Автономное вождение большегрузных транспортных средств устарело

Автономные технологии, хорошо зарекомендовавшие себя в горнодобывающей промышленности и сельском хозяйстве

В настоящее время в автомобильной промышленности наибольшее внимание уделяется автомобилям с автоматическим управлением. Известные автопроизводители, а также технологические компании, такие как Apple Inc. и Google, принадлежащая Alphabet Inc., работают над созданием автомобилей и легких грузовиков, которые либо помогают водителям, либо управляют сами собой.

Производители тяжелых транспортных средств уже добились этого. Компания Caterpillar Inc. (Пеория, Иллинойс) при содействии Национального инженерного центра робототехники Карнеги-Меллона (Питтсбург) продает автономные грузовики для горнодобывающей промышленности и других областей применения. Компания John Deere из Deere &Co. (Молайн, Иллинойс) была одним из первых разработчиков автономных транспортных средств, в данном случае тракторов и другой сельскохозяйственной техники. На протяжении многих лет ему помогало НАСА.

Катализатором появления таких продуктов стала необходимость снижения затрат и повышения производительности. Самоходные карьерные самосвалы, например, работают дольше, потому что у них нет водителей. Автономные тракторы могут сеять семена и разбрасывать удобрения более точно, экономя деньги за счет сокращения или устранения перекрытий.

Такие транспортные средства также перемещаются по обозначенным внедорожным маршрутам на шахтах и ​​полях. Это проще, чем самостоятельная навигация автомобилей по открытой дороге.

"Приложение [сельскохозяйственные и горнодобывающие машины] определенно более ограничено, хотя оно по-прежнему очень сложное", – сказал Герман Герман, директор Национального инженерного центра робототехники, входящего в состав Институт робототехники Карнеги-Меллона. Центр работал как с Caterpillar, так и с Deere.

Недавние достижения в области технологий ускорили дальнейшую разработку самоуправляемых внедорожников, – сказал Герман.

"С точки зрения оборудования, есть много новых датчиков, которые не только более функциональны, но и дешевле, что позволяет использовать совершенно новый набор приложений", — сказал он в отчете. электронное интервью. «Что касается программного обеспечения, то в алгоритмах ИИ [искусственного интеллекта] было сделано много достижений, которые также обеспечивают гораздо лучшие возможности».

Более того, по словам Германа, «по мере того, как мы проектируем и строим больше роботов, мы лучше понимаем перспективу системной инженерии и то, что нужно для создания автономных систем, таких как самоуправляемый грузовик».

Автоматизация операций майнинга

Беспилотным большегрузным автомобилям уже более четверти века. Компании Caterpillar и Carnegie Mellon начали совместную работу в 1980-х годах над способами автоматизации оборудования для открытых горных работ.

В конце 1990-х оба партнера работали вместе на роботизированном экскаваторе для автоматической загрузки грузовиков. Эта система использовала сканирующие дальномеры для распознавания загружаемого грузовика и обнаружения препятствий в рабочей зоне.

"Мы продемонстрировали автономную систему погрузки для экскаваторов, которая способна загружать грузовики мягким материалом со скоростью опытных операторов", — говорится в опубликованном техническом документе Института робототехники. в 1998 году. «Система изменяет свои планы копания и выгрузки на основе осадки почвы, обнаруженной ее датчиками». Герман был частью команды, работавшей над проектом.

В 2000-х Карнеги-Меллон и компания Caterpillar вместе работали над созданием автономных транспортных средств Агентства перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA). После этого дуэт работал над автономными транспортными решениями (AHS) или самоходными карьерными самосвалами, такими как Cat 793F.

Согласно справочным материалам, предоставленным производителем тяжелой техники, в 2011 году компания Caterpillar начала с трех автономных карьерных самосвалов для испытаний и проверки. Два года спустя Caterpillar запустила в коммерческую эксплуатацию шесть автономных грузовиков. К концу этого года производитель тяжелой техники ожидает, что 100 таких грузовиков будут работать на трех континентах.

