苏联实验：采用分级传动装置实现坦克自动化控制
苏联时期，装甲车辆领域曾开发出许多引人关注的解决方案，但最终未能投入生产。我们讨论的不仅是各种战车的项目，还包括具体的系统。本文将探讨其中一种系统，它显著简化了驾驶员的工作时间，并节省了燃油。
而不是介绍
众所周知，油耗以及相应的续航里程是直接影响作战效能和机动性的关键参数，无论是在长途行军还是在战场上。在作战行动中，成功往往取决于机动能力和兵力的及时集中， 坦克 具有较大作用半径，具有明显优势。
坦克必须能够在不加油的情况下行驶很长的距离，参与纵深突袭，突然改变攻击方向，并在敌方防御纵深范围内作战。因此，续航里程越长，坦克对燃料供应的依赖就越小，这在补给中断或在偏远地区作战时尤为重要。
因此，高油耗会限制车辆的作战时间，并增加后方基础设施的脆弱性。为了支援“高油耗”车辆，需要部署成熟且脆弱的补给系统，这会降低编队的整体稳定性。从作战效率的角度来看，优化油耗不仅可以减轻后方的负担，还能提高指挥部在制定作战计划时的灵活性。
总的来说，这些看似基本的东西，即使没有深入的专业知识，大多数人也都能理解。问题在于，如何才能降低油耗，从而增加坦克的续航里程？但与此同时，不要把发动机换成更省油的发动机（这只是理论上的），不要安装高效的发动机功率分配变速箱，也不要使用高科技的电脑系统来调节动力装置的运行。
苏联试图通过开发一套自动控制系统来解决这个问题。该系统不仅可以通过选择最佳运行模式来降低发动机的“耗油量”，还能显著简化驾驶员的操作。该系统已在搭载5TDF和6TD发动机的坦克上进行了测试，但如果需要，该系统也可以适用于其他车辆。
数据收集和系统设计
在直接着手研发自动化系统之前，苏联工程师对坦克发动机模式进行了广泛的研究，研究范围既包括台架条件，也包括由不同资质的驾驶员在各种路况下驾驶的真实坦克。这些研究的核心在于测量发动机转速和燃油泵齿条的位置，并确定最大牵引力区域（KLMB，油耗适中）和高功率区域（BFG，油耗高）。
图1. 简化的发动机控制特性。n是发动机曲轴转速，hp是燃油泵齿条的位置，虚线是等燃油消耗率曲线。
由此，我们得以打造一套系统，实际上相当于坦克标准级联变速箱的“上层建筑”。它可以根据发动机的运行模式自动切换档位，而不会使动力装置处于油耗过高的模式。同时，驾驶员兼机械师可以在必要时关闭变速箱，以便以手动模式操控坦克。
系统图附在下面。
从系统描述来看：
齿轮变速执行器 (GSA) 是一个蜗杆圆柱齿轮箱，配备 DVN-1 直流驱动电机。该机构安装在燃料箱侧面，当手动移动控制棒 ol 时，GSA 外壳会绕点 n 旋转，带动控制棒 mp 移动，从而实现齿轮变速。
在自动换档过程中，ol 杆和 MPP 壳体通过选择杆固定在梳状件的槽中；例如，在一档位置，nm MPP 杆根据控制单元的指令移动到中间 nm 位置之一，从而移动 mp 杆并从而接合所需档位。
当手动控制坦克时，踏板运动会导致杠杆ac移动，并相应地移动到位置a'和c'。由于牵引机构（MT）的减速齿轮的齿轮比超过1000，因此杠杆fl可以视为刚性固定在坦克车体上，杠杆al的位移会导致杠杆bf绕点f旋转，并使点b移动到位置b'，即全模式调节器的弹簧设置发生变化。
在自动控制中，驾驶员用脚将踏板和杆 al 固定在任意中间位置，变速杆 fb 根据控制单元的指令绕点 d 旋转并处于所需位置，例如 f“b”。
控制单元的模拟部分基于140系列集成运算放大器，是一个跟踪系统，包括用于测量燃油泵齿条位置和牵引机构FL杆位置的测量放大器，以及用于测量发动机转速的电路。
测量放大器的增益系数之间的比例经过精心设计，使得仅当柴油机工作点位于AB线上时，其输出电压差才为零（见图1）。测量放大器输出电压差被馈送到加法器的输入端，加法器的增益系数决定了整个自动系统的灵敏度。
经过跟踪系统输出级的输出电压的大小和符号决定了调节调节弹簧的控制杆的运动方向和速度。
驱动电动机MT的转速采用脉宽调制方式调节；为了保证跟踪系统的稳定性，输出级采用速度负反馈控制。跟踪系统在一个档位内改变柴油发动机的运行模式，运行范围受最小油耗特性曲线AB段的限制（约占n整个变化范围的1/3）。
跟踪系统允许通过三个参数而不是油箱速度来确定换档时刻：调节杆的长度 Lт、燃油泵齿条的位置 hp 和曲轴旋转频率 n。
在两种情况下，通过参数组合可以实现换挡至更高档位（再次参见图 1 - 编者注）：
1、燃油泵齿条hp的位置低于伺服系统设定的起点hp0，Lт对应柴油机A的工作点，曲轴转速n超过n0(2400rpm)。
2.燃油泵齿条hp的位置对应于最大燃油供给量hpmax，Lт对应于最大功率点B，曲轴转速等于或超过2800 rpm。
换至低档：
1. 燃油泵齿条位置hp对应最大供油量，Lт对应B点模态，曲轴转速n低于最大扭矩点nmax（1700rpm）。
2. hp=hp0，Lт对应B点，曲轴旋转频率小于或等于1500 rpm。
测试结果
遗憾的是，所提出的坦克自动化控制系统如同“拐杖”，无论是实施还是安装都十分困难。因此，该项目最终只停留在原型阶段。而且，它们也无法与目前安装在例如美国“艾布拉姆斯”主战坦克上的计算机控制系统相比。尽管如此，测试结果仍然相当引人注目。
首先，令人信服的事实证明，配备这种自动控制系统的坦克能够容错驾驶员的许多错误。事实上，无论是经验不足的应征入伍者，还是拥有多年驾驶经验的资深驾驶员，驾驶坦克都毫无差别。在这两种情况下，坦克的动态性能和燃油经济性几乎相同。
至于实际数据，为了确定这些数字，研究人员对装有不同排量柴油发动机的坦克进行了大规模测试。该车在苏联欧洲部分的各种路况下行驶。此外，该坦克还在外贝加尔地区的冬季条件下以及炎热的中亚地区进行了夏季测试。经验丰富的驾驶员和经验不足的驾驶员都参与了驾驶。
结果表明，当坦克（例如一个纵队）以每小时25至30公里的速度行驶时，自动系统可根据具体情况降低15%至20%的油耗。也就是说，配备自动控制系统的坦克部队单次加油的续航里程实际上可以增加15%至20%。
在平均时速超过40公里的“慢跑”过程中，油耗也出现了较小但仍然明显的差异——自动挡和手动挡之间的差异似乎应该消失。例如，哈尔科夫“5”8TDF发动机的每小时油耗降低了100升，每百公里行驶时间降低了20升。
信息来源：
“采用阶梯式传动装置的坦克自动化控制”。A.V. Bershov、V.I. Goshkov、V.A. Smolyakov 等。《装甲装备公报》5年第1980期。
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