近日，中國兵器北重集團(tuán)北方股份公司(以下簡稱北方股份)自主研制的國內(nèi)首臺(tái)110噸NTE120AT無人駕駛電動(dòng)輪礦車在內(nèi)蒙古自治區(qū)包頭市的生產(chǎn)線成功下線并進(jìn)入調(diào)試階段，將很快進(jìn)入礦山試運(yùn)行。
科技日?qǐng)?bào)記者在調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)看到，該車長10米、寬5.5米，高度與兩層樓相當(dāng)，是個(gè)十足的“巨無霸”。“將以線控技術(shù)為核心的無人駕駛技術(shù)集成應(yīng)用于礦車上，這是國內(nèi)同行業(yè)的首創(chuàng)。” 北方股份產(chǎn)品研究院電液控制研究所高級(jí)業(yè)務(wù)經(jīng)理王逢全向記者介紹說：“該技術(shù)標(biāo)志著我國成為繼美國、日本后第三個(gè)實(shí)現(xiàn)礦用車無人駕駛技術(shù)的國家。”
完美程序打造“最強(qiáng)大腦”
近年來，汽車無人駕駛技術(shù)在全球多地都不斷取得了新的突破。
而相比之下，由于礦山操作現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境更加復(fù)雜多變，礦用車體積大、載荷沉重，也使得無人駕駛礦用車的技術(shù)研發(fā)相對(duì)普通汽車無人駕駛技術(shù)落后很多。
“露天礦上需要用到的自卸車與普通汽車的操作相似度很高，除了裝料與卸料，不需要對(duì)物料進(jìn)行其他的操作，主要工作是沿固定路線行駛。因此，該類型礦車更容易應(yīng)用和裝備無人駕駛技術(shù)。”王逢全說。
研發(fā)團(tuán)隊(duì)選擇從程序編寫入手，打開無人駕駛技術(shù)的研發(fā)之門。精心編寫的幾個(gè)程序，首先實(shí)現(xiàn)了非公路礦用車在礦山現(xiàn)場(chǎng)流暢、精準(zhǔn)、平穩(wěn)地完成倒車入位、停靠、自動(dòng)傾卸、軌跡運(yùn)行、自主避障等各個(gè)環(huán)節(jié)。
這一關(guān)鍵步驟的完成，得益于礦車的“大腦”——控制柜。記者踏著三米多高的樓梯進(jìn)入這臺(tái)巨無霸的駕駛室內(nèi)，近距離觀察了負(fù)責(zé)收集和處理信號(hào)的控制柜。車頂白色架子上裝置的天線高高聳立，用來探知周圍的環(huán)境，收集信息后回傳到控制柜中。
從工作角度來理解，前進(jìn)、倒車、剎車，前面道路是平坦還是顛簸，有沒有障礙物，所有信息都要一一傳回控制柜進(jìn)行分析，然后再通過分析篩選后的信息有效地操作礦用車。
編程容易實(shí)操難，北方股份公司電器調(diào)試設(shè)計(jì)工程師張強(qiáng)回憶說：“起初，信息回傳控制柜后常常會(huì)出現(xiàn)‘當(dāng)機(jī)’情況，為了找到問題所在，我們們逐一測(cè)試每條指令，用示波器、專用軟件來回對(duì)比數(shù)據(jù)，幾經(jīng)輾轉(zhuǎn)才找到了問題的癥結(jié)。”
張強(qiáng)介紹，問題出在系統(tǒng)的反應(yīng)速度，正常情況下，系統(tǒng)每200毫秒進(jìn)行一次刷新，研發(fā)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過升級(jí)，實(shí)現(xiàn)了200毫秒內(nèi)完成數(shù)百個(gè)數(shù)據(jù)雙向傳輸，并確保在關(guān)鍵時(shí)刻，實(shí)現(xiàn)20毫秒內(nèi)就準(zhǔn)確無誤刷新一次數(shù)據(jù)，確保無人駕駛礦車準(zhǔn)確高速識(shí)別信息。
線控技術(shù)成就智能駕駛
要想真正實(shí)現(xiàn)無人駕駛技術(shù)，僅有作為基礎(chǔ)的程序編寫是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，而是要將駕駛員的所有動(dòng)作通過傳感器變?yōu)殡娦盘?hào)以實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車的準(zhǔn)確操作，因此，汽車無人駕駛繞不開一項(xiàng)技術(shù)——車輛線控技術(shù)。
北方股份的無人駕駛礦車之所以達(dá)到世界先
進(jìn)水平，就在于其變速、制動(dòng)、油門、懸掛、轉(zhuǎn)向等系統(tǒng)均實(shí)現(xiàn)了線控化。
