一种应用在矿区运输中的车用路面探测装置的制作方法

本实用新型涉及路面探测领域，设计了一种应用在矿区运输中的车用路面探测装置，用于矿区路面的探测。

背景技术：

在车辆技术不断发展的今天，各种辅助驾驶技术得到了广泛的应用，但是在这些辅助驾驶技术通常适用于路面状况相对良好的城区道路或者高速公路。在矿区运输车的行驶过程中，道路行驶条件恶劣，经常会遇到道路起伏较大，积水积雪积冰或者运输过程中掉落的矿石甚至是坏路以及无路地带，在这种情况下，现有的辅助驾驶技术难以在第一时间有效发挥作用，运输车性能会受到很大影响甚至会出现危险工况。目前已存在的专利中提出的路面探测方法包括通过获取路面图像及探测图像判断路面障碍物对车辆运行的影响以及通过激光传感器、车载DVR、中央处理单元的配合显示出道路积水深度及长度，可以看出，对于路面探测装置，现有技术主要存在三方面的问题：一是探测的信息种类及范围都有一定的局限性，不符合恶劣路面的行驶需求；二是所探测的路面信息仅用于单个车辆的系统决策，造成了一定程度上信息资源的浪费；三是探测装置受成本及安装空间限制没有容错机制，当探测装置失效时会使车辆失去感知路面信息的能力，为车辆的行驶安全留下隐患。

因此，本实用新型设计了一种应用在矿区运输中的车用路面探测装置，通过路面探测装置中行驶在运输车前方的无人探测车对路面信息进行探测，所述无人探测车安装有具有多种类的传感器且探测范围可调组成的路面感知系统，可以全面的探测路面信息，此后无人探测车的路面分析模块路面信息分析决策并传输给运输车辆以及运输车驾驶员，当无人探测车处于故障状态探测装置中的车载探测器进入工作状态进行探测。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的在于设计一种应用在矿区运输中的车用路面探测装置，对矿区运输车行驶路面的路面状况进行探测并传递给运输车辆及运输车驾驶员，旨在于提高运输车辆的行驶安全性。为了实现上述目的，本实用新型按如下技术方案实现：

路面探测装置由无人探测车、车载探测器以及运输车信号接收单元组成，其中无人探测车具有电子控制单元，在矿区运输车的前方行驶，负责完成行驶路面信息的探测，经过分析决策后将路况信息传输给运输车辆及运输车驾驶员；车载探测器安装于运输车前端底部，在无人探测车处于故障状态时对运输车行驶路面进行探测；运输车信号接收单元用于接收无人探测车通过无线传输传递而来的路面信息和无人探测车的故障信息，除此之外运输车信号单元还可接收车载探测器通过无线传输传递而来的路面信息。

技术方案中所述的无人探测车具有五个车轮，安装在三根车轴上，其中前轴有一个车轮，并且前轴车轮位于无人探测车纵向对称面内；中间轴和后轴均为两个车轮，其中中间轴的两轮轮距可以根据后方运输车辆的轮距变化；无人探测车安装有路面感知系统，该系统可以行驶路面的状况进行检测；无人探测车的电子控制单元里包含有路面分析模块，可以根据路面感知系统传递来的路况信息进行分析决策。

技术方案中所述的车载探测器由驱动机构、传动机构、轮式机构以及传感装置组成；车载探测器安装于汽车前端底部前轴与保险杠之间并且位于驾驶室异侧，在无人探测车处于正常工作状态时折叠收置于汽车底部且与水平线向上成3°至8°的夹角，夹角的变化量与道路坡度角度变化量满足Δy＝0.1Δx，以避免影响汽车通过性，式中Δy为车载探测器夹角变化量，Δx为道路坡度角变化量；无人探测车处于部分或全部故障状态时进入工作状态，轮式机构与行驶路面直接接触，且接触位置与运输车前保险杠的水平距离在1到5米范围内变化，变化依据为S＝V(t1+t2+t3+t4),S为所述水平距离，V为运输车行驶车速，t1为路面信号采集时间，t2为信号传输时间，t3为信号处理时间，t4为驾驶员反应时间。

