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专注无人矿区车辆及道路安全——路凯智行集大成、谋长远

以领先技术驱动运营服务升级,提供最贴合矿山场景的无人驾驶运输方案。

走过2021年低速无人驾驶“落地元年”,矿区作为典型的低速场景备受行业关注。据低速无人驾驶产业联盟数据、新战略低速无人驾驶产业研究所统计,2021年矿区无人驾驶落地应用占比约为低速无人驾驶主要场景的15%。

无人矿区的最终目标是“真正全无人化”,在行业看来,矿区无人驾驶要成功商用并走向大规模落地,“去安全员”是必经且关键的一步。安全员最初的存在,是为了在无人矿车出现非预期行为时介入车辆驾驶,执行紧急接管。相比于有人矿车的司机,安全员工作的强度大幅降低,但同样要求在驾驶位上注意力高度集中。企业要迈出这一步,需要技术、产品、场景等多方面满足要求。

路凯智行成立于2020年5月,核心创始团队具有清华系背景,专注于自主研发、设计矿区无人驾驶场景解决方案及车队运营管理服务。路凯智行表示,矿区无人驾驶拥有数千亿市场潜力,开发无人矿车的意义是为了安全,成功的标志也是车辆安全运行,无人驾驶整体解决方案为矿区带来稳定、高效的经济收益。

深度洞察场景,贯彻本质安全理念

人们生产生活所需的95%的能源、80%的生活原材料和70%的农资都来源于矿产资源,矿物资源运输一直拥有巨大的市场空间。但矿区长期存在的招工难、管理难、安全隐患大等问题,也成为限制矿区运输作业发展的痛点。

为了解决行业痛点,国家近年来大力推动智慧矿山建设,以无人驾驶技术为核心的整体解决方案也逐步成为其中的重要一部分。2017年,中国矿区首次出现了无人矿车的身影,路凯智行CTO冯冲博士也是这场变革的重要参与者和建设者。

冯冲博士本硕博就读于北京航空航天大学,曾参加国内最早的智能车未来挑战赛,又在清华大学攻读博士后,师从李克强院士,研究智能网联汽车。2016年博士后一出站,冯冲博士就进入了国内矿区自动驾驶企业工作,在当时矿区无人驾驶刚刚起步,直接参与了线控矿车的智能驾驶改造。

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冯冲博士介绍,赛道当前处于从产品研发到工程落地的转折点上。目前我国矿区无人驾驶技术已经相对比较成熟了,矿山常见的宽体车、大型矿卡等均可实现无人驾驶甚至多编组混合运行,行业不存在特别制约产品落地的技术卡点。而一些企业之所以陷入“技术落地难”的焦虑,主要在于对矿区场景真正需要的是什么了解不够深刻。

矿区引进无人驾驶技术,首要还是希望杜绝矿山开采过程中发生安全事故。虽然近年来我国大量小型矿井及安全投入力度不大的矿井开始关停,煤炭事故发生率大幅下降,但进步空间依然显著,行业期待以“无人”在源头解决伤亡事故。而无人驾驶要被矿区认可和应用,必须保证车辆安全运行。另外,无人驾驶车辆进入矿区,不是为了展示技术,而是为了创造价值,要能真正融入采矿作业环节,赋能矿区生产。

因此,路凯智行认为,技术本身源于需求,要真正做到“先满足矿区基础通用需求,再有标准化、模块化解决方案”,才能创造无人驾驶技术商业化的更多可能性。这也是冯冲博士选择加入路凯智行的原因之一。在他看来,路凯智行在行业最大的不同,就是没有把自己当成一家单纯的无人驾驶公司。

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路凯智行围绕客户实际需求打造最贴合矿山场景的无人驾驶方案

冯冲博士表示,虽说无人驾驶是其中的核心技术,但实际上光靠无人驾驶无法实现智慧矿山的应用落地。矿区无人驾驶首先是基于矿山场景而论,无人驾驶只是解决运输环节的问题,而无人矿车在矿山使用,要考虑很多采矿细节,必须跟采矿业务实际相结合。在路凯智行开展项目期间,他常常带领团队扎根矿区一线进行实地勘察调研。矿区风尘风沙大,整体环境恶劣,但这能让团队更了解自己设计研发的产品要面对怎样的应用场景,进而思考如何解决这些场景存在的问题。

但无论整体方案如何设计,在矿区,安全始终是第一位,是一切工作的首要前提。所以说,行业当前热议的“去安全员”,并不仅仅是单纯的“人离开驾驶舱”,还要综合考虑矿区场景的适配度,车辆调度和编组运行的方案设计,自动驾驶车辆和系统的稳定性、安全性等等,即使在没有人的情况下也不会造成事故,这样的“去安全员”才有意义。

