Автономный грузовой автотранспорт на электротяге

Начнём с того, что в Китае уже мало кто вспомнит сколько у них электробусов: то ли 150, то ли 250… тысяч! В других странах вопросы инфраструктуры подзарядки будут решены в ближайшие 5–8 лет и нет препятствий для решения этой задачи. Водородное топливо, о котором мы писали не раз, уже в этом году начало внедряться в быт. Корпорация Toshiba Energy Systems & Solutions установила систему топливных элементов «H2Rex» в Мичиноэки-Намиэ (придорожная станция Намиэ) в префектуре Фукусима. С октября станция начнёт поставлять электроэнергию и тепло одновременно, используя водород со станции Fukushima Hydrogen Energy Research Field (FH2R) – крупнейшего исследовательского цент­ра водородной энергетики в мире, работающего с июля этого года.

Переход на электротягу дал толчок целой отрасли индустрии. Так ClipperCreek недавно представил новую станцию зарядки HCS-D50 на 40 А стоимостью всего в 1479 долларов. Она позволяет одновременно запитывать два коммерческих автомобиля (EVSE) как с проводным подключением, так и с подключаемыми модулями.

Крупнейшая сеть быстрой зарядки постоянного тока Electrify America начала работать с Love’s Travel Stops (сеть остановок для путешественников) и к 2021 году намерена довести количество точек для зарядки автомобилей и автокемперов до 28. Этим покрывается маршрут придорожной инфраструктуры для автотуристов на трассах от Лос-Анджелеса до округа Колумбия: Оклахома, Нью-Мексико, Юта, Флорида, Нью-Йорк, Аризона.

В этой связи перспективы России выглядят неоднозначно и беспокоиться есть о чём. На фоне падения цен на углеводороды, снижения поставок нефти и газа в страны ЕС, а также последующего отказа Евросоюза от потребления угля (37% – российский завоз), экспортная выручка РФ грозит и вовсе обнулиться. А между тем отечественный автопром в 2019 году экспортировал 113 тыс. автомобилей на $4 млрд, а немецкая EFA-S ElektroFahrzeuge-Stuttgart GmbH даже начала закупки «ГАЗели NEXT» для перевода на электротягу. Стоит обратить внимание на рынок Евросоюза, где только в прошлом году было продано 15,6 легковых автомобилей и LCV. Производство электромобилей в России выглядит заманчивым ещё и потому, что при низкой себестоимости маржинальность будет сопоставимой с китайскими конкурентами, которые возят свои машины в Европу через полмира. В добавленной стоимости производства электромобилей (стимулируется спрос на сталь, никель, литий, алюминий, медь) будет участвовать и вся отечественная металлургия, которую периодически лихорадит от мировой конъюнктуры рынков сырья. Но есть и ещё кое-что поважнее.

Апокалипсис сегодня

Отход от углеводородных видов топлива имеет благую цель: высокая концентрация СО₂ в воздухе грозит перегревом атмосферы. Если на отдельных территориях среднегодовая температура воздуха повысилась на 2–3 °C за столетие, то на некоторых участках суши она уже превысила 5 °C. Это влечёт за собой миграцию насекомых, животных в новые широтные ареалы и меняет местную флору. Малый парниковый эффект спровоцирует таяние вечной мерзлоты, а высвободившийся азот станет акселератором нового потепления. Высвобождение NO_x в атмосферу ускорит процесс нагрева земли и атмосферы с аномальными скачками температур.

Россия от парникового эффекта пострадает сильнее прочих стран. Обводнение сибирских низменностей, приведёт не столько к изменению уклада жизни населения, сколько к техногенным катастрофам, а огромная часть месторождений уйдёт на дно.

Поэтому инициатива правительства РФ о введении ограничений и последующего запрета на машины ниже уровня Euro 3 не кажется надуманной проблемой. В ФРГ вообще ввели штрафы за немотивированную перегазовку и обильное выделение выхлопных газов без всяких видимых причин, и за это полагается штраф в 100 евро.

Карт-бланш

Следует приучать к экологической чистоте и бизнес. Так в начале августа Центр по транспорту и окружающей среде (Center for Transportation and the Environment (CTE) сотрудники Мэридитт Линскотт и Эми Познер впервые в США выпустили путеводитель для повсеместного внедрения междугородных электробусов. Руководство выпущено при участии научно-исследовательского совета Транспорта (TRB) при Национальной Академии наук, инженерии и медицины и доступно на сайте CTE. Документ позволит избежать муниципалитетам и контракторам досадных ошибок при запуске электротранспорта в США.

