亿航公开“亿航184”技术研发和试飞测试阶段性进展


亿航184,自2016年初在美国CES发布以来,就一直被全世界各地的媒体以及朋友们所关注。亿航的工程师们除了因为受到大家的关注而感到兴奋之外,也深深的感受到肩上所背负的期待,比以往任何时候都更加意义深远。

 

我们所做的一切,不仅仅是作为一家科技公司而做的一次前所未有的探索和尝试,也更是希望通过我们的倡导和努力,可以让载人自动驾驶飞行这个万众期待的梦想离每个人都更近一步。

 

作为这个宏大而艰巨项目的倡导者,亿航愿意在此与每一位关注亿航的朋友坦诚分享我们优化、测试亿航184的点滴进展与挑战。

 

图片 1.png(图:亿航184试飞实拍照片)

 


亿航184飞行测试

 

亿航184的理念背后,不仅仅是一部可以安全地在空中无人驾驶飞行的载人飞行器,也包括了保障飞行安全的整套系统和解决方案。飞行器机体方面,包括了飞行器自身的安全,性能,续航时间,航程等;而在飞行器之外,更是涉及了大量的辅助系统和工程,包括空中指挥调度系统、保养维护、充电网络的建立等。

 

亿航184的机体本身方面,并不是简单的将多轴飞行器放大,对于如此大惯量、大载荷的多旋翼无人机系统,本身所能够参考的数据和经验就非常有限。在过去的几年里,我们的工程师做了大量的工作,逐步从最开始的原型机验证,底盘测试,定高,定点悬停,到今天在做的航线测试,甚至到未来我们希望做到的全自主4G网络控制飞行,这过程中我们面临着无数的技术挑战,也在一点一滴通过我们的不断研发优化和技术测试来克服。

 

2.png(图:亿航184试飞实拍照片)

 

作为可能是全世界有着最大螺旋桨的多旋翼飞行器,为了让亿航184在自动飞行时候不出现“控制发散”的情况,我们需要对飞行控制系统做各种算法优化,从而保证如此大体量的多旋翼飞机能够稳定地在空中飞行。在过去的2016年中,我们的工程师在过往工作的基础上,大量优化了算法,基于不间断的测试,优化了各部分硬件的性能,让亿航184进一步增强了飞行的稳定性,并实现了全自动指令化飞行,增强了悬停的精度、航线的精度的同时,也使得飞机在飞行过程姿态更加平稳,得以给乘客提供更加良好的乘坐体验。

 

4.png(图:亿航184试飞实拍照片)

 

*请观看以下亿航184试飞测试的完整视频,均为实拍画面


 


亿航指挥调度中心

 

而对于亿航184机体以外的辅助系统和工程,同样至关重要。亿航184作为一款载人的飞行器,安全始终是最高级别的要求。我们对于亿航184的设计目标是:它可以在航程范围内稳定地从一个地点飞行到另外一个地点并自动降落,这个过程中飞机本身不仅要可以做到抗风、避障、适应各类天气等,也需要让乘客知道,飞机内部任何元件的异常,或者航路上任何的突发状况,我们的相关人员都将第一时间知悉并做出相应反馈措施,能够让乘客以及飞机尽快安全地降落到地面,保证安全。

 

因此在2016年,我们开始筹划并建立了专门针对亿航184所设计的指挥调度中心,一个可以精准监测亿航184各项数据回传,并未来对空中航线交通进行调度的地面指挥中心。

 

5.png(图:亿航指挥调度中心)

 

简单来说,这个指挥调度中心未来不仅可以实现空中的乘客与地面人员的实时视频/语音通话,也可以实时接收到每一台空中的亿航184飞行器的飞行传感器数据,从而让乘客任何时候,都可以和我们的地面人员进行一对一的天地通话,了解飞行实时状况,消除乘客对于飞行的紧张感。

 

6.png(图:亿航指挥调度中心正在监测、调试亿航184的各项模拟飞行数据)

 

在这个新落成的指挥调度中心内,亿航的地面工作人员可以实时地收到每一台亿航184所传输回来的控制数据、飞行数据、机舱内/外实时视频等,这些数据包括:

 

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通过指挥调度中心,亿航的工作人员会全天候实时监测飞行器数据,随时与乘客进行通话连线,关注着每一台亿航184飞行器的每一次起飞与降落。这是一个长期而至关重要的工作,也是一个投资巨大的工程。我们前期高昂的硬件软件的投入,日常的运营都投入了大量的成本。

 

这也意味着在今天以及未来的一段时间内,亿航184尚未实现一定规模的商业化之前,都是一个投资以及运营成本远远大于收益的一个项目。即使如此,因为我们相信自己在做的事情,因为它是未来亿航184系统中不可或缺的重要一环,我们花了一年的时间,建立起了这个指挥调度中心,并投入运营。

 

8.png(图:亿航指挥调度中心)

 

软硬件测试

 

在过去的一年,在不断研发和测试的过程中,我们也针对亿航184包括软件和硬件在内的各个零部件做了迭代和升级。

 

•    螺旋桨与测试台

 

对于一款多旋翼飞行器,螺旋桨是最重要的动力驱动器,它关乎着飞行器的动力性能、飞行稳定性和噪音等多项核心指标。

 

我们针对亿航184的螺旋桨前后一共自主设计并迭代了3个版本, 第一代螺旋桨主要是满足了亿航184早期时候的飞行测试需求,在第二代的时候其性能进一步提升,单支桨可以提供的最大拉力达到了87公斤,得以满足亿航184在多种环境下飞行的需求。而第三代的桨叶优化设计不仅使气动效率10%-15%的提升,也降低了旋转时所产生的噪音。

