純電無(wú)人礦卡線(xiàn)控底盤(pán)技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用

【摘" 要】文章簡(jiǎn)要介紹線(xiàn)控底盤(pán)技術(shù)開(kāi)發(fā)后在無(wú)人礦卡上的實(shí)際應(yīng)用，通過(guò)講解線(xiàn)控底盤(pán)的結(jié)構(gòu)、工作原理及無(wú)人純電礦卡的使用優(yōu)勢(shì)和巨大使用潛力，闡述線(xiàn)控底盤(pán)在無(wú)人純電礦卡作業(yè)中的作用。應(yīng)用在露天煤礦工作環(huán)境的礦車(chē)不僅可提升作業(yè)效率，還可避免燃油礦卡造成的污染，實(shí)現(xiàn)綠色礦山。

【關(guān)鍵詞】線(xiàn)控底盤(pán)；無(wú)人駕駛；無(wú)人礦卡；綠色礦山

中圖分類(lèi)號(hào)：U463.6" " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " 文章編號(hào)：1003-8639（ 2024 ）04-0019-02

Development and Application of Wire Control Chassis Technology for Pure Electric Unmanned Mine Truck

TIAN Shuangshuang，ZHANG Weihang，SHAO Jinping，QIN Yujun，PANG Ye

（Weichai Power Co.，Ltd.，Weifang 261061，China）

【Abstract】This paper briefly introduces the practical application of wire controlled chassis technology in unmanned mining card after development. By explaining the structure，working principle of wire-controlled chassis and the use advantages and huge use potential of unmanned pure mine truck，the role of wire-controlled chassis in the operation of unmanned pure mine truck is expounded. The mine truck applied in the working environment of open-pit coal mine can not only improve the working efficiency，but also ensure that the pollution caused by fuel oil mine truck is avoided，and the green mine is realized.

【Key words】by-wire chassis；driverless；unmanned mine truck；green mine

線(xiàn)控底盤(pán)技術(shù)是自動(dòng)駕駛之基石。汽車(chē)經(jīng)過(guò)幾百年的技術(shù)發(fā)展與積累，正處于轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵期，功能汽車(chē)向智能汽車(chē)轉(zhuǎn)型，燃油車(chē)向純電車(chē)轉(zhuǎn)型，機(jī)械控制汽車(chē)向電子控制汽車(chē)轉(zhuǎn)型。作為智能駕駛的載體，線(xiàn)控底盤(pán)必然是未來(lái)高階自動(dòng)駕駛的實(shí)現(xiàn)者，傳統(tǒng)且笨重的機(jī)械控制結(jié)構(gòu)將被精巧且便捷的電子結(jié)構(gòu)單元取代。

1" 線(xiàn)控底盤(pán)技術(shù)

線(xiàn)控底盤(pán)技術(shù)指由電線(xiàn)承載的電信號(hào)進(jìn)行各種控制命令的傳遞，用來(lái)取代傳統(tǒng)汽車(chē)上使用硬連接的機(jī)械控制裝置。比如目前的純電乘用車(chē)普遍采用的電子自動(dòng)駐車(chē)EPB取代了燃油車(chē)使用幾十年的手動(dòng)制動(dòng)器，方便力氣小的女性駕駛員操作。以電信號(hào)驅(qū)動(dòng)的傳感器、控制單元及電磁執(zhí)行機(jī)構(gòu)的線(xiàn)控底盤(pán)相比笨重且控制精度低的氣動(dòng)、液壓、機(jī)械連接的傳統(tǒng)底盤(pán)，結(jié)構(gòu)更加緊湊，可控性更好，響應(yīng)速度更快，故障更容易定位，有利于車(chē)輛搭配不同形式的驅(qū)動(dòng)能源。因此，無(wú)人礦卡可采用燃油、純電、混動(dòng)和氫能源等能源驅(qū)動(dòng)。

2" 無(wú)人礦卡應(yīng)用前景

2022年3月，在新疆哈密大南湖二礦部署的無(wú)人駕駛運(yùn)輸系統(tǒng)正式投入運(yùn)行，這是目前世界上首個(gè)正式投入運(yùn)行的寬體礦卡無(wú)人駕駛項(xiàng)目。隨著時(shí)代的發(fā)展，社會(huì)對(duì)于礦資源供應(yīng)的需求愈發(fā)迫切，因此，承擔(dān)著運(yùn)輸?shù)V石任務(wù)的礦卡用量隨之猛增。但惡劣的礦山運(yùn)輸條件、數(shù)量稀少的具備礦卡駕駛資質(zhì)的駕駛員以及工資費(fèi)用高等問(wèn)題嚴(yán)重制約了人工礦卡增長(zhǎng)。相比乘用車(chē)無(wú)人駕駛面臨的交通復(fù)雜、路線(xiàn)不確定，礦卡簡(jiǎn)單的工作環(huán)境、固定的工作路線(xiàn)以及單一的工作方式更適合無(wú)人駕駛業(yè)務(wù)的快速發(fā)展并落地。無(wú)人駕駛礦卡的應(yīng)用不僅可促進(jìn)無(wú)人駕駛技術(shù)的發(fā)展，還可為礦山開(kāi)采節(jié)省大量開(kāi)支，一舉兩得。結(jié)合當(dāng)前電氣化轉(zhuǎn)型，搭載純電動(dòng)力的無(wú)人駕駛礦卡應(yīng)運(yùn)而生。圖1為搭載電池組，以純電為驅(qū)動(dòng)力的礦卡。

