战场地面车辆未来的一大趋势就是朝无人化方向发展，美陆军早已将“具备无人驾驶能力”作为下一代战车（NGV）应具备的关键特征之一。美陆军作战支援和作战服务支援专案执行办公室（PEO CS&CSS）的专家团队近期在《Army AL&T》杂志4~6月刊上发表了一篇文章，介绍了美国陆军目前在战场无人自主车辆方面的进展，探讨了当前车辆向无人化发展的具体实现办法，并评估了对该领域投资的成本效益。全文编译如下：
地面上的轻型搬运机器人紧随士兵身后，为其运载装备并为装备充电。空中的遥控飞机为士兵们提供战场实时情报资讯。士兵们还可以远端遥控防地雷反伏击车（MRAP）调查并拆除爆炸物。不久之前，这些场景还只是电影里的片段，但如今已成为了现实。
战争性质的转变将使士兵们未来的作战方式发生翻天覆地的变化。陆军领导层将未来作战环境的特征描述为大国竞争、科技飞速发展、难以置信的速度与自主使能技术的出现。从某种程度上来说，这一时刻已经到来，美陆军必须从现在开始制定计划，使陆军的专案能够为高度机器人化的战场做好准备。
在过去的40年中，软件和数字控制在商用小汽车、卡车、建筑车辆、采矿车、休闲车中的应用已极为普遍，使这些车辆的基础功能和特性得到了增强。在这一程序中，商业投资降低了许多技术的成本，使这些技术能够以相对容易且经济有效的方式应用于军事系统，并促进现代机器人系统的发展。
由于这种车辆自主性的转变主要发生在商业领域，因此陆军未能充分利用这些商业趋势。这主要是因为陆军系统的生命周期很长。例如，与以消费者为中心的公司相比，陆军通常需要更长的时间来列装新型卡车。当陆军的新型卡车部署至战场时，其车载电子装置可能已经过时，这使得新增新技术（如今天的机器人技术）变得很困难。美陆军正在开展相关工作，力图改变这种现实状况。
机器人技术的应用
要想使陆军的系统具备自主能力，首先要确保陆军采办界和利益相关者了解，载人系统若要支援机器人技术和自主附加套件或技术，在设计上需要考虑哪些因素。附加套件是可以新增到现有系统以提供附加功能的预装件。例如，装甲附加套件可为陆军车辆提供更高级别的防护能力。
自主附加套件可提供无人导航和无人机动性等高阶行为。加装了自主附加套件的系统可以具备各种各样的可能性，如通过管理资料来增强士兵的认知能力，可以提高系统的安全性，还可以在搭桥、突破障碍和其他任务中实现更加完全自主的应用能力。如果专案经理在设计之初就在系统内预留好适当的“挂钩”，那么就可以切实提高将机器人和自主功能整合到现有装置和未来系统中的能力，并在此过程中节省资金。
幸运的是，需要的“挂钩”目前已在商用小汽车和卡车上广泛使用。这里所说的“挂钩”其实指的一系列系统和装置，主要包括数字中枢、线控转向和制动系统、电控传动装置、关键致动器（key actuators）数控系统、远端资讯处理系统和主动安全系统。（“线控”是指电子控制，例如，“线控”制动装置由车辆的车载计算机控制，与之相对的是人力驱动的物理制动）。
工业界为美陆军车辆的无人化程序铺平了道路。美陆军认为，如果从现在就开始制定详细的整合计划，就可以将自己的投资转化为资本，而不是等到以后因为要进行更复杂的整合而耗费更高的成本。将自主性实现的技术提前纳入到新的采购或服务寿命延长计划中，将使美陆军能够以更有效和更具成本效益的方式将无人技术整合到系统（无论是卡车、飞机还是船）中，同时直接为系统的维护和保障提供优势。
随着陆军在各种编队中加速机器人技术和自主系统能力的部署并展现其真正的价值，不难发现这些技术和系统能够如何增加任务应用的范围。PackBot和Talon等用于路线清障和爆炸物处理的中小型远端操作地面机器人（如图1所示），在伊拉克和阿富汗战争中大放异彩，目前已在陆军各部队内广泛使用。远端操作的大型链击式扫雷车（如图2所示）是机器人技术应用于战场的初步尝试，它使用自身的重量来击打地面以引爆掩埋的地雷。该型扫雷车在美陆军中已司空见惯。此外，轻型搬运机器人和半自动卡车也有望在几年内列编。陆军技术人员设想，可将同一型别的技术应用于目前使用的各种不同型别的系统，从建筑车辆到物料搬运装置，从防雷车到战术卡车，从装甲战斗系统到船只等，从而降低向无人系统转变的成本。
图1 行动式机器人系统
图2 远端操纵的链式扫雷车
陆军的路线清障询问系统（RCIS）I型（如图3所示）是向现有系统增加机器人功能的一个很好的例子。现有的高机动性工程挖掘机I型（HMEE-I）原先使用手动液压控制和一些有限的线控驱动进行操纵。2017年，美陆军开始技术附加套件招标，目的是将有人驾驶的挖掘机变成可以自动操作的挖掘机。首先，陆军将HMEE的液压控制转换为数字控制，然后将剩余的自动推进功能改为线控驱动而非手动操作，使系统具备了无人操作能力。
图3 用于调查可疑爆炸危险的路线清障询问系统（RCIS）I型
HMEE向无人化转换的工作超过了五年时间，花费近800万美元。由此诞生了HMEE-I的改型——Delta HMEE或D-HMEE。还有许多其他数字化和线控驱动转换的例子。例如：
（1）美陆军作战能力发展司令部地面车辆系统中心与Torc Robotics公司合作，将120M平地机转换为自动控制；
