自动驾驶微型纯电动车总体设计开题报告
2020-04-13 15:18:10
1. 研究目的与意义（文献综述）
随着人们对汽车行驶安全越来越重视，无人驾驶作为一种可缓解人驾车疲劳同时也可大幅降低车辆事故的新技术应运而生。相较于驾驶员驾驶汽车，由于疲劳，情绪或是因为驾驶经验不足而导致的事故屡屡在目。相比较而言，无人驾驶则不会出现这些问题。而且随着无人驾驶相关技术开发的日趋完善，无人驾驶的安全性会高于人手动驾驶，以后的每个无人驾驶电脑都会成为现在经验丰富的老师傅。人们也可以解放自己，不必因为开车难、担心出事而烦恼。
本次设计的无人驾驶微型纯电动汽车的设计初衷是一辆“便携式”的汽车。可作为家里的“备用车”。其车型小巧质量轻，省油又不占用过多空间。另外它还可作为未来出租车的选用车型。未来出租车里可能没有司机，而是由电脑驾驶，由云端管理平台负责调度。用户通过手机终端呼叫出租车，出租车自动驾驶开往目的地。而汽车的座位数太多可能浪费，只留一个座位乘客未免感到孤独。因此2座是比较合适的。
目前市面上2座的微型电动车种类不是特别多，有较大的市场潜力。而且本车在传统微型纯电动汽车上加装无人驾驶功能，这将会是本车的一大亮点。
现列表如下（各车型性能参数均参照其中最低配置款式）
| 汽车名称 | 生产厂家 | 上市日期 | 车身结构 | 长/宽/高(mm) | 最高车速(km/h) | 整备质量(kg) | 续驶里程(km) |
| 宝骏E100 | 上汽通用五菱 | 2017.07 | 3门2座两厢车 | 2488/1506/1670 | 100 | 750 | 155 |
| 芝麻 | 众泰汽车 | 2017.03 | 3门2座两厢车 | 2798/1563/1572 | 100 | 810 | 150 |
| 奇瑞eQ1 | 奇瑞新能源 | 2017.03 | 3门2座两厢车 | 3200/1670/1550 | 100 | 855 | 151 |
| 众泰E200 | 众泰汽车 | 2017.11 | 3门2座两厢车 | 2735/1600/1630 | 120 | 1100 | 165 |
| 知豆D3 | 知豆电动车 | 2017.11 | 3门2座两厢车 | 2975/1585/1590 | 105 | 900 | 210 |
| LITE | 北汽新能源 | 2017.09 | 3门2座三厢车 | 2986/1676/1492 | 110 | 895 | 150 |
我国的无人驾驶汽车的研发要比国外起步晩一些，起初进行研究的单位主要是科研院校。国防科技大学自主研制的红旗HQ3无人车，2011年7月14日首次完成了从长沙到武汉286公里的高速全程无人驾驶实验。这标志着我国无人车技术的一次飞跃。2012年11月24日，军事交通学院研制的“军交猛狮号”在京津高速上没有人为干涉的情况下进行了1.25小时的测试，行驶114公里。
在2017年中国智能车未来挑战赛中，由广汽研究院自主研发的第二代无人驾驶汽车祺迹WitStar Ⅱ取得总成绩第二名，由广汽研究院与西安交通大学联合研发的“发现号”斩获第一名。
综合来看，现如今无人驾驶技术已经基本趋于成熟，各大汽车研究院及科研院所均成果丰硕。但我认为在处理某些意外事件方面无人驾驶还逊色于驾驶员，并且如果能让无人驾驶汽车能够模拟人一样“学习”，相信其安全性会进一步提高。而且相关法律法规还尚尽快健全，并且汽车厂商及新闻媒体应向公众多宣传无人驾驶。这样才能推动它更好的发展。而这也是本次设计将无人驾驶技术纳入其中的原因。
2. 研究的基本内容与方案
2.1设计的基本内容
（1）根据设计原则以及汽车相关法规和标准，分析和确定自动驾驶微型纯电动车的总体设计方案；
（2）确定整车主要技术参数（主要尺寸、质量和性能参数）；
（3）通过整车设计计算与分析，使整车具有合理的动力性、续驶里程、制动性、操纵稳定性、行驶平顺性和通过性；
（4）根据自动驾驶的性能要求，确定环境感知系统、决策规划系统、控制执行系统的类型和布置；
（5）确定底盘各主要总成的结构型式、特性参数和布置；
（6）车身造型设计；
（7）绘制底盘布置图、车身外形图、车内部布置图和底盘主要总成运动校核图。
2.2设计目标
（1）该车需具备在一定交通状况的路面（标准公路并具备完善的交通指挥系统和一定的车流量，且公路周围有一定量建筑设施）上自动行驶（即驾驶员不必控制方向盘，油门及刹车踏板等其他部件而由车载智能系统控制完成驾驶）的能力。
（2）该车为三门两座纯电动汽车，且四轮由轮毂电机单独驱动。
（3）其余整车参数由下表给出。
| 尺寸参数 | 长/宽/高(mm) | 2300 / 1700 / 1540 |
| | 轴距(mm) | 1630 |
| | 轮距(前/后)(mm) | 1485 / 1345 |
| 质量参数 | 整备质量(kg) | 470 |
| | 满载总质量(kg) | 600 |
| 性能参数 | 最高车速(km/h) | 60 |
