1、智能汽车技术研究1智能汽车技术研究唐廷江智能汽车技术研究21 智能汽车 .21.1 概述 21.2 基本结构 31.3 发展预测 32.无人驾驶汽车技术 .42.1 发展前景 42.2 无人驾驶技术 42.2.1 关键技术 .42.2.2 现有技术 .52.2.3 将采用的技术 .52.3 当今主要无人驾驶汽车举例 52.3.1 英国版：像外星飞船 .52.3.2 法国版：巡航导弹技术 .72.3.3 德国版：像普通轿车 .72.3.4 谷歌版：无人驾驶汽车 .83 汽车导航系统 .93.1 基本组成 103.2 基本功能 103.3GPS 工作原理 .113.4 发展趋势 123.5 主流产
2、品 133.5.1 产品核心功能: 134.新能源汽车技术 .144.1 太阳能汽车 144.1.1 产品特色 .144.1.2 工作原理 .154.1.2.1 电池方阵 164.1.2.2 控制系统 174.1.3 功能配置 .174.1.3.1 电力系统 174.1.3.1 发动机控制器 184.1.3.3 驱动轮 184.1.3.4 机械系统 194.1.3.5 空气动力 20智能汽车技术研究34.1.3.6 蓄电池 214.2 纯电动汽车 224.2.1 国内发展情况 .224.2.2 国外发展情况 .224.2.3 核心技术 .234.2.4 自身优势 .264.2.4.1 无污染、
3、噪声小 264.2.4.2 单一的电能源 264.2.4.3 结构简单，维修方便 264.2.4.4 能量转换效率高 274.2.4.5 平抑电网的峰谷差 274.3 空气动力汽车 274.3.1 设计与理念 .274.3.2 工作原理 .284.3.3 发展前景 .295 飞行汽车 .295.1 系统研制 305.2 成功案例 305.2.1Avrocar .305.2.2AirCar .305.2.3X-Hawk 315.2.4PAL-V 335.3 中国首辆 356 总结 .35智能汽车技术研究41 智能汽车1.1 概述智能车辆是一个集环境感知、规划决策、多等级辅助驾驶等功能于一体的综合
4、系统，它集中运用了计算机、现代传感、信息融合、通讯、人工智能及自动控制等技术，是典型的高新技术综合体。目前对智能车辆的研究主要致力于提高汽车的安全性、舒适性，以及提供优良的人车交互界面。近年来，智能车辆己经成为世界车辆工程领域研究的热点和汽车工业增长的新动力，很多发达国家都将其纳入到各自重点发展的智能交通系统当中。智能汽车与一般所说的自动驾驶有所不同，它指的是利用多种传感器和智能公路技术实现的汽车自动驾驶。智能汽车首先有一套导航信息资料库，存有全国高速公路、普通公路、城市道路以及各种服务设施(餐饮、旅馆、加油站、景点、停车场) 的信息资料；其次是GPS 定位系统，利用这个系统精确定位车辆所在的
5、位置，与道路资料库中的数据相比较，确定以后的行驶方向；道路状况信息系统，由交通管理中心提供实时的前方道路状况信息，如堵车、事故等，必要时及时改变行驶路线；车辆防碰系统，包括探测雷达、信息处理系统、驾驶控制系统 ，控制与其他车辆的距离，在探测到障碍物时及时减速或刹车，并把信息传给指挥中心和其他车辆；紧急报警系统，如果出了事故，自动报告指挥中心进行救援；无线通信系统，用于汽车与指挥中心的联络；自动驾驶系统，用于控制汽车的点火、改变速度和转向等。1.2 基本结构从具体和现实的方面来看，目前，智能汽车较为成熟的和可预期的功能和系统主要是包括智能驾驶系统、生活服务系统、安全防护系统、位置服务系统以及用车
6、服务系统等，各个参与企业也主要是围绕上述这些功能系统进行发展的。这其中，各个系统实际上又包括一些细分的系统和功能，比如智能驾驶系统就是一个大的概念，也是一个最复杂的系统，它包括了：智能传感系统、智能计算机系统、辅助驾驶系统、智能公交系统等；生活服务系统包括了影音娱乐，信息查询以及各类生物服务等功能；而像位置服务系统，除了要能提供准确的车辆定位功能外，智能汽车技术研究5还要让汽车能与另外的汽车实现自动位置互通，从而实现约定目标的行驶目的。智能汽车有了这些系统的共同作用，相当于给汽车装上了“眼睛” 、“大脑 ”和“ 脚” 的电视摄像机、电子计算机和自动操纵系统之类的装置。这些装置都装有非常复杂的电
