陳云峰+鄒丹

早在2001年，NREC就開展了“無人地面戰(zhàn)車”和“野外感知”兩個(gè)無人車輛研究項(xiàng)目，前者重點(diǎn)研究車體結(jié)構(gòu)、動(dòng)力、機(jī)械設(shè)計(jì)等部分，2002年研制成功后開始進(jìn)行多項(xiàng)測試，并不斷改進(jìn)。后者主要研究感知和自主導(dǎo)航能力，通過不斷開發(fā)和測試，2004年技術(shù)較為成熟。在這兩個(gè)項(xiàng)目成功的基礎(chǔ)上，2004年2月，NREC開展了UPI項(xiàng)目，并取得階段性成果。讓我們一同回顧其走過的歷程。

“蜘蛛”無人地面戰(zhàn)車

“無人地面戰(zhàn)車”項(xiàng)目于2001年開發(fā)出原型車，在持久性、通過障礙和載荷方面展現(xiàn)了先進(jìn)的性能，其不必考慮人員問題，在減少后勤保障以及燃油經(jīng)濟(jì)性、高負(fù)載和簡化的傳動(dòng)系統(tǒng)方面，都為未來戰(zhàn)斗系統(tǒng)（FCS）計(jì)劃提供了出色的可部署性。

美國國防高級研究規(guī)劃局和陸軍評估無人地面戰(zhàn)斗車輛（UGCV）主要有3個(gè)指標(biāo)：

持久性——在不加油的情況下可執(zhí)行14天、距離450km的任務(wù)；

越障性——可攀越1m以上、2m以下的障礙，35°的斜坡；

有效載荷部分大于滿載總體質(zhì)量25%。

在UGCV項(xiàng)目中，NREC率領(lǐng)一個(gè)團(tuán)隊(duì)（波音公司、Timoney技術(shù)公司、DRS-TEM公司）設(shè)計(jì)了創(chuàng)新型的“蜘蛛”無人地面戰(zhàn)車，其在保證高燃油效率、生存能力和靈活載荷基礎(chǔ)上的極端地形適應(yīng)能力和遠(yuǎn)距離行駛能力，能滿足未來戰(zhàn)斗系統(tǒng)（FCS）的任務(wù)要求。

“蜘蛛”無人地面戰(zhàn)車是一個(gè)持久耐用、可翻轉(zhuǎn)和六輪全驅(qū)混合動(dòng)力系統(tǒng)，底盤低，行駛噪音小，可輕松遙控。

“蜘蛛”無人地面戰(zhàn)車最大的優(yōu)勢是其無人化設(shè)計(jì)，采用獨(dú)特的車體結(jié)構(gòu)來提供一個(gè)大容量的載荷倉，可根據(jù)有效載荷的位置向上或向下調(diào)整載荷倉。目前，正在對“蜘蛛”無人地面戰(zhàn)車全面評估各種地形、天氣狀況和操作環(huán)境下的性能。

同步進(jìn)行的

“野外感知無人車”項(xiàng)目

與“無人地面戰(zhàn)車”同時(shí)啟動(dòng)的“野外感知無人車”項(xiàng)目旨在開發(fā)野外復(fù)雜環(huán)境下地面車輛的感知和自主導(dǎo)航能力。在“野外感知無人車”項(xiàng)目中，NREC率領(lǐng)另外一個(gè)團(tuán)隊(duì)（Sarnoff公司、波音公司及機(jī)器人技術(shù)工程卓越公司）進(jìn)行技術(shù)開發(fā)。該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地提出“閃電戰(zhàn)”概念——在無人車的傳感器檢測到危險(xiǎn)之前，由“飛眼”無人機(jī)先期飛到無人車預(yù)定地點(diǎn)的高空來搜尋危險(xiǎn)，并將探測圖像及時(shí)傳至無人車系統(tǒng)。接收圖像后，無人車在行駛中調(diào)整武器瞄準(zhǔn)點(diǎn)，待到達(dá)目的地直接進(jìn)行打擊。野外感知無人車的所有系統(tǒng)可自主運(yùn)行或進(jìn)行少量人工干預(yù)。

2002年，NREC團(tuán)隊(duì)在4種地形下成功完成了測試評估：弗吉尼亞的森林、亞利桑那州的沙漠、加州的山地和路易安那州的森林低地。該小組充分展示了空中/地面無人組合感知并避免障礙和其他危險(xiǎn)的能力。