У грузовиков нет операторов-людей. Они разработали маршруты, но могут выбирать альтернативные маршруты, чтобы добраться до назначенных пунктов назначения. Они развернуты на удаленных участках добычи полезных ископаемых и контролируются центральной системой управления, укомплектованной людьми-надзирателями. Датчики и связанные с ними технологии позволяют грузовикам избегать других транспортных средств и горнодобывающего персонала. Грузовики останавливаются, если на пути появляется какой-либо предмет или транспортное средство. Они также предоставляют диагностические данные и оповещают центр управления о необходимости ремонта.

Caterpillar продолжает "активно работать" с центром робототехники Карнеги-Меллона, сообщил в электронном письме Джо Форкэш, главный инженер Центра автоматизации компании в Питтсбурге.

"В этом решении много сложностей и технологий", – сказал Герман.

На ферме

Фермерские поля также используются для беспилотных транспортных средств, включая тракторы и комбайны. Автомобили John Deere не полностью автономны. Операторы все еще на борту. Они ведут первый изогнутый ряд, фактически обучая его системе управления трактора. После этого система выполняет большую часть вождения, и оператор может снять руки с руля.

Deere рассматривает технологию беспилотного вождения как способ чтобы клиенты могли сократить расходы и дольше эксплуатировать оборудование.

"Представьте себе, что вы едете по межштатной автомагистрали и вам нужно держать шину на белой линии, — сказал Терри Пикетт, менеджер по передовым технологиям John Deere Integrated Solutions. «Каждый раз, когда вы пересекаете белую линию, это стоит вам 3 доллара. У вас бы глаза вытаращились.

"В 1996 году мы действительно начали целенаправленный путь, — продолжил Пикетт. «Мы работали со Стэнфордским университетом над навигацией на основе GPS». В конце 1990-х компания тесно сотрудничала со Стэнфордом над усовершенствованной системой навигации на основе GPS, а также системой Deere, спроектированной с учетом надежности и экономичности. выполнять операции в полевых условиях».

В начале 2000-х годов компания Deere представила свою первую систему AutoTrac. В то время целью было добиться точности в пределах 40 сантиметров, "и мы достигли 25", – сказал Пикетт.

Кроме того, в это же время компания Deere заключила соглашение с Лабораторией реактивного движения НАСА о приемниках GPS.

В 2004 году компания Deere модифицировала свои GPS-приемники StarFire, позволив им подключаться к сети наземных станций НАСА и использовать программное обеспечение НАСА для коррекции сигналов GPS. Лицензия компании в NASA закончилась в 2015 году после того, как Deere разработала собственную систему.

Соглашение с НАСА «вывело нас на рынок на три или четыре года раньше», — сказал Пикетт. «Это позволило нам сделать более целенаправленный и глубокий мыслительный процесс» при разработке собственной системы, — сказал он.

"Это позволило нам перейти от 25-сантиметровой [точности] системы к 7- или 8-сантиметровой системе", — сказал он. «Теперь точность 3 сантиметра».

Помимо помощи операторам, системы Deere помогают направлять навесное оборудование при обработке почвы, посеве и внесении удобрений. Системы Deere помогают трактору и навесному оборудованию двигаться по одному и тому же точному пути. Трактор, тянущий зерновоз, может оказаться в нужном месте, например, для погрузки зерна из комбайна.

Deere построила прототипы полностью беспилотных сельскохозяйственных машин, но не ожидает, что такие машины появятся в ближайшее время, сказал Пикетт. «Дело не столько в самой технологии, — сказал он. «Вот как вы делаете всю работу».

Автономные прототипы

Другие компании ищут полностью автономные тракторы. CNH Industrial (Лондон), которая продает сельскохозяйственное оборудование под брендами Case и New Holland, и Autonomous Solutions Inc. (Логан, Юта) в прошлом году представили два прототипа на выставке Farm Progress Show 2016 в Буне, штат Айова.

"Сейчас сельскохозяйственная техника не может работать без водителя », — сказал Мэтт Нильсен, директор по маркетингу компании Autonomous Solutions, которая является технологическим партнером CNH. «Есть некоторые технологии, которые помогают выполнять повороты, но ничего по-настоящему беспилотного».