7、脑程序，所以这种汽车能和人一样会“思考 ”、“ 判断”、“ 行走”，可以自动启动、加速、刹车，可以自动绕过地面障碍物。在复杂多变的情况下，它的“ 大脑” 能随机应变，自动选择最佳方案，指挥汽车正常、顺利地行驶。1.3 发展预测（1）和汽车驾驶相关的数字化创新将主要由汽车厂商和一级零部件供应商主导。（2）汽车无人驾驶技术在未来 5-8 年内将难以大规模推广应用。（3）汽车厂商仍将对车载应用软件(Apps)保持谨慎的态度。（4）IT 和电子消费品厂商将更加完善人机互动技术(HMI) ，这将提升消费者对汽车内 HMI 的预期。（5）汽车行业的数量规模不到 IT 消费品行业的 5%，在娱乐互动类技术创
8、新上相对较弱，但汽车企业仍然具有较强的谈判能力。（6）消费者将不愿意为车内的数据信息和 Apps 额外付费。（7）未来仅仅豪华品牌能支持完全独立的娱乐互动系统(飞行驾驶舱模式) ，但通常客户体验不是非常好;采用独立第三方软硬件商业模式是各非豪华品牌主要策略。（8）汽车厂商将沿数字化的价值链上下游进一步延伸不断创新商业模式和业务类型。2.无人驾驶汽车技术2.1 发展前景不少国家在开发无人驾驶汽车技术。这样的汽车并非科幻电影中的道具，英国 2010 年就在部分机场投放这种无人驾驶汽车。在不久的将来，英国政府将修建专门的无人驾驶汽车公路：或者在一般公路上开辟无人驾驶汽车快速通道。有关专家表示，在解决
9、城市交通问题上，无人驾驶汽车因不用司机而成本更低，而且这些汽车采用电力驱动，更加环保。无人驾驶汽车可和城市交通指挥中心联网，选择最好的路线，有效避免塞车。智能汽车技术研究62.2 无人驾驶技术2.2.1 关键技术无人驾驶汽车开发的关键技术主要有两个方面：车辆定位和车辆控制技术。这两方面相辅相成共同构成无人驾驶汽车的基础。（1）车辆定位技术，目前车辆定位常用的技术包括磁导航和视觉导航等。（2）车辆控制技术，目前常用的方法是经典的智能 PD 算法，例如模湖 PD、神经网络 PD 等。除以上两个方面，无人驾驶汽车作为智能交通系统的一部分，还需要一些其它相关技术的支持，如车辆调度系统、通讯系统和人机交
10、互系统等，最终得以实现整个交通系统的高效、安全。2.2.2 现有技术1、防抱死制动系统，防抱死制动系统其实就算无人驾驶系统。该系统可以监控轮胎情况，了解轮胎何时即将锁死，并及时做出反应。而且反应时机比驾驶员把握得更加准确。防抱死制动系统是引领汽车工业朝无人驾驶方向发展的早期技术之一。2、另一种无人驾驶系统是牵引或稳定控制系统。牵引和稳定控制系统与防抱死制动系统不同的是，这些系统非常复杂，各系统会协调工作防止车辆失控。3、自动泊车系统是无人驾驶技术的另一大成就。通过该系统，车辆可以向驾驶员那样观察周围环境，及时做出反应并安全地从 A 点行驶到 B 点。2.2.3 将采用的技术1、雷达高端汽车已经
11、配备雷达，可跟踪附近物体。比如梅赛德斯的 Distronic Plus 是一种事故避免系统，在保险杠旁安装有传感装置，当检测到东西出现在汽车盲点时发出警告。2、车道保持安装在挡风玻璃上的照相机可识别车道标志线。如果汽车意外离开自己的车道，方向盘会通过短暂振动提醒驾驶者。3、激光雷达 Google 采用 Velodyne 公司的车顶光探测和测距系统，包括 64 束激光，以每分钟 900 转的速度向上发射，形成点云，赋予汽车 360 度视野。4、红外照相机梅赛德斯的夜视辅助系统采用两盏头灯向前方道路发射不可见的红外光。安装在挡风玻璃上的照相机监测红外信号，将标注出危险区域的图像显示到仪表盘上。智能
12、汽车技术研究75、立体视觉梅赛德斯一款概念车用两台安装在挡风玻璃上的照相机构成前方道路的实时 3D 图像，发现潜在危险，比如行人、自行车，并预计其走向。6、GPS/惯性测量自动汽车必须知道自己开往何处。Google 结合Applanix 的定位系统、Google 地图和 GPS 判断汽车方位。7、车轮计速安装在轮子上的传感器通过转速测量汽车行驶的速度。2.3 当今主要无人驾驶汽车举例2.3.1 英国版：像外星飞船一些人在英国伦敦希斯罗机场亲眼目睹了许多辆无人驾驶汽车“优尔特拉 ”自动驶离、抵达车站的奇妙场景。一辆辆车子鱼贯而出，几乎毫无噪音，一切都显得井然有序。这种汽车由英国的先进交通系统公司
13、和布里斯托尔大学联合研制，并将于 2010 年投放希斯罗机场作为出租车运送旅客。这种汽车可能会让阻塞交通、汽油味难闻、拥挤不堪的公共汽车变成一种过时的交通工具。这种超前的独立舱没有驾驶员、也没有喋喋不休的谈话声伴随你的旅途，只有一个装在墙上的按钮按钮旁边写着“开始” 。图 1 英国无人驾驶汽车该无人驾驶汽车有 4 个座位，形状似气泡，看起来就像一艘外星人飞船：这种汽车依靠电池产生动力，而且乘客可以通过触摸屏来选择他们的目的地。它们的时速可达 40 千米，而且会自动沿着其狭长的道路系统行使。一旦乘客选择好了目的地，控制系统会记录下要求，并向汽车发送一条信息。随后汽车会遵循一条电子传感路智能汽车技
