具有自动驾驶功能的矿用防爆电动无轨胶轮车
技术领域
本发明涉及煤矿井下运输设备领域，具体涉及一种具有自动驾驶功能的矿用防爆电动无轨胶轮车。
背景技术
煤矿辅助运输是指煤矿井下除煤炭运输以外的包括人员、材料、设备、矸石等其他各种运输。目前煤矿使用的辅助运输设备主要有绳牵引绞车、卡轨车、单轨吊、架空乘人装置、无轨胶轮车等。其中无轨胶轮车在煤矿井下运输发挥重要作用。传统的矿井无轨胶轮车采用柴油作为动力，柴油无轨胶轮车因普遍存在污染高、油耗高、噪声高的“三高”问题，因而在有条件的煤矿柴油无轨胶轮车逐渐被电动无轨胶轮车所替代。目前煤矿采用的电动无轨胶轮车主要由防爆无轨胶轮车和设于车上的电气系统组成，运行时电动无轨胶轮车完全由专门的驾驶员操控执行运输任务。由于煤矿井下巷道狭窄，光照不强，设备众多，环境复杂，运行路线单调加之驾驶员一个班次时间较长等等原因，使得驾驶员在驾驶过程中易因产生注意力不能有效集中或易产生疲劳驾驶现象，容易引发煤矿井下交通事故，造成人员伤亡或设备损坏。因此，对煤矿现有电动无轨胶轮车进行改进，显得必要。
发明内容
本发明的目的是：针对现有技术中存在的问题，提供一种具有自动驾驶功能的矿用防爆电动无轨胶轮车，其在运行时，可自动驾驶，也可由驾驶员人工驾驶。
本发明的技术方案是：本发明的具有自动驾驶功能的矿用防爆电动无轨胶轮车，包括防爆无轨胶轮车和设于防爆无轨胶轮车上的电气系统，上述电气系统包括用于提供工作电源的本安电源模块、用于驱动的隔爆永磁同步电机以及对隔爆永磁同步电机实施调速的隔爆调速控制器，其结构特点是：上述电气系统还包括本安自动驾驶控制器、本安激光雷达、本安毫米波雷达、隔爆比例电磁阀、本安角度传感器、隔爆转向机、本安限速控制器、本安超声波雷达主机及配设的雷达探头、本安自动驾驶保护主机、本安显示屏以及自动模式启用开关；
上述本安激光雷达、本安毫米波雷达、隔爆比例电磁阀、本安角度传感器、隔爆转向机、隔爆调速控制器、本安限速控制器、本安自动驾驶保护主机以及自动模式启用开关分别与本安自动驾驶控制器电连接，本安角度传感器与隔爆转向机电连接；本安超声波雷达主机和本安显示屏分别与本安自动驾驶保护主机电连接。
进一步的方案是：上述电气系统还包括由本安ADAS摄像仪、本安人脸识别摄像仪和本安ADAS主机构成的防疲劳驾驶系统，上述本安ADAS摄像仪和本安人脸识别摄像仪分别与本安ADAS主机电连接；本安ADAS主机与本安自动驾驶保护主机电连接。
进一步的方案是：上述电气系统还包括本安行车记录主机，上述本安行车记录主机与本安自动驾驶保护主机电连接。
进一步的方案是：上述本安自动驾驶控制器固定设于防爆无轨胶轮车具有的驾驶室下方车架上，本安激光雷达固定设于驾驶室上方，本安毫米波雷达在防爆无轨胶轮车的车头前端和车尾部各设1个，隔爆比例电磁阀固定设于车架中部，本安角度传感器固定设于防爆无轨胶轮车具有的方向盘下方，隔爆转向机固定设于驾驶室下方并与防爆无轨胶轮车具有的方向盘转向立柱连接，隔爆调速控制器固定设于车架中部一侧，隔爆永磁同步电机固定设于车架中部，本安限速控制器固定设于驾驶室上方，本安超声波雷达主机固定设于车架上的右后方，本安超声波雷达主机配设的雷达探头共4个， 4个雷达探头分别固定设于防爆无轨胶轮车具有的车尾保险杠上，本安自动驾驶保护主机固定设于车架上的中部，本安显示屏和自动模式启用开关均固定设于驾驶室内。