（2）Caterpillar公司开发了可安装在D7R-II型推土机顶上的控制单元（如图4所示），使士兵能够通过遥控装置无线控制车辆，并从车顶的四个摄像头监控推土机的作业过程；
（3）通过在现役的A1货盘装卸系统中加装附加自动控制感测器套件并进行车辆线控和主动安全升级，美陆军还实现了“领车-跟车” （Leader Follower）能力（如图5所示），有效降低了护送任务中人员遇袭的风险。有关该专案的详细内容，可回顾本公众号3月11日释出的文章《自主护送技术即将转变为列档专案》。
图4 位于D7R-II型推土机顶部的“四眼”单元
图5 “领车-跟车”能力可减少护送车队所需的士兵人数
虽然专案经理可以随后再开发这些改装套件，但如果基础平台上已有基础数字控制元件，那么附加套件和技术的整合将会更加有效。在现有的系统中加装机器人元件要比从头开始构建无人系统更快。
增加自主性
对于新专案和服务寿命延长专案，战斗开发人员和专案经理应该考虑从一开始就将系统设计为“自主就绪”。通过在基础配置中加入成本相对较低的线控技术，专案经理将使以后新增自主功能变得更加容易和经济。那么基础配置中到底需要包括什么呢？
（1）序列资料总线和商业安全技术
序列资料总线是一种能够一次一位地传输资讯序列的介质。序列资料总线可以实现各种机器人功能，并且可以通过升级实现更强的能力。包含在效能规范中的另一个快速见效的要求是商用的主动安全技术。防抱死制动系统、电子稳定控制、碰撞缓解制动、自动车道检测和警告、盲点警告、倒车摄像头和路径显示等技术，如今已部分或全部应用于大多数汽车。这些技术显著增强了安全效能，并为将来增加主动安全、无人或自主能力奠定了基础。
（2）数字化或线控驱动
专案经理应根据车辆的能力和预期用途，将特定的线控要求包含在开发过程中。线控元件的选择在很大程度上取决于特定的基础车辆，如果需要完全无人操作的功能，使用“螺栓固定”式套件就毫无意义了。例如，美陆军若要采购自卸卡车，不仅应该考虑系统转向、制动和传动的线控，还应该考虑倾卸系统致动器的线控。
（3）互操作性合规性
未来很可能需要提供无人或可选载人功能的平台，应要求界面符合机器人和自主系统地面互操作性配置档案。陆军与其行业合作伙伴共同拟制了该配置档案，目的是提供与机器人和自动系统互操作的已知界面。已经符合互操作性配置档案要求的系统，一旦增加自主能力，将具备更强的互操作性。
（4）物理界面
系统工程师应考虑使用汽车工程师协会与电气和电子工程师协会等的商业标准来定义附加套件整合的物理界面。工程师们还应留出足够的物理空间，以便之后增加无线电、计算机等硬件和相关的电气布线和连线。
（5）车载诊断
专案经理应要求车载诊断系统具备基础配置。这样做的直接优势是改善维护、保障和安全性。间接优势在于，诊断所需的感测器和资料为将来系统具备无人驾驶功能奠定了基础。
当然，整合如此多的新技术可能会影响系统的其他操作和功能，并且需要一些额外的考虑因素。专案经理应确保系统按照最严格的标准构建。应让制造商执行额外的故障注入测试，确保承包商提供这些测试的资料，并提供诸如故障模式图这样的安全工件。
成本核算
利用商业技术进步的一大好处是，市场力量和工业投资已经降低了许多技术（但不是全部）的成本。需求开发人员和专案经理应进行市场调查，以确定在其基础配置中加入“自主就绪”技术的成本影响。在大约五年的时间里，D-HMEE的开发工作花费了大约800万美元用于研究、开发、测试和评估。事后看来，根据整个开发过程中吸取的经验教训，本可以减少所需的资金总额。但将任何非数字系统转换为无人系统需要进行大量的工作，这使资金预测变得异常困难。
将基础HMEE I型转换为D-HMEE配置的产品成本约为7.5万美元。据-估算，如果D-HMEE是作为新产品开发的话，每套系统的成本将为2.5万美元左右，高于HMEE I型。也就是说，在这种情况下，通过首先构建一个基础系统然后再进行修改来获得无人系统的总成本，远低于从头开始构建无人系统的成本。
一些分析人士认为，考虑到安全性，线控驱动和主动安全系统可以通过预防事故和相关成本来提供投资回报。制造商在原始产品中内建的安全系统（而非附加的线控系统）具有更高的可靠性（直接控制制动而无需增加硬件），较不影响人的注意力（座舱内没有突出的硬件），并且能力更强（事实证明一些车辆动作很难控制）。
最后，线控系统还可以显著降低整体操作和保障的成本。数字化可以使程式更好地适应基于状态的维护和多功能视讯显示器的整合，更不用说系统总部件量的减少了。基于状态的维护（也称为车辆远端资讯处理）可提供预测功能，提前告知使用者是否需要维护或更换。这仅适用于现代元件，即线控系统的那些部分。
针对未来的线控技术对美陆军系统进行规划和设计，在增强能力和降低成本方面具有广泛的潜在价值。使用现有技术的机会比比皆是，但必须进行深思熟虑的设计，目的是利用现有的技术来更快地获得更有效的能力。分析人员预计，市场上数字化系统所占的百分比将持续增长。
美陆军的采办专家团队在为专案提供建议和建设未来部队方面发挥着重要作用。虽然增加机器人和自主能力会增加一些成本，且这些能力也不是明确的作战需求，但专家团队认为，对这些能力的短期投资将会使美国陆军在未来相当长的时间内具备战场上的优势。
