工程运输专用领域的无人驾驶矿车的制作方法

本实用新型涉及无人驾驶领域。更具体地说，本实用新型涉及工程运输专用领域的无人驾驶矿车。

背景技术：

随着智能化信息化技术的发展，智能矿山建设也成为了国家的战略计划，其中散装物料运输环节的非公路运输设备是整个智能化矿山建设的最重要环节，但现有的非公路运输设备不具有无人驾驶功能，因而运输效率较低，施工单位的用人成本较高。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供工程运输专用领域的无人驾驶矿车，以大幅度提高运输设备的运输效率，减少施工单位的用人成本。为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，提供了工程运输专用领域的无人驾驶矿车，包括：

车体；

工控机，其设置在所述车体上；

传感器系统，其包括：

GPS导航系统，其包括基准站、惯导系统的定位装置和移动站，惯导系统的定位装置和移动站设置在所述车体上，移动站GPS接收机的信号输出端与所述工控机的输入端连接，用于获取车辆的目标路径和实时航行信息，并将车辆的目标路径和实时航行信息传输给工控机；

线控底盘系统，其设置在所述车体上，所述线控底盘系统包括：

线控动力系统，其包括安装在车体的前端的发动机系统、自动变速箱系统和发动机控制器、自动变速箱控制器，工控机的输出端分别与发动机控制器和自动变速箱控制器的输入端连接，发动机控制器和自动变速箱控制器的输出端分别与发动机系统和自动变速箱系统的输入端连接；

线控制动系统，其包括整车主制动系统及安装在后桥上的EBS制动控制系统，EBS制动控制系统的输入端与工控机的输出端连接；

线控转向系统，其包括整车转向系统及安装在转向器上的EPS转向控制系统，EPS转向控制系统的输入端与工控机的输出端连接；

线控货箱倾卸系统，其包括整车货箱倾卸系统及倾卸控制系统，倾卸控制系统的

输入端与工控机的输出端连接；

线控车身控制系统，其包括车身灯光系统及LCC车身控制系统，LCC车身控制系统的输入端与工控机的输出端连接。

优选的是，所述的工程运输专用领域的无人驾驶矿车中，所述工控机上设置有人工/自动驾驶切换开关。

优选的是，所述的工程运输专用领域的无人驾驶矿车中，所述传感器系统还包括：

毫米波雷达，其设置在车架贯通式前横梁的前端，并与所述工控机的输入端连接，用于获取车辆前进方向上的障碍物位置信息，并将获取的车辆前进方向上的障碍物位置信息传输给工控机；

两个激光雷达，其中一个激光雷达设置在车架贯通式前横梁的上部，并与所述工控机的输入端连接，用于获取相对于车辆前进方向上障碍物的三维立体数据，另一个激光雷达设置在第五横梁上部，并与所述工控机的输入端连接，用于获取相对于车辆倒车方向上障碍物的三维立体数据；

多个超声波雷达，两侧货箱侧板上均设置有多个超声波雷达，每个超声波雷达均与所述工控机的输入端连接，用于获取车辆周围近距离的障碍物信息。

优选的是，所述的工程运输专用领域的无人驾驶矿车中，所述工控机设置在驾驶室的右侧平台上。

优选的是，所述的工程运输专用领域的无人驾驶矿车中，所述惯导系统的定位装置和移动站设置在驾驶室的顶部。

优选的是，所述的工程运输专用领域的无人驾驶矿车中，所述超声波雷达的个数为6个，两侧货箱侧板的下横筋上各设置有3个超声波雷达。

优选的是，所述的工程运输专用领域的无人驾驶矿车中，所述整车转向系统包括：

方向盘；

转向器，其位于底盘车架上，所述转向器的输出轴水平设置，所述转向器的输入轴垂直于其输出轴设置；

转向轴，其位于所述方向盘的下方，转向轴的一端与所述方向盘的中心连接、另一端与所述转向器的输入轴连接；

电机，其集成在所述转向器中；

垂臂，其竖直设置，垂臂的上端与所述转向器的输出轴连接，电机与EPS转向控制系统的输出端连接；

直拉杆，其水平设置，直拉杆的一端与所述垂臂的下端连接、另一端与所述无人驾驶矿车的转向车桥转向臂连接；

液压油缸，其固定在底盘车架上，所述液压油缸的活塞杆与所述无人驾驶矿车的转向车桥转向臂连接，有杆腔和无杆腔分别通过两根高压油管与转向器连通；液压泵，其设置在底盘车架上，所述液压泵通过高压油管与所述转向器连接；