Как известно, в Германии запрещено перевозить грузы по выходным и праздничным дням. Этот бан существует уже в течение десятилетий, и вводился он в далёком 1956 году. Но особенный 2020 год пошатнул многолетние устои. Илон Маск, пообещав построить целый завод под Берлином по выпуску электрогрузовиков Tesla, призвал отменить запрет. И в связи с пандемией коронавируса ограничения были временно сняты до сентября. А сейчас уже руководство земли Шлезвиг-Гольштейн обратилось к федеральным властям страны о полной отмене праздничных запретов, которые не носят общенационального характера и по-разному отмечаются католическими и протестантскими конфессиями (Тела Христова, Реформации и Всех Святых). Кроме того, запрет вреден для всей логистической отрасли ФРГ и её экономики. К ним присоединились экологические экстремисты Бундестага: поклонникам Греты Тумберг лоббирование электромобилей начинает казаться святым делом.

Есть и сопутствующая сфера, где Россия может себе обеспечить преимущество. Это беспилотные технологии, причём не только на дорогах, но и в промышленности. Представленный в декабре 2019-го на вузовском слёте в московском ЦВК «Экспоцентр» беспилотный электромобиль КАМАЗ-3373 «Челнок» продолжает разработку «Одиссей», представленную 2 года назад. Он разработан ПАО «КАМАЗ» совместно с ФГУП «НАМИ» при поддержке Министерства образования РФ. Возможность движения с одинаковой скоростью вперёд и назад и обе поворотные оси повышают манёвренность. Отсутствие кабины и низкий центр тяжести обеспечивают идеальную развесовку по осям – 50/50. Длина в 8000 мм выбрана с учётом обработки стандартных грузов длиной до 7,5 м или 20-футового морского контейнера стандарта ISO TEU длиной 6096 мм. Грузоподъёмность составляет 10 т, а внутренний объём – 55 м³. Скорость движения ограничена электроникой в 40 км/ч.

Подобные конструкции за рубежом уже выходят из опытных и в их числе следует упомянуть KAMAG E-Wiesel AGV концерна TII Group, который выпускают с 2017 года.

Индустрия 4.0

Искусственный интеллект на практике оказался очень тонкой материей. Участие самообучаемых ботов в форумах выявило их уязвимость перед агрессивной риторикой и в частности, фашизмом, национализмом, нетерпимостью к инакомыслию. Но зато в типовых дорожных ситуациях роботы уже научились ориентироваться, о чём свидетельствует опыт Франции, где уже 8 компаний предлагают свои разработки. Особенных успехов они достигли в рамках развития «индустрии 4.0» (т.е. полная цифровизация и автоматизация производства). И в этой сфере пока нет лидера, поскольку работы ведутся постоянно в Японии, КНР, Европе, США.

DENSO Corporation совместно с Pittsburgh Innovation Lab, поняв, что вождей пока нет, с июля запустила исследования в области 4-го уровня автоматизированного вождения. Помимо Питсбурга DENSO уже владеет 6 научно-исследовательскими центрами, расположенными в США, Израиле, Канаде и Финляндии.

Беспилотные грузовики не добрались до серийной эксплуатации на дорогах общего пользования, но зато AGV (Automated Guided Vehicles – автономные транспортные средства) уже осваиваются в интралогистике. Их популярность растёт из года в год, но пока ограничивается четырьмя стенами склада, цеха или пространством порта.

Основанный в июне 2014 года стартап EasyMile SAS известен созданием автоматизированных транспортных средств. Формально это было СП, созданное французскими компаниями Ligier и Robosoft Technology PTE Ltd. Пассажирские самоходные капсулы EZ10 уже широко используются в Европе, США.

В этот раз команда EasyMile стала победителем IFOY 2020 года в категории «Робот для AGV и интралогистики» (AGV & Intralogistics Robot). Её беспилотный электротягач TractEasy изготовлен на базе перронного тоу-трактора TLD JET-16, используемого в аэроузлах и хабах, расширяет операционную гибкость на промышленных объектах и логистических центрах. TractEasy показал буксирующую способность 25 т и скорость 25 км/ч в различных погодных условиях: сильный дождь, небольшой снег, при температуре от –15 °C до + 35 °C. Кроме того, тягач научен передвигаться через ворота или мимо светофора в условиях смешанного движения (автомобили, пешеходы, велосипеды) и работать на неровной поверхности благодаря высокому клиренсу.

