無人駕駛“巨無霸”開進礦山

　　110噸NTE120AT無人駕駛電動輪礦車

　　無人礦車只是礦業生產進步的一小步，隨著技術的不斷成熟，將來礦區的整體無人化運營和數字化的智慧礦山都有可能成為現實，無人化運營，正成為礦山開發追求的方向。

　　近日，中國兵器北重集團北方股份公司（以下簡稱北方股份）自主研制的國內首台110噸NTE120AT無人駕駛電動輪礦車在內蒙古自治區包頭市的生產線成功下線並進入調試階段，將很快進入礦山試運行。

　　科技日報記者在調試現場看到，該車長10米、寬5.5米，高度與兩層樓相當，是個十足的“巨無霸”。“將以線控技術為核心的無人駕駛技術集成應用於礦車上，這是國內同行業的首創。” 北方股份產品研究院電液控制研究所高級業務經理王逢全向記者介紹說：“該技術標志著我國成為繼美國、日本后第三個實現礦用車無人駕駛技術的國家。”

　　完美程序打造“最強大腦”

　　近年來，汽車無人駕駛技術在全球多地都不斷取得了新的突破。

　　而相比之下，由於礦山操作現場環境更加復雜多變，礦用車體積大、載荷沉重，也使得無人駕駛礦用車的技術研發相對普通汽車無人駕駛技術落后很多。

　　“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，不需要對物料進行其他的操作，主要工作是沿固定路線行駛。因此，該類型礦車更容易應用和裝備無人駕駛技術。”王逢全說。

　　研發團隊選擇從程序編寫入手，打開無人駕駛技術的研發之門。精心編寫的幾個程序，首先實現了非公路礦用車在礦山現場流暢、精准、平穩地完成倒車入位、停靠、自動傾卸、軌跡運行、自主避障等各個環節。

　　這一關鍵步驟的完成，得益於礦車的“大腦”——控制櫃。記者踏著三米多高的樓梯進入這台巨無霸的駕駛室內，近距離觀察了負責收集和處理信號的控制櫃。車頂白色架子上裝置的天線高高聳立，用來探知周圍的環境，收集信息后回傳到控制櫃中。

　　從工作角度來理解，前進、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櫃進行分析，然后再通過分析篩選后的信息有效地操作礦用車。

　　編程容易實操難，北方股份公司電器調試設計工程師張強回憶說：“起初，信息回傳控制櫃后常常會出現‘當機’情況，為了找到問題所在，我們們逐一測試每條指令，用示波器、專用軟件來回對比數據，幾經輾轉才找到了問題的症結。”

　　張強介紹，問題出在系統的反應速度，正常情況下，系統每200毫秒進行一次刷新，研發團隊經過升級，實現了200毫秒內完成數百個數據雙向傳輸，並確保在關鍵時刻，實現20毫秒內就准確無誤刷新一次數據，確保無人駕駛礦車准確高速識別信息。

　　線控技術成就智能駕駛

　　要想真正實現無人駕駛技術，僅有作為基礎的程序編寫是遠遠不夠的，而是要將駕駛員的所有動作通過傳感器變為電信號以實現對汽車的准確操作，因此，汽車無人駕駛繞不開一項技術——車輛線控技術。

　　北方股份的無人駕駛礦車之所以達到世界先

　　進水平，就在於其變速、制動、油門、懸挂、轉向等系統均實現了線控化。

　　王逢全介紹說：“NTE120AT無人駕駛礦車中不僅僅隻有傳感器，在其控制櫃系統中還隱藏著一項‘黑科技’——毫米波雷達，正是因為我們把最先進的雷達遙感技術和較為成熟的人工智能系統組合在一起，才最終構成了無人駕駛礦車的整個智能系統。”

　　礦區往往揚塵較多，線控技術集成中常常用到的常規攝像頭在如此環境中往往難以發揮作用，因此，NTE120AT採用車載傳感器，依靠激光雷達與毫米波雷達形成雙重保障，兩者結合即可實現360度無死角感知。

　　該礦用車還利用載波相位差分技術，在自主駕駛、自動作業、環境感知、行為控制和決策、定位及導航等關鍵技術上，實現了24小時無人駕駛循環作業。目前，礦車即將赴礦山實地運行，為了確保萬無一失，工程師們正在對礦車進行最后的測試。

　　“頂級技術的集成，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，人往往會產生強烈的壓迫感。”北方股份產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，你一定會感到緊張，但為了讓它的感應系統更加靈敏，我們要經常體驗這種緊張感。我們的目標是讓車輛准確行駛與精准停靠橫向誤差和航向誤差，限制在厘米級別。”

　　同時，隨著國內數字化智慧礦山建設水平的不斷提升，研發團隊通過為礦車配置環境感知系統、行為控制和決策系統、定位系統及高精度地圖，實現自動按照礦山調度指令在無人操作的情況下裝載、運輸和卸載的循環作業。最終，結合車輛協同運作平台，可實現無人駕駛車隊協同運轉，一車感知、數據共享、全局可知，達到礦區作業高效的目標。

　　高性價比制造礦車“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、有色金屬等行業回歸理性，用戶更加注重全生命周期運行成本，這無疑給礦用車企業提出了更高的要求，礦山企業對產品和服務的需求有了明顯的變化，用戶較以往任何時候都更關注礦用自卸車的性價比和運行成本。”北方股份總經理鄔青峰在接受採訪時表示。

　　據鄔青峰介紹，NTE120AT無人駕駛礦用車可大大降低工況運營成本，“無人駕駛運輸有助於礦區安全生產高效開展，它在提高作業效率和降低車輛損耗等方面優勢明顯，例如無人駕駛技術，主要利用車載傳感器來感知車輛周圍環境，感知道路、車輛位置和障礙物信息，控制車輛轉向與速度，進而使車輛更安全、可靠地行駛在道路上。具體來說，隻要合理規劃布局和消除行駛誤差，就可以大大提高礦區生產效率，避免事故的發生，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。”

　　有研究數據表明，在合理考慮相關因素的常規狀態下，7台無人駕駛礦車可替代至少9台同型號車的工作量，燃油成本降低6%，輪胎磨損減少7.5%以上，含節省人工成本在內的收益率提高49%。

　　王逢全表示，無人礦車只是礦業生產進步的一小步，隨著技術的不斷成熟，將來礦區的整體無人化運營和數字化的智慧礦山都有可能成為現實，無人化運營，正成為礦山開發追求的方向。