储油罐，其设置在底盘车架上，包括进油口、出油口，所述进油口通过低压油管与所述转向器连接，所述出油口通过低压油管与所述液压泵连接。

优选的是，所述的工程运输专用领域的无人驾驶矿车中，所述液压油缸由从动转向器、从动垂臂、从动直拉杆替换，其中，从动转向器通过两个高压油管与所述转向器连接，所述从动转向器的输出轴水平设置，所述从动垂臂竖直设置，其上端与所述从动转向器的输出轴连接，所述从动直拉杆水平设置，其一端与所述从动垂臂的下端连接、另一端与所述无人驾驶矿车的转向车桥转向臂连接。

本实用新型至少包括以下有益效果：

本实用新型具备有人和无人驾驶两种功能，当采用无人驾驶时，能实现线控动力系统、线控制动系统、线控货箱倾卸系统和线控车身控制系统的无人化操作，能大幅度提高运输设备的运输效率，减少施工单位的用人成本。

本实用新型在车体上设置有毫米波雷达、两个激光雷达和多个超声波雷达，能使车辆在前进和倒车过程中绕开障碍物，保证了无人驾驶时，车辆能顺利绕障和倒车。

本实用新型实现了人工驾驶模式和无人驾驶模式，人工驾驶模式驾驶员在转动方向盘同时电机驱动转向器，通过电机助力，实现矿车转向，省力易操作。无人驾驶模式下，通过GPS定位识别路线，整车控制器控制转向器，实现矿车转向。无人驾驶模式成本低易实现，安全可靠。

本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1是根据本实用新型一个实施例的工程运输专用领域的无人驾驶矿车的结构示意图；

图2是根据本实用新型一个实施例的线控底盘系统的结构示意图；

图3是根据本实用新型一个实施例的传感器系统的结构示意图；

图4是根据本实用新型一个实施例的无人驾驶矿车的控制系统拓扑图；

图5是根据本实用新型一个实施例的整车转向系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

如图1至图5所示，本实用新型提供程运输专用领域的无人驾驶矿车，包括：

车体14；

无人驾驶控制系统3，其主要由一台工控机26组成，工控机26设置在所述车体14上；

传感器系统2，其包括：

GPS导航系统，其包括基准站、惯导系统的定位装置和移动站22，基准站安装在作业区的最高位置处，惯导系统的定位装置和移动站22设置在所述车体14上，移动站GPS接收机的信号输出端与所述工控机26的输入端连接，具体为移动站GPS接收机的信号输出端与所述工控机26的COM口连接，用于获取车辆的目标路径和实时航行信息，并将车辆的目标路径和实时航行信息传输给工控机26；

线控底盘系统1，其设置在所述车体14上，所述线控底盘系统1包括：

线控动力系统，其包括安装在车体14或车辆的前端的发动机系统4、自动变速箱系统6和发动机控制器5、自动变速箱控制器7，发动机系统4、自动变速箱系统6和发动机控制器5、自动变速箱控制器7的结构、组成和安装方式为现有技术中的任何一种，工控机26的输出端分别与发动机控制器5和自动变速箱控制器7的输入端连接，具体为工控机26通过整车CAN线分别与发动机控制器及变速箱控制器的输入端连接，发动机控制器5和自动变速箱控制器7的输出端分别与发动机系统4和自动变速箱系统6的输入端连接；线控动力系统中发动机系统4和自动变速箱系统6能够实现CAN指令的控制。

线控制动系统，其包括整车主制动系统12及安装在后桥15上的EBS制动控制系统13，EBS制动控制系统13的输入端与工控机26的输出端连接，具体为工控机26通过整车CAN线与EBS制动控制系统13的控制器输入端连接；整车主制动系统12及EBS制动控制系统13的结构、组成和安装方式为现有技术中的任何一种。