2003～2004年，團(tuán)隊(duì)通過開發(fā)和現(xiàn)場測試，使無人車的自主性能進(jìn)一步成熟。包括提高無人車的速度，并降低對GPS和通信工具的依賴。

UPI項(xiàng)目下的

“破碎機(jī)”無人車

無人地面戰(zhàn)斗車感知越野綜合計(jì)劃（UPI）項(xiàng)目啟動(dòng)于2004年7月，旨在將“無人地面戰(zhàn)車”和“野外感知”這兩個(gè)平行開展的項(xiàng)目整合在一起。

在UPI項(xiàng)目下，NREC設(shè)計(jì)了“破碎機(jī)”無人車，與前一版本的“蜘蛛”無人地面戰(zhàn)車比較而言，其采用了新車體、新懸掛系統(tǒng)，并有許多新型技術(shù)的開發(fā)和改進(jìn)。對“破碎機(jī)”無人車的機(jī)動(dòng)性和自主系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)行了測試，這一運(yùn)動(dòng)平臺(tái)集成了多種傳感器，用于增強(qiáng)無人車的自主機(jī)動(dòng)性。

“破碎機(jī)”無人車系統(tǒng)質(zhì)量5.9噸，比上一代“蜘蛛”無人車減重30%，滿載燃油時(shí)總質(zhì)量6.35噸，可越過1.22m高的垂直墻，最大速度11m/s，爬坡度40°。自身負(fù)載能力達(dá)1.36噸，滿載時(shí)總質(zhì)量7.71噸，一架空軍C-130“大力神”運(yùn)輸機(jī)一次可運(yùn)輸兩輛滿載的“破碎機(jī)”無人車，并空投到地球上任一區(qū)域?！捌扑闄C(jī)”無人車可以負(fù)載任意的貨物組合，包括武器或者偵察監(jiān)視裝備。

建立在“野外感知”項(xiàng)目成功的基礎(chǔ)上，“破碎機(jī)”無人車感知和自動(dòng)化系統(tǒng)向高速自主運(yùn)行的方向發(fā)展?！捌扑闄C(jī)”無人車一直不斷進(jìn)行惡劣環(huán)境測試，用于改進(jìn)持久性、克服障礙能力。通過對“破碎機(jī)”無人車平臺(tái)不斷的測試，對其性能不斷進(jìn)行改進(jìn)，以使其具有更大的地形適應(yīng)性。有效載荷的開發(fā)、集成和測試都是根據(jù)相關(guān)任務(wù)場景來進(jìn)行的。憑借“破碎機(jī)”無人車的獨(dú)特地形適應(yīng)性，這些場地測試向我們展現(xiàn)了未來自主車輛在戰(zhàn)場上的使用。

2007年1月22日～2月2日，UPI項(xiàng)目組在德克薩斯州布利斯堡的沙漠成功完成了為期兩周的實(shí)地測試。該小組評估了“破碎機(jī)”無人車不同配置下自主感知系統(tǒng)的性能：近距離配置時(shí)感知范圍不小于18m，遠(yuǎn)距離配置時(shí)感知范圍不小于50～65m。

測試全程有不到10%為道路（或可以粗略地被認(rèn)為是道路），其中有些是車轍和從附近的山上流下的水流地段。剩下的就是沙丘、洼地、斜坡、溝渠、巨大的仙人掌地，以及其他沙漠地特有的高低不平的地形。“破碎機(jī)”無人車在最少的人工干預(yù)條件下可順利通過德州的沙漠地形。endprint

“破碎機(jī)”無人車具有良好的性能，即使使用低分辨率或沒有事先地形數(shù)據(jù)，在沒有干預(yù)的情況下，一段1.63km的路程中，車輛達(dá)到3.41m/s的平均速度。如使用近程感知系統(tǒng)，平均行駛速度為2.7m/s。

接踵而至的自主平臺(tái)

