无人驾驶“巨无霸”开进矿山

　　无人矿车只是矿业生产进步的一小步，随着技术的不断成熟，将来矿区的整体无人化运营和数字化的智慧矿山都有可能成为现实，无人化运营，正成为矿山开发追求的方向。

　　近日，中国兵器北重集团北方股份公司(以下简称北方股份)自主研制的国内首台110吨NTE120AT无人驾驶电动轮矿车在内蒙古自治区包头市的生产线成功下线并进入调试阶段，将很快进入矿山试运行。

　　科技日报记者在调试现场看到，该车长10米、宽5.5米，高度与两层楼相当，是个十足的“巨无霸”。“将以线控技术为核心的无人驾驶技术集成应用于矿车上，这是国内同行业的首创。” 北方股份产品研究院电液控制研究所高级业务经理王逢全向记者介绍说：“该技术标志着我国成为继美国、日本后第三个实现矿用车无人驾驶技术的国家。”

　　完美程序打造“最强大脑”

　　近年来，汽车无人驾驶技术在全球多地都不断取得了新的突破。

　　而相比之下，由于矿山操作现场环境更加复杂多变，矿用车体积大、载荷沉重，也使得无人驾驶矿用车的技术研发相对普通汽车无人驾驶技术落后很多。

　　“露天矿上需要用到的自卸车与普通汽车的操作相似度很高，除了装料与卸料，不需要对物料进行其他的操作，主要工作是沿固定路线行驶。因此，该类型矿车更容易应用和装备无人驾驶技术。”王逢全说。

　　研发团队选择从程序编写入手，打开无人驾驶技术的研发之门。精心编写的几个程序，首先实现了非公路矿用车在矿山现场流畅、精准、平稳地完成倒车入位、停靠、自动倾卸、轨迹运行、自主避障等各个环节。

　　这一关键步骤的完成，得益于矿车的“大脑”——控制柜。记者踏着三米多高的楼梯进入这台巨无霸的驾驶室内，近距离观察了负责收集和处理信号的控制柜。车顶白色架子上装置的天线高高耸立，用来探知周围的环境，收集信息后回传到控制柜中。

　　从工作角度来理解，前进、倒车、刹车，前面道路是平坦还是颠簸，有没有障碍物，所有信息都要一一传回控制柜进行分析，然后再通过分析筛选后的信息有效地操作矿用车。

　　编程容易实操难，北方股份公司电器调试设计工程师张强回忆说：“起初，信息回传控制柜后常常会出现‘当机’情况，为了找到问题所在，我们们逐一测试每条指令，用示波器、专用软件来回对比数据，几经辗转才找到了问题的症结。”

　　张强介绍，问题出在系统的反应速度，正常情况下，系统每200毫秒进行一次刷新，研发团队经过升级，实现了200毫秒内完成数百个数据双向传输，并确保在关键时刻，实现20毫秒内就准确无误刷新一次数据，确保无人驾驶矿车准确高速识别信息。

　　线控技术成就智能驾驶

　　要想真正实现无人驾驶技术，仅有作为基础的程序编写是远远不够的，而是要将驾驶员的所有动作通过传感器变为电信号以实现对汽车的准确操作，因此，汽车无人驾驶绕不开一项技术——车辆线控技术。

　　北方股份的无人驾驶矿车之所以达到世界先进水平，就在于其变速、制动、油门、悬挂、转向等系统均实现了线控化。

　　王逢全介绍说：“NTE120AT无人驾驶矿车中不仅仅只有传感器，在其控制柜系统中还隐藏着一项‘黑科技’——毫米波雷达，正是因为我们把最先进的雷达遥感技术和较为成熟的人工智能系统组合在一起，才最终构成了无人驾驶矿车的整个智能系统。”

　　矿区往往扬尘较多，线控技术集成中常常用到的常规摄像头在如此环境中往往难以发挥作用，因此，NTE120AT采用车载传感器，依靠激光雷达与毫米波雷达形成双重保障，两者结合即可实现360度无死角感知。

　　该矿用车还利用载波相位差分技术，在自主驾驶、自动作业、环境感知、行为控制和决策、定位及导航等关键技术上，实现了24小时无人驾驶循环作业。目前，矿车即将赴矿山实地运行，为了确保万无一失，工程师们正在对矿车进行最后的测试。

　　“顶级技术的集成，造就了NTE120AT极大的灵敏度和精确度。无人驾驶矿用车仅轮胎就有常人身高的两倍之多，站在这样的轮胎前，人往往会产生强烈的压迫感。”北方股份产品研究院装配工艺工程师邬鹏程介绍说，“如果矿用车向你驶来，你一定会感到紧张，但为了让它的感应系统更加灵敏，我们要经常体验这种紧张感。我们的目标是让车辆准确行驶与精准停靠横向误差和航向误差，限制在厘米级别。”

　　同时，随着国内数字化智慧矿山建设水平的不断提升，研发团队通过为矿车配置环境感知系统、行为控制和决策系统、定位系统及高精度地图，实现自动按照矿山调度指令在无人操作的情况下装载、运输和卸载的循环作业。最终，结合车辆协同运作平台，可实现无人驾驶车队协同运转，一车感知、数据共享、全局可知，达到矿区作业高效的目标。

　　高性价比制造矿车“新贵”

　　无人驾驶在目前来看，基本是昂贵、高成本的代名词。

　　“而随着煤炭、冶金、有色金属等行业回归理性，用户更加注重全生命周期运行成本，这无疑给矿用车企业提出了更高的要求，矿山企业对产品和服务的需求有了明显的变化，用户较以往任何时候都更关注矿用自卸车的性价比和运行成本。”北方股份总经理邬青峰在接受采访时表示。

　　据邬青峰介绍，NTE120AT无人驾驶矿用车可大大降低工况运营成本，“无人驾驶运输有助于矿区安全生产高效开展，它在提高作业效率和降低车辆损耗等方面优势明显，例如无人驾驶技术，主要利用车载传感器来感知车辆周围环境，感知道路、车辆位置和障碍物信息，控制车辆转向与速度，进而使车辆更安全、可靠地行驶在道路上。具体来说，只要合理规划布局和消除行驶误差，就可以大大提高矿区生产效率，避免事故的发生，且能降低人工和整车使用成本，减少车辆本身的磨损与消耗。”

　　有研究数据表明，在合理考虑相关因素的常规状态下，7台无人驾驶矿车可替代至少9台同型号车的工作量，燃油成本降低6%，轮胎磨损减少7.5%以上，含节省人工成本在内的收益率提高49%。

　　王逢全表示，无人矿车只是矿业生产进步的一小步，随着技术的不断成熟，将来矿区的整体无人化运营和数字化的智慧矿山都有可能成为现实，无人化运营，正成为矿山开发追求的方向。