技术方案中所述的运输车信号接收单元安装于运输车的电控气压制动系统中，并且通过 CAN总线与电控气压制动系统的电子控制单元以及运输车驾驶室显示屏相连，并且将包括最佳行驶路线、路面温度、路面积水积雪积冰的长度、宽度以及厚度、路面松软程度在内的路况信息以及无人探测车路面感知系统的故障信息通过显示屏传达给运输车驾驶员，此外，电控气压制动系统的电子控制单元根据最佳行驶路线范围内的路况信息判断运输车按照该路线行驶时的附着情况，并根据判断结果调整制动控制策略。

技术方案中所述的无人探测车的前轴及后轴为转向轴，以获得较小转弯半径及较高转向灵活性；无人探测车为适时全轮驱动系统，中间轴为固定驱动轴，在保证矿区行驶过程中驱动力的同时节省成本；此外，无人探测车安装有可以升降的浮动车桥，由履带式的车轮以及直线作动器组成，当无人探测车检测到路面变形较大时，直线作动器控制车桥下降直至车轮与地面接触，以增大接触面积，并且车轮接地面积与路面变形程度呈正相关变化：无人探测车行驶过程中，探测车接地区域下沉小于60毫米时，浮动车桥不工作；路面下沉60-120毫米时，浮动车桥轮胎接地面积为0.03平方米；路面下沉超过120毫米时，浮动车桥轮胎接地面积为0.07平方米。

技术方案中所述的无人探测车特征在于所述无人探测车的路面感知系统由安装于五轮轮胎内的路面松软程度检测传感器、五轮轮毂上的路面不平度传感器以及无人探测车前端顶部的复合路况成像装置组成；其中复合路况成像装置可以识别并探测包括路面温度分布、路面异物分布、可行驶路面以及路面积水积雪积冰情况在内的路况信息，采集区域为无人车前方行驶区域，区域长度与探测车行驶车速V的关系满足S＝0.0094V²+0.6056V+3.1729，此式根据汽车停车视距表拟合得到，确保探测车可以根据探测到的路面信息做出及时的反应，从而保证无人探测车的行车安全；区域宽度则与路面状况的优劣成负相关关系，以保证探测车可以分析规划出最佳行驶路径。

技术方案中所述的无人探测车电子控制单元中的路面分析模块同时与路面感知系统以及运输车电控气压制动系统的信号接收单元无线连接；路面分析模块分为信号接收单元、路面预处理单元、路面分析单元、路径规划单元及信号发射单元

技术方案中所述的无人探测车设有故障检测单元，负责检测系统内路面松软程度传感器、路面不平传感器及复合路况成像装置的工作状态以及无人探测车整体的行驶状态；所述故障检测单元与路面分析模块以及运输车车载探测器无线连接。

技术方案中所述的车载探测器的传动机构由七根传动杆组成：第一传动杆一端与动力源输出轴沉孔连接，另一端与第二传动杆上端铰接；第二传动杆下端固连于第五传动杆中部；第五传动杆的上端与运输车底盘相连，下端与第六传动杆铰接；第三传动杆左端固连于第二传动杆中部，右端与第四传动杆铰接；第四传动杆的右端固连于第五传动杆；第七传动杆一端与运输车底盘铰接，另一端与第六传动杆铰接。

技术方案中所述的车载探测器的第六传动杆为阶梯杆，其上半部分与其他传动杆共同保证车载探测器准确的工作状态，下半部分则设计成电磁推杆并且与轮式机构相连，一方面具有长度可变的特点；另一方面依靠杆内电磁阻尼减小探测器与路面接触及分离时的冲击。

技术方案中所述的车载探测器的传感装置的安装以轮式机构为载体，采集包括路面不平度、附着状况及松软情况在内的道路特征，并将采集到的道路特征传输给电控气压制动系统中的信号接收单元。

