状态传感系统；本实用新型通过应用自动驾驶技术的宽体矿卡，提高矿区运输作业的自动化程度，通过感知单元的传感器，从而提高矿区各生产环节中运输作业的安全性，吹扫器保持传感器的检测端无异物干扰，提高检测灵敏度和准确性，通过车辆状态传感系统可随时监测车辆的运行状态，通过定位系统采取多种定位融合的方式，定位获得车辆的绝对位姿，本实用新型对通信装置设置防护罩和缓冲组件，避免矿区的落石砸到通信装置上，可对通信装置形成良好的防护。

Description

一种无人驾驶的宽体矿卡

技术领域

本实用新型涉及无人驾驶技术领域，具体为一种无人驾驶的宽体矿卡。

背景技术

矿区生产工程中，普遍使用宽体矿卡完成矿区内部矿石、生产成品及废料的转运。宽体矿卡较传统公路自卸车型，单车载荷大；与大型刚性车身矿卡相比，车辆购置成本优势明显，综合来说综合经济性更优，因此目前在我国的矿区内，逐步得到了更广泛的应用。由于矿区道路条件限制，以及生产过程中的天气、地质等环境变化，车辆在行驶过程中存在倾覆的风险，造成较大的安全生产事故。同时，矿区连续生产作业强度大，夜间施工环境恶劣，司机驾车易疲劳。此外，在生产过程中，普遍会产生较大的粉尘，如不正确防护，对司机的身体健康将产生无法恢复的伤害。

随着我国智能化、信息化技术的发展，以及通过对绿色矿山、智慧矿山战略计划的逐步推进，采用基于无人驾驶技术的宽体矿卡来完成矿区内部物料转运可以有效提高生产安全性，同时降低生产成本，提高生产效率。

目前通过传感器提取、分析获得其他车辆、障碍物相对于车辆的位置。受天气影响较大，矿区作业过程中的扬尘等现象，同样会降低激光雷达的检测精度。而超声波雷达不受天气影响，但探测距离较短，一般用于紧急停车需求。同时宽体矿卡由于车宽较大，驾驶室一般为左侧偏置，存在较大的视野盲区，在实际生产中存在隐患。

一般矿体矿卡的工作环境为露天，矿区的环境较差，会有落石落到车顶上，对通信设备造成损伤，影响车辆正常运行。基于此，本实用新型设计了一种用于宽体矿卡的无人驾驶系统，以解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种无人驾驶的宽体矿卡，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种无人驾驶的宽体矿卡，包括

宽体矿卡车体、通讯系统、主控制器、感知单元及车辆控制系统；所述通讯系统、主控制器、感知单元及车辆控制系统均设置在所述宽体矿卡车体上，且所述主控制器分别与通讯系统、感知单元及车辆控制系统电连；

所述通讯系统接收主控制器传输的指令，所述感知单元可对所述宽体矿卡车体行动位置及环境进行检测识别，并将信息传送给主控制器，所述车辆控制系统接收主控器的指令对宽体矿卡车体进行控制。

优选的，所述感知单元包括左侧激光雷达、右侧激光雷达、前激光雷达及后激光雷达，所述左侧激光雷达、右侧激光雷达、前激光雷达及后激光雷达分别设置在所述宽体矿卡车体的左右前后；还包括侧超声波雷达及前超声波雷达，所述侧超声波雷达安装在宽体矿卡车体车头中下部的两侧，所述前超声波雷达设置在所述宽体矿卡车体车头；所述宽体矿卡车体车头设置有前置摄像机，车尾设置有后置摄像机；

所述车辆控制系统由安装在驾驶室内部的车辆控制器及负责油门、转向、制动的线控执行单元组成，控制车辆完成加减速、转向、制动驾驶动作。

优选的，还包括定位系统及防撞装置，防撞装置包括防护罩以及安装在防护罩两侧的缓冲组件，所述定位系统与主控制器电连；所述定位系统可对车辆进行准确的位置检测，并主控制器的接收信息指令到达指定位置。

优选的，所述前置摄像机安装驾驶舱前挡风玻璃后方，在获得车辆前方信息的同时，减少粉尘、雨雾引起的图像模糊；左侧激光雷达安装在前保险杠左侧，可以直接获得车辆前方及左方的环境信息；右侧激光雷达安装在前保险杠右侧，可以直接获得车辆前方及右方的环境信息；还包括毫米波雷达安装在前保险杠后方，在保证探测精度的同时，避免运行工程中污泥及溅石对传感器的损耗；前激光雷达安装在前保险杠正中，获取车辆正前方的环境信息；侧超声波雷达安装在前保险杠左右两侧，提供车头两侧近处激光雷达及毫米波雷达盲区内的环境信息；前超声波雷达在前保险杠前方均匀分布，提供车头正前方激光雷达及毫米波雷达盲区内的环境信息；后激光雷达安装在车身主梁及车斗下方，提供车辆后方的环境信息，并保证车斗升起卸货时不会对传感器损坏；后置摄像头安装在车尾正中，提供车辆正后方的环境信息。

