列宁格勒保卫者|深度：综合研判“薪火”型摇臂式6驱军用无人突击装备技战术

_本文原题：深度：综合研判“薪火”型摇臂式6驱军用无人突击装备技战术

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在9月19日举办的北京理工大学80周年校庆日，展出多款不同驱动模式、不同场景应用的陆空军用无人驱动作战系统，以及应用新型装甲技术装备电控驱动系统与分系统控制端。新能源情报分析网注意到，由北京理工大学相关团队自行研发和量产定型的众多无人装备中，包括4轮驱动超轻型地面无人平台、摇臂式6轮驱动地面无人平台、4轮驱动重型反恐突击无人平台、基于59式主战坦克改型的扫雷用无人平台以及59式无人驾驶主战坦克。
备注：上图为4轮驱动超轻型地面无人平台、摇臂式6轮驱动地面无人平台和基于59式主战坦克改型的扫雷用无人平台特写。

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9月25日，在襄阳举办的2020中国汽车工程学会越野车技术分会暨中国特种车辆与防务技术大会，不仅首次展出“短头”猛士全封闭载员巡逻车技战术，还有多款高附加值轮式装甲车辆。来自北汽、东风和陕汽等车厂军品部门负责人，以及国内的特种车辆企业、研发中心、高等院校等领导、零部件配套企业的专家和代表600余人参加参与本次大会，共同讨论中国特种车辆与防务技术的现状与发展趋势，旨在为中国特种车辆和防务技术提供学术理论依据和发展方向指导。

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在此次大会上，来自理工大学的团队负责人带来关于“陆空机动平台构型”技术的报告。显然，这是国内少有的将现在发展较为成熟的军用无人机，军用地面无人轮/履装备的平台、驱动以及功能模块化的发展理念。
【列宁格勒保卫者|深度：综合研判“薪火”型摇臂式6驱军用无人突击装备技战术】

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在近期爆发的“亚阿”战争中，双方持续发起由无人机对地面目标和无人机对无人机的“动对静”和“动对动”等全新战术。虽然无人机作战模式已经在全球多个热点战场持续出现10余年，但随着电驱动技术、油电混合驱动技术以及体积更小密度更大动力电池技术的持续发展，噪音更小、续航更远、载荷更大且不依赖人工遥控的“察打一体化”真-无人操控军用无人机开始大批量装备各国部队。

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“有矛必有盾” ，因为新能源技术的加持使得无人机的战术效能持续提升，且处于对面装备攻击能力呈“一边倒”的态势。体积更小、速度更快、活力更强且作战效率更强的地面无人装备的研发与装备成为全球军备“蓝海”市场的聚集点。

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作为人民解放军轮履装备多种技术研发的“源头” ，北京理工大学发展“陆空机动平台构型”解决方案同时，持续不断的开发采用传统动力、EV驱动、EREV驱动和PHEV驱动的远程遥控+无人驾驶的轮履驱动攻击平台。

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北京理工大学在发展采用轴间电机、轮边电机和轮毂电机的无人装备平台同时，结合不同驱动技术本身的特点进行不同类型的转向和悬架技术结合。先后开发出较为成熟搭载无人机、具备4轮毂电机+4轮转向功能的地面航母无人载具（黄色箭头所指）， “薪火”型摇臂式6驱军用无人突击装备（红色箭头所指）。分页标题

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与一些科研院校或团队设计的轮式无人装备不同的是，理工大学设计的这款“薪火”型摇臂式6驱军用无人突击装备，早在2016年的“跨越险阻-2016”地面无人平台挑战赛中完成了全部赛事，这意味着整套系统的可靠性在2016年X月就完成了验证。

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“薪火”型摇臂式6驱军用无人突击装备，采用2组侧向电机（兼顾驱动与差速转向）、动力电池以及整车与其他分系统的电控系统，通过设定在车身焊接内的6组电机和摇臂内的链条进行整车高度调整的技术；具备人工远程遥控和无人驾控完成电子侦察和火力支持等战术。

