1、未來智能車的構想與設計作者姓名賈一帆 吳宙平 范士琦作者單位吉林大學汽車工程學院車輛工程卓越工程師班日期2010年11月26日摘要Abstract （中英文）本報告從車的發動機，底盤，車身和電氣設備四個方面構想并簡單設計了一款智能車，其重點在于該車的動力系統與懸架系統，對傳感器與電腦也進行了簡單布置。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）上一個報告我們對智能車應具有的功能和技術從交流，感覺，思考，行走和交通設施等方面進行闡述。在上一個報告所探討的基礎上，本報告將基于我們認為的智能車的功能，功用以及技術設計一款智能車的雛形。我們的設想在保證合理的工程約束和可行性的基礎之上進行了一定的創新。我們將就發動機、底盤、車身和電氣設備對這款智能車進行設計。本報告只談設想，不涉及具體的制造方案。第一部分 發動機我們

3、決定采用四個獨立的高壓（約400V）電動機分別驅動四個車輪。用電動機作為動力除清潔，環保，體積小外還有許多優點，這在下一部分的論述中將凸顯出來。我們對現當代電動機技術不甚了解，但我們要求所使用的電動機必須能夠適應快慢不同的轉速，轉速變化范圍廣（因為我們不準備使用變速箱），而且扭矩大，以保證加速順暢和各項動作的需要。高電壓是為了適應用作動力的電動機功率大，能耗相對其它電機較高的特點。當然，這也對電池要求很高。普通的鋰電池作電源的電動汽車續航里程在200公里以內。燃料電池成本高，易故障，而且大多只能用氣體燃料。所以為了增加續航里程，我們決定在車身后方加一個小型燃氣渦輪發動機，必要時為鋰電池組充電以

4、增大續航里程。燃氣渦輪發電機具有工作穩定，熱效率高的特點，可以減少能量損失。另外，燃氣輪機對燃料沒有特殊的要求，只需稍加改動，就可以在汽油，乙醇等燃料之間變化。第二部分 底盤 我們本想采用Audi RSQ那樣的電磁感應驅動的球形車輪以實現高靈活性，但經過論證之后，我們沒有采用。這種車輪局限性很大比如不宜更換輪胎，成本高，而且輪胎與地面接觸面積太小以至于抓地力不強，而且實現起來技術復雜。我們還是采用傳統的圓柱形輪胎，但是我們的懸掛系統采用了高靈活性的設計。由于我們采用了四個獨立的電動機來驅動每個車輪，電動機與車輪之間是直接的，剛性的連接，或者干脆說電動機使車輪的一部分，那我們就免去了復雜的傳動系

5、統，也沒有了許多單一動力源所帶來的種種限制。傳統汽車要想實現較好的四輪驅動，要有變速箱，差速器，傳動軸，萬向節等復雜的機械裝置，不僅不易實現四個車輪上動力的最優分配，而且還限制了四個車輪的位置。每個車輪有一個電機，中央電腦可以動態的分配每個電動機的電壓，非常靈敏迅速的適應各種情況，達到四輪動力的最優分配。傳統的摩擦制動系統可以免去，當車輪電機通入反向電壓時即實現制動。而且四個車輪的位置也不必固定，這就使車子能夠更加靈活，適應各種路況。我們的設想是，像馬的四肢那樣的裝置連接底盤與帶有電機的輪子。具體地說是每個車輪及其電機連接著一個電控可伸縮的桿，這個桿的另一端通過電控液壓裝置可活動地連接在底盤上

6、。不管別的，舒適性首先得到了提升。車輪不再位于車子的正下方，豎直方向的顛簸不能直接傳遞給乘員，而是通過與車身成一定角度的連桿傳遞，這樣豎直方向上的震動就很容易通過連桿與車身角度的輕微變化被吸收。此時減震器將不再需要垂直應用的螺旋彈簧，而是由四個可調扭矩的扭轉彈簧和對應的阻尼裝置組成。四根桿的長度，與車身傾角都動態地受電腦調節，從而適應各種地形，應對各種情況都比傳統車輪固定汽車優秀許多。比如，要開上高出馬路的人行道，可以縮短一個連桿升高一個輪子，形成一個短暫的三輪著地狀態，將升高的輪子落在人行道上，其他輪子采用類似方法，避免了硬沖上去。停車時，四根連桿均縮到最短長度，輪子縮回到車身下方，與現當代