功能安全+车辆道路安全,破题单车安全隐患

无人矿车是矿区无人驾驶整体解决方案的关键一环,路凯智行不仅要保证无人驾驶运行安全,也期望在今后设计出定制化的矿用无人驾驶车辆。为此,公司特别成立了专职部门负责安全研究和质量监管。

刘志勇现任路凯智行首席质量官,拥有20余年整车电子电器架构及无人驾驶开发、工程落地经验,曾任德国迈隆技术总监、陕重汽技术总监、宇通客车无人驾驶系统工程师、吉利汽车智能网联高级技术专家,带领团队负责过多款商用车、乘用车的整车电子电器架构和人机交互等方面的设计。

刘志勇介绍,现在行业做无人矿车,还处于一个整车集成和使用的阶段。从供应商角度考虑,目前国内包括矿用工程机械车辆在内的商用车,线控化技术已经非常成熟了。早在十多年前,商用车的自动转向系统、驱动系统就已经非常完整,这些都为无人矿车的改造提供了良好基础。

但从使用者角度考虑,由于此前行业强调的还是辅助驾驶,整车设计的控制闭环在机器与人之间,真正进入无人驾驶,控制闭环就变成了机器与机器之间。在机器与机器闭环的情况下,机器的智能化程度也可能远远达不到人的水平。因此,L4级无人矿车对整车及线控的智能化程度、可靠性程度要求更高,如何让现有的技术满足真正使用的场景和环境,需要主机厂、无人驾驶公司等结合实际应用提出准确需求,与线控厂商共同配合达到理想的落地效果。

刘志勇表示,这个过程要做很多的细节分析,通过很多措施来实现。包括自动驾驶的冗余只是其中一个措施,而非唯一措施,不是完成了一个冗余,就能保证无人矿车安全,就能够真正实现安全员下车。为此,路凯智行已经过深入调研并做好了充分准备。

一方面,路凯智行强调功能安全。当前,行业内主要合作的矿用宽体车,线控技术基本都满足了无人驾驶运行的需要,但从安全相关的措施来说,都还有需要进一步提升的地方。如目前大多数厂商都是通过整车VCU实现与无人驾驶系统、原车系统的交互,传递控制指令,一旦整车VCU发生故障,无人驾驶的功能就无法执行,这对真正的无人驾驶而言还是有不足。

基于此,路凯智行会从正向的功能安全分析,对整车VCU进行精准定级,在进行原车的电子电气架构改造后,再增加一个跟安全和线控相关的控制器,实现车辆可靠性、安全性的整体升级。路凯智行自主开发的D100安全控制器就是这样一个作为补充的安全架构,该产品的可移植性好,可以方便、灵活地切换成不同的产品形态。同时,产品本身的安全性设计经过验证,特别是强调的软件架构,满足道路车辆、工程机械的安全需要。它的应用就是为了保证无人驾驶系统在任何情况下,都能连续可靠运行。

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刘志勇还特别提到了车辆功能安全的开发。ISO 26262是道路车辆的功能安全标准,指根据车辆的运行速度、运行环境以及当时周边的交通参与者的情况,会综合考虑车辆在该场景下如果发生故障,造成什么样的危害,这些危害形成不同的等级,经过分析后,对车辆相关的零部件、软件等都会设定一个安全目标。

该标准涉及的内容与无人驾驶紧密相关,无人驾驶根本上是一个系统工程,除了上述标准,路凯智行还参照了矿山设备安全、预期功能安全等标准,通过分析、定义、开发、测试、运营,从而达到车辆和系统的安全。

另一方面,要考虑运行环境的安全。矿区环境复杂多样,要保证无人驾驶矿车的运行安全,除了车本身之外,还要保证运行环境的安全可靠。如定位基站,偏远的矿山通讯条件差,就需要在矿内搭建基站,通过广播、电台、或4G/5G网络接收定位信息,定位基站的可靠性也是影响因素之一。还有调度系统、通讯的稳定性、无人矿车自身和其他车辆的相应联系等等,这些都是无人驾驶车辆运行相关的周边条件,都需要保证其可靠性。

“要真正保证无人驾驶的安全,需结合自己的技术路线、安全策略以及整个矿区运行条件,包括车外环境和整个大环境综合考虑,只有每一个环节都安全了,整个无人驾驶才能够真正达到一个安全状态。”刘志勇如是理解。

泰伯网路凯智行新疆项目装载区

无论是在无人矿车本身的安全,还是运行的安全上,路凯智行都进行了全面的产品设计,以保证现阶段无人矿车的应用落地。而在未来,路凯智行也计划主导设计“无驾驶室”的无人驾驶矿车。这种无人矿车,不仅能进一步降低整车制造总成本,减少驾驶室及内部设备大约10~15万的支出;还能进一步提高矿物资运输效率,车辆没有前后之分,避免了掉头转向带来的运行困扰。