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上图为“薪火”型摇臂式6驱军用无人突击装备侧向特写。
白色箭头：全部可以独立控制高度和角度的摇臂式独立悬架
蓝色箭头：第1驱动桥的的摇臂式悬架可以单独向后、向前进行360度调整
红色箭头：第3驱动桥的摇臂式悬架可以随同第1、2驱动桥的摇臂式悬架协同进行高度调整（向前进行有限度的旋转或向前进行360度旋转）
绿色箭头：第2驱动桥的摇臂式悬架可以与第1、3驱动桥进行协同性高度调整，更可以调整至90度角（与地面平）便于脱困
黄色箭头：第1驱动桥与第2驱动桥的摇臂式悬架只能进行协同360度调整或进行部分角度的单独调整
“薪火”型摇臂式6驱军用无人突击装备在复杂路况最高车速可以达到75公里/小时，最大爬坡37度；采用轴间和肘臂内设定传动技术，并由铰接纵臂+链条调整悬臂高度；整车涉水深度0.5米，翻越垂直墙及断崖高度1米，可以跨越1.8米宽的壕沟。

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相对国外同类型摇臂式无人驱动载具不同的是， “薪火”型摇臂式6驱军用无人突击装备的摇臂式悬架可以进行多种角度的协同调整，以及独立高度的调整。这种更长的摇臂，轴距适中的车型平台的设定，最直接的优势就是应对不同路况的通过性更占优。

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上图为“薪火”型摇臂式6驱军用无人突击装备驱动系统与传动组件结构简图。
红色箭头：动力电池总成
蓝色箭头：2组侧向设定的驱动电机
绿色箭头：每组侧向驱动电机通过2组传动轴向第2、3驱动桥差速器传递扭矩
黄色箭头：第2、3驱动桥总共设定4组差速器用来动力进行在分配（至轮端）
黑色箭头：设定在摇臂壳体内的铰接纵臂（传动半轴）
单纯从驱动结构看，动力电池输出的电量分配至两组侧向驱动电机；每组侧向驱动电机通过传动轴向同侧的第2、3驱动桥差速器输出动力；第2、3驱动桥差速器在通过1组传动半轴将力矩输送至摇臂端的驱动轮（万向节）。
这种侧向传动技术，可以单独控制每侧动力输出方向，可以省掉转向系统同时，利用差速转向技术获得“零”半径转向与单边侧转向战术。

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上图为“薪火”型摇臂式6驱军用无人突击装备第3驱动桥的行走机构技术状态特写。
白色箭头：设定在摇臂外壳体内的扭矩传动半轴
蓝色箭头：与摇臂用驱动电机适配的减速机构（内设在车身焊接内）
黄色箭头：调整摇臂式悬架高度的驱动电机（内设在车身焊接内）
黄色箭头：具备快速检修或更换、外置于车身焊接的线缆分页标题
红色箭头：铝制蒙皮固定铆钉
每组摇臂采用的驱动电机和减速器贴着车身焊接外蒙皮固定，而非串联固定，提高了车内空间利用率。

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在2016年完成全部技术标定的“薪火”型摇臂式6驱军用无人突击装备，没有引入独立的轮边或轮毂电机技术，而采用在今天看来有些仍处于主流（相对民用EV车）轴间驱动电机电机技术。而这种驱动与架构，则早先用在坦克装甲装备上。不过，为了获得更好的通过性， 6组摇臂式独立悬架的设定就要增加6组传动半轴（至轮端），无形中增加了整套系统的复杂性。

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这种铰接纵臂结构（由于没有官方发布相关资料，因此借用其他车型的悬架简图替代）与传统民用车使用的扭力梁式后悬架类似。
蓝色区域：驱动电机或差速器
黄色箭头：设定在摇臂壳体内的传动半轴
绿色箭头：传动半轴将扭矩分配至轮端万向节

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差速转向技术最大的优势是减少了机械结构，但是提升了行走机构的磨损程度。 “薪火”型摇臂式6驱军用无人突击装备采用偏向越野能力的轮胎作为行走机构。在进行“零”半径转向动作时，胎面的磨损系数较低；在进行单边差速转向动作时，被锁定的一侧3组轮胎胎面磨损程度将会加剧。
上图为“薪火”型摇臂式6驱军用无人突击装备轮胎胎面磨损状态对比特写。
蓝色箭头：磨损程度较大的胎面中央
白色箭头：磨损程度较低的胎面侧端

