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实地探访:易控智驾无人矿卡是怎么跑起来的?
24-09-14 10:45:20 邱锴俊 赛博汽车

高速上跑两个多小时,就来到了全国最大一个露天煤矿的矿区,这是一个超级能源工程的起点。在这里,有一批无人矿卡正在不停运营中。尽管这一“新物种”,目前还很少,能力也还不算很强,但很可能会成为矿山运输中的主力物种,将人类从枯燥、繁重、有一定危险性的矿卡驾驶中解放出来。一场大变革,正在发生。

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从乌鲁木齐开车向北、向东,离开市郊之后,就基本上全是戈壁滩了。

植被稀疏,只有零星放养的骆驼溜达觅食。

高速上跑两个多小时,就来到了全国最大一个露天煤矿的矿区。

这是一个超级能源工程的起点。

这个煤矿,每年产出近4000万吨优质煤,通过煤炭走廊直达电厂。电厂再通过1100kV特高压直流输电线路,跨越3293公里,途经新疆、甘肃、宁夏、陕西、河南、安徽6个省区,把电送到千家万户。

在这个超级能源工程中,矿山卡车也扮演重要一环。如果从空中下看,在这个煤矿上,近600辆矿卡均匀分开,如蚂蚁搬家,将煤矿表层剥开的泥土、开采出来的煤矿,运到排料场或者破碎站。

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硕大的矿区,无人矿卡像蚂蚁般往返劳作

如果你走近些会发现,其中200多辆白色车身的卡车,驾驶室内空无一人,但它们却自己踩着油门踏板、转动方向盘,跑在矿区道路上。

谁创造了这一新物种?

这些白色的无人矿卡车身上的LOGO揭晓答案——EACON易控智驾。

易控智驾,是这些无人矿卡的“造物者”。

这一新物种,目前还很少,能力也还不算很强,但很可能会成为矿山运输中的主力物种,将人类从枯燥、繁重、有一定危险性的矿卡驾驶中解放出来。

一场大变革,正在发生。

01

能跑起来的无人矿卡

近几年来,无人驾驶在很多场景开始应用,矿山无人驾驶也是其中之一。

很多玩家推出了无人驾驶矿卡的解决方案,也与主机厂合作打造了无人驾驶矿用车,运到了矿山上。

只是,并不是所有的无人驾驶矿卡,都能常态化跑得起来。

但在这个煤矿,易控智驾的200多台车,已经实现了7*24小时常态化运行。截至2024年8月底,这些车辆已经跑了超1100万公里。这个里程数是单项目行业第一。

为什么易控智驾的无人矿卡能跑得起来呢?

如果您对特斯拉的智能驾驶、无人驾驶出租车、无人驾驶巴士有所了解,可能会认为奥秘在感知能力、算法这些无人驾驶的技术上。

但答案并非如此。

“我们更多的是把无人驾驶和矿山的生产工艺相结合,而不是单单解决一个算法上的问题,还帮他们解决了一些日常管理运营的事儿。”易控智驾解决方案负责人肖亮说。

为什么这么说?

让我们跟着一辆拉渣土的无人矿卡一起出发吧。

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注:此图仅为示意

易控智驾在这个煤矿驻扎了十几个人,其中一部分,是调度团队。无人矿卡运行的第一步,要靠他们指挥。

当调度员通过云控平台下达一个作业指令之后,原本停在停车场的无人矿卡,就会知道接收到指令,要去到什么位置哪里,和哪辆挖机合作,以及到什么排土区排土——。任务下达就在的一瞬间,这辆无人矿卡就自动出发了。

它的第一个目标是装载区——在这里,挖机会把煤矿表层泥土挖开,再装到卡车上,让卡车运走。

这里遇到的难题是,车辆如何停到最合适的位置。

很多情况下,无人矿卡到达目的地之后,不是马上凑到挖机旁边。因为往往此前已经有一辆矿卡正在装车了。因此,它必须停到一个足够近,但不能干扰前车装车的待装位。甚至有时已经有一辆矿卡在等候,那就必须开到第二待装位。