优选的，所述通信系统采用4G-LTE或5G通信，实现车辆与远端服务器、生产控制设备或其他车辆间的通信，车体上有无线通讯及卫星天线，安装在驾驶舱顶部，保证无线通讯信号质量；

所述定位系统根据卫星定位获得车辆的绝对位姿，根据激光雷达的数据及同步定位于定位技术估计车辆在矿区内的绝对位姿，同时根据车轮轮速、发动机转速信息估计车辆在一定时间段内的相对位姿，并结合各定位结果，确保在卫星信号减弱、受遮挡条件下，保证车辆位姿数据同步。

优选的，所述车辆控制系统还包括液压卸货系统，通过液压卸货系统将货箱进行抬升，进行货物装载卸货。

优选的，还包括车辆检测单元，所述车辆检测单元包括速度传感器、姿态陀螺仪、加速度传感器、制动压力传感器、发动机转速传感器和油温水温传感器。

优选的，还包括吹扫器，所述吹扫器包括安装在车体上的空压机、连接空压机输气口的输气管以及连接输气管端部的多个吹扫嘴，多个所述吹扫嘴分别通过固定座安装在激光雷达、超声波雷达、毫米波雷达及摄像头的旁侧。

优选的，所述防护罩对无线通讯及卫星天线进行保护，防护罩包括支架体以及设置在支架体内部的网罩，所述支架体的两侧设置有安装部，所述缓冲组件包括组装板，所述组装板设置两个滑移柱，所述滑移柱上套接缓冲弹簧和卡盘，所述缓冲弹簧对卡盘进行弹性支撑，两个卡盘之间焊接支承条，所述防护罩通过安装部在支承条进行紧固。

优选的，所述滑移柱的表面开设限位长槽，所述卡盘的内侧设置有可嵌入限位长槽的卡齿；所述组装板上安装有限高挡柱，所述限高挡柱设置在支承条的底部，对支承条的最低下压高度进行限制。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型通过应用自动驾驶技术的宽体矿卡，提高矿区运输作业的自动化程度，通过在车头、车尾车顶设置感知单元的传感器，从而提高矿区各生产环节中运输作业的安全性，并通过设置吹扫器可以根据传感器的位置机芯那个灵活调节，并通过高压气动吹扫保持传感器的检测端无异物干扰，提高检测灵敏度和准确性，通过车辆状态传感系统可随时监测车辆的运行状态，并进行反馈，控制系统对车辆进行行驶控制，降低撞车、翻车等事故带来的影响，通过定位系统采取多种定位融合的方式，定位获得车辆的绝对位姿，保证车辆位姿数据同步，同时提高运输作业效率，减少局部拥堵，降低矿区总体生产成本，提高矿区运营效率；本实用新型对通信装置设置防护罩和缓冲组件，避免矿区的落石砸到通信装置上，可对通信装置形成良好的防护。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述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实用新型的一些实施例，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。

图1为本实用新型系统结构示意图；

图2为本实用新型宽体矿卡车体车体侧边示意图；

图3为本实用新型宽体矿卡车体车体车头示意图；

图4为本实用新型吹扫器结构示意图；

图5为本实用新型防撞装置结构示意图；

图6为本实用新型防撞装置拆分结构示意图；

图7为本实用新型缓冲组件结构示意图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-无线通讯及卫星天线，2-前置摄像头，3-左侧激光雷达，4-右侧激光雷达，5-毫米波雷达，6-前激光雷达，7-侧超声波雷达，8-前超声波雷达，9-后激光雷达，10-后置摄像头，11-吹扫器，111-空压机，112-输气管，113-固定座，114-吹扫嘴，12-防撞装置，121-防护罩，1211-支架体，1212-网罩，1213-安装部，122-缓冲组件，1221- 组装板，1222-滑移柱，1223-缓冲弹簧，1224-限位长槽，1225-卡盘， 1226-限高挡柱，1227-支承条。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-7，本实用新型提供一种技术方案：一种用于宽体矿卡的无人驾驶系统，包括宽体矿卡车体；该宽体矿卡车体的无人驾驶系统主要包括感知单元、定位系统、主控制器、控制系统和车辆状态传感系统；