线控转向系统，其包括整车转向系统10及安装在转向器上的EPS转向控制系统11，EPS转向控制系统11的输入端与工控机26的输出端连接，具体为工控机26通过整车CAN线与EPS转向控制系统11的控制器输入端连接；整车转向系统10及EPS转向控制系统11的结构、组成和安装方式为现有技术中的任何一种。线控转向系统首先通过GPS导航系统获取目标路径信息，目标路径信息是由一组顺序排列的点组成，每个点都包含经度、纬度和海拔信息，目标路径获取后预先存储在整车控制器当中，通过车辆实时定位航向信息和目标路径信息就可以计算线控转向系统所需要的实时转角信息，线控转向控制系统根据实时转角信息就可以实现转向功能的无人化操作。

线控货箱倾卸系统，其包括整车货箱倾卸系统8及倾卸控制系统9，倾卸控制系统9的输入端与工控机26的输出端连接，具体为工控机26通过整车CAN线与倾卸控制系统9的控制器输入端连接；整车货箱倾卸系统8及倾卸控制系统9的结构、组成和安装方式为现有技术中的任何一种。

线控车身控制系统，其包括车身灯光系统16及LCC车身控制系统17，LCC车身控制系统17的输入端与工控机26的输出端连接，具体为工控机26通过整车CAN线与LCC车身控制系统17的控制器输入端连接。车身灯光系统16及LCC车身控制系统17的结构、组成和安装方式为现有技术中的任何一种。线控车身控制系统控制的主要控制对象是转向灯及各种电磁阀。LCC车身控制系统17接受CAN指令后，

控制车身灯光系统16的运行。

本方案提供的工程运输专用领域的无人驾驶矿车，在使用前，车辆通过GPS导航系统获取目标路径后，传递并存储在工控机26中，在使用时，首先通过按下车上的一键启动系统将车辆启动，同时无人驾驶控制系统3也被启动。之后工控机26通过CAN分别给发动机控制器5发送油门CAN指令，给自动变速箱控制器7发送档位CAN指令，发动机控制器5和自动变速箱控制器7分别控制发动机系统4和自动变速箱系统6运行，线控动力系统通过控制车辆速度使车辆从装料点A行驶到卸料点B，当车辆到达指定的卸料点B时，工控机26通过CAN指令控制线控动力系统，使车辆不再加速及档位置于N挡，且通过CAN指令给EBS制动控制系统13发送制动减速度信号，EBS制动控制系统13控制整车主制动系统12运行，使车辆制动。待车辆停下来后，倾卸控制系统9接受CAN指令的控制，工控机26通过发送举升和下降CAN开关指令给倾卸控制系统9，倾卸控制系统9控制整车货箱倾卸系统8运行，从而实现卸料工作及货箱18下降回位的无人化操作。待车辆完成卸料任务后，则按照目标路径从卸料点B返回装料点A，如此往复运动实现非公路宽体自卸车的无人化作业。

车辆在行进过程中，移动站的两个卫星接收天线获取车辆实时的航行信息后，传递至工控机26中，工控机26根据目标路径和实时的航行信息计算获得车辆的实时转角信息，并将实时转角信息传递给EPS转向控制系统11，EPS转向控制系统11根据实时转角信息控制整车转向系统10运行，以实现转向功能的无人化操作。当车辆需要变道时工控机26通过CAN指令发送转向灯开关信号给LCC车身控制系统17，LCC车身控制系统17控制对应的转向灯电磁阀的开启，从而实现车身灯光及电磁阀的无人化操作。

在另一种技术方案中，所述的工程运输专用领域的无人驾驶矿车中，所述工控机26上设置有人工/自动驾驶切换开关。即无人驾驶矿车既可实现无人驾驶，也可实现有人驾驶。

在另一种技术方案中，所述的工程运输专用领域的无人驾驶矿车中，所述传感器系统2还包括：

毫米波雷达19，其设置在车架贯通式前横梁20的前端，并与所述工控机26的输入端连接，具体为毫米波雷达19与所述工控机26通过整车CAN线连接，用于获取车辆前进方向上的障碍物位置信息，并将获取的车辆前进方向上的障碍物位置信息传输给工控机26；毫米波雷达19是通过不间断地接受反射回来的毫米波信息，从而获取障碍物的距离及方位信息；