14、术研究8径前进。在旅程期间，如果需要的话，乘客可以按下一个按钮和控制人员通话。研究人员设想，到达希斯罗机场的乘客下飞机后，拿好行李并来到无人驾驶汽车的泊位。乘客使用智能卡和汽车上的触摸屏选择好目的地。只需等待 10 秒钟，无人驾驶汽车就会带乘客启程。一路上汽车自动适时选择刹车、变换速度，应对交通高峰和出现障碍物等情况。它会中途不停车把乘客送回家并停好车。乘客到家后，只需把车子停在那里自行离开就好了。这种无人驾驶汽车要么就停在那里，要么就会被控制中心调度到其他需要用车的地方。控制中心保证每一辆无人驾驶汽车沿着一条路线行驶，确保它们之间不会发生撞车。英国利兹大学运输研究所的保罗菲尔曼担心这款汽车潜
15、在的“ 非人性化” 的影响。但是，他也相信，新款无人驾驶汽车的出现可能标志着公共交通新时代的到来。2.3.2 法国版：巡航导弹技术法国 INRIA 公司花费十年心血研制出“赛卡博 ”(Cycab)无人驾驶汽车，外形看起来像未来的高尔夫球车。图 2 法国无人驾驶汽车该车使用类似于给巡航导弹制导的全球定位技术，通过触摸屏设定路线，“ 赛卡博” 就能把你带到想要去的地方了。只不过给“赛卡智能汽车技术研究9博”带路的 全球定位系统要比普通的全球定位系统功能强大许多。普通 GPS 系统的精度只能达到几米，而“赛卡博”却装备了名为“ 实时运动 GPS”的特殊 GPS 系统，其精良高达 1 厘米。这款无人驾
16、驶汽车装有充当“眼睛” 的激光传感器能够避开前进道路上的障碍物，还装有双镜头的摄像头，来按照路标行驶，人们甚至可以通过手机控嗣驾驶汽车，每一辆无人驾驶汽车都能通过互联网来进行通信，这意味着这种无人驾驶汽车之间能够做到信息共享，这样多辆无人驾驶汽车能够组成车队，以很小的间隔顺序行驶。该车也能通过交通网络获取实对交通信息，防止交通阻塞的发生在行驶过程中，该车还会自动发出警告，提醒过往行人注意。2.3.3 德国版：像普通轿车在德国汉堡一家公司应用先进的激光传感技术把无人驾驶汽车变成了现实：这辆无人驾驶智能汽车名为“ 路图 3 德国无人驾驶汽车克斯”(Lux) ，由普通轿车改装而成，可以在错综复杂的城
17、市公路系统中无人驾驶。这归功于车内安装的无人驾驶设备，包括激光摄像机、全球定位仪和智能计算机。在行驶过程中，车内安装的全球定位仪将随时获取汽车所在准确方位。隐藏在前灯和尾灯附近的激光摄像机随时探测汽车周围180 米内的道路状况，并通过全球定位仪路面导航系统构建三维道路模型。此外，它还能识别各种交通标志，保证汽车在遵守交通规智能汽车技术研究10则的前提下安全行驶。安装在汽车后备箱内的计算机将汇总、分析两组数据，并根据结果向汽车传达相应的行驶命令。激光扫描器能够探测路标并提醒是否有车离开车道。在激光扫描器的帮助下，无人汽车便可以实现自行驾驶：如果前方突然出现汽车，它会自动刹车：如果路面畅通无阻，它
18、会选择加速；如果有行人进入车道，它也能紧急刹车。此外，它也会自行绕过停靠的其他车辆。2.3.4 谷歌版：无人驾驶汽车该项目是塞巴斯蒂安-特龙（Sebastian Thrun）的智慧结晶，这位43 岁的斯坦福大学人工智能实验室的主任是谷歌工程师和谷歌街景地图服务的创造者之一。图 4 谷歌无人驾驶汽车2005 年，他领导一个由斯坦福学生和教师组成的团队设计出了斯坦利机器人汽车，该车在由美国国防部高级研究计划局（DARPA）举办的第二届“挑战”（Grand Challenge）大赛中夺冠，该车在沙漠中行驶超过 132 英里（212.43 公里），因此赢得了由五角大楼颁发的 200 万美元奖金。而且，
19、这一支由 15 位工程师组成的团队继续投身于此项目。另外，谷歌聘请了至少 12 人，并且这些人均没有不良驾驶记录，这部分员工坐在主驾座上以观察汽车行驶状况，他们每小时的薪酬为 15 美元或者更多。谷歌在此项目中使用了六辆普锐斯和一辆奥迪 TT。谷歌无人驾驶汽车已经行驶超过 20 万英里。技术人员表示：谷歌无人驾驶汽车通过摄像机、雷达传感器和激光测距仪来“看到” 其他智能汽车技术研究11车辆，并使用详细的地图（我们通过手动驾驶车辆收集而来）来进行导航。我们的手动驾驶车辆收集来的信息是如此巨大，我们必须将这些信息进行处理转换，谷歌数据中心将这一切变成了可能，它的数据处理能力是如些强大。所面临的难题