感知单元，由安装在宽体矿卡车体的车头、车尾以及车顶的感知模块组成，感知模块包括激光雷达、超声波雷达、毫米波雷达及摄像头；

感知模块的前置摄像头2安装驾驶舱前挡风玻璃后方，在获得车辆前方信息的同时，减少粉尘、雨雾引起的图像模糊；左侧激光雷达 3安装在前保险杠左侧，可以直接获得车辆前方及左方的环境信息；右侧激光雷达4安装在前保险杠右侧，可以直接获得车辆前方及右方的环境信息；毫米波雷达5安装在前保险杠后方，在保证探测精度的同时，避免运行工程中污泥及溅石对传感器的损耗；前激光雷达6安装在前保险杠正中，获取车辆正前方的环境信息；侧超声波雷达7安装在前保险杠左右两侧，提供车头两侧近处激光雷达(左侧激光雷达 3和右侧激光雷达4)及毫米波雷达5盲区内的环境信息；前超声波雷达8在前保险杠前方均匀分布，提供车头正前方(左侧激光雷达3 和右侧激光雷达4)及毫米波雷达5盲区内的环境信息；后激光雷达 9安装在车身主梁及车斗下方，提供车辆后方的环境信息，并保证车斗升起卸货时不会对传感器损坏；后置摄像头10安装在车尾正中，提供车辆正后方的环境信息；通过多个传感器实现车辆周围无死角的环境监测，在夜晚、降雨、扬尘等工作条件下均可获得准确的环境探测。

采用吹扫器11正对各传感器采集部，避免外部杂物沾附，造成采集精度影响；吹扫器11包括安装在车体上的空压机11、连接空压机111输气口的输气管112以及连接输气管112端部的多个吹扫嘴 114，多个吹扫嘴114分别通过固定座113安装在激光雷达、超声波雷达、毫米波雷达及摄像头的旁侧，其吹扫方向斜向上述传感器的检测端。

定位系统，基于GPS卫星的定位、激光雷达航位推算定位以及 RFID射频采集信息，实现车辆在各种环境条件下的准确位置检测，到达指定位置接受运送物以及卸货，保障自动驾驶系统的连续工作能力；定位系统根据卫星定位获得车辆的绝对位姿，根据激光雷达的数据及同步定位于定位技术估计车辆在矿区内的绝对位姿，同时根据车轮轮速、发动机转速信息估计车辆在一定时间段内的相对位姿，并结合各定位结果，确保在卫星信号减弱、受遮挡条件下，保证车辆位姿数据同步；

宽体矿卡车体上还设置有通信系统，采用4G-LTE或5G通信，实现车辆与远端服务器、生产控制设备或其他车辆间的通信，车体上有无线通讯及卫星天线1，安装在驾驶舱顶部，可通过优化挡板的长度，在保证通信质量的同时，减少落石、滚石等损害设备的可能性，保证无线通讯信号质量。

通信系统上安装有防撞装置12，用于避免落石损伤通信设备，防撞装置12包括防护罩121以及安装在防护罩121两侧的缓冲组件 122；防护罩121对无线通讯及卫星天线1进行保护，防护罩121包括支架体1211以及设置在支架体1211内部的网罩1212，网罩1212 可阻挡部分小石块的撞击，支架体1211可抗击较大的石块的撞击，对无线通讯及卫星天线1进行较佳的防护，支架体1211的两侧设置有安装部1213，缓冲组件122包括组装板1221，组装板1221设置两个滑移柱1222，滑移柱1222上套接缓冲弹簧1223和卡盘1225，缓冲弹簧1223对卡盘1225进行弹性支撑，两个卡盘1225之间焊接支承条1227，防护罩121通过安装部1213在支承条1227进行紧固；在石块掉落到防护罩121上，对防护罩121造成压力，支承条1227和卡盘1225进行下压，缓冲弹簧1223弹性支撑；

滑移柱1222的表面开设限位长槽1224，卡盘1225的内侧设置有可嵌入限位长槽1224的卡齿，使得卡盘1225可以稳定的上下调节；组装板1221上安装有限高挡柱1226，限高挡柱1226设置在支承条 1227的底部，对支承条1227的最低下压高度进行限制，避免防护罩121下降高度过大压到无线通讯及卫星天线1上，对无线通讯及卫星天线1造成损伤。

