未来智能车的构想与设计

1、未来智能车的构想与设计作者姓名贾一帆 吴宙平 范士琦作者单位吉林大学汽车工程学院车辆工程卓越工程师班日期2010年11月26日摘要Abstract （中英文）本报告从车的发动机，底盘，车身和电气设备四个方面构想并简单设计了一款智能车，其重点在于该车的动力系统与悬架系统，对传感器与电脑也进行了简单布置。This report explains a thought and a simple design of a intelligent car, including engine, chassis, car body and electric facilities. The stresses ar

2、e the motive force system and the suspension.We also design the sensors and the computer generally.前言（Introduction）上一个报告我们对智能车应具有的功能和技术从交流，感觉，思考，行走和交通设施等方面进行阐述。在上一个报告所探讨的基础上，本报告将基于我们认为的智能车的功能，功用以及技术设计一款智能车的雏形。我们的设想在保证合理的工程约束和可行性的基础之上进行了一定的创新。我们将就发动机、底盘、车身和电气设备对这款智能车进行设计。本报告只谈设想，不涉及具体的制造方案。第一部分 发动机我们

3、决定采用四个独立的高压（约400V）电动机分别驱动四个车轮。用电动机作为动力除清洁，环保，体积小外还有许多优点，这在下一部分的论述中将凸显出来。我们对现当代电动机技术不甚了解，但我们要求所使用的电动机必须能够适应快慢不同的转速，转速变化范围广（因为我们不准备使用变速箱），而且扭矩大，以保证加速顺畅和各项动作的需要。高电压是为了适应用作动力的电动机功率大，能耗相对其它电机较高的特点。当然，这也对电池要求很高。普通的锂电池作电源的电动汽车续航里程在200公里以内。燃料电池成本高，易故障，而且大多只能用气体燃料。所以为了增加续航里程，我们决定在车身后方加一个小型燃气涡轮发动机，必要时为锂电池组充电以

4、增大续航里程。燃气涡轮发电机具有工作稳定，热效率高的特点，可以减少能量损失。另外，燃气轮机对燃料没有特殊的要求，只需稍加改动，就可以在汽油，乙醇等燃料之间变化。第二部分 底盘 我们本想采用Audi RSQ那样的电磁感应驱动的球形车轮以实现高灵活性，但经过论证之后，我们没有采用。这种车轮局限性很大比如不宜更换轮胎，成本高，而且轮胎与地面接触面积太小以至于抓地力不强，而且实现起来技术复杂。我们还是采用传统的圆柱形轮胎，但是我们的悬挂系统采用了高灵活性的设计。由于我们采用了四个独立的电动机来驱动每个车轮，电动机与车轮之间是直接的，刚性的连接，或者干脆说电动机使车轮的一部分，那我们就免去了复杂的传动系

5、统，也没有了许多单一动力源所带来的种种限制。传统汽车要想实现较好的四轮驱动，要有变速箱，差速器，传动轴，万向节等复杂的机械装置，不仅不易实现四个车轮上动力的最优分配，而且还限制了四个车轮的位置。每个车轮有一个电机，中央电脑可以动态的分配每个电动机的电压，非常灵敏迅速的适应各种情况，达到四轮动力的最优分配。传统的摩擦制动系统可以免去，当车轮电机通入反向电压时即实现制动。而且四个车轮的位置也不必固定，这就使车子能够更加灵活，适应各种路况。我们的设想是，像马的四肢那样的装置连接底盘与带有电机的轮子。具体地说是每个车轮及其电机连接着一个电控可伸缩的杆，这个杆的另一端通过电控液压装置可活动地连接在底盘上

6、。不管别的，舒适性首先得到了提升。车轮不再位于车子的正下方，竖直方向的颠簸不能直接传递给乘员，而是通过与车身成一定角度的连杆传递，这样竖直方向上的震动就很容易通过连杆与车身角度的轻微变化被吸收。此时减震器将不再需要垂直应用的螺旋弹簧，而是由四个可调扭矩的扭转弹簧和对应的阻尼装置组成。四根杆的长度，与车身倾角都动态地受电脑调节，从而适应各种地形，应对各种情况都比传统车轮固定汽车优秀许多。比如，要开上高出马路的人行道，可以缩短一个连杆升高一个轮子，形成一个短暂的三轮着地状态，将升高的轮子落在人行道上，其他轮子采用类似方法，避免了硬冲上去。停车时，四根连杆均缩到最短长度，轮子缩回到车身下方，与现当代