20、是自动驾驶汽车和人驾驶的汽车如何共处而不引起交通事故的问题。2012 年 4 月 1 日，Google 决定联合 NASCAR，将自己的无人驾驶汽车跟真正的赛车一起比试比试，证明机器人比人类驾车技术要高。不过在正式加入 NASCAR 之前，他们的无人驾驶汽车还需要经过各种检测才能最终驶向 NASCAR 的赛道。3 汽车导航系统3.1 基本组成 汽车 GPS 导航系统由两部分组成：一部分由安装在汽车上的 GPS 接收机和显示设备组成；另一部分由计算机控制中心组成，两部分通过定位卫星进行联系。计算机控制中心是由机动车管理部门授权和组建的，它负责随时观察辖区内指定监控的汽车的动态和交通情况，示意图如
21、图 5：图 5 GPS 导航示意图3.2 基本功能 整个汽车导航系统起码有两大功能： 智能汽车技术研究12一个是汽车踪迹监控功能，只要将已编码的 GPS 接收装置安装在汽车上，该汽车无论行驶到任何地方都可以通过计算机控制中心的电子地图上指示出它的所在方位。汽车导航系统框图如下：图 6 汽车导航系统框图另一个是驾驶指南功能，车主可以将各个地区的交通线路电子图 存储在软盘上，只要在车上接收装置中插入软盘，显示屏上就会立即显示出该车所在地区的位置及目前的交通状态，既可输入要去的目的地，预先编制出最佳行驶路线，又可接受计算机控制中心的指令，选择汽车行驶的路线和方向。 导航系统的显示屏是一个地图画面，输
22、入目的地后，一个红色的箭头指示汽车要走的方向。接下来，导航系统的地图变 成了立体地图，让人一目了然，到了该拐弯的时候，有声音提醒。新导航系统更加先进，在停车场行走的时候可以告诉司机哪里有停车位，前面的行车路线哪里堵车，塞车有多远，如果改变路线的话应该走哪条路。 3.3GPS 工作原理24 颗 GPS 卫星在离地面 1 万 2 千公里的高空上，以 12 小时的周期环绕地球运行，使得在任意时刻，在地面上的任意一点都可以同时观测到 4 颗以上的卫星，示意图如图 6：智能汽车技术研究13图 7 GPS 卫星示意图由于卫星的位置精确可知，在 GPS 观测中，我们可得到卫星到接收机的距离，利用三维坐标中的
23、距离公式，利用 3 颗卫星，就可以组成 3 个方程式，解出观测点的位置（X,Y,Z） 。考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差，实际上有 4 个未知数，X、Y 、Z 和钟差，因而需要引入第 4 颗卫星，形成 4 个方程式进行求解，从而得到观测点的经纬度和高程。事实上，接收机往往可以锁住 4 颗以上的卫星，这时，接收机可按卫星的星座分布分成若干组，每组 4 颗，然后通过算法挑选出误差最小的一组用作定位，从而提高精度。由于卫星运行轨道、卫星时钟存在误差，大气对流层、电离层对信号的影响，以及人为的 SA 保护政策，使得民用 GPS 的定位精度只有 100 米。为提高定位精度，普遍采用差分 GPS(D
24、GPS）技术，建立基准站（差分台）进行 GPS 观测，利用已知的基准站精确坐标，与观测值进行比较，从而得出一修正数，并对外发布。接收机收到该修正数后，与自身的观测值进行比较，消去大部分误差，得到一个比较准确的位置。实验表明，利用差分 GPS，定位精度可提高到5 米。车用导航系统主要由导航主机和导航显示终端两部分构成。内置的 GPS 天线会接收到来自环绕地球的 24 颗 GPS 卫星中的至少 3智能汽车技术研究14颗所传递的数据信息，由此测定汽车当前所处的位置。导航主机通过 GPS 卫星信号确定的位置坐标与电子地图 数据相匹配，便可确定汽车在电子地图中的准确位置。在此基础上，将会实现行车导航、路
25、线推荐、信息查询、播放AV/TV 等多种功能。驾驶者只须通过观看显示器上的画面、收听语音提示，操纵手中的遥控器即可实现上述功能，从而轻松自如地驾车。3.4 发展趋势车载导航系统的最新发展趋势是利用蓝牙（Bluetooth）无线技术，接收车载 GPS 传送过来的信号。这样，车载系统只需要接收和处理卫星信号，显示装置则负责地图的存储和位置的重叠。所以，如果你已经有了掌上型电脑，只需要购买一个信号接收器和成图软件就可以了；你的掌上电脑就做到了一机多用。其实，很多手机已经具备了 GPS 的功能，若是加上的地图的重叠功能，就可以变成一套移动导航系统。车载导航系统除了可以用来为你指路导航之外，还可以发展出
