用於未來城市交通的自動駕駛汽車方案
基於城市車輛模塊化平臺“未來汽車(NGC)”研究項目的首款樣車被設計成具有2+2座位型式的客車。在NGC項目中，德國航空航天中心的科學家們致力於研究未來的交通運輸工具，從而制定了不同的車型方案及研究方法，並由此開發出了可供使用的樣車。
0?前言
模塊化城市汽車(UMV)是1種可用於未來交通運輸的技術方案，該車型能用於滿足城市內部和城郊地區的運輸需求。在模塊化平臺上不僅可將UMV改裝成配有駕駛員座位的基本型、加長型和貨運型等衍生車型，而且也能被改裝成可實現自動駕駛的全新車型。設計人員對此類衍生車型的長度及高度尺寸進行了優化。車型的長度尺寸可在3.7~4.1?m?之間進行調整，其高度尺寸可在1.6~2.3?m?之間進行調整。同時，該類車型可通過滑板構件以實現在不同車型結構之間的切換(圖1)。
在該車型系列中，基於2+2座位型式的UMV?客車(UMV-PM-2+2)已設計出實際樣車。在開發這種車型時，設計人員對整車方案、車輛結構、能量管理、動力總成系統、底盤和車輛智能系統等多個領域進行了全面考慮。
在已設計出的客車方案中介紹了1種自動駕駛汽車，該車型可抵達城市內的任意地點，但與地鐵或城市客車等出行方式相比，其經濟性和運輸效率均相對較低。設計人員應針對UMV-PM-2+2車型設計出1種有效的解決方案，以便使乘客在出行時能順利抵達目的地，由此減少私家車的使用頻率。在非交通高峰時期，以鉸接式城市客車為代表的大型客車運輸效率相對較低，此時PM-2+2客車就是1種較為理想的替代車型。就乘客與車輛之間的人機互動過程而言，壹旦乘客所預定的UMV客車到達所指定的載客地點，乘客須通過智能手機和車輛側窗上的接口進行登錄(圖2)，隨後即可自由操縱車門，通過操縱電動控制手柄以打開車廂滑動門。車內乘客和其他行人的安全性是“未來汽車”(NGC)UMV?項目研究的核心問題，因此設計人員在車廂內部布設了安全帶，並使該車型具有壹定防碰撞功能。當乘客確認安全帶已插好時，車門就會隨即關閉。
基於相關設計原則，UMV-PM-2+2車輛的內飾設計風格樸素而又簡潔。在車頂天花板上配備的2個顯示器可為乘客播放旅途信息，如乘車時間及天氣預報等，而且還可為其他乘客預告後續的停車站點，從而為所有乘客提供完善和透明的信息(圖3)。
1?動力總成系統和車輛底盤
設計人員通過設定，可使UMV?車型達到400?km的行駛裏程。UMV?車型可通過2個30?kW?的電機來驅動，電機被集成在後橋上靠近車輪的位置(圖4)。UMV?客車的動力裝置以48?V?系統為基礎，在已過了相關試驗驗證後，其結果是樣車可滿足各類行駛工況。
對於樣車而言，其在行駛中會預設1個行駛方向。該車型如駛入無法調頭的狹窄道路，經系統測算後，能使整車倒駛壹小段路程，從而實現原路返回。設計人員對UMV樣車不同的底盤方案進行了研究，重點對高集成底盤和90°轉向的操作方案進行了設計分析。同時，設計人員基於客車的技術特點，選擇了麥弗遜車橋作為前橋，並以帶有橋支座的五連桿車橋作為後橋，由此可充分滿足樣車的運輸需求。同時，設計人員針對貨車的技術特點，為其配備了雙車橋轉向系統。
2?能量管理和車輛智能
在車輛能量管理方面，設計人員針對UMV-PM-2+2客車及相關課題開展了研究。其中1個富有挑戰性的課題是開發車輛的新型通風方案及相關運行策略。在車廂內，由於乘客以面對面的方式進行乘坐，須改變車內空氣調節的方式。設計人員所采用的1種試驗方法是通過氣流通道對車內空氣進行調節。這些氣流通道被集成在車身A/C柱和車頂結構中，並可實現車廂和外界的空氣對流。
另外，UMV?系列車型能從輔助駕駛狀態切換至全自動駕駛狀態。UMV?的衍生車型是按照相關標準而設計的，並且沒有布設駕駛員的位置。UMV-PM-2+2客車還配裝了用於識別環境特征和實現環境監測的多個傳感器，在車頂布設有4個三維(3D)雷達傳感器，全球衛星導航系統(GNSS)天線和車輛互聯裝置，並在前擋風玻璃上安裝了光學傳感器；遠程和短程雷達模塊則安裝在前護板上；車尾部也布設有1個雷達系統、18個超聲波傳感器和2個側面攝像機。
3?車輛結構和模塊化策略
車輛結構和模塊接口是目前UMV車型最受關註的研究課題。所有的UMV衍生車型應盡可能多地使用通用度較高或技術較為成熟的零件。前車車廂、車廂地板和後車車廂作為車體主要結構部件，可應用於所有的UMV衍生車型。由於UMV衍生車型種類繁多，根據設計人員的開發理念，規定部分構件應采用多材質空心骨架結構型式。車廂的前後部、車身地板，以及過渡處的連接件都采用了直線輪廓，而車身外殼結構型式中的自由成形表面結構已在車身制造過程中得以應用。設計人員在進行開發時，首先應重視車體外部和安裝部件。因此，對用於客運的UMV?車型而言，其前門和後門均應采用通用度較高的零件(圖5)。在未來的模塊化接口試驗框架中，德國航空航天中心研究所針對UMV?車型的不同優化方案開展了試驗。在試驗過程中，設計人員在調整車型結構時對模塊化策略進行了系統的試驗研究，例如將滑板變型結構與驅動板結構進行區分。上述開發過程中的結構調整都是基於UMV?系列車型而衍生出的，但該車型仍需提升載質量並實現結構輕量化。目前，設計人員已對相應車型方案從不同用途角度進行了分析。以全新的自動駕駛概念車型RinspeedSnap和SchaefflerMover為例，德國航空航天中心研究所的相關設計人員已研究出了改型方案，並開展了壹系列試驗。相關改型方案包括可將獨立車橋模塊連接到乘客艙或貨艙的底盤結構。然而，由於設計人員在相同的平臺上提出了不同的改型方案(圖6)，其可行性依然有待驗證。
在名為“U-Shift”的另壹種車輛設計方案中，設計人員分析了用於替代UMV?車型滑板方案的U?型結構。這種U-Shift方案後續將在德國巴登-符騰堡州經濟部的研究項目中由相關設計人員開展進壹步研究，並將在2020年內設計出樣車模型。
4?結論與展望
UMV?客車是德國航空航天中心在交通研究領域內研究的核心產品之壹，並且由此引領了不同的技術潮流。未來，設計人員將對車廂通風、自動駕駛、碰撞試驗等課題開展重點研究，並針對UMV-PM-2+2試驗樣車開展相關試驗，從而進壹步開發可應用於該車型的零部件。
本文發表於《汽車與新動力》雜誌2020年第5期
作者：[德]M.M?NSTER等
整理：範明強
編輯：伍賽特
本文來源於汽車之家車家號作者，不代表汽車之家的觀點立場。