


大多数人看到的只是四个普利司通卡车气囊,而设计师兼 Velodyne 首席执行官 David Hall 却看到了稳定船只应对颠簸波浪的方法。为了建造一艘名为“Martini 1.5”的自稳定船,Hall 修改了气囊,创造了一个复杂的悬挂系统,以保持甲板稳定。气囊充当气动系统中的执行器,允许调整甲板上重量的变化,同时还容纳了一组 4 个直流伺服电机,这些电机根据下方波浪的运动来稳定甲板。但 Martini 1.5 的首席工程师兼船长 Steven Shonk 表示,高科技的诀窍并不在于机械系统,而在于软件,软件必须跟踪甲板在空间中的位置,并发送实时指令来补偿波浪的作用。
“将所有东西整合起来并编写软件非常具有挑战性,”Shonk 说。“这是一个主动悬挂系统,可以自动调整以适应波浪——它不是一个被动系统。”

该操作的计算机“大脑”位于甲板上——线性加速度计和三轴陀螺仪将空间信息发送到一个名为现场可编程门阵列 (FPGA) 的现成 Altera 计算机芯片。FPGA 向一对电机控制器发送指令,每个控制器控制一个直接驱动直流伺服电机,该电机安装在 4 个气囊执行器的顶部,气囊执行器固定在甲板的前后。这些电机是主要执行者,不断地通过气囊驱动丝杠,通过一组腿升降甲板,并将其连接到浮筒上。浮筒会随着波浪的运动而起伏滚动,但丝杠的连续运动会向上推甲板,防止其随着浮筒下沉到波谷中。
“它正在主动、快速、持续地进行调整,以保持甲板水平,”Shonk 说。
除了电子控制的伺服电机外,还有一个气动稳定系统,用于应对甲板上方压力变化的情况,例如人员移动或货物堆放导致船上重量分布发生变化。一个 125 psi 的泵会为蓄压器供气,然后再为气囊供气。因此,例如,如果有 3 名船员,总重 500 磅,聚集在船的一侧收起螃蟹笼,蓄压器会在他们下方提供几磅的压力,以保持表面水平。
一次穿过旧金山湾的试乘体验,当时湾区因渡轮和货船而波涛汹涌,表明 Hall 的船只改造实验是成功的。我们在 Martini 1.5 上以大约 30 英里/小时的速度航行,最高时速达到 38 英里/小时。虽然 37 英尺船上的风、噪音和寒冷并没有让我感到舒适到可以喝一杯马提尼,但无疑可以在船上优雅地饮酒而不洒出来。而旁边同样穿行在波浪中的普通 Velodyne 追逐船则不然,它会颠簸拍打。Shonk 估计,如果没有这个悬挂系统,他将需要以大约 12 英里/小时的速度在相对颠簸的海面上驾驶这艘船。
这对容易晕船的人来说是个好消息,晕船是一种医生尚未完全理解的现象。目前普遍的理论是,船上颠簸的运动会迷惑大脑,因为眼睛的视觉数据与控制平衡的内耳前庭系统发出的信号发生冲突。例如,因为我们坐着,却又被波浪不可预测地颠簸,大脑将这些混乱的信号解释为一切正常的迹象,并以一阵阵的恶心作为回应。无论原因是什么,不适和呕吐都是真实存在的——但在 Martini 1.5 上,即使是容易晕船的人,例如 Velodyne 工程师 Andrew White,他在最近乘坐普通追逐船时两次呕吐,感觉也很好。
设计师 Hall 不仅仅考虑晕船问题。Hall 创立 Velodyne 是作为一家专注于低音炮的高端音响公司,而他的激光雷达系统则使用脉冲激光生成世界的实时 3D 模型,现在已被包括谷歌自动驾驶汽车在内的众多汽车和卡车制造商使用。
Hall 最初看到小型游艇在海湾中与浪涛搏斗时,就产生了主动船只悬挂的想法。但 Velodyne 也在开发更大尺寸的 40 英尺和 48 英尺的船型,将具有商业应用——Shonk 预计这些船型将在大约一年内上市,但他不愿估计价格。作为大型游艇在开阔海域的附加船,自稳定船将非常有帮助。在为石油钻井平台或海上风电场装载人员和货物等危险工作提供支持的船只上,稳定的甲板会更安全。第三种版本将为搜救任务定制。Hall 和 Velodyne 押注未来的航海者将愿意支付高价来换取在公海上的更高稳定性,无论最终目标是缓解恶心、装载货物,还是仅仅享用一杯鸡尾酒。