混合动力无人驾驶矿车在矿山实践总结和探讨

混合动力无人驾驶矿车在矿山实践总结和探讨

（冯耀楼1,曹睿1,卢耀超2,张望1,范文杰1,武宁1）

1.山西维度空间信息科技有限公司 山西省太原市 030000

2.潍柴（扬州）特种车有限公司 江苏省扬州市225000

摘要：

本文通过对混合动力无人驾驶矿车的性能特点描述、场景分析、实践内容概述、可靠性分析、经济性分析等，探讨混合动力无人驾驶矿车解决方案的完成度、可靠性、经济性和其在矿山实践中的价值和推广的意义，为矿山运输无人化提供有价值的可借鉴的实践经验。

关键词：

混合动力 无人驾驶矿车 实践 解决方案

随着无人驾驶矿车技术的逐步成熟和矿山企业对无人驾驶矿车了解和接纳程度越来越高，加上国家和社会对矿山行业安全水平、技术水平要求的提升，无人驾驶矿车的需求愈发迫切，市场上可供选择的无人驾驶矿车也如雨后春笋般出现。经过多方了解和对比，我们择优选择了一款混合动力无人驾驶矿车（以下简称“混动无人矿车”），开展无人驾驶矿车在矿山实践探索和应用。本文将对该解决方案中的车辆性能特点、场景分、实践内容、可靠性、经济性等进行全面的陈述和总结。

一、性能特点

该款混动无人矿车生产商为潍柴（扬州）特种车有限公司，车型WT3905A，车型代号为“征服者”。系统装备了油电混动系统、激光雷达、毫米波雷达、融合定位等多种模块，使矿车具备高精准感知、高精度定位和高可靠性决策的能力，并能够通过混动系统提供强大的扭矩同时有效降低油耗。搭载的无人驾驶系统在没有人工干预的情况下能够实现自主驾驶、自主避障、最优线路规划、自动装卸等功能，满足露天矿运输需求。

车辆性能参数见下表：

二、场景分析

本次实践场地为山西忻州市宁武县正晖煤业昌元煤矿，是一座急倾斜煤层煤矿，煤层倾角达70°以上，其上部存在的煤层火区、采空区等灾害深度达150米以上，所以治理施工深度达150以上，形成高差达200米以上的高陡边坡，是无人驾驶矿车需求的典型场景。

矿方给予本实践项目极大力度的支持：提供场景面积2.2平方公里，生产道路经过矿方修缮，具有良好的路面条件、道路挡墙、排水系统等；矿区覆盖5G信号、4G信号，通讯条件极佳；矿区配套加油车、洒水车等。

为保障实践符合真实生产场景，因此实践场景100%还原生产场景，利用现有道路的基础上，适当设置标志桶等障碍物，为无人驾驶矿车的各项功能测试和调试提供了理想的条件。

三、实践总结

本次实践的内容按照实际生产场景、需求，并考虑功能实现由易到难的次序，分为三个阶段：

本工作方案分为三个阶段，分别是：

第一阶段：基本行驶和运输功能

1、日间夜间行驶和运输：分别在空载、重载（渣土）和半载（煤）条件下，完成车辆的自主循迹行驶、泊车、会车、避障、装载和卸载、远程接管控制、定位失锁等条件下的无人驾驶测试，使第一台无人驾驶混动车完全具备无人驾驶车辆的能力，达到同工况下人工车辆的60%—80%；

第二阶段：远程驾驶和极端气候测试

远程驾驶：建立以5G网络为信号传输途径的局域网络，发挥出5G网络低延时、大带宽的优势，实现无人驾驶矿车的远程驾驶，并达到实时驾驶延时50ms以内。远程驾驶可实现转向、动力、制动、手刹、灯光、喇叭等部分的控制，达到100%实现驾驶功能，解决了无人驾驶矿车在运行过程中出现难以自行绕过的障碍物问题、极端气候车辆失去定位信号将车辆撤离施工现场等。

极端条件测试：大风扬尘、云端断电、云端断网、云端系统崩溃、车端断网、车端工控机宕机、车辆定位信号丢失等极端条件下的车辆策略测试和调整，以安全为第一原则，降低了出现极端条件时对矿山运输施工的影响。

第三阶段：实际运行压力测试及能耗优化

1、生产流程测试：开机时间24小时/天，运输时间20小时/天满负荷测试和调整，使车辆具备实际生产的部署能力，效率达到人工条件下的80%-90%，出勤率达到90%以上。

2、无人驾驶系统矿山现场环境的设计、部署及相应总结。

3、在整个测试实践过程中记录能耗、运输时间、怠速时间等数据，作为无人驾驶大数据用于对比。

四、可靠性分析

通过实践，积累了大量的车辆行驶数据和故障数据，总结如下表：

通过分析，可知系统故障率低于常规车辆，并且整车系统具有良好的匹配程度，系统稳定。

五、经济性分析

通过统计车辆加油数据、运输里程，对混动无人驾驶系统油耗等进行了较全面的分析，结果如下表：

通过与同等规格、同等工况下的常规动力车辆进行对比分析，混合动力无人驾驶车辆的油耗比常规动力车辆节省20%以上，同时混动部分增加的采购成本比常规车辆成本增加35%左右，通过计算和实践对比可得出结论：混动无人驾驶矿车的采购成本和使用成本相较于常规动力车辆，增加的成本能够在一年左右时间运行后收回成本，并解决了无人驾驶、节省油耗的问题，具备良好的经济性。

六、总结

通过实践，对混动无人驾驶矿车在真实矿山生产场景下，进行了大量的有效实践，总结出一套可行的、可靠性高、经济性良好的混合动力无人驾驶车辆使用、测试调试和推广部署方案，为混动无人驾驶矿车的推广应用提供了有力的实践支持，也为矿山行业早日广泛使用提供了有效的解决方案。

作者信息：

冯耀楼，1991年，东北林业大学，材料化学，研究方向：智慧矿山和无人驾驶，fengyaolou@126.com；

曹睿，1988年，中国矿业大学，地质工程，研究方向：矿山地质；

卢耀超，1997年，郑州大学，机械工程，研究方向：无人驾驶矿车；

张望，1988年，加拿大Capilano University,研究方向：智慧矿山和无人驾驶；

范文杰，1998年，湖南工学院，网络工程，研究方向：矿山设计管理。

武宁，1994年，重庆大学，工程造价管理，研究方向：矿山设计管理。