进一步的方案是：上述本安ADAS主机固定设于防爆无轨胶轮车具有的驾驶室内副驾驶位前方，本安ADAS摄像仪以方向朝向车头位置固定设于驾驶室内中间位置，本安人脸识别摄像仪固定设于驾驶位的正前方。
进一步的方案是：上述本安行车记录主机固定设于防爆无轨胶轮车的车架上的右前方位置。
本发明具有积极的效果：（1）本发明的具有自动驾驶功能的矿用防爆电动无轨胶轮车，其通过电气系统的整体结构设计，使其在使用时兼具人工驾驶和自动驾驶功能，当驾驶员感觉疲劳或有其它情况时，驾驶员通过开启自动驾驶模式，车辆即自动驾驶，驾驶员即可休息，从而保证车辆行驶安全，避免出现交通事故。（2）本发明的具有自动驾驶功能的矿用防爆电动无轨胶轮车，其通过电气系统的整体结构设计，使用时在开启自动驾驶模式情况下，能够实现无人驾驶。（3）本发明的具有自动驾驶功能的矿用防爆电动无轨胶轮车，其通过设置防疲劳驾驶系统对人工驾驶时驾驶员的状态进行监控，驾驶员状态异常时就地自动报警对驾驶员进行警示提醒，从而保证车辆行驶安全，避免出现交通事故。（4）本发明的具有自动驾驶功能的矿用防爆电动无轨胶轮车，其电气系统各构件均采隔爆或本质安全或隔爆兼本质安全的产品，使其能够有效适应煤矿井下瓦斯或煤尘易爆炸的恶劣环境使用。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的电气系统的一种结构框图；
图3为图1中本安自动驾驶控制器的电路结构示意框图。
上述附图中的附图标记如下：
本安自动驾驶控制器1，本安激光雷达2，本安毫米波雷达3，隔爆比例电磁阀4，本安角度传感器5，隔爆转向机6，隔爆调速控制器7，隔爆永磁同步电机8，本安限速控制器9，本安ADAS主机10，本安ADAS摄像仪11，本安人脸识别摄像仪12，本安超声波雷达主机13，本安自动驾驶保护主机14，本安显示屏15，本安行车记录主机16，防爆无轨胶轮车100。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
（实施例1）
见图1至图3，本实施例的具有自动驾驶功能的矿用防爆电动无轨胶轮车，其主要由防爆无轨胶轮车100和设于防爆无轨胶轮车100上的电气系统组成。防爆无轨胶轮车100 本实施例中优选采用WLR-19型号的防爆电动无轨胶轮车；电气系统包括本安自动驾驶控制器1、本安激光雷达2、本安毫米波雷达3、隔爆比例电磁阀4、本安角度传感器5、隔爆转向机6、隔爆调速控制器7、隔爆永磁同步电机8、本安限速控制器9、本安ADAS主机10、本安ADAS摄像仪11、本安人脸识别摄像仪12、本安超声波雷达主机13、本安自动驾驶保护主机14、本安显示屏15、本安行车记录主机16、自动模式启用开关（图1中未标注）和本安电源模块（图1中未标注）。所谓“本安”是本质安全的简称，关于矿用设备的“本安”、“隔爆”的定义或内涵，国家安标网均有明确的界定。本实施例的具有自动驾驶功能的矿用防爆电动无轨胶轮车，其所采用的电气设备均采用矿用防爆电气产品，满足煤矿安全规定，可以在煤矿井下安全使用。
本安激光雷达2、本安毫米波雷达3、隔爆比例电磁阀4、本安角度传感器5、隔爆转向机6、隔爆调速控制器7、本安限速控制器9、本安自动驾驶保护主机14以及自动模式启用开关分别与本安自动驾驶控制器1电连接，隔爆永磁同步电机8与隔爆调速控制器7电连接，本安角度传感器5与隔爆转向机6电连接；本安ADAS摄像仪11和本安人脸识别摄像仪12分别与本安ADAS主机10电连接；本安ADAS主机10、本安显示屏15、本安行车记录主机16以及本安超声波雷达主机13分别与本安自动驾驶保护主机14电连接，本安超声波雷达主机13配设有与其电连接的雷达探头；本安电源模块用于提供电气系统的工作电源。
