ToxuTechs Kundenspezifisches GNSS+V2X+4G integriert HaifischflossenantenneLösung zentraler Herausforderungen für autonome Muldenkipper-Lösungen

Der Kunde – ein Anbieter einer autonomen Muldenkipperlösung für große inländische Tagebaue – hatte zuvor mit Problemen wie „zeitweise unterbrochener Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation (V2V)“ und „nicht synchronisierten Positionsdaten“ zu kämpfen. Diese Probleme führten während des Flottenbetriebs häufig zu „zu geringem Abstand“ oder „Abweichungen von der Route“ und beeinträchtigten sogar die Effizienz beim Be- und Entladen. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, ToxuTech entwickelte ein maßgeschneidertes "GNSS+V2X+4G integrierte Haifischflossenantenne.„Durch Funktionsintegration und szenariospezifische Anpassung hat diese Antenne die oben genannten Probleme erfolgreich gelöst. Sie ist derzeit in einem Kohlebergwerk in der Provinz Shanxi in großflächigen Anwendungen auf 100 Muldenkippern im Einsatz, parallel zur Lösung des Kunden.“

Bedarfsanalyse: 3 zentrale Schwachstellen der Kundenlösung, die auf Herausforderungen bei der „Antennenzusammenarbeit“ hinweisen

Die vom Kunden angestrebte Lösung für autonome Muldenkipper im Bergbau zielte auf den „Betrieb mehrerer Fahrzeugflotten, die Echtzeit-Positionsübertragung und die Notfallvernetzung“ ab. Bei ersten Tests zeigten herkömmliche Antennenlösungen jedoch erhebliche Mängel auf:

1. Die V2V-Kommunikationslatenz überschritt 500 ms und beeinträchtigte den Flottenbetrieb.

Anfangs entschied sich der Kunde für eine separate Lösung mit „unabhängigen V2X-Antennen + unabhängigen 4G-Antennen“: V2X übernahm die Nahbereichskommunikation zwischen Fahrzeugen (z. B. Abstandsregelung, Bremssignale), während 4G die Datenübertragung über größere Entfernungen ermöglichte. Das Gelände der Mine – geprägt von steilen Hängen und großen Höhenunterschieden – führte jedoch zu Funklöchern für die separaten Antennen, wodurch die Latenz der V2V-Kommunikation häufig 500 ms überschritt. Bei einer Geschwindigkeit von 20 km/h legten die Fahrzeuge aufgrund dieser Latenz 3 Meter mehr zurück, was das Risiko von Auffahrunfällen innerhalb der Flotte deutlich erhöhte und die Transporteffizienz durch zu große Abstände verringerte.

2. Die GNSS-Positionierung und die V2X-Daten waren „asynchron“, wobei die Interaktionsabweichung mehr als 1 Meter betrug.

Eine präzise Ausrichtung war beim Be- und Entladen von Muldenkippern im Bergbau erforderlich (z. B. wenn mehrere Muldenkipper gleichzeitig Kohle an einer Brecheranlage entluden und dabei ein Abstand von 1,5 Metern eingehalten werden musste). Dies erforderte einen Echtzeit-Abgleich der GNSS-Positionsdaten mit den über V2X übertragenen Fahrzeugpositionsinformationen. Bei der herkömmlichen Lösung jedoch GNSS-Antennen Die V2X-Antennen waren an unterschiedlichen Stellen am Lkw installiert (GNSS vorne auf dem Dach, V2X hinten), was zu einer zeitlichen Verzögerung beim Signalempfang führte. Dadurch betrug die Abweichung der Positionsdaten mehr als einen Meter, was wiederholte Justierungen bei der Ausrichtung mehrerer Fahrzeuge erforderlich machte und die Zeit pro Be- und Entladevorgang um vier bis sechs Minuten verlängerte.

3. Umständliche Antenneninstallation, hohe Kosten für LKW-Umbauten

Für die Installation separater Antennen (je eine für GNSS, V2X und 4G) mussten drei bis vier Bohrlöcher in das Dach des Muldenkippers gebohrt werden. Dies beschädigte nicht nur die Fahrzeugstruktur, sondern erschwerte auch die Wasserdichtigkeit: Unter staubigen, regnerischen oder schneereichen Bedingungen im Tagebau drang leicht Wasser in die Bohrlöcher ein und verursachte Kurzschlüsse. Die Ausfallrate der Antennen erreichte innerhalb von drei Monaten 25 %. Zusätzlich verursachten die Verkabelung und die Inbetriebnahme der drei Antennen einen Mehraufwand, wodurch sich die Umbaukosten pro Muldenkipper um 800 RMB erhöhten – insgesamt also auf 80.000 RMB für 100 Muldenkipper.

Maßgeschneiderte Innovation: 3 Kerndesigns der integrierten Haifischflossenantenne von ToxuTech – die den Kern der Anforderungen adressieren

Um die Probleme des Kunden zu lösen, stellte ToxuTech ein spezialisiertes technisches Team zusammen. Nach drei Vor-Ort-Begehungen im Bergwerk finalisierte das Team die integrierte Haifischflossenantennenlösung mit GNSS, V2X und 4G im Dreifachmodus. Die Kernentwicklung konzentrierte sich auf die Reduzierung der Latenz, die Synchronisierung der Daten und die Vereinfachung der Installation.

