无畏险阻跨出新路

2016-12-13熊伟

兵器知识 2016年12期

熊伟

“跨越险阻2016”挑战赛的E组比赛，要点有两个。一，山地输送。要爬非常陡峭的山坡，跨越多重高墙、壕沟，其路况即便是我们人走起来，都会觉得难。二，非仿生。平台不像狗、虫等动物，用“腿”行走、过障，还是依靠看似传统的轮胎、履带。因此各参赛队的重点就是如何创新设计出新颖独特的轮、履结构，车体样式。大多数参赛队选择了摇臂轮式结构，通过摆臂抬起车轮，从而实现爬墙过障。还有前后车体铰接，通过弯折车体，来兼顾过障、转弯的机动需求。

陆军军官学院的“无畏者”无人车，结构很新颖，像履像轮又像铰接。它的行走原理，简便地实现了快速越障，给大家留下深刻印象。预赛时该车出现意外，没能进入决赛。但在北京进行决赛时，车队作为唯一被邀请参加展示环节的非决赛队伍，来到了北京。这是为什么呢？记者为此采访了该车队的队长，陆军军官学院的陈向春老师。

陆军军官学院，是一所承担陆军指挥生长军官“学历教育合训”任务的院校，学院的前身是1978年成立的炮兵技术学院，由邓小平同志亲自选址合肥，2011年6月改建为陆军军官学院。学院结合了工程院校、指挥院校和综合院校的办学实践，在教育理念、基础教育、科研学术、人才复合素质等方面具有特色和优势。对于受邀参加决赛的展示环节，陈向春老师介绍说这得益于在预赛前后，“无畏者”的优秀表现。

“无畏者”无人车长约5米，宽约2米，自重约2吨。记者刚看到它的六个三角形履带时，还以为和一种雪地车一样。结果陈老师告诉记者，它叫做“等三角行星结构履带轮”。等三角、履带这俩词都好理解。行星结构呢？这是一种行星轮，意思是它像太阳系的行星一样，不仅能自转，还能公转。

平时行走时，履带绕着三角架内的几个小轮旋转，这倒是和那种雪地车一样。你也可以把它看作是有六圈履带的坦克、拖拉机。但这个三角架不是固定的。遇到高一些的障碍，履带无法直接克服时，整个三角架就会在阻力作用下旋转，变成了一个三角形的大“轮胎”。

听完陈老师的讲解，记者不禁想到了很多大妈大爷们买菜用的一种小车——下面也是个三角架，顶端是三个小轮，平时两轮着地，上楼梯时三角架翻滚。

再这么一看，它的行走方式简单而巧妙。陈老师介绍说，三角架转动，不仅是像大轮子，还使爬垂直墙的附着力大大增加，提高了过障能力。普通轮式车只能爬上轮胎半径一半高度的垂直墙，而且爬墙时，轮胎和墙的接触只是与墙相切的一条线。履带车过墙，最大高度取决于前面诱导轮的高度，履带和墙的接触也基本只是只是与墙相切的一条线。而“无畏者”过墙时，随着行星轮转动，三角形的一个边都会贴到墙上，接触面很大，附着力大大提高。由于这个原理，“无畏者”只需要不高的发动机功率，就展示出良好的越野能力。它的动力来源于六个行星轮中间的电机，每个仅2千瓦左右，一共约12千瓦。这只相当于C组小型无人车的20多倍（车重是后者的30倍）。至于同在E组的其它车辆，都是100、200千瓦的发动机。“我们虽然动力小，但动力都用上了。”

电动机通过传动机构带动行星轮上的一个主动轮转动，驱动履带。至于三角架的转动，则是根据地形自动适应，不需控制。因此该车的操控也很简单，不像摇臂式那样需要另外配备电机或动力源，来驱动摇臂转动。

看着前后车体之间除了转轴，还有一根活塞杆，记者询问这是不是像其它某些参赛车一样，控制铰接车体的俯仰。不料陈老师说这只是一根阻尼杆，没有动力、不需控制的。原来在攀爬障碍时，前部车体完全靠前方履带的上爬，自己仰起，不需动力抬它。阻尼杆，是为了防止前后车体之间太“活”，过沟、下墙时，出现咣当掉地的摔车现象。

