一种矿用卡车及其感知系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种矿用卡车及其感知系统，属于自动驾驶技术领域。


背景技术：

2.目前无人驾驶市场已经如火如荼的展开，应用于园区、景区、机场、港口等限定区域的接驳车、brt快速公交车、出租车、长途货运卡车、环卫车等许多行业已经开始探索和运营无人驾驶技术，但是目前应用于矿用卡车的自动驾驶技术还不够成熟。
3.常规的自动驾驶传感器配置可实现车辆周围360
°
视野全覆盖，但矿区路况复杂，存在很多的石块、煤块等低矮障碍物，很难有效识别且影响车辆的行驶安全；另外组合导航的定位效果需要通过rtk(real-time kinematic，载波相位差技术)保证，但是矿区的通信基站一般较少，很难保证支持稳定可靠的rtk服务，所以仅依靠组合导航很难保证定位效果，一旦定位失效会引入很大的安全风险；且常规的传感器配置无法适用雨、雪、雾等天气，不具备全天候和全天时的能力。
4.为此，需要提出一种适用于矿用卡车自动驾驶的技术方案。


技术实现要素：

5.本技术的目的在于提供一种矿用卡车及其感知系统，为矿用卡车的自动驾驶提出一种行之有效的技术方案。
6.为实现上述目的，本技术提出了一种矿用卡车的感知系统的技术方案，包括若干个传感器和控制器，若干个传感器均与控制器连接，若干个传感器包括：
7.64线激光雷达，数量为1个，设置在车头顶部；
8.盲区激光雷达，数量为4个，分布在车头前方、水平居中、高度中间偏下处；车箱后方、水平居中、高度中间偏下处；整车左侧水平居中、高度中间偏下处；整车右侧、水平居中、高度中间偏下处；
9.远距离激光雷达，数量为1个，设置在车头前方、下部的水平居中处；
10.近距离激光雷达，数量为1个，设置在车头前方、顶部居中处；
11.远距离毫米波雷达，数量为2个，分布在车头前方、下部的水平居中处，车厢后方、下部的水平居中处；
12.角毫米波雷达，数量为2个，分别设置在车头前方、左前角和右前角的下部；
13.单目相机，数量为2个，分布在车头前方、高度居中、水平居中的两侧；
14.双目相机，数量为1个，设置在车头前方、高度居中、水平居中处，两个单目相机的中间；
15.双目环视相机，数量为4个，分别设置在车头前方顶部中间处、车厢后方顶部中间处、整车左侧顶部中间处、整车右侧顶部中间处。
16.本实用新型的矿用卡车的感知系统的技术方案的有益效果是：本实用新型中，远距离激光雷达用于远距离常规障碍物的检测，64线激光雷达、近距离激光雷达和盲区激光
雷达相互冗余使用，可具备低矮障碍物的稳定检测能力；远距离毫米波雷达用于检测障碍物的距离及速度信息，角毫米波雷达可以作为远距离毫米波雷达的补充，实现三车道近距离障碍物的检测；围绕在矿用卡车四周的4个盲区激光雷达和4个双目环视相机的配合可覆盖车辆四周近距离的障碍物，激光与视觉做冗余，具备很好的检测效果；双目相机和单目相机可用于检测车前障碍物的位置、类型、速度等信息，与毫米波雷达做融合处理后，在极端天气条件下仍旧有比较好的障碍物检测能力；同时64线激光雷达与单目相机还可以实现矿用卡车的厘米级定位。本实用新型通过若干传感器实现了矿用卡车安全、可靠的自动驾驶。
17.进一步的，还包括导航装置，导航装置与控制器连接。
18.进一步的，所述导航装置为2个gps天线，设置在车头顶部、宽度居中的位置。
19.另外，本技术提出了一种矿用卡车的技术方案，包括卡车本体，还包括感知系统，所述感知系统包括若干个传感器和控制器，若干个传感器均与控制器连接，若干个传感器包括：
20.64线激光雷达，数量为1个，设置在车头顶部；
21.盲区激光雷达，数量为4个，分布在车头前方、水平居中、高度中间偏下处；车箱后方、水平居中、高度中间偏下处；整车左侧水平居中、高度中间偏下处；整车右侧、水平居中、高度中间偏下处；
22.远距离激光雷达，数量为1个，设置在车头前方、下部的水平居中处；
23.近距离激光雷达，数量为1个，设置在车头前方、顶部居中处；
24.远距离毫米波雷达，数量为2个，分布在车头前方、下部的水平居中处，车厢后方、下部的水平居中处；
25.角毫米波雷达，数量为2个，分别设置在车头前方、左前角和右前角的下部；
26.单目相机，数量为2个，分布在车头前方、高度居中、水平居中的两侧；