1. Dreifach-Signalintegrationsdesign: Reduzierung der Kommunikationslatenz auf unter 100 ms

Die maßgeschneiderte Haifischflossenantenne Drei Module wurden in einem einzigen Gehäuse integriert: ein GNSS-Modul (mit Unterstützung für Triple-Mode-Positionierung über BDS, GPS und GLONASS), ein V2X-Modul (mit Unterstützung des PC5-Protokolls für die Nahbereichskommunikation) und ein 4G-Modul (mit Unterstützung von LTE Cat.4 für die Fernübertragung). Alle drei Module nutzten eine gemeinsame Signalfilterschaltung und einen gemeinsamen HF-Kanal.

● Die V2X- und 4G-Signale nutzten die Technologie der „dynamischen Frequenzumschaltung“, um Interferenzen zu vermeiden (V2X arbeitet mit 5,9 GHz, 4G mit 1,8/2,6 GHz), wodurch sichergestellt wurde, dass sich die Kurzstreckenkommunikation und die Langstreckenübertragung nicht gegenseitig beeinträchtigten;

● Das integrierte Design verkürzte die V2X-Signalübertragungswege um 80 %. Feldtests in komplexem Minengelände zeigten eine stabile V2V-Kommunikationslatenz von 80–100 ms – nur ein Fünftel der Latenz herkömmlicher Lösungen. Bei fahrenden Muldenkippern betrug der durch die Latenz von 100 ms verursachte „zusätzliche Abstand“ weniger als 0,6 Meter und erfüllte damit die Anforderung an einen sicheren Flottenverkehr (1,5 Meter Sicherheitsabstand) vollständig.

2. „Synchronisation von Positions- und Kommunikationsdaten im Millisekundenbereich“ zur Begrenzung der Interaktionsabweichung auf unter 30 cm

Um die Asynchronität zwischen GNSS-Positionierung und V2X-Daten zu beheben, wurde in die Antenne ein „Zeitsynchronisationschip“ integriert, um eine „Taktausrichtung“ der drei Funktionen zu erreichen:

● Die vom GNSS-Modul erfassten Positionsdaten (Breitengrad, Längengrad, Höhe) wurden über einen internen Hochgeschwindigkeitsbus direkt an das V2X-Modul übertragen, was nur 5 ms dauerte – wodurch die Latenz herkömmlicher Lösungen vermieden wurde, bei denen „die Positionsdaten zuerst an das Bordterminal gesendet und dann an das V2X-Modul weitergeleitet werden“.

● Gleichzeitig wurden die Positionsdaten der Antenne an die in V2X-Signalen übertragene Fahrzeug-ID und Fahrgeschwindigkeit gekoppelt, sodass empfangende Lkw Position und Fahrzeugstatus innerhalb einer Sekunde abgleichen konnten. Dadurch wurde die Interaktionsabweichung von über einem Meter auf unter 30 cm reduziert, wodurch wiederholte Justierungen bei der Ausrichtung mehrerer Fahrzeuge entfielen und die Zeit pro Be- und Entladezyklus um vier Minuten verkürzt wurde – was zwei bis drei zusätzliche Fahrten pro Lkw und Tag ermöglichte.

3. Integrierte Installation + IP6K9K-Schutz: 30 % geringere Umbaukosten

Um die umständliche Installation und die hohen Ausfallraten zu beheben, wies die Antenne zwei wesentliche Optimierungen in Bezug auf Struktur und Schutz auf:

● Einloch-Montagedesign: Mit Abmessungen von 280 mm × 180 mm × 80 mm (vergleichbar mit herkömmlichen Haifischflossenantennen) benötigte die Antenne nur ein einziges Bohrloch mit 50 mm Durchmesser im LKW-Dach für die Verkabelung und Befestigung – 2–3 Löcher weniger als bei herkömmlichen Lösungen. Dadurch verkürzte sich die Umbauzeit pro LKW von 4 Stunden auf 1,5 Stunden und die Umbaukosten sanken um 30 % (von 800 RMB auf 560 RMB pro LKW).

● Extrem hohe Schutzstandards: Das Gehäuse besteht aus einer schlagfesten ABS+PC-Legierung mit UV-Schutzbeschichtung (geeignet für die intensive Sonneneinstrahlung im Tagebau). Die internen Schnittstellen sind mit doppellagigen Silikondichtungen und Gewindesicherungen versehen und erfüllen die Schutzart IP6K9K (beständig gegen Hochdruckwasserstrahlreinigung und 90 °C heißes Sprühen). Die Leiterplatten sind zudem dreifach beschichtet (beständig gegen Kohlenstaubkorrosion und Schimmel).

Stand August 2025 ToxuTechs Eine kundenspezifisch angepasste GNSS+V2X+4G-Haifischflossenantenne ist seit 3 ​​Monaten im Kohlebergwerk Shanxi parallel zur Lösung des Kunden stabil im Einsatz.

Momentan, ToxuTech hat zwei standardisierte, kundenspezifische Lösungen für autonome Muldenkipper im Bergbau entwickelt: „GNSS+V2X+4G“ und „GNSS+V2X+5G“. Diese Lösungen lassen sich hinsichtlich Schutzstufen und Signalparametern an die jeweilige Betriebsumgebung des Muldenkippers anpassen (z. B. große Höhe, starke elektromagnetische Störungen). Die Lieferzeit wurde von üblicherweise 45 Tagen auf 25 Tage verkürzt, um die schnelle Implementierung der Kundenlösungen zu ermöglichen.