演示（APD）無人車

該無人車項(xiàng)目是由美國陸軍坦克和汽車研究發(fā)展工程中心（TARDEC）贊助的，開始于2007年5月。自主平臺(tái)演示（APD）無人車是在“破碎機(jī)”無人車的基礎(chǔ)上開發(fā)、集成和測試下一代無人地面車輛（UGV）技術(shù)。這些技術(shù)包括混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、先進(jìn)的車輛懸掛系統(tǒng)以及輕量化底盤技術(shù)。

APD無人車的主要性能參數(shù)包括最高時(shí)速達(dá)到80km/h，并具有自主變換車道的能力。其質(zhì)量及規(guī)格尺寸要求為，使用一架C-130運(yùn)輸機(jī)可部署兩輛車。該車全質(zhì)量為9.3噸，偵察模塊伸長后全車長4.57m，采用混合動(dòng)力系統(tǒng)。APD項(xiàng)目繼續(xù)保持了核心機(jī)動(dòng)性技術(shù)，并對其進(jìn)一步發(fā)展。APD無人車最終將替換“破碎機(jī)”無人車。

對NREC的設(shè)計(jì)人員來說，80km/h的速度是極大的挑戰(zhàn)，因?yàn)橐业胶线m的剎車控制方式。為了滿足這個(gè)指標(biāo)，NREC的人員深入進(jìn)行了懸架技術(shù)和配置、車體結(jié)構(gòu)、車輛的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)、電池技術(shù)、冷卻方法和發(fā)動(dòng)機(jī)的研究。該小組在2008年8月成功完成了初步設(shè)計(jì)評審。他們設(shè)計(jì)的車輛在2009年8月進(jìn)行了首次展示。隨后，APD無人車將進(jìn)行廣泛的機(jī)動(dòng)性測試。

小型“破碎機(jī)”無人車

由于大型“破碎機(jī)”無人車成本非常高昂，目前出現(xiàn)了簡化的小型“破碎機(jī)”無人車。小型“破碎機(jī)”無人車是一種小型、堅(jiān)固耐用、多功能的地面車輛平臺(tái)，尺寸為762mm×508mm×305mm，全系統(tǒng)質(zhì)量為56.7kg。其良好的機(jī)動(dòng)性與穩(wěn)定性、較大的載荷能力以及模塊化的設(shè)計(jì)，使其成為各種任務(wù)的理想平臺(tái)。潛在用途包括礦山測繪、應(yīng)急反應(yīng)、監(jiān)測危險(xiǎn)的工業(yè)環(huán)境，危險(xiǎn)品的處理、排爆、偵察和監(jiān)視等。小型“破碎機(jī)”無人車上方敞開的4.57m2車斗可以放置許多不同的載荷和傳感器。設(shè)計(jì)人員可以很容易地修改這個(gè)通用平臺(tái)，以滿足不同客戶需求。

小型“破碎機(jī)”無人車的有效載荷高達(dá)45.4kg，在一個(gè)敞開的30m3的托架箱上，可以安裝相機(jī)、雷達(dá)和其他傳感器。其21.6m2的側(cè)翼給予足夠的空間用于安裝攝像頭、激光雷達(dá)和其他傳感器。緊湊的尺寸使得它便于運(yùn)輸。小型“破碎機(jī)”無人車的電池組是由一家商業(yè)公司提供的鉛酸電池，廉價(jià)且容易更換。

小型“破碎機(jī)”無人車的六輪獨(dú)立懸掛系統(tǒng)可穿越具有挑戰(zhàn)性的障礙，即使在高速行駛時(shí)也具有優(yōu)異的穩(wěn)定性。其模塊化結(jié)構(gòu)也有利于維護(hù)。小型“破碎機(jī)”無人車的防滑轉(zhuǎn)向使得它非常容易操作，即使在它以最高速度行駛時(shí)也非常穩(wěn)定，可以穿越砂礫、巖石、木塊等障礙。

成立于1995年的NREC一直不斷與軍方合作進(jìn)行無人車項(xiàng)目的研發(fā)和測試，“破碎機(jī)”無人車或其他類似產(chǎn)品是野外任務(wù)的理想選擇。根據(jù)特定任務(wù)進(jìn)行有效載荷的開發(fā)、集成和測試，通過“破碎機(jī)”無人車獨(dú)特的越野能力和先進(jìn)的傳感和自主系統(tǒng)，以有效完成各類任務(wù)。野外無人戰(zhàn)車有著深遠(yuǎn)的發(fā)展前景。