| | 最大爬坡度(%) | 20 |
| | 续驶里程(km) | 100 |
2.3拟采用的技术方案及措施
（1）动力装置
本车采用电池-电机动力装置供给动力。电池采用三元锂电池并配备电池管理系统负责充放电及再生制动管理以及电池自检等工作，电机采用低速外转子电动机不配备减速器，由电机控制系统完成电机调节转速、扭矩以及电子差速功能。
电池欲布置于驾驶室底部。
（2）底盘
传动系
传动系统结构形式为外转子电机电动轮驱动系统。由于外转子电机扭矩大转速低的优点，因此可以不配备离合器，变速器与主减速器。并且将电机直接安装于车轮内部，也可省去传动轴与半轴等零件。
油门踏板处安装电位计，根据输出电压计算踏板踩下深度。并且安装油门踏板控制装置。
行驶系
车架：由于本车总质量只有600kg并且一般行驶于良好路面上，于是采用承载式车身而不配备单独的车架。
悬架系统：前悬架均采用麦弗逊式独立悬架，后悬架采用单横臂式独立悬架
轮胎：采用子午线式轮胎。
转向系
转向操纵机构：这部分由转向盘，溃缩式转向柱，万向节与电动转向机构组成。其中电动转向机构负责执行自动转向功能，电机安装于转向柱附近。并安装转角传感器构成闭环控制回路。
转向器：采用齿轮齿条式转向器。
转向执行机构：转向横拉杆，转向节臂等
制动系
制动踏板，制动主缸，制动管路，制动轮缸，浮钳盘式制动器，ABS防抱死系统以及踏板自动控制装置。制动系采用液压传动，X型回路。其中踏板自动控制装置是由电机通过控制一系列传动机构及拉索进而控制制动油压。
（3）车身
车身外形方面欲参考上汽通用五菱的宝骏E100，并在车身周围安装环境感知装置，有毫米波雷达，超声波雷达，摄像头，以及GPS定位装置等。超声波传感器为车前保险杠2个，左右侧围各两个，车尾2个。主要为了测量近处障碍物的距离。摄像头采用双目摄像头，一共两个分别安装在前后挡风玻璃上，负责汽车的前后视野，识别交通信号，行人车辆以及建筑物等，同时也兼具测距的功能。一个64线激光雷达安装在车顶，负责旋转扫描车四周的障碍物。毫米波雷达一共两个其中一个安装在汽车前保险杠上，两个超声波雷达的中间，负责测量与汽车前方车辆距离。车后部也安装毫米波雷达，负责测量与后方车辆距离。
（4）汽车电器及电子控制装置
汽车电器：包含车灯，空调，音响，数字仪表等常规设备。
电子控制装置：四通道ABS防抱死系统，自动驾驶控制系统，电池管理系统，电机控制系统，制动能量回收系统以及自检与应急备用系统等。
2.4自动驾驶功能的实现
（1）基本原理是采用环境感知设备采集路面环境，并结合GPS和云端大数据传输的此时此地车辆所在地的交通状况，地形地貌等信息。再经过自动驾驶控制系统计算出车辆的最佳行车路线，车辆的实时车速的车轮转角等信息。并通过控制线路控制相应电机运转使油门踏板和制动踏板、方向盘产生动作。最终完成自动驾驶。
（2）硬件结构：
传感器采用超声波雷达与激光雷达负责测量与障碍物之间的距离，摄像头负责精确识别障碍物从而分辨出是行人还是车辆以及识别信号灯等。毫米波雷达负责测量与远距离障碍物的距离，以保持高速时必要的安全车距。另外再接受GPS信号获得当前路面走向和云端大数据获得当前路面拥堵状况。另外传感器还包括方向盘转角传感器等负责完成闭环控制。
控制器负责控制各个执行机构产生相应动作。
执行器主要包括伺服电机等。
2.5拟采取的措施：
主要是结合课本所学知识汽车构造，汽车理论，汽车设计等知识完成相应理论设计和简单的强度校核，并结合计算机辅助设计构建模型和绘制图纸，并采用相应电脑软件完成详细的强度校核和仿真。
整车结构设计方面首先采用CATIA建立整车三维模型，然后投影出二维的底盘布置图、车内部布置图，再在AUTOCAD中进行补充与修改。对于车身外形图拟采用3dMAX绘制。底盘主要零件运动校核图是通过完成相应设计计算之后也在AUTOCAD中绘制。
对于关键零件的强度校核拟采用ANSYS进行有限元分析。
整车的运行仿真拟采用prescan、carmaker 以及matlab等软件
3. 研究计划与安排
1（7学期第20周）：确定毕业设计选题、完善毕业设计任务书(相关参数)、校内资料收集
2（8学期第1周）：方案构思、文献检索、完成开题报告
3~4（8学期第2~3周）：外文翻译、资料再收集
5~7（8学期第4~6周）：设计计算、草图绘制
8~10（8学期第7~9周）：图样绘制、编写设计计算说明书（论文）、预答辩
11~13（8学期第10~12周）：图样及设计计算说明书整理、资料袋整理，答辩资格审查
14（8学期第13周）：学生提出答辩申请，并作答辩准备；教师审阅图纸、说明书
15~16（8学期第14~15周）：参加答辩
4. 参考文献（12篇以上）
[1]黄建.无人驾驶车转向控制的研究[d],华中师范大学,2013
[2]廖燕,余业干.百度与谷歌无人驾驶汽车技术专利对比分析[j],北京汽车,2017
[3]周显,车联网在无人驾驶技术中的运用[j],通讯世界.2017
