Unmanned refuelling truck based on KamAZ 43118-50
Unmanned refuelling truck based on KamAZ 43118-50
Abstract
The article examines the urgent problem of developing an unmanned refuelling vehicle for safe and efficient transportation of fuel to the fields, refuelling of vehicles in mobile and stationary state. The work addresses the movement of a refuelling tanker equipped with an unmanned control system. At the moment drivers are used to drive the AFT their work schedule may not be rationed, and the shift duration may increase from 10 to 16 hours. Due to the monotonous nature of the work of an AFT driver. The following problems arise: reduced concentration on the road, drowsiness and fatigue, significantly increased reaction time to any incident. Also when working, poor visibility or weather conditions occur, which also significantly increases the risk of a road traffic accident (RTA), which can lead to a fire hazard. The purpose of the work is to reduce physical and moral fatigue on the human factor, as well as decrease the risk of road traffic accidents. The object of the study is the introduction of an unmanned control system in a fuel tanker based on the KamAZ 43118-50 vehicle.
1. Введение
Горнодобывающая промышленность является комплексом отраслей по добыче и обогащению полезных ископаемых. Наша страна является лидером среди горнодобывающих государств по числу добываемых продуктов. В мировом производстве доля отечественной промышленности составляет 9,7% . Горнодобывающая отрасль воздействует на развитие экономического и технического сектора страны.
Для повышения эффективности работы горнодобывающей отрасли, необходима бесперебойная работа такой техники, как: экскаваторы, самосвалы, бульдозеры, погрузчики и другой техники. Для повышения эффективности техника должна производить работы, не покидая район работ, не затрачивая время на дорогу для дозаправки на стационарных базах .
Для решения данного вопроса используются топливозаправщики, которые преимущественно располагаются на базе колесных автомобилей (АТС). В отличие от бензовозов, они могут не только применяться для транспортирования и хранения топлива, но и для дозаправки техники. АТЗ оборудуются счётчиком горючего, клапаном, насосом и рукавом со специальной насадкой.
Для управления рассматриваемого транспортного средства (ТС) используются водители, на которых сказывается усталость после продолжительного рабочего дня, продолжительность рабочей смены может варьироваться от 10 до 16 часов . Так как большее количество времени на смене состоит из движения из точки в точку, эта работа приобретает монотонный характер. При продолжительной смене у водителя притупляется внимание и увеличивается время реакции. Следовательно, качество и выполнение данных задач уменьшается. При плохих погодных условиях, которые часто возникают в районах месторождений, возрастает риск дорожно-транспортных происшествий .
Задачами работы можно считать:
· Разработка беспилотной системы управления и ее монтаж в АТЗ для обеспечения дозаправки транспорта
· Расчет экономической целесообразности проекта.
Для решения задачи по переоборудованию АТС рассмотрим базу транспортного средства КамАЗ 43118-50. Можно использовать практику применения беспилотных автомобилей в мире. С помощью применения системы беспилотного управления можно обеспечить круглосуточную дозаправку техники на месторождении, с перерывами лишь на техническое обслуживание или текущий ремонт.
2. Основные результаты
Система беспилотного управления – это программно-аппаратный комплекс, направляющий транспортное средство по заданной ему траектории. Система беспилотного управления может состоять из таких элементов, как: искусственный интеллект, датчики и компьютер, обрабатывающий сигналы от элементов . Элементы необходимы для принятия решений и выполнения задач без участия человека.
Внедрение системы беспилотного управления на АТЗ различных видов может дать ряд значительных преимуществ :
· Повышение уровня безопасности состоит в том, что заправщики на базе авто являются ТС повышенной опасности и исключая человеческий фактор (усталость, сонливость, снижение концентрации), беспилотные АТЗ обладают высокой скоростью принятия решений, так как действуют на основании алгоритмов, что уменьшает вероятность возникновения аварий.
· Эффективность эксплуатации транспорта заключается в оптимизации маршрута следования и управление движением ТС снизит затраты на топливо и увеличит эффективность работы.
· Использование автоматической системы позволит исключить ошибки при управлении транспортом на основании данных и приведет к снижению потребления топлива, оптимизации движения, что позволит сократить выбросы вредных веществ.
· Беспилотное управление позволит сократить количество наёмного персонала – водителей АТЗ.
Рассмотрим оборудование и элементы необходимые для беспилотного движения АТЗ :
· Лидар – лазерный дальномер, который устанавливается на высшую точку АТЗ. Он преобразует входящие данные об окружающей среде в радиусе до 100 метров, использует лазерные лучи.
· Радарные сенсоры – необходимы для определения дальности объектов, траектории и скорости их движения. Радар излучает радиоимпульсы, которые отражаются от препятствий и передаются на принимающую антенну.
· GPS-приёмник – позволяет ТС ориентироваться в пространстве и строит маршрут движения. Дополнительно можно определять и отслеживать местоположение машины из офиса.
· Камера – необходима для передачи и обнаружения дополнительных элюентов движения, приближающихся на опасное расстояние.
· Управляющий компьютер – принимает основные решения о поведении ТС на дороге, после обработки данных с датчиков.
· Компьютер визуального интерфейса и датчиков – отвечает за работу установленных на машину датчиков.
· Контроллеры управления – приводят в действие команды по движению и торможению.
Рассмотрим работу беспилотного АТЗ :
При движении ТС специализированный прибор (лидар) передаёт данные на управляющий компьютер, который, в свою очередь, связывается с картами, и обрабатывает информацию. Алгоритмы компьютера обрабатывают данные с других датчиков (камер, радаров, сенсоров) и выстраивают ситуацию на дороге, а также оценивают поведение других участников движения. На основании этих же данных, производится расчёт движения транспортного средства и его поведение на дороге (повысить скорость, затормозить, повернуть и т.д.). Технологии беспилотного управления стремятся к тому, чтобы транспорт не нуждался в специальной инфраструктуре и становился активным участником дорожного движения .