当前车装满车开走,第一待装位的无人矿卡可以迅速开到合适的装载位置。

这个流程的难度是如何保证安全的同时,还保持高效。

挖机根据吨位的大小,挖臂有长有短。和无人矿卡合作的挖机,作业挖掘范围是17米左右。而且,挖机是“坐”在一个小平台上作业的,它需要前后左右挪动。

因此,无人矿卡不仅要一次开到合适的位置,而且下次再来,还需要根据挖机的位置不断调整。

在完成一次装载之后,一辆无人矿卡开走,另一辆马上开到装载位。

由于易控智驾的感知、控制、决策规划算法的能力不断优化,无人驾驶车辆的等待策略,采用“拟人化”方式,挖机等待仅数十秒,就能继续装载,与传统人工作业相同。

而很多运营商的无人矿卡,会在挖机口停得远远的,以避免和前车轨迹干涉。从待装位开到装载位,需要1分半到2分钟左右,这样装载挖机的效率就下降了。

无人矿卡装载完成后,就会沿着规划的行驶路线,开往排土区。

排土区有的在矿外,有的在矿内。无人矿卡只在矿内封闭场景运营,负责往矿内排土,单趟距离有长有短,但一般在3-5公里。

矿区的道路,比城市道路,确实简单得多,首先不会有行人、自行车、社会车辆,其次路线也是封闭的,但也它有特殊的难点。

首先,虽然没有其他社会车辆,但无人矿卡会遇到有人驾驶的矿卡、平整路面的工程车、降尘洒水车、加油车、工程指挥车等。其次,车辆载荷变化大,空重载相差百吨,车辆需要动态自适应控制。矿区道路都是非铺装路面,道路缺乏明确的特征,地形变化多,地面起伏大,有坡道,且路边就是悬崖,还有L型、U型的急弯。第三,矿区沙尘很多,因为在戈壁滩上,所以雾霾天气、沙尘天气也是常有的事。矿区环境比较恶劣,冬季极寒温度达零下45℃、夏天高温地表温度达70℃。

无论是道路状态,还是视野环境都不算优。

这些问题无人矿卡如何应对?

面对与其他车辆交互问题。无人矿卡的行驶路线一般被设置成双向车道,只有遇到停止车辆挡道、或者交汇口,需要相互避让。

同时,无人矿卡对于其他车辆,有双重感知。

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一方面,易控智驾的无人矿卡浑身装满传感器,本身就“耳聪目明”。它周身布有1个主激光雷达,3个补盲激光雷达,1个毫米波雷达,5个摄像头,能够灵敏地感知周边环境。

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从车上配置摄像头看车辆周边环境

另一方面,不仅无人矿卡,而且与之同编组的有人矿卡、作业车、工程指挥车等各种车辆,也装载了定位、通信设备,通过V2X车联网技术,也能够互相“告知”彼此的位置,在交汇的时候减速或者停车避让。

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工程指挥车车顶也配置了定位设备

面对道路状态复杂难题,在矿区道路上行驶的无人矿卡,还需要精准地走在路线上,包括完成爬坡、转弯的动作。除了车辆本身的智能硬件,能够看路,以及精度达到厘米级的定位设备,易控智驾还会绘制矿区的高精地图,精度同样也能达到厘米级别。加上遍布矿区的5G通信,车辆能够快速、精准感知自己的位置,保持路线的准确。

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易控智驾绘制的矿区高精地图

此外,在矿区,根据安全生产的要求,特别是坑下(可以理解为作业区),干线、排土场往往限速35公里/时……因此无人矿卡是在低速状态行驶,安全冗余比较高,像L型、U型弯,都能安全、稳定通过。

至于爬坡,同样根据安全规定,一般不能超过8%,对于无人矿卡而言,这样的俯仰角度,对于激光雷达、摄像头等硬件,都在冗余范围内。

至于动力,矿卡都装备了大功率发动机或者大功率驱动电机,重载上坡也是轻而易举。以易控智驾的车型ET100为例,它载重能力可达100吨,驱动电机峰值功率800KW,和一个超过20L排量的柴油发动机可以相提并论。