因此该车的遥控设备也很简单，就是买了一个普通小遥控车的遥控器。操作员也只需要控制车的两侧电机，也就是两侧速度，就可以了。速度有差异，就能像坦克那样差速转向。越墙、过沟、爬坡时，则控制好前进速度快慢，防止车体中部剧烈起伏，就可以了。

不仅原理简单、巧妙，它在结构件选择上的简单也超过了记者的预想——电机就是电动车上的电机；小轮之间的弹簧减震器，就是电动车上的减震杆；连接三角架中心和车体的，就是摩托车前轮的减震杆；履带，是农用拖拉机上的，直接买来套上；车体、行星轮三角架，是自己加工焊接的（记者看到，有的铁架上还有明显的缺口、修补，真是“朴素”得很）……一圈转下来，只有行星轮中间那些白色的尼龙轮，是设计团队定做的。

原来这次参赛，陆军军官学院开头只是报着试试看的态度参加，没有准备多少经费。像有些无人车上用的大功率电机，一个就得9万多，减速器14万，6个轮子还得乘以6。而“无畏者”的整车花费，都没有那么多。

◎“无畏者”下垂直墙，车体中间的阻尼杆让它的“腰”缓缓落下

也正是这个原因，让“无畏者”在预赛中出现设备故障，没赛出好成绩。它的电机和链条之间，是通过采购现成的普通涡轮蜗杆连接的。整辆车从7月初才开始设计制造，花了暑假不到两个月时间，加班加点赶制出来。比赛前，它在学院的试验都很顺利，能过墙过沟。这也让学院领导感到高兴，还专门给车队饯行。预赛前，考虑到多次试验后的磨损，车队把六个行星轮里的蜗杆换成了新的。参加完开幕式后，“无畏者”从比赛场地返回场区，走的也是泥泞路，给在场人员留下了深刻印象。可没想到这采购来的普通民品，质量完好率可没他们预想的那样高，厂家也不知道他们是要拿去翻墙过沟走泥路。结果几天后的比赛中，两根蜗杆折了，“无畏者”一下失去三分之一动力。第二天，车队从旧蜗杆中挑了两根换上，自己到比赛场地跑了一趟。高墙、壕沟、水坑、泥泞路、侧倾路、陡坡，都轻松走过，越障能力表现突出，用时48分钟（预赛中最快的约30分钟，但没完成高墙、泥泞路科目）。

速度不快，与它的动力不足有很大关系。这也是因为经费不多，车队没有采购更大功率的电机。记者看到行星轮里的空间其实还有不少，可以安装更大设备。在记者看来，整车在具体结构、尺寸上，还有不少是在将就那些现成的履带、减震杆、电机，不算是按照设计本意选择的最优化值。如能完全地“设计设计”，各零部件的性能、规格更加合适，“无畏者”的性能会有很大提高。

陈老师也说是这样，但比赛就是比赛，必然会有很多偶然因素的。“人家成绩好的，确实还是说明人家做得好。”他表示现在“无畏者”还只能算是原理样车，自然还有一些要改进的地方。从原理上讲，它具有一定的优势。但在工程化的层面上，还有很多工作要做。发展到正样车阶段，可靠性就得更高了。

除了经费，两个月时间太短，没法做出定制零件，也束缚了他们的手脚，还有一些设计、想法尚未在“无畏者”上得到体现。

原来这辆“无畏者”，是在学院设计过的好几款无人车基础上，集合而成的。陆军军官学院有一个“学员创新俱乐部”，老师们带着学生做一些设计，参加全军军用机械创新大赛，全国大学生机械创新大赛。他们设计的小型越障车，玩具那么大小的，参加比赛时都获得了一等奖。这次挑战赛前，组委会到学院调查，看到他们的小车结构新颖独特，于是邀请他们参赛。