与现有技术相比，本实用新型实施具有以下有益效果：行驶于矿区运输车前方的无人探测车可以完成包括路面坡度、路面不平度、路面温度、路面松软程度、路面异物、路面积水积雪积区域在内的路况信息的探测且探测范围可根据车速及路面状况改变，并将路况信息传输给运输车辆，便于其提前调整制动策略；此外，路况信息也将传达给运输车驾驶员，方便其做出预判。在无人探测车故障时，作为备用的车载探测器也将完成路面特征的采集，并完成信息的传递，确保运输车安全行驶。

附图说明

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明。

图1是本实用新型所述的无人探测车的整体示意图；

图2是本实用新型所述的无人探测车的底盘结构示意图；

图3是本实用新型所述的车载探测器的原始位置示意图；

图4是本实用新型所述的路面探测装置的结构组成图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的描述。这些附图为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此仅显示与本实用新型有关的结构组成。

本实用新型包括图1所示的无人探测车以及图3所示的车载探测器。

如图1所示，无人探测车100的主要工作组成包括路面感知系统和探测车电子控制单元内的路面分析模块102组成，其中路面感知系统由安装于五轮轮胎内的路面松软程度传感器103、五轮轮毂上的路面不平传感器104以及无人探测车前端顶部的复合路况成像装置101三部分组成，并且三者都与路面分析模块无线连接。

具体的，无人探测车100行驶过程中，复合路况成像装置101首先对前方行驶路面进行热成像，并将所得图谱传输至路面分析模块中的路面预处理单元，由路面分析模块102进行分析首先得到路面温度分布，并据此分辨得到温度异常区域，并且初步判断出路面是否具有较大起伏以及是否存在积水积雪积冰情况，并将待检测信息传输到复合路况成像装置101，通过摄像机获取路面图像，传输至路面预处理单元后进行滤波，分辨得到较适宜行驶的路面以及积水积雪积冰的区域及厚度。

路径规划单元通过模块内通讯获取路面预处理单元的所有处理结果，作出判断，使无人探测车100绕过大颠簸，积水积雪积冰严重的路面，行驶在最适合行驶的路线中。

在无人探测车100行驶过程中，安装于五轮轮胎内的路面松软程度传感器104、五轮轮毂上的路面不平传感器103实时对无人探测车驶过的路面信号进行采集，获取包括路面不平度、路面变形度以及附着系数在内的路况信息，并将采集到的信息传输给路面分析模块102 中的路面分析单元进行信息整合，将前述单元的分析结果一并传输至信号发射单元，最终送至无人探测车100后方的运输车辆。

无人探测车100内的故障检测单元负责检测系统内路面松软程度传感器、路面不平传感器及复合路况成像装置101的工作状态以及无人探测车100整体的行驶状态，具体由装置中的检测子单元执行，一旦无人探测车被检测出工作异常时，故障检测单元立即向车载探测器及运输车辆发出信号，车载探测器进入工作状态。

如图3所示，车载探测器由驱动机构、传动机构、轮式机构以及传感装置组成，驱动机构采用电机，为车载探测器的工作提供动力；传动机构采用杆系，包括7根传动杆；轮式机构与地面直接接触，并且为传感装置的安装提供载体；传感装置用于采集包括路面不平度、附着状况及松软情况在内的道路特征，并将采集到的道路特征传输给电控气压制动系统中的信号接收单元。

如图3所示，第一传动杆一端与动力源输出轴沉孔连接，另一端与第二传动杆上端铰接；第二传动杆下端固连于第五传动杆中部；第五传动杆的上端与运输车底盘相连，下端与第六传动杆铰接；第三传动杆左端固连于第二传动杆中部，右端与第四传动杆铰接；第四传动杆的右端固连于第五传动杆；第七传动杆一端与运输车底盘铰接，另一端与第六传动杆铰接。其中第六传动杆为阶梯杆其上半部分与其他传动杆共同保证车载探测器准确的工作状态，下半部分则设计成电磁推杆并且与轮式机构固定连接，具有长度可变的特点。当车载探测器运动到工作状态时，第一传动杆与第二传动杆共线，第三传动杆和第四传动杆共线，实现传动机构自锁，保证工作可靠性。