主控制器，接入感知单元探测到的环境信息及定位系统的车辆状态，对传递的数据进行分析处理，实时规划车辆的行驶策略，并针对车辆执行系统迟滞特性的优化以及针对大载荷车辆的运行平顺性进行调优，宽体矿卡车身较大，在转向、制动等操作上较普通车辆响应较慢，因此需要主控制器能够提供较长期的决策结果，以便通过提前减速等降低执行系统响应较慢的影响。同时，在满载情况下，车辆自重较重，需要对方向变换、速度变换的平滑性做优化，避免危险。

车辆控制系统，由安装在驾驶室内部的车辆控制器及负责油门、转向、制动的线控执行单元组成，控制车辆完成加减速、转向、制动驾驶动作；车辆控制系统还包括液压卸货系统，通过液压卸货系统将货箱进行抬升，进行货物装载卸货，卸货地点通过设置RFID识别器，识别矿卡上的RFID射频标签，到达指定位置若传感器产生识别错误， RFID识别作为优先级做地点识别，进行运输装载或卸货。

车辆状态传感系统，由车辆检测单元组成，用于检测车辆自身行驶过程中的各项数据，并向主控制器以及后台调度系统做数据反馈；车辆检测单元包括速度传感器、姿态陀螺仪、加速度传感器、制动压力传感器、发动机转速传感器和油温水温传感器。

本方案实施例无人驾驶系统的具体执行步骤为：

S1：通信系统接收到调度系统发送的装货作业指令，根据作业位置与车辆当前位置，自动规划一条合理的行驶路线，启动车辆，并向调度系统发送开始作业通知。

S2：根据激光雷达、毫米波雷达、摄像头等检测到的环境信息，检测车辆周围的障碍物、其他车辆及人员，并分别评估其大小、方向、运动速度等属性，并评估其将对自车产生影响的时间。

S3：通过卫星定位获取车辆当前位姿，并根据卫星信号质量评估定位结果的准确性，将该定位结果与基于激光雷达数据的定位数据基于车辆运动航位推算的相对定位数据，通过卡尔曼滤波融合在起，并给出定位效果的评估。

S4：根据行驶路线、障碍物检测结果和定位结果，确定车辆将执行的驾驶动作，如停车、加速超车等，结合车辆载荷重量、当前运行速度及加速度，确定后续的行驶轨迹。

S5：根据规划行驶轨迹，判断当前车辆位置、方向、速度、加速度与预期值的偏差，并根据偏差大小、正负值确定转向、油门等控制指令的具体数值。

S6：自动行驶到达装货作业指定位置，通过车间通讯或者向调度系统发送到达确认，配合挖机、下矿机等设施完成装货，并在进一步指令到达前原地等待。

S7：通信系统接收到调度系统发送的卸货作业指令，根据作业位置与车辆当前位置，自动规划一条合理的行驶路线，启动车辆，并向调度系统发送开始作业通知。

S8：根据激光雷达、毫米波雷达、摄像头等检测到的环境信息，检测车辆周围的障碍物、其他车辆及人员，并分别评估其大小、方向、运动速度等属性，并评估其将对自车产生影响的时间。

S9：通过卫星定位获取车辆当前位姿，并根据卫星信号质量评估定位结果的准确性，将该定位结果与基于激光雷达数据的定位数据、基于车辆运动航位推算的相对定位数据，通过卡尔曼滤波融合在起，并给出定位效果的评估。

S10：根据行驶路线、障碍物检测结果、定位结果，确定车辆将执行的驾驶动作，如停车、加速超车等。结合车辆载荷重量、当前运行速度及加速度，确定后续的行驶轨迹。

S11：根据规划行驶轨迹，判断当前车辆位置、方向、速度、加速度与预期值的偏差，并根据偏差大小、正负值确定转向、油门等控制指令的具体数值。

S12：自动行驶到达卸货作业指定位置，通过车间通讯或者向调度系统发送到达确认，并在指定位置完成卸货作业，完成后通知调度系统，在接收到进一步指令前原地等待。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种无人驾驶的宽体矿卡，其特征在于：包括

宽体矿卡车体、通讯系统、主控制器、感知单元及车辆控制系统、通信系统；所述通讯系统、主控制器、感知单元及车辆控制系统均设置在所述宽体矿卡车体上，且所述主控制器分别与通讯系统、感知单元及车辆控制系统电连；

所述通讯系统接收主控制器传输的指令，所述感知单元可对所述宽体矿卡车体行动位置及环境进行检测识别，并将信息传送给主控制器，所述车辆控制系统接收主控器的指令对宽体矿卡车体进行控制。