两个激光雷达，其中一个激光雷达21设置在车架贯通式前横梁20的上部，并与所述工控机26的输入端连接，具体为该激光雷达与所述工控机26的网口通过网线连接，用于获取相对于车辆前进方向上障碍物的三维立体数据，另一个激光雷达设置在第五横梁的上部，并与所述工控机26的输入端连接，具体为该激光雷达与所述工控机26的网口通过网线连接，用于获取相对于车辆倒车方向上障碍物的三维立体数据；激光雷达为16线激光雷达，可以获取水平360°和垂直30°内的车辆周围环境障碍物的三维信息，当车辆前方或后方有障碍物时就可以通过激光雷达获取车辆前方或后方的道路状况信息，这些信息包括障碍物的长宽高及属性分类。

多个超声波雷达23，车辆的两侧货箱侧板24上均设置有多个超声波雷达23，每个超声波雷达23均与所述工控机26的输入端连接，具体为每个超声波雷达23均与所述工控机26的数字IO口连接，用于获取车辆周围近距离的障碍物信息。超声波雷达23的功能与毫米波雷达19相似，但是探测距离仅有2～5米，所以它可以辅助激光雷达实现绕障及倒车时车辆侧面障碍的识别。

车辆前进时，通过毫米波雷达19和/或车架贯通式前横梁20的上部的激光雷达获取车辆前进方向的障碍物位置信息后，将障碍物位置信息传递给工控机26，工控机26通过计算得到车辆相对于障碍物的距离，若距离小于安全距离时，工控机26计算出车辆制动所需要的制动减速度，并将制动减速度信息传递给EBS制动控制系统13，EBS制动控制系统13通过实时获取的制动减速度，从而控制整车主制动系统12运行，以实现制动系统的无人化操作。

车辆前进时，通过超声波雷达23获取车辆侧面近距离的障碍物位置信息后，将障碍物位置信息传递给工控机26，工控机26通过计算得到车辆相对于障碍物的距离，若距离小于安全距离时，工控机26计算出车辆制动所需要的制动减速度，并将制动减速度信息传递给EBS制动控制系统13，EBS制动控制系统13通过实时获取的制动减速度，从而控制整车主制动系统12运行，以实现制动系统的无人化操作。

车辆在绕障和倒车时，超声波雷达23和/或第五横梁上部的激光雷达获取车辆侧面近距离的障碍物位置信息和/或车辆倒车方向的障碍物位置信息后，将障碍物位置信息传递给工控机26，工控机26通过计算得到车辆相对于障碍物的距离，若距离小于安全距离时，工控机26计算出车辆制动所需要的制动减速度，并将制动减速度信息传递给EBS制动控制系统13，EBS制动控制系统13通过实时获取的制动减速度，从而控制整车主制动系统12运行，以实现制动系统的无人化操作。

在另一种技术方案中，所述的工程运输专用领域的无人驾驶矿车中，所述工控机26设置在驾驶室25的右侧平台上。

在另一种技术方案中，所述的工程运输专用领域的无人驾驶矿车中，所述惯导系统的定位装置和移动站设置在驾驶室25的顶部。

在另一种技术方案中，所述的工程运输专用领域的无人驾驶矿车中，所述超声波雷达的个数为6个，两侧货箱侧板的下横筋上各设置有3个超声波雷达。这样超声波雷达的数量足够，且能顺利实现侧方绕障。