В то же время он сказал:"Это то направление, в котором мы работаем". «Очень легко увлечься этой технологией. Это великолепный прыжок. Но многое еще предстоит сделать».

Прототипы оснащены камерами, радаром и лидаром, который использует лазеры для обнаружения объектов. «Это то, что придает транспортному средству глаза», — сказал Нильсен. Операторы могут программировать маршруты и контролировать транспортное средство с помощью ноутбука или планшетного компьютера. «У нас пока нет возможности смартфона; это будет в будущем», — сказал он.

По словам Нильсена, разработка прототипов самоуправляемых тракторов помогла разработке автономных автомобилей, что позволило снизить стоимость датчиков.

"Мы очень благодарны GM, Ford и Google по всему миру", — сказал он. «Суммы денег, вкладываемые в технологию, безусловно, помогли нам».

Неизвестно, когда полностью автономные тракторы будут запущены в коммерческую эксплуатацию. Как и в случае с автономными автомобилями, вероятно, придется решать вопросы юридической ответственности. И есть вопрос стоимости.

«Технологии в их молодом состоянии очень дороги, — сказал он. «Первыми пользователями станут ваши крупные фермы».

Полуприцепы с автоматической парковкой

Еще одно место для беспилотных большегрузных автомобилей находится рядом с шоссе — на погрузочных площадках и других объектах.

Eaton Corp. (Дублин, Ирландия), компания по управлению питанием, разрабатывает устройства автоматической парковки для большегрузных коммерческих грузовиков. Компания называет это Advanced Driver Assist System (ADAS).

Существует две формы ADAS. С помощью Dock Assist водитель подгоняет грузовик задним ходом как можно ближе к погрузочной платформе. Затем водитель включает рабочий тормоз, останавливая автомобиль в движении. Переключатель на устройстве щелкает, и грузовик медленно начинает двигаться задним ходом. Dock Assist включает управление коробкой передач.

Коробка передач определяет стыковку на основе прилагаемого крутящего момента при отталкивании от дока. Грузовик останавливается и припаркован. Dock Assist известна как система «уровня 2», и ею нельзя управлять без водителя.

Автономная самостоятельная стыковка более сложная. Он включает GPS и находит док, где грузовик должен припарковаться. Система посылает команды трансмиссии, которая регулирует скорость и включает сцепление. Система управляет рулевым колесом без прикосновения водителя к нему.

"У нас нет точной даты запуска, – сказал Крис Нильсен, менеджер по глобальной продуктовой стратегии группы коммерческих силовых агрегатов Eaton. "Можно с уверенностью сказать, что через пару лет вы увидите некоторые наши технологии, которые помогут стыковать грузовики".

Разработка связана с затратами. Грузовики часто повреждаются из-за неудачных стыковок. «Вы можете повредить сцепления, инфраструктуру, прицепы», — сказал он. Кроме того, «одна из самых больших проблем, с которыми мы сталкиваемся в отрасли, — это водители. Там большой дефицит.

"Мы играем с ним уже три-четыре года, чтобы развить то, что у нас есть", — продолжил Нильсен. «Надо немного подождать, пока отрасль наверстает упущенное. С всплеском интереса мы начинаем наращивать наши усилия».

Не только большегрузные автомобили становятся автономными в промышленных условиях. Seegrid (Кораополис, Пенсильвания) представляет свою самоходную тележку для поддонов GP8 Series 6 для загрузки и разгрузки поддонов. Он размером с вилочный погрузчик и использует пять комплектов видеокамер.

Херман Герман из Карнеги-Меллона ожидает, что автономные системы вождения будут набирать скорость в условиях бездорожья.

"Я ожидаю, что технология беспилотного вождения будет быстрее внедряться во многих промышленных приложениях, прежде чем она получит широкое распространение в потребительском/общественном использовании", — сказал он. «Мы хотели бы разработать аналогичные решения для других отраслей».