26、许多其它的用途，比如说帮你寻找附近的加油站，自动提款机，酒店，或者其它一些商店。有的还可以告诉你如何避免危险地区或是交通堵塞。大多数的车载导航系统利用视觉显示系统，作为人机交流的接口。有些则提供语音系统，让人们直接与导航系统对话，用语音来提醒驾车人何时该转弯，何时该退出高速公路。有的还可以跟你提供一个行经路线的地图，以便回程之用，或是走错了路需要倒回去。有的车载导航系统还可以有不同的语言显示。有的还可以告诉你当地的限速、路况和你的平均速度，为你估计达到目的地的时间。3.5 主流产品国际领先 GPS 导航仪品牌：Ahada（艾航达）源自美国硅谷，现已登录中国！Ahada（艾航达） 专注于发展先进
27、的 GPS 卫星导航便携式设备供应商，公司产品线涉及便携式导航、GPS 手机导航及个人手持智能汽车技术研究15导航装置等全系列 GPS 便携产品。Ahada（艾航达） 在美国硅谷、中国分别成立研发、生产、销售的机构，汇集多位在 GPS、通讯领域拥有多年经验的国际化一流科技精英，实现 Ahada 的领先技术和卓越品质。国内上线首款产品：Ahada N310高性价比机王（为商务精英和白领女性量身定做的 GPS 导航仪机型）3.5.1 产品核心功能:1） 地图查询可以在操作终端上搜索你要去的目的地位置。可以记录你常要去的地方的位置信息，并保留下来，也和可以和别人共享这些位置信息。模糊的查询你附件或某
28、个位置附近的如加油站，宾馆、取款机等信息，2） 路线规划GPS 导航系统会根据你设定的起始点和目的地，自动规划一条线路。规划线路可以设定是否要经过某些途径点。规划线路可以设定是否避开高速等功能。3） 自动导航语音导航：用语音提前向驾驶者提供路口转向，导航系统状况等行车信息，就像一个懂路的向导告诉你如何驾车去目的地一样。导航中最重要的一个功能，使你无需观看操作终端，通过语音提示就可以安全到达目的地。画面导航：在操作终端上，会显示地图，以及车子的位置，行车速度，目的地的距离，规划的路线提示，路口转向提示的行车信息。重新规划线路：当你没有按规划的线路行驶，或者走错路口时候，GPS 导航系统会根据你现
29、在的位置，为你重新规划一条新的到达目的地的线路。4.新能源汽车技术新能源汽车是指采用非常规车用燃料作为动力来源（或使用常规车用燃料、采用新型车载动力装置），综合车辆的动力控制和驱智能汽车技术研究16动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。新能源汽车包括燃气汽车（液化天然气、压缩天然气）、燃料电池电动汽车（FCEV）、纯电动汽车（BEV ）、液化石油气汽车、氢能源动力汽车、混合动力汽车（油气混合、油电混合）太阳能汽车和其他新能源（如高效储能器）汽车等，其废气排放量比较低。截至 2010 年年底，全球天然气汽车保有量已超过 1267 万辆，同时天然气加气站也超过 18200
30、 座。中国天然气汽车发展迅速，其中 LNG（液化天然气）汽车在以年均 20%以上的销售速度增长，CNG（压缩天然气）汽车销量年均增长速度在 30%以上。4.1 太阳能汽车4.1.1 产品特色太阳能电动车以光电代油，可节约有限的石油资源。白天，太阳电池把光能转换为电能自动存储在动力电池中，在晚间还可以利用低谷电（220V）充电。无污染，无噪音。因为不用燃油，太阳能电动车不会排放污染大气的有害气体。没有内燃机，太阳能电动车在行驶时听不到燃油汽车内燃机的轰鸣声。与燃油汽车的比较优势。实用型太阳能动力车除行驶速度远低于燃油汽车外，与燃油汽车相比，还是有诸多优势的。首先，太阳能电动车耗能少，只需采用 3
31、-4 平方米的太阳电池组件便可使太阳能电动车行驶起来。燃油汽车在能量转换过程中要遵守卡诺循环的规律来作功，热效率比较低，只有 1/3 左右的能量消耗在推动车辆前进上，其余 2/3 左右的能量损失在发动机和驱动链上；而太阳能电动车的热量转换不受卡诺循环规律的限制，90%的能量用于推动车辆前进。 3其次，易于驾驶。无需电子点火，只需踩踏加速踏板便可启动，利用控制器使车速变化。不需换挡、踩离合器，简化了驾驶的复杂性，避免了因操作失误而造成的事故隐患，特别适合妇女和老年人驾驶。另外，太阳能动力车采用创新前桥和转向系统，前后独立悬挂，四轮鼓式制动从时速 30 公里到突然刹车，刹车线不超过 7.3 米。由
