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

本发明专利技术公开了一种轮

【技术实现步骤摘要】
一种轮
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轴协同混动式无人驾驶矿用自卸车及其控制方法


[0001]本专利技术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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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
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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。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种轮
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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。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种轮
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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
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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。
[0006]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。
[0007]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。
[0008]进一步的，所述轮边驱动电机采用永磁半直驱电机。
[0009]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。
[0010]进一步的，还包括超级电容，超级电容与DC/DC转换器电连接。
[0011]一种轮
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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。
[0012]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T
req
‑
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，T
req
‑
e
＞T
e
‑
max
，V＞V
motor
‑
max
；或条件二：Bls≠1， R≠1或R=1，转向，T
req
‑
e ≤T
e
‑
max
，T
req
‑
e
≥T
e
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
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
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2）、启停控制器（33
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3）和检测预警控制器（33
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4），无人驾驶感知系统与上位机（33
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1）电连接，上位机（33
‑
1）、下位机（33
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2）均与整车控制器（17）电连接，启停控制器（33
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3）、检测预警控制器（33
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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6任一所述的一种轮
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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
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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
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3），启停控制器（33
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3）解析指令实现启停控制；驱动...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍久圣，胡格格，阴妍，邹学耀，王旭，陆耀，魏肖，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：