对于重型车辆，自动驾驶是老生常谈

在采矿、农业中成熟的自主技术

汽车行业目前最大的焦点是自动驾驶汽车。老牌汽车制造商以及 Apple Inc. 和 Alphabet Inc. 旗下的 Google 等科技公司正在努力开发汽车和轻型卡车，它们既可以辅助人类驾驶员，也可以自动引导。

重型汽车制造商已经做到了这一点。卡特彼勒公司（伊利诺伊州皮奥里亚）在卡内基梅隆大学国家机器人工程中心（匹兹堡）的协助下，销售用于采矿和其他应用的自动卡车。 Deere &Co. 的 John Deere（伊利诺伊州莫林）是自动驾驶汽车的早期开发商，在这种情况下是拖拉机和其他农用车辆。多年来，它得到了 NASA 的帮助。

此类产品的催化剂是降低成本和提高生产力的需要。例如，自动驾驶矿车工作时间更长，因为它们没有司机。自动拖拉机可以更精确地播种和施肥，通过减少或消除重叠来节省资金。

此类车辆还可以在矿山和田野中行驶指定的非公路路线。这比在开阔道路上自动导航的汽车要简单。

“应用 [农业和采矿车辆] 肯定受到更多限制，尽管它仍然非常复杂，”国家机器人工程中心主任 Herman Herman 说，该中心的一部分卡内基梅隆大学机器人研究所。该中心已与卡特彼勒和迪尔合作。

最近的技术进步加速了自动驾驶非公路车辆的持续发展，Herman 说。

“从硬件方面来看，有许多新传感器不仅功能更强大，而且成本更低，可以实现一系列全新的应用，”他在一篇文章中说电子邮件面试。 “从软件方面来看，AI [人工智能] 算法取得了许多进步，这些算法也带来了更好的能力。”

此外，Herman 说，“随着我们设计和制造更多机器人，人们对系统工程的观点有了更好的理解，即构建自主系统需要什么，例如自动驾驶卡车。”

自动化挖矿操作

自动驾驶重型车辆可以追溯到 25 年前。 Caterpillar 和 Carnegie Mellon 于 1980 年代开始合作研究自动化露天采矿设备的方法。

在 1990 年代后期，两个合作伙伴一起工作在用于自动卡车装载的机器人挖掘机上。该系统使用扫描测距仪来识别要装载的卡车并感应工作区域中的障碍物。

“我们已经展示了一种用于挖掘机的自动装载系统，该系统能够以专家操作员的速度为卡车装载软材料，”机器人研究所在发表的一篇技术论文中说1998 年。“该系统根据传感器检测到的土壤沉降情况修改其挖掘和倾倒计划。” Herman 是参与该项目的团队的一员。

在 2000 年代，卡内基梅隆大学和卡特彼勒在美国国防高级研究计划局 (DARPA) 自动驾驶汽车竞赛中合作。之后，两人就自主运输解决方案 (AHS) 或 Cat 793F 等自动驾驶矿用卡车展开合作。

根据重型设备制造商提供的背景材料，Caterpillar 于 2011 年开始使用三辆自动采矿卡车进行测试和验证。两年后，卡特彼勒在商业上部署了六辆自动驾驶卡车。到今年年底，这家重型设备制造商预计将在三大洲运营 100 辆此类卡车。

卡车没有人工操作员。他们设计了路线，但可以选择替代路线到达指定的目的地。它们被部署在偏远的采矿地点，并由一个由人工监督员操作的中央控制系统进行监督。传感器和相关技术使卡车能够避开其他车辆和采矿人员。如果有物体或车辆挡道，卡车就会停下来。它们还提供诊断数据，并在需要维修时向控制中心发出警报。

卡特彼勒公司匹兹堡自动化中心的工程主管 Joe Forcash 在一封电子邮件中表示，卡特彼勒将继续与卡内基梅隆机器人中心“积极合作”。

“这个解决方案涉及很多复杂性和技术，”Herman 说。

下农场

农田也是自动驾驶车辆的所在地，包括拖拉机和联合收割机。约翰迪尔的车辆不是完全自主的。操作员仍在船上。他们驾驶第一排弯曲的排，实际上是把它教给拖拉机的引导系统。之后，系统完成大部分驾驶工作，操作员可以将双手从方向盘上移开。

迪尔将自动驾驶技术视为一种方式为客户降低成本并延长设备运行时间。

“想象一下在州际公路上行驶，您的轮胎必须保持在白线上，”约翰迪尔集成解决方案高级工程经理 Terry Pickett 说。 “每次你离开白线，都要花 3 美元。你几乎是臭虫的眼睛。

“我们在 1996 年真正开始了一条专注的道路，”皮克特继续说道。 “我们与斯坦福大学合作开发基于 GPS 的制导。”在 1990 年代后期，该公司与斯坦福大学密切合作，开发了一种先进的基于 GPS 的制导系统以及为稳健性和成本效益而设计的 Deere 系统，Pickett 说：“我们当时正试图决定我们需要多精确进行实地操作。”