7、轎車的車輪位置相似。另外，由于我們采用了這種結構，那么對連桿與車身連接處以及車身整體強度都有很高的要求。承載式車身不能很好的滿足這種設計，所以我們采用非承載式車身。用大梁來連接這四根連桿，車身不再承受來自四個方向時刻不同的壓力，從而提高平穩性和安全性。以上兩示意圖為俯視圖。左圖：當行駛空間大或車輛高速行駛時，連桿伸長，與水平方向夾角減小以增大輪距和軸距，使車輛更加穩定。右圖：當交通較擁堵或車輛低速行駛，路況復雜時，連桿縮短，與水平方向夾角適當增大以節省空間，使車輛更靈活。以上兩示意圖為主視圖。左圖：當路面凹凸不平時連桿伸長，與水平方向夾角增大以增大離地間隙，增大車輛通過性。右圖：當路面平坦時，

8、連桿縮短，與水平方向夾角縮短以減小離地間隙，增強穩定性。上圖為主視圖，表示當車輛高速行駛時，連桿伸長，并且與水平方向夾角減小，使輪距變大，離地間隙變小，使車輛的高速穩定性提高，風阻系數降低。上圖為主視圖，表示車輛轉彎時，外側輪胎的連桿伸長，使車身傾斜向轉彎中心一定角度，該角度由轉彎半徑和速度決定。通過支持力的水平分力提供轉彎向心力，從而避免側傾。以上兩示意圖為側視圖左圖：車輛制動時前輪連桿伸長，以防止重心前移引起的車頭下沉。右圖：車輛急加速時后輪連桿伸長，以防止中心后移引起的車頭上仰。第三部分 車身關于車身，我們準備采用傳統的方式，采用兩廂的結構，四門側開，座椅分前后排。車頂采用硬頂全景天窗，

9、由于車輛前部不需要發動機艙，所以車鼻部分可以短些，以增大車內空間，擴大成員視野。車鼻內部用于放置電池組。車箱后方行李艙下方放置兩個燃氣輪發動機，排氣管對稱置于車身后部。車頂后方設置一個可自動調節長度，寬度與角度的擾流翼，以根據情況給車輛提供最佳的下壓力與風阻系數。值得注意的是，智能車大部分時間都是自動駕駛，而如果保留方向盤，將會阻礙駕駛員的活動。但是方向盤是必須的，因為必須保持駕駛員對車輛的控制權。所以我們設計了一個可折疊的方向盤放置在前排左側前端。儀表盤放置在車廂的前端中央，包括當前功率，電力剩余，時速，四輪轉速。除了左側駕駛員腳下有剎車踏板外，每名成員前方的操作面板都有一個醒目的制動按鈕，

10、以應對突發事件。駕駛位除了具有普通汽車應有的功能外，還有手動調節四根連桿角度和長度的手柄。當然每名成員前方的操作面板都與主計算機連接，可以對主計算機下達命令或查看當前車輛駕駛模式，道路當前狀態以及附近車輛信息等。沒有了傳統的發動機，很易實現前后重量50：50的分配(根據乘員在車廂中的位置調節連桿智能分配)，再加上四輪的智能驅動，轉向過度與轉向不足都可以很好的被解決。第四部分 電氣設備由于我們的懸掛采用了這種連桿的結構，所以四個車輪處于車子的四個角。在四個車輪罩上分別安裝短程傳感器（毫米波雷達），隨動大燈，轉向燈，剎車燈，倒車燈，也安裝在車輪罩上；高位剎車燈安裝在后風擋上，霧燈安裝在相當于散熱格

11、柵兩側的位置。車頂前后各安裝兩個遠程傳感器（激光雷達）和兩個照相機，左右后視鏡分別安裝兩個盲點傳感器。天線安裝在車頂正后方。主計算機位于前風擋下方，以鋼板保護并加散熱片散熱。但易于打開以解決各種問題并更新升級各硬件。傳感器，車燈，車內空調，照明，電腦用一套低壓電源（24V）。四個車輪電機，電力液壓設備使用高壓電源（約400V），低壓電源由高壓電源提供電力，高壓電源由燃氣輪機充電。自檢程序將時刻感應車輛各部件工作情況，并將車輛各部分狀態反饋給主計算機和駕駛員，出現問題將以警報的方式提醒駕駛員，當出現重大故障車輛無法自動駕駛時，將切換為手動駕駛，折疊的方向盤將自動展開。（當然駕駛員也可以隨時選擇手動駕駛）。報告結論（Concl