无人驾驶技术研究及展望

<正>国内外无人驾驶技术发展近年来无人驾驶技术的研究进展十分迅速,尤其是国内外举办的一系列赛事,更有效推动了无人驾驶车智能性和实用性的快速发展。无人驾驶技术是一种利用车载传感器来感知车辆周围环境,并根据感知获得的道路、车辆位置和障碍物信息,控制车辆的转向和速度,从而使汽车能够安全、可靠地在道路上行驶。国外无人驾驶技术发展自20世纪70年代开始,斯坦福大学、卡内基-梅隆大学和麻省理工学院等大学在自动驾驶智能车辆领域进行了大量的基础性研究。欧洲也与80年代启动了世界上大规模研究智能地面     

无人驾驶车载系统在煤矿胶轮车上的应用研究

利用当前先进的无人驾驶技术，根据矿用胶轮车的工况特点，从总体方案、硬件、控制策略、车载黑匣子等多方面，开展了胶轮车上无人驾驶车载系统的设计研究。通过对该系统进行实际应用测试表明，该系统运行良好、运行稳定可靠，能较好的对整车运行工况进行精准定位，针对出现异常情况，能快速响应并发出声光报警提示，总体运行效果得到人员的一致好评。研究为提高胶轮车作业效率及保障作业安全提供了重要支撑作用，实际推广应用价值较大。     

基于LoRa技术的矿用无线复合传感器设计与实现

随着无线传感器网络技术的发展,设备状态无线监测系统越来越得到重视。针对现有的矿用无线传感器终端存在功耗高、通信距离短、射频信号抗干扰能力差等问题,提出了基于LoRa技术的矿用无线复合传感器的设计方案,详细论述了传感单元、主控单元、射频单元等硬件模块的选型与设计,以及振动数据采集、温度数据采集、数据发送等软件模块,给出了各软件模块的程序流程图。搭建了测试系统,开展了设计的无线复合传感器的功耗、无传输距离和数据有效性等性能测试。测试结果表明,设计的无线复合传感器功耗低,丢包率小于10%时无线传输距离优于600米,采集的数据真实有效。研究成果为矿用设备状态无线监测系统提供了技术支持。     

矿用运输车的全自动检测系统

介绍了矿用运输车的全自动检测系统,此系统采用智能采集板通过多路传感器对运输车辆的轴重、速度、侧滑和制动等项目的信号采集,借助于计算机实现对运输车辆的全自动检测。     

一种矿山窄轨车辆用接近传感器

在矿用窄轨车辆运输监控系统建设中,需要使用接近传感器对车轮定位以检测矿车的实时位置。接近传感器需要具有一定的稳定性和检测精度。针对这一需求,研制一种矿用接近传感器,对接近传感器的关键部件进行了分析研究,确定了解决方案并进行了实际测试。接近传感器的重要部件是振荡线圈,磁芯形状、线圈材质对振荡线圈的影响较大。对几种不同形状的磁芯及不同线材的组合进行了测试与研究,制作了传感器并进行了现场应用。     

矿用电动轮自卸车的差速转向控制策略研究

结合车辆的前后轮反向转动差速转向模型,提出了一种基于阿克曼转向和神经网络相结合的差速转向控制策略。利用矿用电动车的内外侧车轮转速进行仿真验证和控制研究,通过仿真验证结果表明:该控制算法能够使矿用电动车辆在露天矿山复杂、恶劣的环境要求下获得较小的转向半径,对车辆的紧急避障等性能的实现有一定的辅助作用,特别适合中、低速的矿用电动车辆的差速转向控制。     

基于功率放大的矿用无线信号收发器的设计

针对煤矿采煤机附近甲烷浓度及供电情况在线监控这个难点问题,设计了一种基于功率放大的矿用无线信号收发器装置,通过车载甲烷报警断电控制系统与矿用无线信号收发器之间无线传输数据,将采煤机周围的甲烷浓度及供电情况传到地面监控中心实时监控。首先,系统的阐述了基于功率放大的矿用无线信号收发器装置的工作原理,然后利用ADS射频仿真软件对功率放大处理前后电路进行了仿真优化,最后通过在巷道试验和矿井工业性试验验证了仿真设计的正确性。测试结果表明:车载甲烷报警断电控制系统与矿用无线信号收发器之间可视传输距离可达300 m以上,可以满足矿井实际需求。     

矿用纯电动防爆车辆续驶里程影响因素研究

文章着重分析了整车参数、防爆动力电池、防爆驱动系统以及传动型式对矿用纯电动防爆车辆续驶里程的影响,提出了能够使矿用纯电动防爆车辆在当前防爆动力电池比能量较低的情况下,最大限度地提升该类车辆续驶里程的措施和方法,同时基于某型号防爆纯电动防爆车辆,完成了整车试验台与VehSpy3上位机综合性能测试,计算出等速行驶工况和王家岭辅助运输大巷多工况续驶里程的大小。结果表明:该方法能够有效提升续驶里程,为矿用纯电动防爆车辆的开发研制和普及推广提供了理论基础。     