在另一种技术方案中，所述的工程运输专用领域的无人驾驶矿车中，如图5所示，所述整车转向系统包括：

方向盘38；

转向器27，其位于底盘车架上，所述转向器27的输出轴水平设置，所述转向器27的输入轴垂直于其输出轴设置；

转向轴28，其位于所述方向盘38的下方，转向轴的一端与所述方向盘38的中心连接、另一端与所述转向器27的输入轴连接；

电机29，其集成在所述转向器27中，电机与EPS转向控制系统的输出端连接，具体为电机与EPS转向控制系统的输出端通过控制线束连接；

垂臂30，其竖直设置，垂臂30的上端与所述转向器27的输出轴连接；

直拉杆31，其水平设置，直拉杆31的一端与所述垂臂30的下端连接、另一端与所述无人驾驶矿车的转向车桥转向臂37连接；

液压油缸32，其固定在底盘车架上，所述液压油缸32的活塞杆与所述无人驾驶矿车的转向车桥转向臂37连接，有杆腔和无杆腔分别通过两根高压油管与转向器27连通；

液压泵34，其设置在底盘车架上，所述液压泵34通过高压油管与所述转向器27连接；

储油罐33，其设置在底盘车架上，储油罐33包括进油口、出油口，所述进油口通过低压油管与所述转向器27的出油口连接，所述出油口通过低压油管与所述液压泵连接。

此技术方案实现了矿车驾驶的人工驾驶模式。通过转动方向盘38和控制电机29同时驱动转向器27控制转向车桥转向臂37的一端，通过控制液压油缸32带动转向车桥转向臂37的另一端，使转向车桥转向臂37两端的轮胎转动，进而实现对于矿车的转向控制。具体为：驾驶员转动方向盘38，带动转向轴28转动，转向轴28带动转向器27，同时通过预先设定程序，使电机29带动转向器27，在转向轴28和电机29共同作用下，转向器27工作。转向器27的输出端带动垂臂30转动，垂臂30带动直拉杆31运动，直拉杆31带动转向车桥转向臂37运动。转向器27通过两根高压油管和液压油缸32连接，转向器27工作时，液压油缸32也工作，液压油缸32带动转向车桥转向臂37运动。液压泵34依次通过与其连接的低压油管、高压油管将液压油从储油罐33中输送给转向器27，转向器27中多余的液压油通过低压油管返回储油罐33，实现矿车的转向操作。其中，图5中双实线代表油管连接。转向器27具有四个油口，高压油管或低压油管与转向器27连接时分别与各自对应的油口连接。

人工驾驶模式下，驾驶员在转动方向盘38同时电机29驱动转向器27，通过电机29助力，实现矿车转向，省力易操作。

无人驾驶模式下，通过GPS定位设备36(即GPS导航系统)预先采集路线，GPS定位设备36采集的路线是一组点位置数据，储存在整车控制器35(即工控机26)中，当矿车在所采集的路线上行驶时，GPS接收器(即惯导系统的定位装置和移动站)捕捉之前所采集的点位置数据与当前位置的点位置数据，传给整车控制器35进行计算，给出转角信息，整车控制器35控制电机29带动转向器27转动相应角度，转向器27的输出端带动垂臂30转动，垂臂30带动直拉杆31运动，直拉杆31带动转向车桥转向臂37运动。转向器27通过两根高压油管和液压油缸32连接，转向器27工作时，液压油缸32也工作，液压油缸32带动转向车桥转向臂37运动。液压泵34依次通过低压油管、高压油管将液压油从储油罐33中输送给转向器27，转向器27中多余的液压油通过低压油管返回储油罐33，实现矿车的转向操作，安全可靠。其中，图5中双虚线代表网络信号联接，比如GPS定位设备36和整车控制器35通过CAN联接。

在另一种技术方案中，所述的工程运输专用领域的无人驾驶矿车中，所述液压油缸32由从动转向器、从动垂臂、从动直拉杆替换，其中，从动转向器通过两个高压油管与所述转向器连接，所述从动转向器的输出轴水平设置，所述从动垂臂竖直设置，其上端与所述从动转向器的输出轴连接，所述从动直拉杆水平设置，其一端与所述从动垂臂的下端连接、另一端与所述无人驾驶矿车的转向车桥转向臂连接。从动转向器、从动垂臂、从动直拉杆均为普通的转向器、垂臂、直拉杆即可，也可以与本实用新型中的其中一个技术方案中叙述的转向器、垂臂、直拉杆相同。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。