矿区车辆的限速规定,是历年来矿卡司机驾驶背景下定的规则。易控智驾希望,矿方能够允许无人驾驶车辆提速,这样无人矿卡的运营效率就能够提升。

对于最后一个难点,就是沙尘、泥土和恶劣环境对无人矿卡感知设备的影响,易控智驾一方面通过技术和算法,来“过滤”掉沙尘等的干扰;另一方面也辅以人工检查。运行一定时间之后,无人矿卡就会被调度到检查点,由人工检查是否有污渍、损坏现象,在清理、维护之后,再把车辆调度回运营路线上。

经过3-5公里的跋涉,无人矿卡终于开到了排土区。但排土并不是我们想象的那么简单,不是一个倒车,把斗举起来,把土倒掉就完事。

首先,无人矿卡都要精准开到平台自动生成的排土位。

从易控智驾的监控平台鸟瞰图能看到,在排土区外沿,有一排格子,绿色的格子,就是可以排土的位置,而红色的,是不能排土的位置。

其次,光开进绿色格子还不够,还必须精准停在标记为黄线的挡墙前。如果速度过快,冲过了挡墙,那么车辆就会掉下去。矿卡司机容易在这里发生事故,一旦掉下去,接近30米高落差,可能就是车毁人亡。

同时,排土区还是一个不断动态调整的过程。在一个排土位上,矿卡倒了几车土之后,原来的空地就填起来了一部分,下次就得更靠外一些。但此时,刚填起来的地面未必结实,在车辆碾压时,也会有沉降,或者地面上有也可能会洒落的大的石块等问题。所以,每排几车土之后,就需要有推土机平整作业,把路面洒落的石块、土块推出去,压实路面,同时重修一个挡墙。

按规定,挡墙必须是车轮的五分之二到五分之三高。既能挡住车轮,保证安全,又不至于太高,让车斗卸料困难。而且,挡墙之前的地面,要形成3°-5°的反坡,让车往后倒时减速,而且斗举起来高度更高。

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在排土区作业的无人矿卡

那么,无人矿卡如何精准开车到位,并且和作业车协作呢?

在驾驶部分,无人矿卡依旧依靠自身的感知硬件、先验的高精地图信息、调度给出的排土位信息,能够精准到位。

尤其是挡墙,无人矿卡除了事先收到的厘米级别精度的挡墙位置,还通过车后方激光雷达和摄像头,去感知挡墙的位置和高度,确保车辆停到挡墙前。

在司机驾驶矿卡的时代,判断挡墙修补是一个麻烦。关于挡墙的信息,需要人工拿尺子量,再用相机拍照,上传信息后,再派作业车来修挡墙。

而无人矿卡在每次排土过程中,就已经自动收集了挡墙高度、反坡的坡度等信息,如果已经不能继续排土了,就会直接锁定这个排土位,并上传信息到云端,调度平台下任务信息至推土机,进行挡墙平整。

同时,如果挡墙修建的较矮,不满足矿山作业标准时,那么无人矿卡会自动识别矮挡墙,自动选择场地排土,这样一方面更加安全,另一方面可以在地面留下土块,供平整作业车来修挡墙,更加高效。

无人矿卡对于排土区挡墙信息的收集、反馈和实时调整,正是易控智驾将无人驾驶和矿山生产相结合的一个典型案例。无人矿卡不是单向接收矿方的信息,还成为矿方的“眼睛”,反向给矿方提供信息,帮助提升了效率。

在排土区排完土之后,无人矿卡会就回到驾驶路线上,开回装载区,等待装载并开启新一轮运输。

但是,对于这辆无人矿卡而言,跟上一次相比,挖机位置可能发生了变化、排土区也可能发生了变化,怎么办?