矿用铰接式电传动车辆转向控制的研究

提出一种针对矿用铰接式电传动车辆等转矩跟随控制自适应差速控制方法。建立了Adams铰接车动力学和Matlab/Simulink电机驱动系统机电一体化联合仿真模型,对车辆开环无控制和等转矩跟随控制转向工况进行仿真,仿真结果表明该控制方案使车辆具备良好的转向性能,简化了控制算法。结合试验验证了转向控制策略的可行性。     

矿用防爆车辆智能稳速联合制动系统技术研究

针对矿用防爆车辆在长距离大坡度工况时高频次点刹制动,制动过程频发制动力不足、响应慢、车辆失速危险性高的安全隐患,文章基于智能检测和电液控制技术设计了一套矿用车辆智能稳速联合制动系统并以8°坡道为例进行参数设计及验证试验。试验结果表明：满载车辆在8°坡道下行时,该系统能够有效控制车辆行驶速度稳定在安全行驶速度,有效避免了车辆下坡过程中的高频次点刹制动,联合车辆行车制动杜绝了车辆坡道失速的发生,提高了矿用车辆驾驶员生命安全保障,降低车辆故障率,提升了煤矿生产效率。     

哈尔乌素露天矿无人驾驶方案研究

为适应当前露天矿无人驾驶发展趋势,将现代智能控制和通讯技术应用到露天采矿作业过程中,以哈尔乌素露天矿为研究对象,结合现阶段无人驾驶系统的作业组织模型,采用文献研究、定性分析等方法,分析了无人驾驶系统研究的必要性及重要意义,研究了哈尔乌素露天矿无人驾驶建设内容及无人驾驶技术方案。结合现阶段露天矿无人驾驶研究情况及哈尔乌素露天矿生产实际,对改造一台套无人驾驶系统进行投资估算和效果预测。结果表明,按照无人驾驶系统生产效率提高约10%估算,哈尔乌素露天矿无人驾驶技术带来的经济效益将超过百万元。     

矿用无人卡车国内外研究现状及关键技术

分析了国内外露天矿山用卡车无人驾驶技术发展现状,详细介绍了露天矿山卡车无人驾驶关键技术;通过分析对比前装线控和后装线控两种技术路线的优缺点以及超声波雷达、毫米波雷达、激光雷达、4D光场智能感知系统、红外传感器、视觉传感器等环境感知技术的优缺点;提出多传感器高度融合将是露天矿山卡车实现全天候环境感知的发展方向。通过分析对比惯性导航系统、GNSS差分定位技术、车联网定位技术、电子地图定位技术、视觉传感器等定位导航技术的差异,指出多定位技术融合是露天矿山无人驾驶卡车定位方式的必然选择。结合露天煤矿的生产实际,提出将现有的无人驾驶各种技术算法与露天矿山标准作业流程有机融合是实现卡车无人驾驶的必由之路。最后指出无人驾驶卡车应用5G技术是露天矿山安全生产的关键和核心,是无人驾驶的必备技术。     

我国露天煤矿无人驾驶及新能源卡车发展现状与关键技术

针对我国露天煤矿受外包运营模式影响而存在的由半连续、连续工艺向间断工艺倒退、由大型化设备向小型化设备倒退的趋势,提出采用无人驾驶矿用卡车、新能源卡车可以实现露天煤矿安全高效、节能环保运输。鉴于我国无人驾驶矿用卡车正处于试验测试阶段,适应恶劣天气及矿山恶劣环境能力差,以及我国新能源矿用卡车研发处在产业化前期,受电池重量、循环寿命、充电速度及电池性能等因素制约的现状,认为,无人驾驶矿用卡车应注重研发非结构化道路无人驾驶感知融合技术、规模化运营智能调度技术及智能协同控制技术、露天矿山时变场景匹配关键技术、高可靠性、高算力无人驾驶计算平台、大型矿用卡车关键部件、基于数字孪生的设备健康管理技术等;大型矿用新能源卡车应致力于高电量、大功率、长寿命动力电池研发关键技术、极端天气下纯电动矿用卡车研发及应用关键技术、载重100 t以上纯电动矿用卡车研发关键技术等。     

宜春钽铌矿有轨电机车运输应用技术研究

在智能化生产的背景下,矿山有轨机车的运输方式智能化成为现代矿山运输的主要建设方向.电机车的无人驾驶以最新的信息传感技术为依托,是无人化自主运行的设备创新应用.以CJY20/9GP架线式电机车为研究对象,应用4G LTE通讯网络对电机车进行智能化改造,研究电机车在远程及自动驾驶两种模式下投入生产运营的效果.实验和现场测试...     