32、于太阳能电动车结构简单，除了定期更换蓄电池以外，基本上不需日常保养，省去了传统汽车必须经常更换机油，添加冷却水智能汽车技术研究17等定期保养的烦恼。小巧的车身，灵便转向，可以轻而易举的将车泊入拥挤不堪的都市停车场。在都市行车，为了等候交通信号灯，必须不断的停车和启动，既造成了大量的能源浪费，又加重了空气污染，使用太阳能电动车，减速停车时，可以不让电动机空转，大大提高了能源使用效率和减少了空气污染。再次，太阳能电动车没有内燃机、离合器、变速箱、传动轴、散热器、排气管等零部件，结构简单，制造难度降低。4.1.2 工作原理金焰四射的太阳，其表面是一片烈焰翻腾的火海，温度为6000K 左右。在太阳内部
33、，温度高达两千万度以上。所以，太阳能一刻不停地发出大量的光和热，为人类送来光明和温暖，它也成了取之不尽、用之不竭的能源聚宝盆。将太阳光变成电能，是利用太阳能的一条重要途径。人们早在本世纪 50 年代就制成了第一个光电池。将光电池装在汽车上，用它将太阳光不断地变成电能，使汽车开动起来。这种汽车就是新兴起的太阳能汽车。你看，在太阳能汽车上装有密密麻麻像蜂窝一样的装置，它就是太阳能电池板。平常我们看到的人造卫星上的铁翅膀，也是一种供卫星用电的太阳能电池板。太阳能电池依据所用半导体材料不同，通常分为硅电池、硫化镉电池、砷化镓电池等，其中最常用的是硅太阳能电池。硅太阳能电池有圆形的、半圆形的和长方形的等
34、几种。在电池上有像纸一样薄的小硅片。在硅片的一面均匀地掺进一些硼，另一面掺入一些磷，并在硅片的两面装上电极，它就能将光能变成电能。3在“利比特布利克二号太阳能汽车顶上，有一个圆弧形的太阳能电池板，板上整齐地排列着许多太阳能电池。这些太阳能电池在阳光的照射下，电极之间产生电动势，然后通过连接两个电极的导线，就会有电流输出。通常，硅太阳能电池能把 10%15%的太阳能转变成电能。它既使用方便，经久耐用，又很干净，不污染环境，是比较理想的一种电源。只是光电转换的比率小了一些。美国已研制成光电转换率达35%的高性能太阳能电池。澳大利亚用激光技术制成的太阳能电池，智能汽车技术研究18其光电转换率达 24
35、.2%，而且成本与柴油发电相当。这些都为光电池在汽车上的应用开辟了广阔的前景。将光电池装在汽车上，用它将太阳光不断地变成电能作为驱动汽车运动的动力,这种汽车就是新兴起的太阳能汽车。太阳能汽车利用太阳能的一般方法。在阳光下，太阳能光伏电池板采集阳光，并产生人们通用的电流。这种能量被蓄电池储存并为以后旅行提供动力。或者直接提供给发动机也可以边开边蓄电。能量通过发动机控制器带动车轮运动，推动太阳能汽车前进。4.1.2.1 电池方阵太阳能电池方阵是太阳能汽车的能源。方阵是由许多 PV 光电池板（通常有好几百个）组成。方阵类型受到太阳能汽车尺寸和部件费用等的制约。目前，主要有两种类型的光电池板：硅电池和
36、砷化合物电池。环绕地球卫星使用的太阳电池使用的是典型的砷化合物电池，而硅电池则更为普遍的为地面基础设备所使用。一般等级的太阳能汽车通常使用硅电池板。许多独立的硅片（接近 1000 个）被组合，形成太阳电池方阵。依靠光伏电源供电动发动机驱动太阳能汽车。这些方阵的通常工作电压在 50V200V 之间，并能提供1000W 的电力。方阵输出功率的大小受到太阳、云层的覆盖度和温度的影响。超级太阳能汽车也能使用通常类型的太阳能光电板。但更多的是使用太空级光电板。这种板很小，但是比普通的硅片电池板要昂贵得多，然而它们的使用效率非常高。一般情况下，车子在运动时，被转换的太阳能光被直接送到发动机控制系统。但有时
37、提供的能量要大于发动机需求的电力，那么多余的能量就会被蓄电池储存以备后用。当太阳电池方阵不能提供足够的能量来驱动发动机时，蓄电池内的被储存的备用能量将会自动补充。当然，当太阳能汽车不运动时，所有能量都将通过太阳能光伏阵列储存在蓄电池内。也可以利用一些回流的能量来推动汽车。当太阳能汽车开始减速时，换用通用的机械制动，这时发动机将变成了一个发电机，能量通过发动机控制器反向进入蓄电池内进行储存。回充到蓄电池中的能量是非常少的，但是却非常实用。4.1.2.2 控制系统在太阳能汽车里最高级的组件部分就是电力系统。它们包括峰智能汽车技术研究19值电力监控仪、发动机控制器和数据采集系统。电力系统最基本的功能
