近日，中國(guó)兵器北重集團(tuán)北方股份公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)北方股份)自主研制的國(guó)內(nèi)首臺(tái)110噸NTE120AT無(wú)人駕駛電動(dòng)輪礦車(chē)在內(nèi)蒙古自治區(qū)包頭市的生產(chǎn)線(xiàn)成功下線(xiàn)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(chē)長(zhǎng)10米、寬5.5米，高度與兩層樓相當(dāng)，是個(gè)十足的“巨無(wú)霸”。“將以線(xiàn)控技術(shù)為核心的無(wú)人駕駛技術(shù)集成應(yīng)用于礦車(chē)上，這是國(guó)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(shuō)：“該技術(shù)標(biāo)志著我國(guó)成為繼美國(guó)、日本后第三個(gè)實(shí)現(xiàn)礦用車(chē)無(wú)人駕駛技術(shù)的國(guó)家。”
完美程序打造“最強(qiáng)大腦”
近年來(lái)，汽車(chē)無(wú)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(chē)體積大、載荷沉重，也使得無(wú)人駕駛礦用車(chē)的技術(shù)研發(fā)相對(duì)普通汽車(chē)無(wú)人駕駛技術(shù)落后很多。
“露天礦上需要用到的自卸車(chē)與普通汽車(chē)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(xiàn)行駛。因此，該類(lèi)型礦車(chē)更容易應(yīng)用和裝備無(wú)人駕駛技術(shù)。”王逢全說(shuō)。
研發(fā)團(tuán)隊(duì)選擇從程序編寫(xiě)入手，打開(kāi)無(wú)人駕駛技術(shù)的研發(fā)之門(mén)。精心編寫(xiě)的幾個(gè)程序，首先實(shí)現(xiàn)了非公路礦用車(chē)在礦山現(xiàn)場(chǎng)流暢、精準(zhǔn)、平穩(wěn)地完成倒車(chē)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(chē)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(wú)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(chē)頂白色架子上裝置的天線(xiàn)高高聳立，用來(lái)探知周?chē)沫h(huán)境，收集信息后回傳到控制柜中。
從工作角度來(lái)理解，前進(jìn)、倒車(chē)、剎車(chē)，前面道路是平坦還是顛簸，有沒(méi)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(guò)分析篩選后的信息有效地操作礦用車(chē)。
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(shuō)：“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(wèn)題所在，我們們逐一測(cè)試每條指令，用示波器、專(zhuān)用軟件來(lái)回對(duì)比數(shù)據(jù)，幾經(jīng)輾轉(zhuǎn)才找到了問(wèn)題的癥結(jié)。”
張強(qiáng)介紹，問(wèn)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(guò)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(wú)誤刷新一次數(shù)據(jù)，確保無(wú)人駕駛礦車(chē)準(zhǔn)確高速識(shí)別信息。
線(xiàn)控技術(shù)成就智能駕駛
要想真正實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛技術(shù)，僅有作為基礎(chǔ)的程序編寫(xiě)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，而是要將駕駛員的所有動(dòng)作通過(guò)傳感器變?yōu)殡娦盘?hào)以實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車(chē)的準(zhǔn)確操作，因此，汽車(chē)無(wú)人駕駛繞不開(kāi)一項(xiàng)技術(shù)——車(chē)輛線(xiàn)控技術(shù)。
北方股份的無(wú)人駕駛礦車(chē)之所以達(dá)到世界先
進(jìn)水平，就在于其變速、制動(dòng)、油門(mén)、懸掛、轉(zhuǎn)向等系統(tǒng)均實(shí)現(xiàn)了線(xiàn)控化。
王逢全介紹說(shuō)：“NTE120AT無(wú)人駕駛礦車(chē)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(wú)人駕駛礦車(chē)的整個(gè)智能系統(tǒng)。”
礦區(qū)往往揚(yáng)塵較多，線(xiàn)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(chē)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(wú)死角感知。
該礦用車(chē)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(wú)人駕駛循環(huán)作業(yè)。目前，礦車(chē)即將赴礦山實(shí)地運(yùn)行，為了確保萬(wàn)無(wú)一失，工程師們正在對(duì)礦車(chē)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(wú)人駕駛礦用車(chē)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(shuō)，“如果礦用車(chē)向你駛來(lái)，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(chē)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(guó)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(guò)為礦車(chē)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(wú)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(chē)輛協(xié)同運(yùn)作平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛車(chē)隊(duì)協(xié)同運(yùn)轉(zhuǎn)，一車(chē)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?xún)r(jià)比制造礦車(chē)“新貴”
無(wú)人駕駛在目前來(lái)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(hù)更加注重全生命周期運(yùn)行成本，這無(wú)疑給礦用車(chē)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(hù)較以往任何時(shí)候都更關(guān)注礦用自卸車(chē)的性?xún)r(jià)比和運(yùn)行成本。”北方股份總經(jīng)理鄔青峰在接受采訪(fǎng)時(shí)表示。
據(jù)鄔青峰介紹，NTE120AT無(wú)人駕駛礦用車(chē)可大大降低工況運(yùn)營(yíng)成本，“無(wú)人駕駛運(yùn)輸有助于礦區(qū)安全生產(chǎn)高效開(kāi)展，它在提高作業(yè)效率和降低車(chē)輛損耗等方面優(yōu)勢(shì)明顯，例如無(wú)人駕駛技術(shù)，主要利用車(chē)載傳感器來(lái)感知車(chē)輛周?chē)h(huán)境，感知道路、車(chē)輛位置和障礙物信息，控制車(chē)輛轉(zhuǎn)向與速度，進(jìn)而使車(chē)輛更安全、可靠地行駛在道路上。具體來(lái)說(shuō)，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(chē)使用成本，減少車(chē)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(wú)人駕駛礦車(chē)可替代至少9臺(tái)同型號(hào)車(chē)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(wú)人礦車(chē)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(lái)礦區(qū)的整體無(wú)人化運(yùn)營(yíng)和數(shù)字化的智慧礦山都有可能成為現(xiàn)實(shí)，無(wú)人化運(yùn)營(yíng)，正成為礦山開(kāi)發(fā)追求的方向。