Развитие автономных систем заставляет производителей выделять под них отдельные дивизионы. Подразделение VDL Automated Vehicles уже поставило большое количество портовых платформ AGV клиентам, включая ECT в Роттердаме и BASF в Людвигсхафене. После успешного опыта эксплуатации двух самоходных транспортёров в порту Сингапура была достигнута договорённость о поставке до 2023 года ещё 80 портовых самоходных 65-тонных 15-мет­ровых контейнеровозов AGV. Они способны развить скорость в порту PSA 25 км/ч и работать 24 часа в сутки, 7 дней в неделю.

Концерн Konecranes уже сейчас поставляет автоматизированные терминальные тягачи ро-ро (A-TT) Terberg. Но поскольку в машине водитель не нужен, то при своей архаичной кабине и устаревшей эргономике тягач можно выпускать на среднемагистральные грузоперевозки. Таким образом, у европейской семёрки добавился конкурент. Тем более, что Konecranes уже выпускает и электроверсии этих тягачей.

Промышленные беспилотники

Прелесть перевода на электротягу AGV заключается в том, что их можно заряжать индукционно через шину, расположенную под полом или дорожным покрытием. Такое решение, например, использует завод SEAT, который с февраля 2020 года начал эксплуатацию робототягачей ASTI Tribot 10T. Эти роботы производства ASTI Mobile Robotics дополнили парк существующих 200 электрических AGV на заводах в Марторелле и Барселоне. Индукционную схему зарядки (а не через пантограф или от розетки) для своих городских электробусов в Стокгольме внедряет шведская Scania.

Большие перспективы ожидаются в металлургии и на опасных производствах и как минимум 12 производителей представляют свои беспилотные платформы. В этом году французская ECA Group совместно с Rio Tinto ввели в строй электрический AGV MAX для транспортировки анодов на заводе Liberty Aluminium Dunkerque. В его акрониме указаны ключевые функции: M – модульный, A – автономный и X – кросс-платформенный. Подключение к интеллектуальной системе рабочего процесса LISA-FM (Logistic Integrated Solution for Aluminium – Fleet Management) позволяет непрерывно и автономно перемещаться по предприятию с 12-тонным грузом на скорости 15 км/ч.

Тяжёлая среда

Но это не значит, что роботизация коснётся только машин с электроприводом. Имеется более значимый аспект: применение кремниевых мозгов в карьерных и строительных автомобилях позволяет сразу снизить расход топлива в ДВС на 10–15%. Такого вклада в экологию инженеры, бьющиеся над каждым 1–2% даже не ожидали. Кстати, подтверждение этим цифрам были найдены в начале 2020 года, когда на беспилотных КАМАЗах в арктических широтах испытали радары, лидары и камеры при низких температурах. Заводские исследователи попутно обратили внимание и на то, что роботизированный КАМАЗ-43081 на всей трассе (2500 км зимников и дорог в тундре Гыданского полуострова в ЯНАО) на 50% оказался безопаснее. Электронные мозги выбирают только оптимальные варианты работы силового агрегата и рулевого управления, мгновенно реагируя на показатели, снимаемые с сенсоров и датчиков.

На этом фоне грозит развиться новый сектор рынка роботизации уже выпускаемых машин. Переоборудование одного автомобиля в США в пересчёте на российские деньги в зависимости от типа или класса грузоподъёмности выливается в 1,7–3,1 млн рублей. В России переоборудовать легковушку, трактор или КАМАЗ будет стоить порядка 2 млн рублей.

В горном деле беспилотные ТС прежде всего получили в шахтах опасных по газу и выбросам метана. На самосвалах, ПДМ и ПТМ (погрузочно-доставочные и погрузочно-транспортные машины) привод осуществлялся от безнаддувного дизеля или по электрическому кабелю. Затем очередь настала аккумуляторной тяги, и с 2019 года Epiroc выпускает технику II поколения.