7、轿车的车轮位置相似。另外，由于我们采用了这种结构，那么对连杆与车身连接处以及车身整体强度都有很高的要求。承载式车身不能很好的满足这种设计，所以我们采用非承载式车身。用大梁来连接这四根连杆，车身不再承受来自四个方向时刻不同的压力，从而提高平稳性和安全性。以上两示意图为俯视图。左图：当行驶空间大或车辆高速行驶时，连杆伸长，与水平方向夹角减小以增大轮距和轴距，使车辆更加稳定。右图：当交通较拥堵或车辆低速行驶，路况复杂时，连杆缩短，与水平方向夹角适当增大以节省空间，使车辆更灵活。以上两示意图为主视图。左图：当路面凹凸不平时连杆伸长，与水平方向夹角增大以增大离地间隙，增大车辆通过性。右图：当路面平坦时，

8、连杆缩短，与水平方向夹角缩短以减小离地间隙，增强稳定性。上图为主视图，表示当车辆高速行驶时，连杆伸长，并且与水平方向夹角减小，使轮距变大，离地间隙变小，使车辆的高速稳定性提高，风阻系数降低。上图为主视图，表示车辆转弯时，外侧轮胎的连杆伸长，使车身倾斜向转弯中心一定角度，该角度由转弯半径和速度决定。通过支持力的水平分力提供转弯向心力，从而避免侧倾。以上两示意图为侧视图左图：车辆制动时前轮连杆伸长，以防止重心前移引起的车头下沉。右图：车辆急加速时后轮连杆伸长，以防止中心后移引起的车头上仰。第三部分 车身关于车身，我们准备采用传统的方式，采用两厢的结构，四门侧开，座椅分前后排。车顶采用硬顶全景天窗，

9、由于车辆前部不需要发动机舱，所以车鼻部分可以短些，以增大车内空间，扩大成员视野。车鼻内部用于放置电池组。车箱后方行李舱下方放置两个燃气轮发动机，排气管对称置于车身后部。车顶后方设置一个可自动调节长度，宽度与角度的扰流翼，以根据情况给车辆提供最佳的下压力与风阻系数。值得注意的是，智能车大部分时间都是自动驾驶，而如果保留方向盘，将会阻碍驾驶员的活动。但是方向盘是必须的，因为必须保持驾驶员对车辆的控制权。所以我们设计了一个可折叠的方向盘放置在前排左侧前端。仪表盘放置在车厢的前端中央，包括当前功率，电力剩余，时速，四轮转速。除了左侧驾驶员脚下有刹车踏板外，每名成员前方的操作面板都有一个醒目的制动按钮，

10、以应对突发事件。驾驶位除了具有普通汽车应有的功能外，还有手动调节四根连杆角度和长度的手柄。当然每名成员前方的操作面板都与主计算机连接，可以对主计算机下达命令或查看当前车辆驾驶模式，道路当前状态以及附近车辆信息等。没有了传统的发动机，很易实现前后重量50：50的分配(根据乘员在车厢中的位置调节连杆智能分配)，再加上四轮的智能驱动，转向过度与转向不足都可以很好的被解决。第四部分 电气设备由于我们的悬挂采用了这种连杆的结构，所以四个车轮处于车子的四个角。在四个车轮罩上分别安装短程传感器（毫米波雷达），随动大灯，转向灯，刹车灯，倒车灯，也安装在车轮罩上；高位刹车灯安装在后风挡上，雾灯安装在相当于散热格

11、栅两侧的位置。车顶前后各安装两个远程传感器（激光雷达）和两个照相机，左右后视镜分别安装两个盲点传感器。天线安装在车顶正后方。主计算机位于前风挡下方，以钢板保护并加散热片散热。但易于打开以解决各种问题并更新升级各硬件。传感器，车灯，车内空调，照明，电脑用一套低压电源（24V）。四个车轮电机，电力液压设备使用高压电源（约400V），低压电源由高压电源提供电力，高压电源由燃气轮机充电。自检程序将时刻感应车辆各部件工作情况，并将车辆各部分状态反馈给主计算机和驾驶员，出现问题将以警报的方式提醒驾驶员，当出现重大故障车辆无法自动驾驶时，将切换为手动驾驶，折叠的方向盘将自动展开。（当然驾驶员也可以随时选择手动驾驶）。报告结论（Concl