本安自动驾驶控制器1固定安装在防爆无轨胶轮车100具有的驾驶室下方车架上，本安自动驾驶控制器1主要包括用于主控的单片机模块，用于将检测信号转换成单片机能够接受处理的检测信号转换模块，用于将雷达信号转换成单片机能够接受处理的雷达信号转换模块，用于通信的通信模块，根据将单片机的控制指令转换成操作控制信号并输出的操作控制信号输出模块，检测信号转换模块、雷达信号转换模块、通信模块、操作控制信号输出模块均与单片机模块电连接；通信模块集成有以太网、CAN通讯和485通讯功能。需要明确说明的是，本安自动驾驶控制器1检测信号转换模块、雷达信号转换模块、通信模块、操作控制信号输出模块以及单片机模块均为成熟的现有技术，不作详述。前述的本安激光雷达2和本安毫米波雷达3分别与雷达信号转换模块电连接，本安角度传感器5、本安限速控制器9以及自动模式启用开关分别与检测信号转换模块电连接，隔爆比例电磁阀4和隔爆转向机6分别与操作控制信号输出模块电连接，隔爆调速控制器7以及本安自动驾驶保护主机14分别通过通信模块与单片机模块电连接。
本安激光雷达2固定设于驾驶室上方，本安毫米波雷达3在防爆无轨胶轮车100的车头前端和车尾部各设1个，使用时本安激光雷达2和本安毫米波雷达3采集车辆前后方巷道内行人、车辆、障碍物信息，并判断车辆与外部障碍物距离，本安激光雷达2和本安毫米波雷达3监测的信号发送给本安自动驾驶控制器1。本安激光雷达2和本安毫米波雷达3均为市购件，本实施例中，本安激光雷达2优选采用80-VLP-16-A型号的激光雷达，本安毫米波雷达3 优选采用ARS4-A型号的77GHz雷达。
隔爆比例电磁阀4固定设于防爆无轨胶轮车100具有的车架中部，隔爆比例电磁阀4用于根据本安自动驾驶控制器1的指令控制防爆无轨胶轮车100的制动系统动作。隔爆比例电磁阀4 优选采用市购的E-MI-AS-IR-01H型号的数字式放大器。
本安角度传感器5固定设于防爆无轨胶轮车100具有的方向盘下方，隔爆转向机6固定设于驾驶室下方，隔爆转向机6与防爆无轨胶轮车100具有的方向盘转向立柱连接，隔爆转向机6用于车辆运行时的转向，本安角度传感器5用于对转向角度实施监测并将监测信号实时发送给本安自动驾驶控制器1，隔爆转向机6在本安自动驾驶控制器1的控制下实施转向动作。本实施例中，本安角度传感器5优选采用市购的JG1008型号的角度传感器，隔爆转向机6优选采用市购的XHD2-1型号的循环球式电动助力转向器。
隔爆调速控制器7固定设于防爆无轨胶轮车100具有的车架中部一侧，隔爆永磁同步电机8固定设于车架中部，隔爆永磁同步电机8驱动防爆无轨胶轮车100运行，隔爆调速控制器7根据本安自动驾驶控制器1的指令对隔爆永磁同步电机8的转速实施调节从而相应控制车速。本实施例中，隔爆调速控制器7 优选采用NBK93/320C型号的隔爆型调速控制器，隔爆永磁同步电机8优选采用TBYC-93-24型号的永磁同步电机。