3" 礦卡中的線(xiàn)控底盤(pán)架構(gòu)

域控制器及CAN網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用使得無(wú)人礦卡的電子電氣架構(gòu)層次分明，通信及控制效率大大提高。這種電子電氣架構(gòu)下的線(xiàn)控底盤(pán)由線(xiàn)控轉(zhuǎn)向、線(xiàn)控制動(dòng)、線(xiàn)控驅(qū)動(dòng)、線(xiàn)控BCM和線(xiàn)控舉升5部分組成，負(fù)責(zé)各部分線(xiàn)控功能的控制器通過(guò)CAN通信網(wǎng)絡(luò)與線(xiàn)控底盤(pán)控制器進(jìn)行信息交互。礦卡線(xiàn)控底盤(pán)架構(gòu)如圖2所示。

1）線(xiàn)控轉(zhuǎn)向舍棄了傳統(tǒng)車(chē)輛中轉(zhuǎn)向機(jī)、轉(zhuǎn)向桿及車(chē)輪間的齒輪嚙合連接，采用轉(zhuǎn)向控制器、整車(chē)傳感器、電子液壓助力轉(zhuǎn)向裝置間的電子連接。轉(zhuǎn)向控制器為執(zhí)行線(xiàn)控底盤(pán)控制器轉(zhuǎn)向指令并反饋轉(zhuǎn)角信息、轉(zhuǎn)動(dòng)角速度的電子控制單元。整車(chē)傳感器包括橫擺角傳感器、轉(zhuǎn)向角傳感器、車(chē)速傳感器、角速度傳感器；電子液壓助力轉(zhuǎn)向裝置由液壓泵、液壓缸、液壓控制閥、儲(chǔ)油箱、管路、電磁閥和轉(zhuǎn)向ECU等組成，使得轉(zhuǎn)向輔助力大小不光與轉(zhuǎn)向角度有關(guān)，還與車(chē)速相關(guān)，保證轉(zhuǎn)向的精準(zhǔn)性。

2）制動(dòng)系統(tǒng)作為汽車(chē)安全中最關(guān)鍵的組成部分，其重要性不言而喻。線(xiàn)控制動(dòng)在保留傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)良好制動(dòng)效能及制動(dòng)平順性的同時(shí)，還做到了以設(shè)定減速度進(jìn)行制動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，不僅保證了不同車(chē)速下的良好制動(dòng)距離，更有利于無(wú)人礦卡循跡作業(yè)的高精度實(shí)現(xiàn)。礦卡的線(xiàn)控制動(dòng)系統(tǒng)為全干盤(pán)制動(dòng)，利用電緩行功能有效降低車(chē)速，最后使用機(jī)械制動(dòng)停住礦卡。線(xiàn)控制動(dòng)系統(tǒng)包括制動(dòng)踏板、行程傳感器、控制器、車(chē)速傳感器和干盤(pán)式制動(dòng)器。每個(gè)車(chē)輪使用3套制動(dòng)器以增大制動(dòng)力矩。

3）線(xiàn)控驅(qū)動(dòng)負(fù)責(zé)整車(chē)動(dòng)力域控制，包括變速器系統(tǒng)、動(dòng)力電池驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、油門(mén)踏板、扭矩傳感器。礦卡配備多塊大功率電池取代發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，可使動(dòng)力輸出更加平順，避免礦卡抖動(dòng)現(xiàn)象，且瞬時(shí)扭矩更大，有利于負(fù)重爬坡。無(wú)極變速器可按照作業(yè)需求調(diào)整礦卡輸出動(dòng)力大小，從而調(diào)節(jié)行進(jìn)速度以滿(mǎn)足無(wú)人駕駛控制要求。