27.双目相机，数量为1个，设置在车头前方、高度居中、水平居中处，两个单目相机的中间；
28.双目环视相机，数量为4个，分别设置在车头前方顶部中间处、车厢后方顶部中间处、整车左侧顶部中间处、整车右侧顶部中间处。
29.本实用新型的矿用卡车的技术方案的有益效果是：本实用新型在原有矿用卡车的基础上增加了若干传感器，其中远距离激光雷达用于远距离常规障碍物的检测，64线激光雷达、近距离激光雷达和盲区激光雷达相互冗余使用，可具备低矮障碍物的稳定检测能力；远距离毫米波雷达用于检测障碍物的距离及速度信息，角毫米波雷达可以作为远距离毫米波雷达的补充，实现三车道近距离障碍物的检测；围绕在矿用卡车四周的4个盲区激光雷达和4个双目环视相机的配合可覆盖车辆四周近距离的障碍物，激光与视觉做冗余，具备很好的检测效果；双目相机和单目相机可用于检测车前障碍物的位置、类型、速度等信息，与毫米波雷达做融合处理后，在极端天气条件下仍旧有比较好的障碍物检测能力；同时64线激光雷达与单目相机还可以实现矿用卡车的厘米级定位。本实用新型通过若干传感器实现了矿用卡车安全、可靠的自动驾驶。
30.进一步的，还包括导航装置，导航装置与控制器连接。
31.进一步的，所述导航装置为2个gps天线，设置在车头顶部、宽度居中的位置。
附图说明
32.图1是本实用新型矿用卡车的结构框图；
33.图2是本实用新型矿用卡车的感知系统俯视分布图；
34.图3是本实用新型矿用卡车的感知系统前视分布图；
35.图4是本实用新型矿用卡车的感知系统后视分布图；
36.图5是本实用新型矿用卡车的感知系统侧视分布图；
37.图6是本实用新型矿用卡车的各激光雷达的高度扫描范围图；
38.图7是本实用新型矿用卡车的感知系统的视场扫描范围图；
39.图8是本实用新型矿用卡车的感知系统的定位原理图。
具体实施方式
40.矿用卡车实施例：
41.矿用卡车如图1所示，包括卡车本体以及感知系统，卡车本体包括：控制器，车身域、新能源域、智能网联域、人际交互域以及千兆以太网交换机；感知系统包括激光雷达、毫米波雷达、相机、导航装置等若干个传感器以及感知系统控制器。本实用新型为了节约资源，感知系统控制器与卡车本体的控制器采用同一个控制器即可。
42.控制器包括自动驾驶副控制器和自动驾驶主控制器。自动驾驶主控制器通过ethernet网络连接车身域、新能源域、智能网联域、以及人际交互域，以完成车辆的控制；自动驾驶主控制器通过can总线或者rs232连接部分传感器，进行车辆相应信息的采集；自动驾驶副控制器通过ethernet网络、can总线、或者fpd-link连接部分传感器，且自动驾驶副控制器通过ethernet网络连接千兆以太网交换机，千兆以太网交换机通过ethernet网络连接部分传感器，实现更多信息的采集。
43.具体的，若干传感器中激光雷达包括64线激光雷达、盲区激光雷达、远距离激光雷达和近距离激光雷达；毫米波雷达包括远距离毫米波雷达(也可以称为长距离毫米波雷达)和角毫米波雷达；相机包括单目相机、双目环视相机和双目相机；导航装置包括gps天线。
44.各传感器的布置位置如图2、图3、图4、图5所示(矿用卡车包括车头和车厢，图3、图4、图5中
①
为64线激光雷达、
②
为远距离激光雷达、
③
为近距离激光雷达、
④
为盲区激光雷达、
⑤
为远距离毫米波雷达、
⑥
为角毫米波雷达、
⑦
为双目相机、
⑧
为单目相机、
⑨
为双目环视相机、
⑩
为gps天线)：
45.64线激光雷达
①
的数量为1个，设置在车头的顶部，大约距离地面的高度为3m，64线激光雷达通过ethernet网络与自动驾驶副控制器连接。
46.盲区激光雷达
④
的数量为4个，分布在矿用卡车的车头前方、水平居中、高度中间偏下处；车箱后方、水平居中、高度中间偏下处；整车左侧水平居中、高度中间偏下处；整车右侧、水平居中、高度中间偏下处；高度位置基本相同，大约距离地面的高度为1m，各盲区激光雷达通过ethernet网络连接千兆以太网交换机，进而连接自动驾驶副控制器。
47.远距离激光雷达
②
的数量为1个，设置在车头前方、下部的水平居中处，远距离激光雷达通过ethernet网络与自动驾驶副控制器连接。
48.近距离激光雷达
③
