矿用卡车无人驾驶系统研究

闫凌¹，黄佳德²

1. 国家能源集团准能公司哈尔乌素露天煤矿2. 株洲中车时代电气股份有限公司

摘 要：随着大型露天煤矿开采深度下探,坡度大、弯道多的现象逐渐增多,矿车驾驶难度高且存在安全隐患。提出了一种露天煤矿卡车无人驾驶系统设计方案,该无人驾驶系统包含车载自动驾驶子系统、车地无线通信子系统、地面管理子系统,可实现矿用卡车"装、运、卸"作业过程的完全无人自主运行。为满足露天煤矿非结构化环境感知需求,提出了面向露天煤矿非结构化环境的多源异构传感器融合感知算法;针对矿用卡车在不同载质量与不同坡度中的行驶需求,提出了考虑质量与坡度的纵向自适应控制算法,以适应不同载质量下坡停、坡起、定点停车与车铲配合停车等工况下的纵向速度控制与距离控制要求;针对矿区大曲率转向、倒退等行驶需求,提出了基于变参数自适应的前进横向控制方法与后退横向控制方法,以达到矿区全部复杂路面横向精确控制要求。该无人驾驶系统在哈尔乌素露天煤矿进行了泥泞路面、夜间环境等不同环境的测试,结果表明,该无人驾驶系统具备矿区作业能力,能够准确循迹并自主避障与执行任务;地面控制系统能够控制无人矿用卡车的启动与关闭,在必要情况可远程控制与驾驶矿用卡车,系统各项功能平稳可靠。指出了矿山无人驾驶系统的发展趋势:（1）对于车载系统,需首先构建系统化与产品化思维,以产品形式选择相应硬件,提升硬件的矿区适应性;感知系统应着重提升复杂重尘环境下的目标识别能力,提高检测冗余度;控制系统应着重提高线控执行器响应速度,提高载质量获取准确性;决策系统应从导向安全出发,进一步考虑导向高效,提高系统作业效率。（2）对于地面系统,应充分融合前一阶段数字化矿山的既有成果,兼容当前矿区调度管理系统;应着重开发混跑与多车协同管理系统,具备多车调度中的效率与节能控制指标;应大力发展"云控"技术,利用V2X（车辆与外界的信息交换）等先进手段,提升无人驾驶系统协同安全。

关键词：露天煤矿;矿用卡车;无人驾驶;智慧矿山;感知矿山;