4）由于礦卡體積龐大、重載質(zhì)量上百?lài)嵓暗V區(qū)惡劣工作環(huán)境的影響，車(chē)身需配備大量提示燈組以避免事故發(fā)生。近光燈、遠(yuǎn)光燈、前霧燈、后照燈、聚光燈、室內(nèi)燈、左右轉(zhuǎn)向燈、制動(dòng)燈、貨箱舉升警示燈等10余種，不僅要求穿透力強(qiáng)，還要求防爆功能。線(xiàn)控BCM可保證礦卡啟動(dòng)時(shí)便可點(diǎn)亮所需燈光，避免人工駕駛時(shí)遺漏的情況出現(xiàn)，且線(xiàn)控BCM控制器擁有燈光自檢功能，燈光未點(diǎn)亮或損壞時(shí)，控制器均可監(jiān)測(cè)到并通過(guò)CAN通信網(wǎng)絡(luò)即時(shí)反饋線(xiàn)控底盤(pán)控制器，以便云端獲知情況。

5）貨箱是礦卡日常作業(yè)中使用頻繁的部件，且不規(guī)范的使用可能導(dǎo)致礦卡發(fā)生傾覆或礦石散落風(fēng)險(xiǎn)。待礦卡停至卸料指定位置后，線(xiàn)控制動(dòng)控制電子手剎拉起，隨后控制線(xiàn)控舉升抬起貨箱。線(xiàn)控舉升保證了舉升全過(guò)程中舉升速度的恒定，并且云端可通過(guò)線(xiàn)控底盤(pán)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)舉升角度及液壓閥、液壓泵和液壓缸的工作狀態(tài)。

4" 線(xiàn)控底盤(pán)控制策略

線(xiàn)控底盤(pán)控制器及其下方執(zhí)行控制器之間通過(guò)CAN通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交換。首先，云端通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)向線(xiàn)控底盤(pán)控制器下發(fā)控制指令；線(xiàn)控底盤(pán)控制器向CAN網(wǎng)絡(luò)下方某執(zhí)行器發(fā)送可識(shí)別接收的CAN報(bào)文，執(zhí)行器控制器接收后通過(guò)硬線(xiàn)信號(hào)或者LIN線(xiàn)控制相應(yīng)具體功能部件按照?qǐng)?bào)文中的對(duì)應(yīng)指令執(zhí)行；某功能執(zhí)行過(guò)程中及執(zhí)行完畢時(shí)，監(jiān)測(cè)執(zhí)行情況的傳感器向?qū)?yīng)區(qū)域執(zhí)行器控制器反饋實(shí)時(shí)信息；隨后執(zhí)行器控制器通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò)向線(xiàn)控底盤(pán)控制器傳遞信息，線(xiàn)控底盤(pán)控制通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)反饋至云端。

為簡(jiǎn)化云端操作并保證礦卡運(yùn)行安全，特設(shè)置線(xiàn)控底盤(pán)控制器作為云端與執(zhí)行器控制器的媒介，有以下兩方面優(yōu)點(diǎn)。

1）線(xiàn)控底盤(pán)控制器內(nèi)設(shè)安全保護(hù)邏輯，通過(guò)分析各執(zhí)行器控制器反饋的當(dāng)前車(chē)輛信息，判斷車(chē)輛狀態(tài)能否支持遠(yuǎn)程控車(chē)，匯總車(chē)輛異常狀態(tài)并反饋解決方法，保證問(wèn)題的高效解決及礦卡安全。

2）將發(fā)向各執(zhí)行器控制器的復(fù)雜指令簡(jiǎn)化為具體目標(biāo)參數(shù)，由云端直接輸入線(xiàn)控底盤(pán)控制器即可，大大減少遠(yuǎn)程控制的操作量，提升控車(chē)效率。

5" 實(shí)車(chē)驗(yàn)證

搭載線(xiàn)控底盤(pán)的純電無(wú)人礦卡在礦區(qū)可實(shí)現(xiàn)完整無(wú)人化運(yùn)營(yíng)。結(jié)合專(zhuān)門(mén)部署的5G通信網(wǎng)絡(luò)及生產(chǎn)調(diào)度管理系統(tǒng)，無(wú)人礦卡按照調(diào)度指令在無(wú)人操作情況下，完成裝、運(yùn)、卸等作業(yè)環(huán)節(jié)的自動(dòng)循環(huán)運(yùn)作，達(dá)到礦區(qū)作業(yè)快速、安全作業(yè)的目標(biāo)。圖3為模擬作業(yè)場(chǎng)景。此外，在降本、增效方面也有著巨大突破。使用純電無(wú)人礦卡后，減少了80%現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員，提高了15%經(jīng)濟(jì)效益，有效延長(zhǎng)了20%礦卡工作時(shí)間。

6" 結(jié)論

礦卡線(xiàn)控底盤(pán)的獨(dú)特控制機(jī)制及架構(gòu)設(shè)計(jì)使無(wú)人礦卡安全駕駛變成了現(xiàn)實(shí)。應(yīng)用在純電無(wú)人礦卡的線(xiàn)控底盤(pán)成功實(shí)現(xiàn)了提高礦區(qū)運(yùn)輸效率、大大降低工資成本的目的，可為其它車(chē)輛的無(wú)人駕駛應(yīng)用提供參考。

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（編輯" 楊凱麟）