实际上,易控智驾进入到一个矿区之后,建立的高精地图也是在实时更新的。挖机位置移动、排土位移动之后,信息都会传递到云端,高精地图就会更新,并将新的信息给到所有无人矿卡。

因此,这次无人矿卡,可能会比上一轮装载和运输,位置稍有不同。

无人矿卡就是这样,一轮一轮地装载、行驶、排土,不知疲倦,还时时刻刻收集周边信息和云端互动,融入了矿山各个物种之间,协同作战。

02

效率接近有人驾驶

很多人的认知中,无人矿卡应该全年每天24小时无休。但实际上,无人矿卡的运营时长,只比有人矿卡的时长多一两个小时。

这是因为,易控智驾的无人矿卡虽然可以7*24不间断运营,不过,与之配合的挖机还是人工操作,需要休息。车辆也要点检、加油。另外,矿区经常要采取爆破作业等,车辆必须停驶避炮。

所以,无人矿卡“无人”的优势还得不到充分发挥,但已经有部分体现。

无人矿卡的运营时长,只比有人矿卡的时长多一两个小时。

不过,无人矿卡的优势已经部分体现出来。

比如春节期间,矿上的司机都想回家过年。2024年的春节,易控智驾无人驾驶车队不“放假”,持续运营,保障了煤矿的产出,以及下游热电厂的发电和春节期间老百姓用电的需求。

那,无人矿卡的优势是什么呢?

首先是安全。

矿区内对于人车安全十分重视,一旦出现严重事故,整个矿区都会面临暂停运营,甚至关停的风险。而为了减少、杜绝事故的出现,最根本的方法便是“少人则安,无人则安”。

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正在排土的无人矿卡。矿卡背后是落差15-30米的陡坡

所以近两年,矿方以及各地方政府都逐渐对无人矿卡产生了刚需。内蒙古地方政府甚至提出,“要求矿山减少至30%的人力,在扩产能的同时还需要减人、无人驾驶。”

其次则是钱。

无人化作业后减少宽体车司机交接班,班餐及夜间休息时间,直接增加10%以上作业时间;无人驾驶运输系统在标准控制模型、优化调度模型的控制指挥下,能够减少油量消耗和维保备件消耗、轮胎成本维,总体经济效益要好得多。

不过,在运输结算中,无人矿卡可以比有人矿卡有更强的议价能力。

因此,在收入端,无人矿卡已经快能创造和有人矿卡差不多的收入。

在成本端,无人矿卡不需要司机,能一年省下数十万成本。

另外,易控智驾还开发了增程动力的矿卡,通过增程式发电机发电,车辆用纯电驱动,相比燃油矿卡,能够节省燃料20-30%左右。

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易控智驾无人矿卡的驱动电机

值得一提的是,就在这个煤矿旁边,就是华电五彩湾发电厂,是名副其实的坑口电。如果用这么便宜、便捷的电力,来做无人矿卡的能源,不是很划算吗?

肖亮表示,虽然是坑口电,但露天煤矿多数为重载上坡的场景,纯电动车辆存在设备投资成本大、充电时间长等问题。随着新能源技术成熟及电池成本的降低,易控将会更多地在矿区投入应用纯电车型。

目前,在易控智驾的山东邹城石灰石矿、紫金矿业紫金山项目上,易控智驾已经开始采用纯电动车型来做无人驾驶。

总体而言,无人矿卡的成本,比有人驾驶的矿卡,当前还要贵很多。一方面动力从燃油改成增程,增加了发电机、驱动电机和动力电池;另一个方面智能化的硬件——激光雷达、计算平台、线控平台等等,都是额外成本,此外还有无人驾驶的研发投入等等。

这使得无人矿卡总体的收支平衡还需要一段时间,通过技术提升和规模效应实现提效降本,是易控智驾最为期待的一项。也就是说,易控智驾要努力扩大车队规模,摊薄硬件成本和研发成本,就有实现盈利的可能。

资源禀赋好,新疆地区露天煤矿产能还在扩大,由此需要矿卡数量也会大量增加,易控智驾无人驾驶使用效果得到了很多矿方认可,因此大部分矿方表示新增矿卡要以无人驾驶为主。矿方明确,新增矿卡要以无人矿卡为主,毕竟,这种无需担忧人身安全,装载效率和司机驾驶矿卡接近,并且还在不断提升的运输方式,显然更加划算。

基于易控智驾在新疆煤矿等矿区的表现,易控智驾也在国内外推进矿山无人驾驶的大规模复制。预计在2024年底,易控智驾无人矿卡投入运营数量将会达到1000台左右。

无人驾驶的时代,在矿山,要率先到来。


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