一种煤矿辅助运输车辆定位方法及定位系统技术方案

本发明专利技术公开了一种煤矿辅助运输车辆定位方法及定位系统，属于车辆运输定位技术领域。包括如下步骤：一、采集各车轮的转速及方向盘转角，分别构建基于车辆非转向轮的运动学模型、基于车辆转向轮的运动学模型，并根据基于车辆非转向轮的运动学模型和基于车辆转向轮的运动学模型构建基于车辆几何中心的运动学模型；二、根据车辆行驶情况，a、当车辆处于正常行驶状态时，采用基于车辆几何中心的运动学模型与捷联惯导系统进行组合定位；b、当车辆处于异常行驶状态时，采用基于车辆非转向轮的运动学模型与捷联惯导系统进行组合定位。本发明专利技术能最大程度减小异常状态对定位精度带来的影响，提高定位精度，兼容性强、精度高、简单易行、方便可靠。便可靠。便可靠。

【技术实现步骤摘要】
一种煤矿辅助运输车辆定位方法及定位系统


[0001]本专利技术属于煤矿井下辅助车辆运输定位
，更具体地说，涉及一种煤矿辅助运输车辆定位方法及定位系统。

技术介绍

[0002]随着智慧矿山的提出以及煤矿智能化的发展，对煤矿井下辅助运输车辆的定位精度提出了更高的要求，单一的定位技术往往难以满足车辆的定位精度要求，越来越多的采用组合定位技术，其中比较有代表性的是基于轮式编码器和捷联惯导的组合定位系统，通过二者的优势互补可以在一定程度上减小捷联惯导系统的累积误差，提高定位精度，是一种比较理想的组合定位方案。
[0003]但是辅助运输车辆在行驶过程中会发生打滑和滑行等异常状况，会导致编码器定位失效，如果没有及时发现并隔离，将会严重影响辅助运输车辆的定位精度，目前一种主流的解决方案是，在监测到辅助运输车辆出现打滑或滑行等异常状态时，及时隔离故障，在打滑或滑行阶段只采用捷联惯导系统进行定位，这样可以有效的避免由于车轮打滑等车辆异常状况带来的影响。
[0004]但是这样也有一个不可忽视的弊端，就是发现辅助运输车辆发生打滑或滑行等异常状况并及时隔离之后，在这个阶段只采用单一的捷联惯导系统进行定位，如果车辆长时间处于打滑或滑行状态，其累积误差将会持续增大，严重影响定位精度，等到辅助运输车辆恢复正常才能抑制误差。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题至少之一，根据本专利技术的一方面，提供了一种煤矿辅助运输车辆定位方法，包括如下步骤：
[0006]一、采集各车轮的转速及方向盘转角，分别构建基于车辆非转向轮的运动学模型、基于车辆转向轮的运动学模型，并根据基于车辆非转向轮的运动学模型和基于车辆转向轮的运动学模型构建基于车辆几何中心的运动学模型；
[0007]二、根据车辆行驶情况，
[0008]a、当车辆处于正常行驶状态时，采用基于车辆几何中心的运动学模型与捷联惯导系统进行组合定位；
[0009]b、当车辆处于异常行驶状态时，采用基于车辆非转向轮的运动学模型与捷联惯导系统进行组合定位。
[0010]根据本专利技术实施例的煤矿辅助运输车辆定位方法，可选地，步骤一中所述的基于车辆非转向轮的运动学模型如下：
[0011]S10、车辆基于非转向轮的前进速度
[0012][0013]S11、车辆基于非转向轮的航向角θ，
[0014][0015]S12、基于车辆非转向轮的运动学模型输出，
[0016][0017]其中，v
A
为车辆一个非转向轮的转速，v
B
为车辆另一个非转向轮的转速，θ1为相邻两时刻非转向轮轴夹角，θ2为相邻两时刻非转向轮轴延长线的夹角，d为相邻两时刻一非转向轮比另一非转向轮多走的距离，L为两个非转向轮的间距，Δt为时间差。
[0018]根据本专利技术实施例的煤矿辅助运输车辆定位方法，可选地，步骤一中所述的基于车辆转向轮的运动学模型如下：
[0019]S20、车辆基于转向轮的前进速度
[0020][0021]S21、车辆基于转向轮的航向角
[0022][0023]δ1和δ2之间的约束关系为，
[0024][0025]S22、基于车辆转向轮的运动学模型输出，
[0026][0027]其中，v
C
为车辆一个转向轮的转速，v
D
为车辆另一个转向轮的转速，δ1为车辆一个转向轮的偏角，δ2为车辆另一个转向轮的偏角，φ为方向盘转角，λ1为δ1相对于φ的比例系数，λ2为δ2相对于φ的比例系数，H为车辆两个轮轴的间距。
[0028]根据本专利技术实施例的煤矿辅助运输车辆定位方法，可选地，步骤一中所述的基于车辆几何中心的运动学模型如下：
[0029]S30、车辆基于几何中心的前进速度v0，
[0030][0031]S31、车辆基于几何中心的航向角ψ，
[0032][0033]S32、基于车辆几何中心的运动学模型输出，
[0034][v
O ψ]T
。
[0035]根据本专利技术实施例的煤矿辅助运输车辆定位方法，可选地，步骤二中，运动学模型与捷联惯导系统通过卡尔曼滤波进行组合定位。
[0036]根据本专利技术实施例的煤矿辅助运输车辆定位方法，可选地，步骤二中，车辆为异常状态的判断步骤为：