2.根据权利要求1中所述的无人驾驶的宽体矿卡，其特征在于：

所述感知单元包括左侧激光雷达、右侧激光雷达、前激光雷达、后激光雷达及多个传感器，所述左侧激光雷达、右侧激光雷达、前激光雷达及后激光雷达分别设置在所述宽体矿卡车体的左右前后；还包括侧超声波雷达及前超声波雷达，所述侧超声波雷达安装在宽体矿卡车体车头中下部的两侧，所述前超声波雷达设置在所述宽体矿卡车体车头；所述宽体矿卡车体车头设置有前置摄像机，车尾设置有后置摄像机；所述多个传感器分别设置在所述宽体矿卡车体的车头、车尾及车顶；

所述车辆控制系统由安装在驾驶室内部的车辆控制器及负责油门、转向、制动的线控执行单元组成，控制车辆完成加减速、转向、制动驾驶动作。

3.根据权利要求2中所述的无人驾驶的宽体矿卡，其特征在于：还包括定位系统及防撞装置，防撞装置包括防护罩以及安装在防护罩两侧的缓冲组件，所述定位系统与主控制器电连；所述定位系统可对车辆进行准确的位置检测，并主控制器的接收信息指令到达指定位置。

4.根据权利要求2所述的无人驾驶的宽体矿卡，其特征在于：所述前置摄像机安装驾驶舱前挡风玻璃后方，在获得车辆前方信息的同时，减少粉尘、雨雾引起的图像模糊；左侧激光雷达安装在前保险杠左侧，可以直接获得车辆前方及左方的环境信息；右侧激光雷达安装在前保险杠右侧，可以直接获得车辆前方及右方的环境信息；还包括毫米波雷达安装在前保险杠后方，在保证探测精度的同时，避免运行工程中污泥及溅石对传感器的损耗；前激光雷达安装在前保险杠正中，获取车辆正前方的环境信息；侧超声波雷达安装在前保险杠左右两侧，提供车头两侧近处激光雷达及毫米波雷达盲区内的环境信息；前超声波雷达在前保险杠前方均匀分布，提供车头正前方激光雷达及毫米波雷达盲区内的环境信息；后激光雷达安装在车身主梁及车斗下方，提供车辆后方的环境信息，并保证车斗升起卸货时不会对传感器损坏；后置摄像头安装在车尾正中，提供车辆正后方的环境信息。

5.根据权利要求3所述的无人驾驶的宽体矿卡，其特征在于：所述通信系统采用4G-LTE或5G通信，实现车辆与远端服务器、生产控制设备或其他车辆间的通信，车体上有无线通讯及卫星天线，安装在驾驶舱顶部，保证无线通讯信号质量；

所述定位系统根据卫星定位获得车辆的绝对位姿，根据激光雷达的数据及同步定位于定位技术估计车辆在矿区内的绝对位姿，同时根据车轮轮速、发动机转速信息估计车辆在一定时间段内的相对位姿，并结合各定位结果，确保在卫星信号减弱、受遮挡条件下，保证车辆位姿数据同步。

6.根据权利要求1所述的无人驾驶的宽体矿卡，其特征在于：所述车辆控制系统还包括液压卸货系统，通过液压卸货系统将货箱进行抬升，进行货物装载卸货。

7.根据权利要求1所述的无人驾驶的宽体矿卡，其特征在于：还包括车辆检测单元，所述车辆检测单元包括速度传感器、姿态陀螺仪、加速度传感器、制动压力传感器、发动机转速传感器和油温水温传感器。

8.根据权利要求1所述的无人驾驶的宽体矿卡，其特征在于：还包括吹扫器，所述吹扫器包括安装在车体上的空压机、连接空压机输气口的输气管以及连接输气管端部的多个吹扫嘴，多个所述吹扫嘴分别通过固定座安装在激光雷达、超声波雷达、毫米波雷达及摄像头的旁侧。

9.根据权利要求3所述的无人驾驶的宽体矿卡，其特征在于：所述防护罩对无线通讯及卫星天线进行保护，防护罩包括支架体以及设置在支架体内部的网罩，所述支架体的两侧设置有安装部，所述缓冲组件包括组装板，所述组装板设置两个滑移柱，所述滑移柱上套接缓冲弹簧和卡盘，所述缓冲弹簧对卡盘进行弹性支撑，两个卡盘之间焊接支承条，所述防护罩通过安装部在支承条进行紧固。

10.根据权利要求9所述的无人驾驶的宽体矿卡，其特征在于：所述滑移柱的表面开设限位长槽，所述卡盘的内侧设置有可嵌入限位长槽的卡齿；所述组装板上安装有限高挡柱，所述限高挡柱设置在支承条的底部，对支承条的最低下压高度进行限制。

Images