Рисунок 1 - Беспилотный АТЗ на базе КамАЗ 43118-50
Также АТЗ должен быть оборудован системой «GPS/ГЛОНАСС» навигации, для контроля за ним и прокладывания маршрута.
Камеры для обеспечения беспилотного управления должны быть установлены в количестве шести штук. По одной в передней и задней части ТС с обеспечением максимального обзора, так же по две должно быть установлено на каждом борте АТЗ, это обусловлено длиной машины. Это позволит предоставить всю информацию оператору при непредвиденных ситуациях, когда возникают проблемы с передвижением. Камеры должны быть снабжены омывателями.
Управляющий компьютер, компьютер визуального интерфейса и датчиков, контроллеры управления должны располагаться в кабине и защищены от влаги, а также снабжены системой вентиляции и охлаждения для обеспечения бесперебойной работы в любых условиях.
В конструкции предусмотрен резервный источник питания, дополнительные аккумуляторы. При выходе из строя системы энергообеспечения транспортного средства, резервных АКБ должно хватить для перемещения транспортного средства в безопасное место, питания приборов освещения для обозначения текущего положения и поддержания системы GPS в рабочем состоянии, для последующего обнаружения местонахождения АТЗ бригадой, которая осуществит ремонт.
3. Обсуждение
В любом проекте важным фактором являются начальные вклады и последующая окупаемость. Рассмотрим данные параметры для беспилотного АТС :
Затраты на приобретение основного базового АТЗ и дооснащение АТЗ. По доступным данным известно, на закупку АТЗ на базе КамАЗ 43118-50 необходимо 9 миллионов рублей.
Средняя заработная плата водителя на АТЗ в России составляет 130 тыс. руб./мес.
Затраты на топливо. Средний расход составляет 39 л на 100 км пройденного пути. В месяц ТС преодолевают расстояние равное не менее 12400 километров.
Затраты на обслуживание. Рассматривать не будем, так как транспортные средства на одной и той же базе.
При проектировании временного промежутка сроком в 3 года, затраты составят:
Расходы на покупку АТЗ – единоразово 9 миллионов рублей.
Расходы на выплату заработной платы водителя за 3 года составят:
Заработная плата за месяц, умноженная на количество месяцев в году и на количество лет.
130 × 12 × 3 = 4 680 000 рублей
Расходы на топливо в месяц будут составлять:
(12400 ÷ 100) × 39 × 65 = 314 340 рублей
Расход топлива за весь период
Стоимость топлива в месяц умноженная на количество месяцев в году и на 3 года
314 340 × 12 × 3 = 11 316 240 рублей
Таким образом, за 3 года затраты на стандартную работу АТЗ составили 24 996 240 рублей, без учета технического обслуживания.
При дооснащении же АТЗ системой беспилотного управления, с учетом стоимости оборудования, его монтажа и всех пусконаладочных работ составит вместе с покупкой нового ТС 11 000 000 рублей.
Затраты составят:
Расходы на покупку АТЗ – единоразово 9 миллионов рублей)
Расходы на дооснащение АТЗ системой беспилотного управления составит 2 миллиона рублей.
Расходы на топливо, так как автоматическая система управления транспортным средством выбирает оптимальную скорость для движения и строит оптимальные маршруты, расход топлива должен сократится на 20%.
Расходы на топливо в месяц:
Средний расход топлива на 100 километров пути, при применении автоматического управления:
39 - (39 × 0,2) = 31,2 литра
Расходы на топливо в месяц будут составлять, при применении автоматического управления:
(12400 ÷ 100) × 31,2 × 65 = 251 472 рублей в месяц
Расход топлива за весь период:
251 472 × 12 × 3 = 9 052 992 рублей за 3 года
Таким образом, за 3 года затраты на переоснащенный АТЗ на базе КамАЗа составили 20 052 992 рублей, без учета технического обслуживания.
Следовательно, при одном и том же, сроке эксплуатации и затратах на техническое обслуживание, разница в затратах между базовым АТЗ и АТЗ с системой беспилотного управления составила 4 943 248 рублей.
АТЗ с системой беспилотного управления сокращает затраты производства, где его буду использовать.
Рассмотрим общую нагрузку на водителей обычного топливозаправщика. Данное решение позволит провести аналогию с беспилотным АТС:
Реальное время работы водителя топливозаправщика в среднем составляет 18 часов , ежедневные технические обслуживания (ЕТО) проводят водители ТС, данные действия так же посчитаны в указанное время работы. При таком интервале рабочего времени водители чувствую сонливость и усталость спустя 3 суток работы, что приводит к серьёзным ДТП. Беспилотный топливозаправщик не имеет свойства усталости, и он имеет возможность эксплуатироваться минимум 20 часов в сутки.
4. Заключение
Можно сделать вывод, АТЗ с системой беспилотного управления для является одним из самых востребованных транспортных средств будущего в частности он может эксплуатироваться в горнодобывающей отрасли, дополнительно и в других отраслях, где необходим постоянный подвоз топлива. Возможность работать без остановок, в любые погодные условия. Снижение количества затрат для предприятия, а также уменьшение влияния человеческого фактора в выполнении поставленных задач, благополучно влияет на безопасность и скорость транспортировки топлива. Рассматриваемое ТС может прерываться на техническое обслуживание (ТО) и ремонт.