 

9.png(图:从左至右为三代螺旋桨设计)

 

而对于亿航184动力系统的测试,我们自主研发了相应的专业测试台,包括螺旋桨的测试台以及动力系统组件的测试台。其中专门测试螺旋桨的测试台,挂载27千瓦的大动力电机,可以测试百公斤级的拉力与扭矩。测试用的上位机软件是针对亿航184进行自主设计研发的,可对亿航184的桨叶进行针对性的数据采集,方便对采集出来的原始数据进行频谱分析与算法处理,可测量在哪个频率的震动耦合最多。

 

•    电机

 

电机是螺旋桨的动力源,通过电能转化为机械能,产生驱动转矩,它直接影响着螺旋桨效率和最大拉力。

 

亿航184的电机经历了3代自主设计的产品迭代,第一代为13830,磁钢高度比第二代要矮一点,拉力以及其他各方面性能都未完全达到设计标准;第二代电机为13845,磁钢高度有所加高,性能更加稳定,拉力也能达到亿航184的设计要求;最新的第三代电机为18030,电机的功率更大,效率和最大拉力都有所提升。

 10.png(图:从左至右为三代电机设计)

 

•    电机驱动器

 

电机驱动器设计经历3次迭代,第一代采用方波电调;目前正在使用的第二代电机驱动器采用的是无感FOC方案,整体可靠性和驱动性能明显提高,可检测电机运行状况,在空中不会出现因信号失调导致的停转,可以让飞机的运行更加平稳。

 

第三代完全自主研发的电机驱动器设计制作遵循工业驱动器标准(包括配套上位机及调速软件),不仅可以进行电机的扫频实验,还能实时检测到电机的转速以及电机当前旋转方位,在运行当中更加直接、全面地监控部件的运行状况。

 

11.png(图:从左至右为三代电机驱动器设计)

 

•    测功机

 

为了让亿航184的零部件更加的可靠、安全,亿航在配套测试设备的设计研发上投入了巨大的人力物力。为了更好地测电机、电机驱动器的功率,亿航与专业的检测仪器开发公司合作研发了测功机。并针对具体测试对象进行定做,可测量各个工况下电机、电调的扭矩、转速、效率、输出功率,同时可输出整体效率云图。

 

12.png图:测功机测试电机)

 

13.png(图:测功机测试电机驱动器)

 

•    飞行控制系统

 

飞行控制系统是一架飞行器的大脑。目前市面上是没有可以让亿航184直接采纳的飞控方案。亿航通过创新大量算法,自主研发了一套极为复杂精细的飞控系统,此套系统可以保证大体量多旋翼飞行器和大型大惯量飞行器的有效控制与稳定飞行。

 

目前亿航184的飞控具有充分的冗余设计——具有两套飞控,每套飞控均配有两套传感器,且两套传感器之间具备互相通讯的功能。在下一版的飞控系统中将更换在可靠性、抗干扰能力和精度上表现更好的传感器,从而可以得到更准确的飞机姿态,使得飞机自动控制更加稳定。

 

由于亿航184的体量和惯性都很大,我们的机械工程师通过理论计算、实际测试,实时计算桨与电机的惯量和整机的惯量,生成准确的数学模型传送到飞控,目前的飞控系统可以根据虚拟样机做仿真测试,未来会做整机仿真测试。

 

•    电池管理系统

 

亿航184电池的设计经历了3次产品迭代,目前电池管理系统(Battery Management System,BMS)采用工业级的设计方案,可监控所有电芯的参数, 包括如电芯的温度、当前的容量、电压等,进行主被动均衡,可以有效的管理电池性能和寿命。而电池管理单元(Battery Management Unit,BMU)用于管理BMS,负责BMS的数据与飞控、地面站的实时通讯。

 

在对电池进行设计测试时,首先会对电池、BMS、BMU进行独立测试,然后再进行组合测试, 经过多个循环,确认通过后再装上飞机,电池的整个生产流程严格、规范。

 

14.png(图:从左至右为三代电池

第1代电池能量密度较低,压差比较大,充放电时的压差特别大;

第2第二代电池为更可靠的标准电压电池,飞行器行业常用的电芯规格;

第3代第三代电池在第二代稳定的基础上升级为高压版增容电池。)

 


最后,也是我们最想说的

 

创造一架真正意义上的安全、智能、环保的自动驾驶载人飞行器,是亿航自创立之初一直以来的梦想与使命。虽然我们深知要实现这一梦想,会有无数的挑战,但我们会脚踏实地,持之以恒地探索下去。

 

与此同时,我们也非常欣慰地收到来自全世界各地关心、热爱亿航184的朋友的踊跃来信,他们中有卓越的飞行技术人才,有志同道合的合作伙伴,有建言献策的各领域专家学者,更有与你我一样对未来抱有同样飞行梦想的普通人。感谢你们的支持与鼓励,这是我们在攻克技术难关时,坚持探索下去的动力。

 

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诚然,这项工程的宏大与艰巨,并非一部简单的未来科幻小说堪比。要在未来实现这个愿景,离不开这个生态系统中的每一个重要角色通力合作,包括政策制定者、管理者、飞行器设计和生产厂商、应用服务商及合作伙伴。唯有大家携手合作,才能共同实现这个伟大的愿景。

 

我们希望这次坦诚地公开我们的技术研发阶段性成果,是一个良好的开端。日后无论成功与挫折,我们都会定期向外界公开“亿航184”项目的研发测试进展。我们将抱着更加开放的心态,期待并感谢更多合作伙伴的支持与合作,欢迎联系我们:aav@ehang.com