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防撞監測器、速度控制器、車(chē)道保持輔助系統等，都是汽車(chē)上常見(jiàn)的系統?，F在，它們也在采礦車(chē)上找到了用武之地。其目的是：提高生產(chǎn)效率，增強安全性。

動(dòng)作規劃和機器環(huán)境感知等技術(shù)，正日益推進(jìn)采礦自動(dòng)化。

力大無(wú)比、身形龐大的機械式電動(dòng)挖掘機，一鏟下去可以挖起上百?lài)嵵氐耐潦?。然后，鏟斗回轉至一輛等在一旁的長(cháng)途卡車(chē)上方，打開(kāi)鏟斗底門(mén)，將這些土石方傾瀉一空。整個(gè)過(guò)程中，鏟斗都要小心翼翼地避免碰到卡車(chē)。當鏟斗返回，重新開(kāi)始挖掘時(shí)，飛揚的塵土往往會(huì )擋住駕駛員的視線(xiàn)。裝完三鏟斗土石方之后，滿(mǎn)載的卡車(chē)緩緩駛離，另一輛卡車(chē)立即上前，補上空位。90秒一個(gè)周期，一天24小時(shí)，一年365天，挖掘機就這樣一刻不停地工作著(zhù)。

操作世界上大的挖掘機，并不是一項容易的工作。挖掘機重達1600噸以上，其巨大的組件響應遲緩，坐在駕駛室里進(jìn)行操控，要求有良好的預見(jiàn)性和精確性。速度很重要，“每噸成本”是露天采礦的硬通貨。換句話(huà)說(shuō)，效率，是重中之重。然而，大多數時(shí)候，挖掘機的全部潛能并未得到充分利用。2012年，西門(mén)子在加拿大的一座采礦場(chǎng)所開(kāi)展的案例分析，表明了這一點(diǎn)。對4輛機械式電動(dòng)挖掘機所進(jìn)行的研究顯示，事實(shí)上，它們的平均工作周期太長(cháng)。此外，鏟斗也往往未能裝滿(mǎn)。

其結果是：每輛卡車(chē)增加了的裝載周期，以及每天較少的開(kāi)采量，使得成本更高。并且，挖掘機駕駛員很難判斷，應將鏟斗置于自卸卡車(chē)上方的什么高度。為了避免偶然碰到卡車(chē)，駕駛員力求穩妥，放慢速度，并且/或者從不必要的高度，將鏟斗移近卡車(chē)。盡管如此，挖掘機仍然時(shí)而撞上卡車(chē)，造成破壞，有時(shí)還會(huì )導致人員受傷。

使用全自動(dòng)挖掘機，可以實(shí)現更加精準的操作，但這樣的轉變不可能在一夜之間實(shí)現。在位于慕尼黑的西門(mén)子中央研究院，Robert Eidenberger博士是一位專(zhuān)門(mén)研究機器人和自治系統的工程師，他說(shuō)：“要在采礦場(chǎng)實(shí)現全自動(dòng)移動(dòng)模式，必須循序漸進(jìn)。包括引入*面向挖掘機駕駛員的輔助功能。”

引入數字輔助系統。兩年來(lái)，攜手來(lái)自喬治亞州Alpharetta的西門(mén)子驅動(dòng)技術(shù)業(yè)務(wù)部移動(dòng)采礦部門(mén)的同事，Eidenberger一直在從事這種系統的研究。他的工作涉及傳感器技術(shù)、機器對其周邊環(huán)境的“感知”，以及動(dòng)作規劃。與此同時(shí)，他的美國同事則專(zhuān)注于傳動(dòng)控制技術(shù)、動(dòng)作執行，以及將所有組件集成到一個(gè)完備的系統中。

這些努力旨在打造出與汽車(chē)上的輔助系統相類(lèi)似的系統，以便向采礦場(chǎng)的挖掘機駕駛員提供支持，幫助他們提高工作效率，同時(shí)增強安全性。名為“回轉至卡車(chē)/返回至卡車(chē)，且避免碰撞”的系統，是專(zhuān)門(mén)針對大型電鏟司機而設計的*批系統之一。這個(gè)系統可以對鏟斗回轉至長(cháng)途卡車(chē)、卸貨，然后返回至起始位置的過(guò)程，進(jìn)行無(wú)縫控制，當這一過(guò)程結束時(shí)，將恢復由駕駛員控制?，F在，一家制造商正在對這個(gè)系統進(jìn)行測試。

移動(dòng)順序。Daniel Robertson是移動(dòng)采礦部門(mén)的軟件和自治系統產(chǎn)品經(jīng)理，他說(shuō)：“30多年來(lái)，我們一直在開(kāi)發(fā)面向電鏟的傳動(dòng)控制系統。然而，我們欠缺關(guān)于周邊環(huán)境的信息。”這支團隊攜手西門(mén)子中央研究院，將開(kāi)發(fā)一個(gè)基于傳感器的感知系統，它可以利用紅外光脈沖，持續不斷地記錄電鏟的周邊情況。當鏟斗轉動(dòng)時(shí)，系統將生成一幅三維環(huán)境圖，以檢測出某個(gè)對象相對于鏟斗的距離，不論這個(gè)對象是長(cháng)途卡車(chē)、推土機，還是輕型車(chē)輛。這個(gè)模塊可以識別并確定，為了避免發(fā)生碰撞，鏟斗應當繞開(kāi)的區域。它還能感知到任意時(shí)刻鏟斗的裝載程度，以及料堆輪廓，從而可以估算出需要挖運多少土石方。