的数量为1个，设置在车头前方、顶部居中处，大约距离地面的高度为3m，近距离激光雷达通过ethernet网络与自动驾驶副控制器连接。
49.远距离毫米波雷达
⑤
的数量为2个，分别设置在车头前方、下部的水平居中处，车厢后方、下部的水平居中处；前方的远距离毫米波雷达通过can总线与自动驾驶副控制器连接，后方的远距离毫米波雷达通过can总线与自动驾驶主控制器连接。
50.角毫米波雷达
⑥
的数量为2个，设置在车头前方、左前角和右前角的下部，各角毫米波雷达通过can总线与自动驾驶主控制器连接。
51.单目相机
⑧
的数量为2个，分布在车头前方、高度居中、水平居中的两侧，各单目相机通过fpd-link连接自动驾驶副控制器。
52.双目相机
⑦
的数量为1个，设置在车头前方、高度居中、水平居中处，两个单目相机的中间，双目相机通过can总线与自动驾驶主控制器连接。
53.双目环视相机
⑨
的数量为4个，分别设置在车头前方顶部中间处、车厢后方顶部中间处、整车左侧顶部中间处、整车右侧顶部中间处；各双目环视相机通过ethernet网络连接千兆以太网交换机，进而连接自动驾驶副控制器。
54.gps天线
⑩
的数量为2个，设置在车头顶部、宽度居中的位置，并且两个gps天线在车辆行驶的方向上依次排布；gps天线通过rs232串行通信线连接自动驾驶主控制器。
55.上述各激光雷达的组合使得矿用卡车具备识别低矮障碍物(低矮障碍物一般定义为长 10cm、宽10cm、高15cm的低矮物体，对于矿区场景，低矮障碍物：石块、煤块等很容易出现)的能力，车头方向共加装4台激光雷达设备，其中远距离激光雷达用于远距离常规障碍物的检测，64线激光雷达、近距离激光雷达和盲区激光雷达相互冗余使用，可具备低矮障碍物的检测能力，如图6所示，为低矮障碍物的可识别区域，系统在0-51m内可实现低矮障碍物的稳定检测。
56.远距离毫米波雷达用于检测障碍物的距离及速度信息，角毫米波雷达可以作为远距离毫米波雷达的补充，实现三车道近距离障碍物的检测。
57.同时，围绕在矿用卡车四周的4个盲区激光雷达和4个双目环视相机的配合可覆盖车辆四周近距离的障碍物，激光与视觉做冗余，具备很好的检测效果。
58.双目相机和单目相机可用于检测车前障碍物的位置、类型、速度等信息，与毫米波雷达做融合处理后，在极端天气条件下仍旧有比较好的障碍物检测能力。
59.感知系统的视场如图7所示，可实现车辆四周障碍物检测的全覆盖，环视双目相机和盲区激光雷达可实现车体10m内无盲区，前向三车道100m内障碍物可分别通过相机、毫米波和激光雷达覆盖，保证100m内多传感器的冗余，前向三车道200m内远距离障碍物可由激光雷达和毫米波雷达覆盖，保证远距离障碍物的检测能力。该感知系统不仅可满足车身周围 360
°
视野的全覆盖，通过多个激光雷达、毫米波雷达及相机的感知融合方案，还可适用雨、雪、雾等极端天气，满足全天候和全天时的自动驾驶运营需求。
60.在一般的城市交通道路，各移动通信供应商建设的基站足够多，可提供足够的rtk技术支持，因此传统的组合惯导设备即可满足常规的感知定位需求，但是矿区场景，各移动通信供应商建设的基站很少，很难保证支持稳定可靠的rtk服务，传统的组合导航定位已无法满足定位需求。
61.上述实施例中，为了减少控制器的计算量，提高计算效率，控制器包括自动驾驶副控制器和自动驾驶主控制器，作为其他实施方式，也可以采用一个控制器，本实用新型对控制器的数量不做限制。
62.本实用新型提出的矿用卡车的高性能自动驾驶感知系统方案具备高精度的车辆定位能力，如图8所示，车辆在原有组合导航定位的基础上增加激光slam和视觉slam技术，可保证高精度的车辆定位能力。激光slam使用车顶64线激光雷达采集矿区道路的场景并建图，车辆利用实时采集的64线激光雷达的数据与地图做匹配，实时保证当前车辆的厘米级定位；视觉slam使用车辆正前的单目相机采集矿区道路的场景并建图，车辆行驶过程中采集的图像数据与地图数据做匹配，实时保证车辆的精确定位。
63.关于导航装置，也可以采用glonass、或者gnss等其他导航装置，本实用新型不做限制。
64.本实用新型通过若干传感器实现了矿用卡车安全、可靠的自动驾驶。
65.矿用卡车的感知系统实施例：
66.感知系统的结构组成、在矿用卡车的设置位置以及作用效果在矿用卡车实施例中已经介绍，这里不做赘述。