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被火爆报道的“空中的士” 自动驾驶载人飞行器安全吗?

波音737MAX连续发生两起事故后,被爆出事故与飞行控制的设计缺陷有关,美国联邦航空局也被diss“为何在颁发飞机适航证的阶段未能发现相关问题?”也引发大众对飞行类交通工具的思考。

而就在今年下半年,各类“自动驾驶载人飞行器”开始了密集的飞行测试,并且部分公司表示在近期可能会投入使用。

2019年6月3日,美国德克萨斯州拉哥维思塔,Lift Aircraft公司展示Hexa个人无人驾驶飞机,今年将在25个城市进行推广。

2019年8月5日,日本千叶县NEC 公司的一架装有螺旋桨的飞行器当地一间工厂进行试飞,飞行高度达到了3米,为了安全起见,此次测试被固定在一个设有拦网的户外场地。

2019年8月,Volocopter 2X在赫尔辛基国际机场进行了一系列测试,展示了其载人无人空中交通管理系统集成的能力。

2019年8月,2019东北亚博览会,全球领先的自动驾驶飞行器科技企业亿航智能,携载人级自动驾驶飞行器(AAV)亿航216亮相展会,并成功实现“空中的士”在中国吉林省的载人首飞。

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广州成为自动驾驶载人飞行器试点城市

据不完全统计全球有70多家公司在开发“自动驾驶载人飞行器”,比如:英特尔与德国航空公司研发的Volocopter、空客(airbus)研发的CityAirbus、Uber开发的Uberair、Ehang自主研发的Ehang184/216等等,还有更多的公司正在研发其“载人飞行器”,如:日本电器公司(NEC)空中汽车,美国Lift Aircraft研发的Hexa,沃尔沃旗下飞行汽车创业公司Terrafugia开发的Transition,诺丁汉航空公司VRCO的飞行汽车叫做NeoxCraft ……

空客(airbus)研发的:CityAirbus

Uber开发的Uberair

 

但是对于一个刚刚涉足航拍圈的小白来说,真的想问一下,这些“自动驾驶载人飞行器”真的安全么?

自动驾驶载人飞行器构造

现在的载人飞行器构造为“旋翼飞行器”(最常见的旋翼飞行器为直升机),此类设计结构飞行器,没有迫降能力,一旦出现问题后果不敢想象。此外“桨叶外露”例如:Volocopter,ehang184,这种设计一旦出现问题,人员无法靠近,其它类型的飞行器也无法靠近。

而相比于“固定翼飞行器”,旋翼飞行器的确具有更好的稳定性,大多数情况下都能进行平稳的飞行,而且很多研发公司也表明,因采用的桨叶较多,其中一个桨叶出现问题,其它桨叶电机将会重新匹配动力源,不会因为一个桨叶损坏停桨而导致飞行器无法飞行(这点和汽车爆胎不一样)。

英特尔与德国航空公司研发的Volocopter

Ehang自主研发的Ehang216

 

自动驾驶载人飞行器系统

燃油动力系统和纯电动力系统哪个好?一直是广大车友讨论的话题;而更多的“自动驾驶载人飞行器”公司选择了纯电动力系统,以纯电动汽车为例,需要电力驱动系统、电源系统和辅助系统相互协调运行汽车;载人飞行器可能相对更加复杂,同时需要更大的动力源,因为拉升的消耗量远远高于平滑前进的消耗量。所以锂电池是飞行运转的根源,锂电池有着能量密度高,自放电小,可快送充放电,多环境下使用,使用寿命长的优势,也更为环保的优势,也是时代的“大势所趋”;但也别忘了特斯拉model s自燃事件、蔚来ES8自燃事件等等,根据专家解释是因为锂电池内部有“枝晶”引起电池穿刺导致自燃,电动汽车的锂电池已经有着多年的历史,样本采集和测试次数有了很大的保证,也会出现一定概率的电池问题;而载人飞行器公司有没有研发出适配飞行器的专业锂电池,有着多少次循环测试?但相信随着电池市场的增大和发展,这个问题是可以解决的。