除感知系統之外，他們還開(kāi)發(fā)了一個(gè)動(dòng)作執行系統，以將計算出的鏟斗移動(dòng)軌跡，轉化為面向傳動(dòng)系統的控制輸入。來(lái)自喬治亞州Norcross的傳動(dòng)技術(shù)專(zhuān)家，實(shí)現了一個(gè)連接至挖掘機現有傳動(dòng)控制系統的位置控制接口，從而免去了駕駛員手動(dòng)輸入的麻煩。這個(gè)系統使得電鏟能夠沿著(zhù)一條經(jīng)優(yōu)化調整的移動(dòng)路徑，自動(dòng)執行所有動(dòng)作，從而縮短工作周期，提高動(dòng)作效率。

未來(lái)，諸如“回轉至卡車(chē)/返回至卡車(chē)”等輔助系統可以避免延誤，更加快速地執行移動(dòng)模式，從而節約能源。案例分析表明，每個(gè)工作周期可以節約大約4秒鐘的時(shí)間。這意味著(zhù)每輛挖掘機每天的裝車(chē)數量可以增加12%，從而能提高生產(chǎn)率，降低成本。這種系統有可能在短短兩年內面市。

實(shí)際上，進(jìn)一步發(fā)展存在無(wú)限可能。但要實(shí)現全自治采礦——*不需要人類(lèi)介入的采礦作業(yè)——依然還有很長(cháng)的路要走。在那之前，仍將需要技藝*的挖掘機駕駛員和駕駛員輔助功能系統。

Nicole Elflein

面向世界上大的自卸卡車(chē)的傳動(dòng)系統

怎樣才能讓世界上大的卡車(chē)開(kāi)動(dòng)起來(lái)？2011年，一家白俄羅斯汽車(chē)制造商BelAZ公司，帶著(zhù)這個(gè)問(wèn)題來(lái)向西門(mén)子求助。那時(shí)，BelAZ公司正在為其新開(kāi)發(fā)的自卸卡車(chē)，物色電動(dòng)傳動(dòng)系統。這輛卡車(chē)自重高達360噸，額定高載荷為450噸——相當于大約350輛大眾汽車(chē)公司的高爾夫轎車(chē)，或者6架滿(mǎn)載的空客A320-200飛機——比上一個(gè)“世界上大的自卸卡車(chē)”的紀錄保持者，提高了25%。計劃也要求這輛新卡車(chē)降低每噸的運輸成本，并且在空載時(shí)實(shí)現高64公里/小時(shí)的行駛速度。要知道，那些從事地下和露天采礦的企業(yè)不僅必須遵守環(huán)境法規，而且也要考慮所涉及的成本。

正因如此，采礦業(yè)使用的卡車(chē)必須可靠、高效。西門(mén)子開(kāi)發(fā)面向自卸卡車(chē)的傳動(dòng)系統已有15年左右，其目標始終是設法提高這些礦場(chǎng)巨獸的效率。“無(wú)軌電機車(chē)”的開(kāi)發(fā)就是其中一例，這種卡車(chē)從高架電線(xiàn)獲得電能。歸功于這一創(chuàng )新，哪怕是在陡坡道上行駛，這種卡車(chē)的速度也幾乎提高了一倍。但是，對于西門(mén)子驅動(dòng)技術(shù)集團的工程師而言，BelAZ公司提出的挑戰不同以往。BelAZ公司請他們開(kāi)發(fā)一個(gè)電動(dòng)傳動(dòng)系統，不僅要推動(dòng)毛重高達810噸的卡車(chē)行進(jìn)，同時(shí)還要確保這輛卡車(chē)能夠又快、又可靠地運送礦物原料。此外，這個(gè)項目的日程安排也相對比較緊張。從客戶(hù)前來(lái)詢(xún)問(wèn)，到*輛卡車(chē)投運，只有不到兩年的時(shí)間。較之于過(guò)去的車(chē)型，這輛新卡車(chē)配備了8個(gè)輪胎，因為每個(gè)輪胎的設計載荷都僅為100噸左右。為此，紐倫堡的西門(mén)子牽引傳動(dòng)專(zhuān)家決定開(kāi)發(fā)一個(gè)使用4臺電機、功能強大而又可靠的全輪驅動(dòng)系統。一個(gè)屢經(jīng)檢驗的傳動(dòng)系統，充當了這個(gè)新系統的模型。工程師們還開(kāi)發(fā)了一個(gè)新的控制解決方案。這個(gè)電動(dòng)傳動(dòng)系統的所有組件均來(lái)自西門(mén)子，這確保了所有組成部分能夠配合得天衣無(wú)縫。全輪驅動(dòng)配置為工程師開(kāi)辟了新的可能性，如在卡車(chē)的兩個(gè)輪軸之間實(shí)現動(dòng)態(tài)動(dòng)力分配。此外，如果一臺電機發(fā)生故障，卡車(chē)仍將具備應急驅動(dòng)能力，這意味著(zhù)它能靠自身動(dòng)力，行駛至修理廠(chǎng)。換句話(huà)說(shuō)，它不需要拖帶，也不會(huì )造成諸如堵塞等問(wèn)題。這個(gè)系統使用了兩臺輸出功率約為1700千瓦的16缸柴油發(fā)動(dòng)機。這兩臺發(fā)動(dòng)機共同提供了電動(dòng)傳動(dòng)系統所需要的動(dòng)力。2013年10月，這輛卡車(chē)向世人揭開(kāi)了神秘面紗。它長(cháng)達20多米，寬近10米，高約8米。其全輪驅動(dòng)系統和四輪液壓助力轉向系統，確保了其直徑長(cháng)達4米左右的輪胎不會(huì )被卡在崎嶇的路面上?，F在，這輛卡車(chē)正在西伯利亞的一座露天煤礦接受測試，預計將從今年下半年開(kāi)始銷(xiāo)售。以后，它將被主要用于運輸煤和鐵礦石。