防爆胶轮车用柴油机与传动系统的仿真分析

为更合理地匹配防爆胶轮车用柴油机和动力传动系统,使其具有良好的动力性能和燃油经济性能,采用仿真软件AVL—Cruise对某井下防爆胶轮车用防爆柴油机与传动系统建模、模拟仿真计算,得到了动力性能、燃油经济性能等方面的相关仿真曲线。仿真结果表明,无轨防爆胶轮车的设计符合最初的动力性能指标和传动效率要求,仿真曲线也论证了该防爆柴油机与传动系统匹配的合理性。     

凡口铅锌矿电机车全自动无人驾驶系统开发及应用

针对凡口铅锌矿-650运输水平电机车无人驾驶系统进行设计。通过电机车本体改造、全自动无人驾驶系统、视频监控系统、信集闭系统、障碍物检测系统、自动装卸矿系统、人车联动安全保障等系统建设,形成基于5G技术的凡口铅锌矿-650运输水平井下电机车无人驾驶系统。该系统依托5G网络技术,通过计算机自动控制和远程遥控控制相结合,完成电机车的无人驾驶和自动控制,实现了地表远程监控,下达生产任务后,便可按任务计划自动循环装卸矿,直至任务完成。改善驾驶人员工作环境、减少作业人员、降低生产人员劳动强度、提高生产力与安全水平。     

地下矿山有轨运输非接触式动态轨距检测系统设计与实现

随着无人驾驶、人工智能等技术的发展,无人驾驶电机车有轨运输系统已在矿山广泛应用。地下矿山无人驾驶有轨运输系统的成熟应用解决了传统矿山运输环节长期存在的管理难度大、运输效率低、安全性能差等问题。但无人驾驶运输系统的高效运行会加速运输轨道的变形、松动。因此,本文针对此类问题,根据地下矿山的特殊环境,利用二维激光测量原理,设计了一套地下矿山有轨运输轨道检测系统,实现了矿山运输轨道轨距非接触式的动态检测,对轨距检测系统进行了现场测试。测试结果表明,地下矿山有轨运输非接触式动态轨距检测系统能够适应地下矿山环境,且精度较高,能够提高矿山轨道检测效率,满足无人驾驶运输系统对轨道检测的要求,可为地下矿山无人驾有轨运输系统保驾护航。     

煤矿铰接式双桥驱动物料运输车辆驾驶操纵设计

为提升煤矿铰接式双桥驱动物料运输车辆驾驶操纵系统安全性,阐述了5t运输车驾驶室布置设计、操纵系统设计(柴油机启动和熄火、变速操纵、转向操纵、制动操纵、自卸操纵、操纵力确定)、辅助驾驶系统设计和人-机-环系统设计等关键技术。整车已批量应用到内蒙、陕西和山西地区不同生产能力的长距离缓坡斜井煤矿|车辆以常用速度30km/h行驶时,对驾驶室内部环境进行测试,最高温度为25℃,最大噪声为78dB(A)|脉冲振动最大加速度为19.6m/s,低于31.44m/s,对人体无危害|随机振动最大加速度为0.312m/s,小于0.315m/s,驾驶员没有不舒适感觉|驾驶员持续驾驶2h无疲劳感,从未引发安全事故。整车驾驶操纵系统平均使用寿命为6a。     

井下铲运机无人驾驶系统发展及5G应用

铲运机无人驾驶是智能矿山建设的重要组成部分,为了实现高海拔高寒地区井下无人采矿,本文通过梳理国内外铲运机无人驾驶系统发展现状,分析铲运机自主行驶系统相关理论和关键技术,从地下铲运机轨迹偏差预测技术、自主行驶多偏差控制技术和防碰撞预测与控制技术等方面进行了归纳总结。以西藏华泰龙矿为例,采用最新网络通信技术5G,建设了5G+高海拔高寒地区铲运机无人驾驶系统。对铲运机无人驾驶系统在高海拔高寒地区的发展具有重要意义。     

矿用防爆辅运车辆自动驾驶线控转向系统研究

针对《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》中提及的 2025 年大型煤矿要基本实现智能化,井下重点岗位机器人作业,实现智能无人化辅助运输的指导意见,结合智能控制技术、路感信息形成及反馈技术、多传感器信息融合技术,开发了一套煤矿辅运车辆自动驾驶线控转向系统。详细分析了基于转角偏差 PI 控制技术线控转向系统的组成和实现方法,以目标转角和实际转角的偏差为信号,通过 PI 闭环控制技术精确控制转向轮偏转方向和角度,使得系统输出能够平稳、精准、快速地跟随指令目标转角,进而实现车辆自动驾驶精准转向控制。 通过搭建辅运车辆自动驾驶线控转向平台进行了模拟试验,试验结果表明:基于转角偏差 PI 闭环控制技术的线控转向系统响应快速,转向误差约 2°,超调较小,能够实现辅运车辆自动驾驶转向精准控制和自动纠偏,为实现互联网+科学开采的未来少人(无人)采矿提供了技术路径。