而在具体设计上,路凯智行会重点考虑无人矿车的智能化和安全性问题。刘志勇表示,对比乘用车,目前无人矿车的智能化程度并不高。路凯智行会自主设计无人矿车智能化部分,在各子系统状态反馈、控制等方面,包括后续批量生产后,无人驾驶系统传感器如何清洗等等,由路凯智行负责智能控制、智能配件设计,最终形成一个综合的产品。在造型上,则会根据车辆用途、装载矿种的不同,有所定制化。

持续打磨产品和服务,聚焦赛道“后发先至”

中国矿产资源丰富,全国拥有数千座不同规模、不同矿种的矿山,各个矿山在采矿环境、运输路线、智能化程度等方面都存在差异。部分矿山整体布局设计比较规范,但实际开采过程中,存在运输道路狭窄、路线设计复杂等问题,都会影响无人驾驶技术的应用。

目前,路凯智行基于矿山生产的真正需求,打造符合场景的标准化的矿区无人驾驶技术方案。一方面按照场景定义来进行产品研发,另一方面也在实际应用中根据场景应用反馈对矿区进行相应的变革、改造,让矿区无人驾驶能够真正实现标准化、规模化落地。

泰伯网路凯智行无人矿车开展夜间作业测试

具体而言,路凯智行的矿区无人驾驶解决方案已具备多方面优势。一是综合考虑采矿业务、无人驾驶、线控车的结合,而不只是无人驾驶,无人驾驶只是解决运输环节问题的手段之一,路凯智行要解决的是矿区整体智慧生产问题。

二是兼容矿山日常业务打造云控平台,不同于其他自动驾驶企业是为了支撑无人驾驶而建立云控平台,路凯智行的云控平台可兼容矿山日常各项业务,包括预警告警、物料管理等等,同时是一个支撑有人驾驶车辆调度、无人驾驶车辆调度和混编的综合管理平台。基于该云控平台,路凯智行不单单是在矿区投用几台无人驾驶矿车,更重要的是让矿区采矿业务整体转型升级。

三是完善的仿真系统。针对无人驾驶矿车,路凯智行建立了一套较为完善的仿真系统,为自动驾驶算法的前期验证提供帮助,大大提高了产品研发效率。

四是用无人驾驶安全架构补充车辆安全可靠性,核心控制器采用全车规异构处理器,通过AUTOSAR架构,多层软件安全措施,保证软件到达车规要求。

据了解,路凯智行的矿区无人驾驶解决方案已率先在新疆、内蒙古的矿区应用。同时路凯智行的无人矿车已经开始进行拉土运营,承接了土石方运输业务。

泰伯网路凯智行内蒙古项目排土

泰伯网路凯智行新疆项目排土

冯冲博士表示,目前行业还存在无人驾驶系统的稳定性、可靠性有待提高等问题,路凯智行也在持续进行技术攻关。而在系统优化方面,如感知层,道路扬尘造成的误识别,可能不会造成安全问题,但车辆误刹车会降低车辆整体作业效率,这些目前都已通过算法优化进行完善,保证了无人驾驶车辆的运输效率。

智能调度算法上,路凯智行同样在深入钻研。虽然这些算法的有无,不影响无人矿车的单车运行,但智能调度算法的支持,能够进一步提升采矿效率、降低能耗,达到系统效率的最优解。

另外,路凯智行还将进行设备故障诊断的大数据分析,通过数据分析提前预测车辆可能会出现的故障,保证车辆安全。还可以通过大数据统计的车辆油耗和车速的关系,实时优化车速,评估车辆行驶时间等等。

而对于行业当前的竞争格局,刘志勇介绍,目前能够真正清楚认识矿区无人驾驶的商业模式的并不多,很多自动驾驶企业要转型做无人矿车运营,条件并不充分。而从无人矿车来说,大多数入局者对车辆本身的安全性提升和改造工作并不大,甚至是没有做相关的工作。

总的来说,路凯智行十分重视生产运营的安全性,包括无人矿车的改装制造、解决方案的创新迭代、运营场景的规划布局等等,全方位守住安全底线;同时懂矿区的真实需求,可为国内不同地域、种类的矿山企业提供满意的矿区无人驾驶运输解决方案,有效降低前期试错成本;了解矿山的开采工艺,不浮于自动驾驶技术的研究,充分考虑实际作业场景的需要,可最大化实现无人驾驶的价值。

目前,路凯智行已获得顺为资本、中关村资本前沿基金、达泰资本的投资支持,并与多个工程机械巨头、国家级矿企合作。未来,矿区无人驾驶加快商用进程,行业期待着路凯智行能否率先在保证安全、无人运行的情况下,真正实现规模商用。

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