本安限速控制器9固定设于防爆无轨胶轮车100的驾驶室上方，使用时本安限速控制器9通过识别固定设于煤矿井下巷道沿线间隔设置的定位识别卡获取车辆当前位置信息并发送给本安自动驾驶控制器1，本安自动驾驶控制器1通过相邻2次位置信息和2次信号的间隔时间即可获得当前车速，并判断当前车速是否超速，若超速则本安自动驾驶控制器1通过隔爆调速控制器7对隔爆永磁同步电机8的转速实施调节从而相应降低车速。本实施例中，本安限速控制器9优选采用ETAG-R501型号的超高频远距离RFID读写器。
本安ADAS主机10、本安ADAS摄像仪11、本安人脸识别摄像仪12成套设置构成驾驶员防疲劳驾驶系统，并做为本实施例的优选方式设置，其中本安ADAS主机10固定设于驾驶室内副驾驶位前方，本安ADAS摄像仪11以方向朝向车头位置固定设于驾驶室内中间位置，本安人脸识别摄像仪12固定设于驾驶位的正前方，使用时本安ADAS摄像仪11和本安人脸识别摄像仪12分别采集车辆前方和驾驶室内驾驶员状态并经本安ADAS主机10处理后发送本安自动驾驶保护主机14。本实施例中，本安ADAS主机10、本安ADAS摄像仪11、本安人脸识别摄像仪12构成的系统优选采用DT-4003C型号的疲劳驾驶检测终端。
本安超声波雷达主机13固定设于车架上的右后方，本安超声波雷达主机13配设有固定在车尾保险杠上的4个雷达探头，本安超声波雷达主机13通过雷达探头获取车尾与障碍物的距离，并发送至本安自动驾驶保护主机14。本实施例中，本安超声波雷达主机13和配设的雷达探头优选采用市购的ZDY12-Z型号的倒车雷达系统。
本安自动驾驶保护主机14固定设于车架上的中部，本安自动驾驶保护主机14用于信号的集中处理和转发，本实施例中，本安自动驾驶保护主机14型号优选ZCB24-Z(A)。
本安显示屏15固定设于驾驶室内，用于对本安自动驾驶保护主机14发送的信息实时显示，并根据本安自动驾驶保护主机14发送的报警信号实施报警。本实施例中，本安显示屏15 优选采用市购的PH12型号的显示屏。
本安行车记录主机16固定设于车架上的右前方，本安行车记录主机16用于对经本安自动驾驶保护主机14发送的包括本安自动驾驶控制器1、本安ADAS主机10、本安超声波雷达主机13的数据的数据进行本地存储，需要时本安行车记录主机16可将存储的数据无线发送配设的远端大数据平台，本安行车记录主机16优选采用ZCJ24-Z型号的记录主机。本安行车记录主机16作为本实施例的优选方式设置。
自动模式启用开关设于驾驶室内，用于本实施例的具有自动驾驶功能的矿用防爆电动无轨胶轮车自动驾驶模块的开启和关闭，实现自动驾驶和人工驾驶的切换。自动模式启用开关为市购件。
本安电源模块由锂电池组提供电源，并将锂电池组提供的电源转换成电气系统所需的工作电源，本安电源模块为成熟的现有技术，其结构不做详述。
本实施例的具有自动驾驶功能的矿用防爆电动无轨胶轮车，其在使用时，当驾驶员采用人工驾驶时，由本安ADAS主机10、本安ADAS摄像仪11、本安人脸识别摄像仪12构成的防疲劳驾驶系统对驾驶员的状态进行监控，当驾驶员感觉疲劳或有其它情况时，驾驶员通过自动模式启用开关开启自动驾驶模式，车辆即自动驾驶，驾驶员即可休息，从而保证车辆行驶安全，避免出现交通事故。需要说明的是，本实施例的具有自动驾驶功能的矿用防爆电动无轨胶轮车在开启自动驾驶模式时，可无需驾驶员，能够实现无人驾驶。
以上实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变换和变化而得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应该归入本发明的专利保护范围。