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配置的265\70R17的轮胎，是可以容纳一组峰值输出功率25-40千瓦级轮毂电机的空间（红色箭头所指）。而设定的摇臂式悬架可以将伺服轮毂电机的2组高压线缆、1组通信管路、2组液冷管路和2组制动管路进行充分保护。
当然，包括减速器、制动分泵、峰值功率40千瓦、整体长度不超过800mm ，且自重不超过30公斤的轮毂电机总成，以2020年行业标准看都是一个极富技术挑战性的设定目标。

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审定的摇臂换来了通过性，增加的传动机构换来了传动机构复杂性，当然这是2016年的装备技术状态。 “薪火”型摇臂式6驱军用无人突击装备完成了2016年举办“跨越险阻-2016”地面无人平台挑战赛，尽管采用的是在今天看来并不先进且结构复杂的驱动技术，或可理解为这是用于采用同类侧向电驱动技术的、具备无人驾驶和无人攻击能力的履带式载具提供丰富技术储备的目的。

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在无人驾驶技术方面， “薪火”型摇臂式6驱军用无人突击装备搭载1组32线360度周视激光雷达，毫米波雷达和双通道光学摄像器材已达到无人感知技术设定目的，并规划在数据融合的基础上进行路径规划，感知层实现环境与本体感知，最终获得基于战场实际环境，不依赖导航系统或高精度地图获得负载环境的战术层面的无人驾驶高机动能力。
蓝色箭头：无电线收发天线
红色箭头：基于GPS导航系统的信号接收天线
黄色箭头：基于局域网关的信号接收天线
白色箭头：双通道光学摄像器材
360度周视激光雷达以及毫米波雷达以及众多接收探头，并未在图片中有所体现。另外，对于“薪火”型摇臂式6驱军用无人突击装备的行驶方向，即驱动电机正转或反转即可随时改变。当然，在车辆正前方配置360度周视激光雷达、毫米波雷达以及光学摄像器材，有利于提高无人驾驶工况环境感知精度。分页标题
由于目前对于“薪火”型摇臂式6驱军用无人突击装备的相关资料并不全面，以至于无法给出其具体详细数据。不过可以通过北京理工大学相关团队负责人，在2020中国汽车工程学会越野车技术分会暨中国特种车辆与防务技术大会论坛做的“陆空机动平台构型”技术的报告了解一二。

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前文提到的北京理工大学提出了“陆空机动平台构型”技术发展方向，是将无人机和无人装备的控制策略进行整合，在未来战争中获得通过单一（不包括后备控制端）控制端即可发布框架性指令，各空地平台通过无人控制技术与区域互联技术，通过自我学习能力，主动完成侦查与打击遂行协同作战的构想。

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然而，在实际应用层面，无人机因为不需要考虑地面复杂路况以及相对密集机动且体积不等的物体，而可以轻易获得无人驾驶技术的全面应用。但是由于不同级别无人机的作战半径从几公里到百余公里不等，赋予的战术功能不同，这使得有人控制与无人驾驶技术在以后相当长时间内都是主要发展方向。
备注：不排除通过信号中继无人机接受有人控制，为航程更远的无人机进行区域导航的控制策略
作战半径10公里，侦察型地面无人轮式装备，向更小的体积、更丰富的情报收集、更远的信号传输能力技术特性发展；
作战半径50公里，火力攻击性地面无人轮履装备，向体积更大、火力攻击性多样化、防护效能均衡、具备脱离导航系统、依靠战场环境感知主被动探测能力的无人驾驶能力更突出的方向发展。
这就要求军用无人驾驶地面轮履载具，将基于北斗2（3）代高精度导航系统的作为最基础的定位系统；将多3固定激光雷达和多通道（微光夜视、热成像和白光）视频信息采集系统为主要硬件技术支持，融合高精度地图同时提高多种环境下主动静态与动态目标识别精度、速度和计算执行能力。

