一种基于毫米波雷达与UWB标签的无轨胶轮车辅助驾驶方法

摘要

本发明属于无轨胶轮车的技术领域，具体涉及一种基于毫米波雷达与UWB标签的无轨胶轮车辅助驾驶方法，这种基于毫米波雷达与UWB标签的无轨胶轮车辅助驾驶方法包括包括如下步骤：S1、将毫米波雷达和辅助驾驶装置安装至无轨胶轮车；S2、以毫米波为极点建立毫米波雷达坐标系；以无轨胶轮车所在位置为原点建立无轨胶轮车坐标系；S3、辅助驾驶装置通过网络与调度中心服务器通信，获取相关数据；S4、辅助驾驶装置获取车载毫米波雷达的扫描数据；S5、辅助驾驶装置融合分析数据，构建无轨胶轮车周边环境地图；S6、辅助驾驶装置实时计算所述无轨胶轮车与障碍物之间的距离。这种基于毫米波雷达与UWB标签的无轨胶轮车辅助驾驶方法具有克服了煤矿巷道环境难以接收GPS信号而无法精准定位的缺陷。

说明书

技术领域

本发明属于无轨胶轮车的技术领域，具体涉及一种基于毫米波雷达与UWB标签的无轨胶轮车辅助驾驶方法。

背景技术

毫米波雷达，是工作在毫米波波段(millimeter wave)探测的雷达。通常毫米波是指30～300GHz频域(波长为1～10mm)的。毫米波的波长介于微波和厘米波之间，因此毫米波雷达兼有微波雷达和光电雷达的一些优点。

超宽带(Ultra Wide Band，UWB)技术是一种无线载波通信技术，它不采用正弦载波，而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很宽。

UWB技术具有系统复杂度低，发射信号功率谱密度低，对信道衰落不敏感，截获能力低，定位精度高等优点，尤其适用于室内等密集多径场所的高速无线接入。

无轨胶轮车包括货箱及车头，所述车头的一侧设有驾驶室，所述驾驶室的前部和后部分别相对设有副驾驶座和主驾驶座，所述主、副驾驶座之间设有操作控制台，所述驾驶室内靠近主驾驶座的左侧壁上设有仪表盘。我公司生产的无轨胶轮车采用一室两座结构解决了车辆在矿井坑道作业不用掉头而能双向运行的问题，缩短了车体长度，使车辆变得小巧灵活；同时简化了操作控制结构，减少重复设置，降低了系统造价；驾驶室更符合人体工程学布局，更方便操作。

因煤矿井下无轨胶轮车有运输灵活高效、运输功能强大、巷道适应性较强、运输成本较低等优点，使得无轨胶轮车在辅助运输系统中的作用越来越重要，对煤矿安全高效生产起到了至关重要的作用。

现有的，公告号为CN109542097A的中国专利公开了一种红外置顶循迹的井下无人无轨胶轮车及其行驶控制方法，它包括感知系统、控制系统、执行系统及车身，感知系统中的多组传感器与控制系统中的PLC电连接，PLC与整车控制器VCU电连接，VCU通过驱动电路分别对车辆内部执行系统中的电动机、转向电机以及液压油泵进行电连接控制。本发明在车头安装雷达激光传感器，在车顶安装红外传感器，在车身两侧及车尾安装超声波传感器，在后驱动轮上安装速度传感器，通过在车身上合理安排这些传感器的位置，利用其信号反馈获取周围环境信息，再根据制定的行驶控制策略，执行合适的行驶模式。整车无人驾驶系统安全高效，能有效减轻井下工人劳动强度，提高井下辅助运输系统效率与安全性。。

上述中的现有技术方案存在以下缺陷：雷达产品、激光产品和红外产品使用的技术方案在煤矿应用都存在一定弊端。基于红外测距的倒车雷达受煤壁对红外光吸收的影响，测距效果并不理想，经常发生误报；基于超声波雷达的倒车报警装置，由于压电陶瓷需要高压供电才能产生超声波，不利于无轨胶轮车的安全设计；激光雷达在井下高粉尘、高湿度环境中，性能受很大影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于毫米波雷达与UWB标签的无轨胶轮车辅助驾驶方法，以解决现有技术中的雷达产品、激光产品和红外产品使用时容易发生误报或受影响及不利于安全设计的技术问题，达到采用融合UWB定位与毫米波雷达数据，感知车辆周边环境，克服了单一UWB定位位置粒度过大及单一毫米波雷达受电磁干扰的缺陷的目的。

为了解决上述技术问题，本发明提供了1.一种基于毫米波雷达与UWB标签的无轨胶轮车辅助驾驶方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将UWB标签、毫米波雷达和辅助驾驶装置安装至无轨胶轮车；