Дистанционное управление транспортом ранее контролировалось через кабельное или эфирное (т.е. посредством оператора) телеуправление в шахтах. В 2010-х годах были опробованы первые роботизированные системы уже на открытых карьерных разработках. После концепта Komatsu IAHV они получают всё большее распространение.

Так, разработки ASI успешно испытаны на фургонах Ford Transit, терминальных тягачах Terberg, в карьерах – на самосвалах Caterpillar, Komatsu и Volvo, а в сельском хозяйстве – на технике концерна CNH Industrial. Собственная программная платформа Mobius позволит до 2021 года подразделению ASI Mining (входит в Epiroc) на руднике Рой Хилл переоборудовать в беспилотный режим сразу 77 самосвалов. При этом горняки не торопятся бастовать по поводу безработицы: водителей на карьерную машину в США заманить трудно и текучесть кадров там высока, тогда как поиск, обучение и мотивация персонала стоит немалого времени и затрат.

В частном секторе складывается аналогичная картина. В США уже подросло поколение, нежелающее вообще сдавать на права. Свыше 25% городских выпускников колледжей в 2017 году исключали в будущем даже саму возможность получения водительской лицензии. К такому убеждению их подталкивает доступность общественного транспорта, рост стоимости владения машиной, развитие карпулинга, мобильных технологий и туристического сервиса, когда не надо думать куда поехать: туроператор и таксист всюду вас доставят, а Интернет развлечёт на досуге. Кроме того, сетевое поколение, родившееся в 2010 году уже предвкушает развитие беспилотников. А это уже большой и неосвоенный коммерческий сектор.

Большие колёса больших надежд

В начале 2020 года стартап по производству беспилотных грузовиков Ike опубликовал экономический анализ, проведённый совместно с экономистом Йельского университета д-ром Чарльзом Ходжсоном. Они предполагают, что к 2030 году 210 000 рабочих мест в сфере дальних перевозок можно заменить автоматизацией. Пессимистичный сценарий позволяет судить, что для снижения убытков в секторе дальнобоя за 10 лет роботы заместят 78 000 водителей, перераспределив их на локальные маршруты, что снизит дефицит шоферов в США на пригородных грузоперевозках. Насколько быстро это произойдёт?

TuSimple считается лидером среди горстки стартапов по автоматизации магистральных грузоперевозок. Имея офисы в Китае и США, компания собрала больше денег, чем её конкуренты и в июле запустила общенациональную автономную грузовую сеть с крупными логистическими компаниями UPS, Penske, US Xpress и McLane Co. на основе сетей 5G. Первая фаза (до 2022 года) коснётся обслуживания между Фениксом и Тусоном, Аризоной, Далласом, Хьюстоном, Сан-Антонио и Эль-Пасо (Техас). 2-й этап 2022–2023 гг. расширит обслуживание AFN от Лос-Анджелеса до Джексонвиля (Флорида), соединив восточное и западное побережья. 3-й этап (2023–2024 гг.) коснётся беспилотных перевозок по всей стране, через 48 штатов, что позволит клиентам использовать свои собственные автономные грузовики, оборудованные TuSimple. В качестве полумеры предлагается развивать систему платунинга.

Пантографы порадовали немцев

Недавно в германской прессе обнародовали планы электрификации 4 тысяч км автодорог в Германии. Ознакомившись с докладами экспертов, власти земли Баден-Вюртемберг захотели поскорее развернуть «пантографный» проект на автобанах. Земельный министр транспорта заявил прямо: «Это нам просто необходимо с учётом прогнозируемого увеличения объёмов перевозимых грузов. Перевозки должны стать более экологичными, и грузовики с пантографами здесь нам кажутся отличным решением». В отличие от предыдущих немецких тестов (земля Гессен), это будет уже не второстепенное шоссе, а национальный автобан B462 недалеко от Гаггенау, где дальнобойщикам приходится работать в большом трафике и преодолевать многочисленные подъёмы.

Магистральный автопоезд сможет преодолеть значительную часть пути в режиме троллей-трака и использовать КС для запитывания АКБ. Когда электросеть над дорогой прерывается автопоезд продолжит движение, используя бортовой источник энергии. Эта ситуация будет повторяться циклически, и тяжёлому автопоезду не потребуются частые и длительные остановки для зарядки батарей. При этом автопоезду понадобится лишь 2-тонная АКБ, а не 10-тонный аккумулятор, который реально необходим 40-тонному батарейному автопоезду.