[发明专利]一种轮-轴协同混动式无人驾驶矿用自卸车及其控制方法

说明书

本发明公开了一种轮‑轴协同混动式无人驾驶矿用自卸车及其控制方法，包括混合动力驱动系统、无人驾驶感知系统、货箱、车载电子集成箱及车架；混合动力驱动系统采用“一轴‑四轮”协同式混动结构，中轴由柴油机驱动，前后四轮由电机驱动；无人驾驶感知系统利用多种异构传感器，实时感知周围环境信息，实现定位与建图；轮边永磁半直驱电机及无座舱设计使整车结构更紧凑；前后轮四轮转向，双向行驶更稳定；六轮驱动动力性、承载力更强；矿用自卸车根据运输动力需求、驾驶环境，可自主决策并控制各执行部件，实现自主无人驾驶及多种混合动力驱动模式切换，可为露天矿发展无人化、连续化、绿色化运输提供技术支撑。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

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-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。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种轮-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。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：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；