日本电器公司(NEC)空中汽车

 

自动驾驶载人飞行器飞控系统

所谓的飞控系统,就是飞行控制系统,是无人机完成起飞、空中飞行、执行任务和返场回收等整个飞行过程的核心系统,括传感器、机载计算机和伺服作动设备三大部分。

玩过无人机的飞友们都了解,飞控中有一个十分重要的组成部分叫电子罗盘(磁罗盘)其原理和指南针的原理相近,可以测量出当前设备于东南西北四个方向的夹角(导致飞机不乱飞),很多无人机在起飞前会提示校准磁罗盘;而基于磁罗盘的定向导航都容易受干扰,地磁场实在太弱。无人机容易受自身大电流产生的磁干扰,外部影响包括高压线,地下金属矿等。理论上来说地磁罗盘错误并不会导致坠机,只会导致GPS悬停或者飞机会往错误的方向越飞越远而已。

在稍大规格的无人机上,都可以解决,比如在植保无人机上,不依靠磁罗盘定向比较常用的是双RTK测向,双RTK天线安装到无人机上距离20厘米以上,基于定位坐标的差值,可以定向。相信在飞控方面载人飞行器会比其它行业无人机做的更加精密完善。

Lift Aircraft公司:Hexa个人无人驾驶飞机

自动驾驶载人飞行器定位系统

其实定位系统是飞控系统中的一部分,但定位系统真的太重要了;随着行业无人机例如:测绘、植保无人机编队等走入人们的视野之中,RTK定位技术进入了大众的视野。但是RTK是什么?在此科普,RTK是由GPS接收设备、数据传输系统和实施动态测量的软件系统三个部分组成。在工作时将一台接收机置于基准站上,另一台或几台接收机置于载体(称为移动站)上,基准站和移动站同时接收同一时间、同一GPS卫星发射的信号,基准站所获得的观测值与已知位置信息进行比较,得到GPS差分改正值。然后将这个改正值通过无线电数据链电台及时传递给共视卫星的移动站精化其GPS观测值,从而得到经差分改正后移动站较准确的实时位置。说到根上RTK其实一款基于GPS的系统,可以给GPS提供更准确的位置,号称厘米级定位。

那RTK定位系统真的就可以做到万无一失了么?未必,因为现在城市环境比较复杂,很多位置都存在这GPS干扰,甚至还有很多人都拥有GPS干扰器,而GPS受到干扰之后,RTK的作用就没有那么大了。从控制导航系统来讲,GPS干扰就是给无人机的控制系统发送虚假的地理位置坐标,或者直接阻断你的GPS,这其实很简单,由于无人机接收GPS信号总以最强的信号源为准,所以只要干扰的信号足够强,什么类型的无人机都是逃不过干扰的(甚至那些军用无人机也不例外)。

诺丁汉航空公司VRCO飞行汽车NeoxCraft

AeroMobil飞行汽车AeroMobil 5.0 VTOL

所以“自动驾驶载人飞行器”安全吗?能上天么?讨论这些可能还相对的过早,因为这些还没有明确的投入商用,更多的只是在多环境下测试,和展会展示。低空载人飞行的确是一个人们向往的方向,但是任重道远,需要成千上万甚至更多次的测试和更多的数据进行支撑,来做到万无一失,我们期待未来可以坐上这样的“空中的士”也许这一天也并不遥远。

亿航AAV通过民航电子围栏认证

 

参考文献

[1]亿航AAV通过分布式操控无人机电子围栏认证.中国民航网

[2]载人飞行器行业前景分析.豆丁网

[3]锂电池的优缺点.百度文库

[4]电动汽车的动力系统,纯电动汽车动力系统工作原理及驱动技术.电动邦

[5]PPK定位和RTK定位技术分析:如何实现更精准的无人机GPS定位?.智能硬件开发网

[6]无人机干扰器原理.电子发烧友

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