在 2000 年代初期，迪尔推出了其首个 AutoTrac 系统。 Pickett 说，当时的目标是在 40 厘米范围内实现准确度，“而我们在 25 厘米内达到了目标”。

同样在此期间，迪尔与 NASA 的喷气推进实验室就 GPS 接收器达成了协议。

2004 年，Deere 修改了其 StarFire GPS 接收器，使其能够接入 NASA 的地面站网络并使用 NASA 软件来校正 GPS 信号。在 Deere 开发了自己的系统后，该公司在 NASA 的许可于 2015 年终止。

NASA 的协议“让我们提前三四年进入市场，”皮克特说。 “它让我们能够在开发自己的系统的同时进行更专注、更深入的思考过程”，他说。

“它让我们从 25 厘米 [精度] 系统降低到 7 或 8 厘米系统，”他说。 “现在是 3 厘米精度。”

除了协助操作员外，迪尔系统还帮助指导耕作、种植和施肥的工具。迪尔系统帮助拖拉机和机具遵循相同的精确路径。例如，牵引谷物车的拖拉机可以从联合收割机中进入装载谷物的正确位置。

迪尔已经为完全自动驾驶的农用车辆制造了原型，但预计此类车辆不会很快部署，皮克特说。 “与其说是技术本身，不如说是技术本身，”他说。 “这就是你完成整个工作的方式。”

自动驾驶原型

其他公司正在研究完全自动驾驶的拖拉机。以 Case 和 New Holland 品牌销售农业设备的 CNH Industrial（伦敦）和 Autonomous Solutions Inc.（犹他州洛根）去年在爱荷华州布恩举行的 2016 年农场进步展上推出了两款原型机。

“农用设备现在不能无人驾驶，”CNH 的技术合作伙伴 Autonomous Solutions 的营销总监 Matt Nielsen 说。 “有一些技术可以帮助转弯，但没有真正的无人驾驶。”

同时，“这就是它的发展方向，”他说。 “对这项技术感到兴奋真的很容易。这是一个伟大的飞跃。但还有很多工作要做。”

原型机配备了摄像头、雷达和激光雷达，它使用激光来感知物体。 “这就是让车辆引人注目的原因，”尼尔森说。操作员可以使用笔记本电脑或平板电脑对路线进行编程并监控车辆。 “我们还没有智能手机功能；那将是未来，”他说。

自动驾驶拖拉机原型的技术得到了自动驾驶汽车开发工作的帮助，这降低了传感器的成本，尼尔森说。

“我们非常感谢全球的通用汽车、福特和谷歌，”他说。 “投入这项技术的大量资金[已经] 确实帮助了我们。”

完全自动驾驶拖拉机何时商业化尚不可知。与自动驾驶汽车一样，可能会有法律责任问题需要解决。还有成本问题。

“处于年轻状态的技术非常昂贵，”他说。 “早期采用者将是您的大型农场。”

半自动泊车

高速公路旁的另一个重型自动驾驶区域——装卸码头和其他设施。

伊顿公司（爱尔兰都柏林）是一家电力管理公司，正在开发用于重型商用卡车的自动泊车设备。该公司将其称为高级驾驶辅助系统 (ADAS)。

ADAS 有两种形式。借助 Dock Assist，驾驶员可以将卡车倒在尽可能靠近装卸码头的位置。然后，驾驶员应用行车制动器，使车辆停止行驶。设备上的一个开关被翻转，卡车开始慢慢倒车。 Dock Assist 启用传输控制。

变速器根据施加的扭矩检测码头同时推靠码头。卡车停了下来。 Dock Assist 被称为“2 级”系统，如果没有人坐在驾驶座上，则无法操作。

自主自对接更加精细。它包括 GPS 并找到卡车预定停放的码头。系统向变速器发送命令，变速器调节速度并应用离合器。系统控制方向盘，驾驶员无需触摸。

“我们没有确定的发布日期，”伊顿商用动力总成集团全球产品战略经理 Chris Nielsen 说。 “可以肯定地说，在几年内你会看到我们提供的一些技术来帮助停靠卡车。”

推动开发是成本。卡车经常在对接事故中受损。 “你可以对离合器、基础设施、拖车造成损害，”他说。此外，“我们在整个行业面临的最大挑战之一是驱动因素。那里有很大的短缺。

“我们已经用它玩了三到四年来开发我们拥有的东西，”尼尔森继续说道。 “这有点等待行业赶上来。随着兴趣的激增，我们开始加大努力。”

这不仅仅是重型车辆在工业环境中实现自动驾驶。 Seegrid (Coraopolis, PA) 正在推出其 GP8 系列 6 自动驾驶托盘车，用于装载和卸载托盘。它有一辆叉车那么大，使用了五组摄像机。

卡内基梅隆大学的 Herman Herman 希望自动驾驶系统能够在非公路环境中加快速度。

“我预计自动驾驶技术的采用会在许多工业应用中迅速普及，然后才能广泛用于消费者/公共用途，”他说。 “我们很乐意为其他行业开发类似的解决方案。”