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不过，在2019年至2020年的中国境内快速推广的基于华为系5G通讯技术的普及，地面无人驾驶轮履装备（包括空天无人控制攻击系统）采用“云控”通联技术，可以用更小的成本更不容易被干扰的优势，组件单体数量更庞大的地面集群作战平台。
简单地说，北斗系统提供“面”一级的导航伺服；激光雷达提供“线”一级精准定位；华为5G系统提供“点”一级的通讯与反馈的运算和执行动作，即可拥有少量加载成本更高的适配多组激光雷达“班排”一级的控制载具，控制多组“兵”一级的无人作战载具；而“班”一级的控制载具具备与“营团”一级的控制终端，协同空天无人情报收集与活力攻击系统协同作战。
显然应用在地面无人人驾驶轮履装备，只要有一个合适的平台，根据时代的发展换装更合适的电驱动系统、动力电池系统并搭载丰富的通讯系统，即可拥有类似于“OTA”升级能力的无人作战系统。

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显然应用在地面无人人驾驶轮履装备，只要有一个合适的平台，根据时代的发展换装更合适的电驱动系统、动力电池系统并搭载丰富的通讯系统，即可拥有类似于“OTA”升级能力的无人作战系统。
不可否认的是， 2020年9月16日展示的“薪火”型摇臂式6驱军用无人突击装备的驱动技术已经有些落后，虽然没有设定液压系统，而采用链条作为力臂组件，由电机全电驱动进行高度调整，节省的空间与自重可以用来承载更多装载电量的动力电池组件获得更长的续航里程。鉴于“薪火”型摇臂式6驱军用无人突击装备为纯粹的非大规模量产的非民用系统，动力电池可以不用配置液态热管理控制技术，用更高密度、更小体积的三元锂电池系统获得机动、续航与载荷间矛盾的平衡。分页标题
阅读延伸1：
包括美军、德军和日军在内的外军军用地面无人驾驶轮式装备，普遍采用基于GPS导航系统的360度激光雷达+毫米波雷达+摄像头类视频采集系统的解决方案。在民用市场，美系、德系、法系、日系以及中系车厂普遍采用基于博世或大陆提供的毫米波雷达+超声波探头+摄像头类视频采集系统，仅在分道线划分清晰的铺装路面用L2-L3级有无人驾驶解决方案。

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而造车新势力的特斯拉类电动车，则基于成本更低的超声波探头+摄像头类视频采集系统构成的所谓“智能控制”无人驾驶系统。虽然马斯克吹嘘其自研芯片、摄像头和算法的牛B ，但是在分道线划分清晰的铺装道路，仍然频频发生对突发的静态与动态障碍物“侵占”预设行驶路线的恶性交通事故。
特斯拉类所谓的“智能控制”无人驾驶解决方案，主要是指视觉里程计和同时创建地图与定位。传统里程计主要是根据来自编码器的数据随时间变化来估计平台的位置或航向。这种方法在城市平坦道路上的估计精度较高，而在不平路面上甚至分道线划分不清的路况，当车辆出现纵滑或侧滑时，会因为计算周期被延迟，执行端得不到计算端的指令，或进入预设的保守动作（降低车速至静置）、或保持当前动作指导新的指令输出。

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上图为北京理工大学与某轮式装备厂商联合开发的，基于北斗导航系统，装备360度周视激光雷达、毫米波雷达和多组不同视场的摄像头构成的重型军用轮式无人驾驶解决方案。

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相对技术最为简单、算法存在极大漏洞的特斯拉类单摄像头无人驾驶方案，以超声波雷达和双摄像头无人驾驶方案的民用算法不同的是，军用无人驾驶解决方案着重考虑到在长达10公里以上没有卫星自主导航的环境，开阔草原、半荒漠环境以及在人工释放硝烟甚至强电磁干扰的战场环境下，基于整车自身的无人驾驶控制策略。
对于无人驾驶飞行平台，在无遮挡的空旷环境下，美军的GPS、解放军的北斗、苏俄军的GLONASS以及欧洲的伽利略定位系统，可以提供长时间且精准的定位服务。然而城市环境、峡谷、密林等环境都可能导致导航信号的瞬时丢失，使得无人驾驶飞行平台的定位效果变差或定位失败。如果单纯的使用惯性测量元件测量持续运动中的载具横摆角速度和加速度等，也可以通过积分获取相对精准己方定位数据。然而其惯性测量数据存在漂移现象，长时间累积会产生较大误差。