王逢全介紹說：“NTE120AT無人駕駛礦車中不僅僅只有傳感器，在其控制柜系統(tǒng)中還隱藏著一項(xiàng)‘黑科技’——毫米波雷達(dá)，正是因?yàn)槲覀儼炎钕冗M(jìn)的雷達(dá)遙感技術(shù)和較為成熟的人工智能系統(tǒng)組合在一起，才最終構(gòu)成了無人駕駛礦車的整個(gè)智能系統(tǒng)。”
礦區(qū)往往揚(yáng)塵較多，線控技術(shù)集成中常常用到的常規(guī)攝像頭在如此環(huán)境中往往難以發(fā)揮作用，因此，NTE120AT采用車載傳感器，依靠激光雷達(dá)與毫米波雷達(dá)形成雙重保障，兩者結(jié)合即可實(shí)現(xiàn)360度無死角感知。
該礦用車還利用載波相位差分技術(shù)，在自主駕駛、自動(dòng)作業(yè)、環(huán)境感知、行為控制和決策、定位及導(dǎo)航等關(guān)鍵技術(shù)上，實(shí)現(xiàn)了24小時(shí)無人駕駛循環(huán)作業(yè)。目前，礦車即將赴礦山實(shí)地運(yùn)行，為了確保萬無一失，工程師們正在對(duì)礦車進(jìn)行最后的測(cè)試。
“頂級(jí)技術(shù)的集成，造就了NTE120AT極大的靈敏度和精確度。無人駕駛礦用車僅輪胎就有常人身高的兩倍之多，站在這樣的輪胎前，人往往會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的壓迫感。”北方股份產(chǎn)品研究院裝配工藝工程師鄔鵬程介紹說，“如果礦用車向你駛來，你一定會(huì)感到緊張，但為了讓它的感應(yīng)系統(tǒng)更加靈敏，我們要經(jīng)常體驗(yàn)這種緊張感。我們的目標(biāo)是讓車輛準(zhǔn)確行駛與精準(zhǔn)停靠橫向誤差和航向誤差，限制在厘米級(jí)別。”
同時(shí)，隨著國內(nèi)數(shù)字化智慧礦山建設(shè)水平的不斷提升，研發(fā)團(tuán)隊(duì)通過為礦車配置環(huán)境感知系統(tǒng)、行為控制和決策系統(tǒng)、定位系統(tǒng)及高精度地圖，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)按照礦山調(diào)度指令在無人操作的情況下裝載、運(yùn)輸和卸載的循環(huán)作業(yè)。最終，結(jié)合車輛協(xié)同運(yùn)作平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)無人駕駛車隊(duì)協(xié)同運(yùn)轉(zhuǎn)，一車感知、數(shù)據(jù)共享、全局可知，達(dá)到礦區(qū)作業(yè)高效的目標(biāo)。
高性價(jià)比制造礦車“新貴”
無人駕駛在目前來看，基本是昂貴、高成本的代名詞。
“而隨著煤炭、冶金、有色金屬等行業(yè)回歸理性，用戶更加注重全生命周期運(yùn)行成本，這無疑給礦用車企業(yè)提出了更高的要求，礦山企業(yè)對(duì)產(chǎn)品和服務(wù)的需求有了明顯的變化，用戶較以往任何時(shí)候都更關(guān)注礦用自卸車的性價(jià)比和運(yùn)行成本。”北方股份總經(jīng)理鄔青峰在接受采訪時(shí)表示。
據(jù)鄔青峰介紹，NTE120AT無人駕駛礦用車可大大降低工況運(yùn)營成本，“無人駕駛運(yùn)輸有助于礦區(qū)安全生產(chǎn)高效開展，它在提高作業(yè)效率和降低車輛損耗等方面優(yōu)勢(shì)明顯，例如無人駕駛技術(shù)，主要利用車載傳感器來感知車輛周圍環(huán)境，感知道路、車輛位置和障礙物信息，控制車輛轉(zhuǎn)向與速度，進(jìn)而使車輛更安全、可靠地行駛在道路上。具體來說，只要合理規(guī)劃布局和消除行駛誤差，就可以大大提高礦區(qū)生產(chǎn)效率，避免事故的發(fā)生，且能降低人工和整車使用成本，減少車輛本身的磨損與消耗。”
有研究數(shù)據(jù)表明，在合理考慮相關(guān)因素的常規(guī)狀態(tài)下，7臺(tái)無人駕駛礦車可替代至少9臺(tái)同型號(hào)車的工作量，燃油成本降低6%，輪胎磨損減少7.5%以上，含節(jié)省人工成本在內(nèi)的收益率提高49%。
王逢全表示，無人礦車只是礦業(yè)生產(chǎn)進(jìn)步的一小步，隨著技術(shù)的不斷成熟，將來礦區(qū)的整體無人化運(yùn)營和數(shù)字化的智慧礦山都有可能成為現(xiàn)實(shí)，無人化運(yùn)營，正成為礦山開發(fā)追求的方向。