38、就是控制和管理整个系统中的电力。峰值电力监控仪条件电力来源于太阳能光伏阵列，光伏阵列把能量传递给另外的蓄电池用于储存或直接传递给发动机控制器用于推动发动机。当太阳能光伏阵列正在给蓄电池充电的时候，电池组电力监控仪会保护蓄电池组因过充而被损坏。电池组电力监控仪的号码数值随我们的设计而被使用在太阳能汽车里。峰值电力监控仪是由轻质材料构成，发动机的启动需要配备不同型号的发动机控制器，使用的工作效率一般超过90%。从监控系统获得的数据常常用来判断太阳能汽车的状况，并用来解决太阳能汽车出现的问题。在太阳能汽车里使用什么类型的发动机没有限制。大多数太阳能汽车使用的发动机是双线圈直流无刷电机，这种直流无刷电
39、机是相当轻质的材料机器，在额定的 RPM（每秒转速）达到 98%的使用效率。但是它们的价格比普通有刷型交流发动机要贵一些。4.1.3 功能配置4.1.3.1 电力系统太阳能汽车的心脏部位就是电力系统，它由蓄电池和电能组成，电力系统控制器管理全部电力的供应和收集工作。蓄电池组就相当于普通汽车的油箱。一个太阳能汽车使用蓄电池组来储存电能以便在必要时使用，太阳能汽车启动装置控制着蓄电池组，但是当太阳能汽车开动后，是通过太阳能阵列提供能量，从而再充到蓄电池组内。由于重要的原因，大量的蓄电池作为能量被使用是有限的。而且设备也还要分不同类型蓄电池，在美国太阳能挑战队蓄电池主要有如下几种：（1）铅酸蓄电池（
40、2）镍镉蓄电池（3）锂电池（4）锂聚合物电池镍镉、镍氢和锂电池比普通的铅酸蓄电池远远提高蓄电能力，重量比普通电池要轻的多。但是他们很少在太阳能汽车中被广泛使用，主要是维护起来很小心，并且很昂贵。电池组是由几个独立的模块连接起来，并形成系统所须的电压。代表性地，我们可以使用的系统电压在 84-108V，依靠它的电力系智能汽车技术研究20统，有时我们在太阳能汽车运动时降低系统电压。绝大部分我们在安装电力组件时去除辅架，虽然我们在安装时也有传统性的组件或者适用我们太阳能汽车的一般性组件。峰值电力监控仪是非常的轻质材料构成，并且一般效率能达到95%以上。4.1.3.2 发动机控制器发动机控制器控制发动
41、机的启动，而发动机启动信号是来自驾驶员的加速装置。对发动机控制器电力管理是通过程序来完成的。而这些都在我们讨论的范畴。由于发动机的启动需要配备不同型号的发动机控制器。当然我们也能够根据发动机工作原理设计图纸来买一台控制器，我们都使用多种型号的发动机控制器，并且使用的工作效率超过 90%。从监控系统获得的数据常常用来指定相关的应对策略，来解决制造太阳能汽车时出现的问题。这些有驾驶员收集到的数据在实际太阳能汽车中被运用（如无线数据通讯）4.1.3.3 驱动轮在太阳能汽车里使用什么类型的发动机没有限制，一般额定的是 2-5HP，大多数太阳能汽车使用的发动机是双线圈交流（DC）无刷机，这种交流（DC）
42、无刷机是相当轻质的材料机器，在额定的RPM（每秒转速）达到 98%的使用效率。但是它们的价格比普通有刷型交流发动机要昂贵的多。由于在太阳能汽车里多齿轮传送装置使用很少，双线圈性发动机是常用的传送动力装置。在双线圈之间转换改变了发动机的速度频率。低速线圈为太阳能车子的启动和减速提供高的“ 转力距” ，而高速线圈则为太阳能汽车运行提供高效率和最佳的运行效果。类似于我们所说的电力系统，大多数人不愿意购买现有的发动机，但是有些是由于客户或自己按太阳能车子的要求制造。在太阳能汽车里有三个基本类型的传动力方式的变化：（1）单减引导式驱动（2）变频履带式驱动（3）轴式驱动以前，一般大多数使用直接引导式驱动传
43、送动力。发动机是通过一个链条或一个履带同一个单一的齿轮传送装置并与车论连接。如果组件定位准并小心安装的话，维护传送装置是很可靠而且容易。智能汽车技术研究21当整个设计全部完成使用效率应超过 75%。有很少人使用变频履带式驱动传送动力给车论。齿轮比的改变引起发动机速度的增加。在低速度下引起发动机启动速率的增大。但仍能保持太阳能汽车以一个高速度高效率的行驶效果。变频履带式发动机需要精确的安装和有效精细的配置。自 1995 年以来，当有些人使用轴式驱动设计太阳能汽车时，高速度，舒适的驾驶受到人们的欢迎。一个轴式发动机去除了许多外加的传送设备。这大大提高了驾驶车辆的效率，缩减了用于驱动车论而需要的能量
44、。轴式驱动使用低转速原因是齿轮传动装置的减少，这样会轻微的降低它的效率。但是它们仍能够达到 95%的高效率运行。4.1.3.4 机械系统太阳能汽车中机械系统在概念里是很简单的，但是我们在设计中，应尽量减少摩擦力和重量，根据不同的路况来设计需要的强度。轻质金属如铝合金和合成金属是常用的，使重量和强度达到最大程度。针对重量和强度的比例从而制造高效率的组件。机械系统包括刹车制动、方向盘和轮胎等。美国太阳能挑战赛规则设定最低标准。机械组件必须是可见的，但是也有些太阳能汽车在设计中没有任何的标准。典型的太阳能汽车一般有 3 个或 4 个车轮，一般三个车轮的配置是两个前轮和一个后轮（通常是驱动轮） 。四个