S2、以毫米波为极点建立毫米波雷达坐标系；以无轨胶轮车所在位置为原点建立无轨胶轮车坐标系；

S3、辅助驾驶装置通过网络与调度中心服务器通信，获取相关数据；

S4、辅助驾驶装置获取车载毫米波雷达的扫描数据；

S5、辅助驾驶装置融合分析数据，构建所述无轨胶轮车的周边环境地图；

S6、辅助驾驶装置实时计算所述无轨胶轮车与障碍物之间的距离，当距离小于设定安全阈值时，通过警示器警示司机避障。

进一步的，在S1中：

所述UWB标签安装在车辆中心位置；所述辅助驾驶装置安装在无轨胶轮车仪表盘附近区域；所述毫米波雷达安装在车辆前方及后方，所述辅助驾驶装置安装数量为若干个，以覆盖整个巷道宽度为准。

进一步的，在S3中：

所述调度中心服务器与多个UWB定位基站通信，获取UWB基站侦测范围内所有UWB标签的位置信息，并根据标签ID确定每个标签在巷道中的位置；

所述位置表示标签所在位置距离指定出发点的行程距离；其中，所述行程距离表示从根据巷道中距离标签所在位置点最近的UWB基站信息计算得到；

所述距离表示自巷道口中心线原点沿巷道中心线行驶到标签所在位置对应的巷道中心线点所行驶的距离；

所述辅助驾驶装置从服务器获取以所述无轨胶轮车为中心，设定半径范围内的所有UWB标签的位置信息的数据。

进一步的，在S4中：

所述毫米波雷达安装在所述无轨胶轮车前方及后方，安装数量为若干个，适于毫米波雷达的检测范围覆盖整个巷道宽度范围；

所述辅助驾驶装置通过CAN总线读取毫米波雷达的扫描数据；

所述扫描数据包含探测范围内的动态目标与静态目标。

进一步的，在S5中：

所述融合分析适于计算本无轨胶轮车周围设定范围内的所有目标与本无轨胶轮车的距离，其计算步骤如下：

A1：根据所述无轨胶轮车的行驶方向，在所述扫描数据中筛选行驶方向上的动态目标与静态目标放入监测集合；

A2：实时计算筛选监测集合中的目标与所述无轨胶轮车之间的行程距离；

A3：当集合中任一目标与所述无轨胶轮车之间的行程距离小于毫米波雷达探测范围时，启动行驶方向上的毫米波雷达探测；

A4：对于带UWB标签的目标，采用坐标计算与雷达距离探测结果相融合的方式，两种判断方式中有一种达到报警条件，则报警提示；

A5：对于不带UWB标签的目标，采用毫米波雷达探测方式检测目标与所述无轨胶轮车行程距离是否小于安全阈值。

进一步的，所述所有目标包括所述无轨胶轮车前后范围内所有带有UWB标签的矿工或车辆，及不带标签的目标。

进一步的，在S6中：

所述报警提醒包含：

T1：车辆行驶过程中通过毫米波雷达探测车头/尾距离巷道壁的距离，当小于安全规范规定时，通过警报器发出警报；

T2：所述无轨胶轮车行驶过程中，装置实时计算所述无轨胶轮车周围区域中的UWB定位标签的动态目标距离所述无轨胶轮车的距离，同时运用毫米波雷达扫描运动方向上的动态目标，当所述无轨胶轮车与目标距离小于安全阈值时，通过警报器发出警报；

T3：所述无轨胶轮车行驶过程中，对于所述无轨胶轮车周围的未带UWB定位标签的目标障碍物，主要采用毫米波雷达数据探测障碍物到所述无轨胶轮车的距离，当距离小于安全阈值时，通过警报器发出警报；

T4：所述无轨胶轮车行驶过程中，当环境中电磁波信号干扰了雷达信号时，提高UWB定位数据的权重，检测带有UWB标签的行人或车辆与所述无轨胶轮车的距离，当距离小于安全阈值时，通过警报器发出警报。

本发明的有益效果是：

(1)由于毫米波雷达重量轻、体积小、空间分辨率高、测距范围大、精度高、能够穿透雾、烟、灰尘而不受恶劣天气环境的影响的优点，所以本发明采用毫米波雷达融合UWB探测感知环境，在精准探测的同时便于实现本安设计。

(2)本发明采用UWB无线定位技术为矿工和车辆定位，克服了煤矿巷道环境难以接收GPS信号而无法精准定位的缺陷。

(3)本发明将UWB定位与毫米波雷达探测相融合，辅助司机感知周边环境，避免视觉盲区带来的安全隐患，克服了单一UWB定位只能针对带有标签的运动目标和单一毫米波雷达探测无法通观全局的缺陷。

(4)本发明所述装置能够根据车辆位置及自身速度，实时更新车辆坐标系的原点，避免由于网络通信中断造成的车辆定位失败。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的基于毫米波雷达与UWB标签的无轨胶轮车辅助驾驶方法的毫米波雷达坐标系的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