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2020年上市4月上市半年有余的肇庆小鹏P7 ， 10月都没有开通号称超越特斯拉类“智能控制”无人驾驶系统，在实际应用中的可靠性需要市场验证。
对于无人驾驶地面平台，通常行驶速度较高，而且需要适应动态环境的特点要求运动规划系统能够在有限的时间里生成一条满足运动学、动力学约束的无碰撞轨迹。从运动规划系统的结构框架来说，运动规划算法可以分成全局运动规划方法、局部运动规划方法、分层式运动规划方法。
相对需求十分复杂的算法应对复杂的使用环境的地面无人驾驶平台，在具备相对完善的环境感知技术于控制策略后，又回到载具本身面向用途和任务的高集成度、模块化的通用无人机动平台机电一体化设计技术的开发。而以EV技术和EREV技术为主的的电驱动技术、电传动技术，轻量化、高通过性、高机动性的载具设计技术的开发就显得十分必要了。分页标题
阅读延伸2：
实际上，北京理工大学在持续发力不同军（警）用场景的无人控制技术和算法的探索同时，一直在对相对基础，却又至关重要的的多种新能源驱动技术和动力电池控制策略进行研发、测试和装备应用。

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以南汽依维柯NJ2045为基型，通过加装电驱动系统和锂动力电池系统（主动式风冷散热技术），组件“油电混合”驱动平台，对基于EREV和PHEV技术构成的油电四驱技术和控制策略进行综合验证。
蓝色箭头：采用风冷散热的高压配电系统（PDU）
白色箭头：控制后驱动电机的电控系统（DCDC）
绿色箭头：设定在后驱动桥间轴间驱动电机
红色箭头：锂电池系统
黄色箭头：为锂电池系统提供主动式风冷散热的鼓风机

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在2018年举办的“跨越险阻-2018”地面无人平台挑战赛，北京理工大学依旧排除相当强大的团队参赛。在赛事开始前的“大合照”中，可以较为清晰分辨出轮式和履带无人驾驶装备；轻型、中型、重型无人驾驶装备；在量产军用装备改型而来的无人驾驶装备；正向开发的无人驾驶装备。
蓝色箭头：基于北汽（有限）制造的1代勇士无人驾驶装备
白色箭头：二次参赛的“薪火”型摇臂式6驱军用无人突击装备
黄色箭头：基于全新一代猛士轻量化改型的无人驾驶装备
红色箭头：基于解放军现役63式履带装甲车改型而来、采用EREV驱动技术的无人驾驶技术验证车

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至2020年，北京理工大学先后采用63式履带装甲车基型车和指挥车，开发出不少于3种驱动技术状态、不同等级的无人驾驶控制策略技术验证车。在“跨越险阻-2018”地面无人平台挑战赛闪亮登场的63式油电混动无人驾驶装甲技术验证车已经不算是最新技术状态了。
采用EREV驱动技术的63式油电混动无人驾驶装甲技术验证车，依旧是为体型更大、更贴近实战化的无人驾驶装甲兵器的研发与测试，提供更丰富的驱动技术与控制策略的储备。最新的技术从来都是首先应用于军事领域。事实证明，智能控制与新能源技术，将成为日后军用装备性能加持的新拐点，甚至能够决定未来战争的胜负。
笔者有话说：
为人民解放军提供最优质、可靠的军用轮履装备，研发出主动液汽悬架技术、多驱动桥全轮转向技术，并在新能源技术军用化、多种应用环境的无人驾驶技术及控制策略研发与量产层面，拥有80年历史的北京理工大学威武。
未完待续。。。
新能源情报分析网评测组出品