[0037]设定阈值设定阈值其中k为0.2～0.3；
[0038]当检测到或时，判定车辆处于异常行驶状态。
[0039]根据本专利技术实施例的煤矿辅助运输车辆定位方法，可选地，步骤二还包括：
[0040]c、当车辆经过井下巷道分岔口时，根据对应分岔口的位置信息，对车辆定位信息进行校正。
[0041]根据本专利技术实施例的煤矿辅助运输车辆定位方法，可选地，步骤二还包括：
[0042]d、当车辆处于中途停车状态时，采用零速修正算法对车辆定位信息进行修正。
[0043]根据本专利技术的另一方面，提供了一种煤矿辅助运输车辆定位系统，包括：
[0044]捷联惯导模块，其安装于车辆中心处；
[0045]编码器模块，其有四个，安装于车辆轮轴上并分别与四个车轮连接，分别检测四个车轮的转速；
[0046]角度传感器模块，其安装于车辆方向盘的输入轴上，检测方向盘转角；
[0047]通信模块，其安装于车辆上，用于接收和传输数据；
[0048]信标校准模块，其有若干个，分别安装于各分支巷道处，所述信标校准模块中标定有对应安装位置的位置信息，当车辆运行至分支巷道处时，对车辆的定位信息进行校准；
[0049]数据处理模块，其设于主巷道外的调度室，通信模块将捷联惯导模块、编码器模块、角度传感器模块及信标校准模块的数据传输至数据处理模块，在数据处理模块进行定位信息的处理；
[0050]监测工控机，其设于主巷道外的调度室，数据处理模块的处理结果在监测工控机储存和呈现。
[0051]根据本专利技术的又一方面，提供了一种计算机可读存储介质，用于存储非暂时性计算机可读命令，当非暂时性计算机可读命令由计算机执行时，实现本专利技术的煤矿辅助运输车辆定位方法。
[0052]有益效果
[0053]相比于现有技术，本专利技术至少具有如下有益效果：
[0054]本专利技术的煤矿辅助运输车辆定位方法，通过在辅助运输车辆四个轮子上安装编码器以及在方向盘上安装角度传感器，分别建立基于转向轮和非转向轮的辅助运输车辆运动学模型,并根据上述两个模型建立基于车辆几何中心的运动学模型，这些模型共同构成了多编码器冗余定位系统，通过设立阈值监测车轮是否出现打滑或滑行等异常状态，如果辅助运输车辆状态正常，将基于四轮编码器的运动学模型与捷联惯导模块进行组合定位，当监测到辅助运输车辆驱动轮发生打滑或滑行时，及时隔离，将基于转向轮的运动学模型与捷联惯导系统进行组合定位，最大程度减小因为辅助运输车辆发生打滑或滑行等异常状态时对定位精度带来的影响；同时通过信标校准模块和零速修正算法的辅助，进一步降低本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤矿辅助运输车辆定位方法，其特征在于，包括如下步骤：一、采集各车轮的转速及方向盘转角，分别构建基于车辆非转向轮的运动学模型、基于车辆转向轮的运动学模型，并根据基于车辆非转向轮的运动学模型和基于车辆转向轮的运动学模型构建基于车辆几何中心的运动学模型；二、根据车辆行驶情况，a、当车辆处于正常行驶状态时，采用基于车辆几何中心的运动学模型与捷联惯导系统进行组合定位；b、当车辆处于异常行驶状态时，采用基于车辆非转向轮的运动学模型与捷联惯导系统进行组合定位。2.根据权利要求1所述的一种煤矿辅助运输车辆定位方法，其特征在于，步骤一中所述的基于车辆非转向轮的运动学模型如下：S10、车辆基于非转向轮的前进速度S10、车辆基于非转向轮的前进速度S11、车辆基于非转向轮的航向角θ，S12、基于车辆非转向轮的运动学模型输出，其中，v
A
为车辆一个非转向轮的转速，v
B
为车辆另一个非转向轮的转速，θ1为相邻两时刻非转向轮轴夹角，θ2为相邻两时刻非转向轮轴延长线的夹角，d为相邻两时刻一非转向轮比另一非转向轮多走的距离，L为两个非转向轮的间距，Δt为时间差。3.根据权利要求2所述的一种煤矿辅助运输车辆定位方法，其特征在于，步骤一中所述的基于车辆转向轮的运动学模型如下：S20、车辆基于转向轮的前进速度S20、车辆基于转向轮的前进速度S21、车辆基于转向轮的航向角S21、车辆基于转向轮的航向角δ1和δ2之间的约束关系为，S22、基于车辆转向轮的运动学模型输出，其中，v
C
为车辆一个转向轮的转速，v
D
为车辆另一个转向轮的转速，δ1为车辆一个转向轮的偏角，δ2为车辆另一个转向轮的偏角，φ为方向盘转角，λ1为δ1相对于φ的比例系数，λ2为δ2相对于φ的比例系数，H为车辆两个轮轴的间距。4.根据权利要求3所述的一种煤矿辅助运输车辆定位方法，其特征在于，步骤一中所述
的基于车辆几何中心的运动学模型如下：S30、车辆基于几何中心的前进速度v0，S31、车辆基于几何中心的航...

【专利技术属性】
技术研发人员：江帆，朱真才，皇行涛，周公博，刘年胜，王立兵，张传生，彭玉兴，沈刚，张超凡，易雯雯，程舒曼，王正旭，
申请(专利权)人：徐州科瑞矿业科技有限公司，
类型：发明
国别省市：