如图1所示，一种基于毫米波雷达与UWB标签的无轨胶轮车辅助驾驶方法，包括如下步骤：S1、将UWB标签、毫米波雷达和辅助驾驶装置安装至无轨胶轮车，其中，辅助驾驶装置安装在无轨胶轮车仪表盘附近区域，方便使用者操作和驾驶无轨胶轮车。同时，UWB标签安装在车辆中心位置；辅助驾驶装置安装在无轨胶轮车仪表盘附近区域；毫米波雷达安装在车辆前方及后方，根据车型不同安装个数不同，以覆盖整个巷道宽度为准为原则。在本实施例中，毫米波雷达距地80公分以上，以保证毫米波雷达不易触底及有足够的空间进行探测。

S2、以毫米波为极点建立毫米波雷达坐标系；以无轨胶轮车所在位置为原点建立无轨胶轮车坐标系。

S3、辅助驾驶装置通过网络与调度中心服务器通信，获取无轨胶轮车及周边设定范围内其他车辆的UWB标签相关数据。其中，调度中心服务器与多个UWB定位基站通信，获取UWB基站侦测范围内所有UWB标签的位置信息，并根据标签ID确定每个标签在巷道中的位置；标签位置是标签所在位置点距离指定出发点的行程距离；其中，行程距离是从根据巷道中距离标签所在位置点最近的UWB基站信息计算得到。距离是自巷道口中心线原点沿巷道中心线行驶到标签所在位置对应的巷道中心线点所行驶的距离。

S4、辅助驾驶装置获取车载毫米波雷达的扫描数据。其中毫米波雷达安装在无轨胶轮车前方及后方，安装数量为若干个，适于毫米波雷达的检测范围覆盖整个巷道。在本实施例中，辅助驾驶装置通过CAN总线读取毫米波雷达的扫描数据；其中，扫描数据包含探测范围内的动态目标与静态目标。

S5、辅助驾驶装置融合分析数据，构建无轨胶轮车的周边环境地图。

其中，融合分析适于计算本无轨胶轮车周围设定范围内的所有目标与本无轨胶轮车的距离，在本实施例中，所有目标包括无轨胶轮车前后范围内所有带有UWB标签的矿工或车辆，及不带标签的目标。融合分析的计算步骤如下：

A1：根据无轨胶轮车的行驶方向，在扫描数据中筛选行驶方向上的动态目标与静态目标放入监测集合；A2：实时计算筛选监测集合中的目标与无轨胶轮车之间的行程距离；A3：当集合中任一目标与无轨胶轮车之间的行程距离小于毫米波雷达探测行程距离时，启动行驶方向上的毫米波雷达探测；A4：对于带UWB标签的目标，采用坐标计算与雷达距离探测结果相融合的方式，两种判断方式中有一种达到报警条件，则报警提示；A5：对于不带UWB标签的目标，采用毫米波雷达探测方式检测目标与无轨胶轮车行程距离是否小于安全阈值。

S6、辅助驾驶装置实时计算无轨胶轮车与障碍物之间的距离，当距离小于设定安全阈值时，通过警示器警示司机避障。

在本实施例中，报警提醒包含：T1：车辆行驶过程中通过毫米波雷达探测车头/尾距离巷道壁的距离，当小于安全规范规定时，通过警报器发出警报；T2：无轨胶轮车行驶过程中，装置实时计算无轨胶轮车周围区域中的UWB定位标签的动态目标距离无轨胶轮车的距离，同时运用毫米波雷达扫描运动方向上的动态目标，当无轨胶轮车与目标距离小于安全阈值时，通过警报器发出警报；T3：无轨胶轮车行驶过程中，对于无轨胶轮车周围的未带UWB定位标签的目标障碍物，主要采用毫米波雷达数据探测障碍物到无轨胶轮车的距离，当距离小于安全阈值时，通过警报器发出警报；T4：无轨胶轮车行驶过程中，当环境中电磁波信号干扰了雷达信号时，提高UWB定位数据的权重，检测带有UWB标签的行人或车辆与无轨胶轮车的距离，当距离小于安全阈值时，通过警报器发出警报。

综上所述：

(1)由于毫米波雷达重量轻、体积小、空间分辨率高、测距范围大、精度高、能够穿透雾、烟、灰尘而不受恶劣天气环境的影响的优点，所以本发明采用毫米波雷达融合UWB探测感知环境，在精准探测的同时便于实现本安设计。

(2)本发明采用UWB无线定位技术为矿工和车辆定位，克服了煤矿巷道环境难以接收GPS信号而无法精准定位的缺陷。

(3)本发明将UWB定位与毫米波雷达探测相融合，辅助司机感知周边环境，避免视觉盲区带来的安全隐患，克服了单一UWB定位只能针对带有标签的运动目标和单一毫米波雷达探测无法通观全局的缺陷。

(4)本发明装置能够根据车辆位置及自身速度，实时更新车辆坐标系的原点，避免由于网络通信中断造成的车辆定位失败。

本申请中选用的各个器件均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本领域技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知。

在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。