45、轮子的太阳能汽车一般跟普通的机动车是一样（其中后面一个轮子是驱动轮） 。另外四轮太阳能汽车的两个后轮并排靠近中央位置（类似于普通三轮机动车的配置） 。太阳能汽车中有多档位制动被安装。太阳能车子之间由于在实际中车身与底盘的不同而各异。在太阳能汽车里大部分使用前制动档位闸的比较普遍。而且有两个 A 手挂档设置，这与普通的机动车很相似。具有代表性的，后退制动档类似于在摩托车的前面使用而此时用在后面。我们设计这些挂档足见是有利于太阳能汽车自由的移动和滑行从而达到最佳的效果。当然，这样设计需要进行适当的调整，从而便于组合与维护。在整个行驶中太阳能汽车的安全是重中之重，太阳能汽车必须有高效的刹车性能并符合
46、标准，这是每一辆太阳能汽车所必须具备智能汽车技术研究22的，一般有两个独立的刹车系统。在太阳能汽车中圆盘刹车是普遍采用的一种。因为它们很适合，并有很好的制动力，有些爱好者使用机械型刹车，利用的是水力学的原理。机械刹车比水力性刹车要小而且轻，但是不需提供如此多的刹车阻力而是需要相互协调。为了达到最好的效果，刹车被设计成通过刹车操作杆自由移动，从而使刹车垫摩擦刹车表面进行刹车。在太阳能汽车的驾驶系统，像驾驶员制动系统变化是很大的。我们必须制造一个弧型半径，按要求用特殊方式使用。但是设计必须是很自由活泼的。专业设计的理念应是保证驾驶的可靠性和安全高效。驾驶系统必须经过精确的驾驶测试才能设计。因为任何
47、细微的失误都可能导致无法估量的后果，进而造成轮胎爆裂。在过去的比赛中，由于自行车车轮和车胎重量轻而且很小的摩擦力，经常被使用到太阳能汽车上（滚动摩擦力小） 。当支撑起整个太阳能汽车时这些车轮和车胎就出现超重情况了。从而影响太阳能汽车的驾驶和安全性能。ASC 规则中明确规定不准出现太阳能汽车车轮和车胎出现超载现象。幸运的是，现在流行的太阳能汽车竞赛敦促一些轮胎生产厂家制造符合太阳能汽车的轮胎。我们使用先进的轮胎，重量轻、摩擦力强，从而提高了太阳能汽车的安全和使用效能。4.1.3.5 空气动力航行工程师对物体周围的空气流进行研究发现了一个方法。一个航行的物体的研究得出在设计车身的外形时一定要尽量的
48、使空气的阻力达到最小。空气释放出的阻力从而阻止物体移动通过。空气阻力影响了物体的外形。空气阻力产生了一个航行的拉力。如果一个物体是流线的，空气在它的周围平滑的流动并且产生的拉力很少，因此这样需要很小的能量就能移动物体。这样设计中就必须考虑“航流” 。当一个物体产生很小的空气流时，需要更多的能量来推动他向前移动。我们的目标就是设计太阳能汽车时它具有最小的航行拉力。但仍能保持太阳能陈列有一个平滑的表面，并为驾驶员和组件提供足够舒适的空间。在一至两天的时间测试运动形状的工作就能完成。首先是建造一个平滑的模型用来测试。在风道里检测太阳能汽车通过空气流的过程。第二，就是使用一个强大的计算程序对空气流的模
49、拟试验用计算机来控制模型汽车。智能汽车技术研究23深紫色区域标明动力空气但是它是向下流动，红色区域高的动力空气向上部流动。对分离流大家都很清楚，太太阳能汽车后车轮有一点动力流出现。4.1.3.6 蓄电池我们生活在一个电池能量的世界，从高尔夫两轮运货车到电视设备。我们生活中对电力的需求是有限的但它却是我们的生活必需品。太阳能汽车通过太阳能光伏组件给蓄电池充电（一般可以从早上到下午一整天的时间） 。高效的电力经太阳能汽车阵列通过蓄电池储存帮助我们获得最大的能量。常州作为生产制造基地，蓄电池的成熟程度已经具有相当的规模，而且随着常州电动车市场的逐渐成熟，带动蓄电池厂家研发力度。为我们太阳能汽车的蓄电池提供可靠的保证。蓄电池是一种最轻便的电力资源。由一个及多个太阳能光伏电板串联起来，使转变成化学能储存电力。按照同样的方式将所有光伏电板连起来，在两个光伏电池板之间流动的电流叫电极，电极通常是不同的材料，电极被分为含有电磁的材料，这种物质引导离子运动，当两个电极通过一个长的导线连接起来时，一个环行的电路就形成了。化学物质将化学能量转变为电能。化学物质通过反应转化成电能。这种反应就是通过原子的移动走向另一端引起电子的运动，在这时化学反应就自己产生。电极两端就形成了电压。电压端是通过化学反应产生的。在电解液内，反应产生了电流从阳极流出通过电线从阳
