汽車拖拉機(jī)學(xué)2024/10/10電動與無人駕駛汽車拖拉機(jī)電動與無人駕駛汽車拖拉機(jī)第一節(jié)電動汽車第二節(jié)電動拖拉機(jī)第三節(jié)無人駕駛汽車第四節(jié)無人駕駛拖拉機(jī)2024/10/10電動汽車的結(jié)構(gòu)與原理電動拖拉機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理無人駕駛汽車的結(jié)構(gòu)與原理無人駕駛拖拉機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理重點、難點2024/10/10掌握純電動汽車/拖拉機(jī)的驅(qū)動原理掌握燃料電池汽車/拖拉機(jī)的驅(qū)動原理掌握混合動力汽車/拖拉機(jī)的混合度控制原理理解無人駕駛汽車行駛原理理解無人駕駛拖拉機(jī)行駛原理。教學(xué)要求2024/10/101.純電動汽車/拖拉機(jī)的驅(qū)動原理與實踐2.燃料電池汽車/拖拉機(jī)的驅(qū)動原理與實踐3.混合動力汽車/拖拉機(jī)的混合度控制原理與實踐4.無人駕駛汽車行駛原理與實踐5.無人駕駛拖拉機(jī)行駛原理與實踐課程思政融入點2024/10/10扎根“三農(nóng)”環(huán)保意識能源意識科學(xué)精神國之重器課程思政的育人目標(biāo)2024/10/10課程耕讀教育要點耕讀教育映射與融入點教育方法與載體途徑耕讀育人預(yù)期成效純電動汽車/拖拉機(jī)的驅(qū)動原理與實踐1.純電動汽車/拖拉機(jī)的電力驅(qū)動控制系統(tǒng)由哪些部件構(gòu)成的?2.純電動汽車/拖拉機(jī)為何有多種驅(qū)動方式？3.為何說輪轂電機(jī)驅(qū)動模式是純電動汽車/拖拉機(jī)的主要發(fā)展方向？信息化載體、參觀體驗、課堂討論；制作講義或教材、制作PPT扎根“三農(nóng)”環(huán)保意識能源意識科學(xué)精神國之重器燃料電池汽車/拖拉機(jī)的驅(qū)動原理與實踐1.燃料電池汽車/拖拉機(jī)的動力系統(tǒng)由哪些部件構(gòu)成的?2.燃料電池是如何產(chǎn)生電能的？3.燃料電池汽車/拖拉機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)是什么？信息化載體、參觀體驗、課堂討論；制作講義或教材、制作PPT扎根“三農(nóng)”環(huán)保意識能源意識科學(xué)精神國之重器混合動力汽車/拖拉機(jī)的混合度控制原理與實踐1.混合動力汽車/拖拉機(jī)為何有多種類型？2.混合動力汽車/拖拉機(jī)為何廣泛采用混聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)?3.混合動力汽車/拖拉機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)是什么？信息化載體、參觀體驗、課堂討論；制作講義或教材、制作PPT扎根“三農(nóng)”環(huán)保意識能源意識科學(xué)精神國之重器“耕讀教育”思政點映射表(1)2024/10/10課程耕讀教育要點耕讀教育映射與融入點教育方法與載體途徑耕讀育人預(yù)期成效無人駕駛汽車行駛原理與實踐1.無人駕駛汽車由哪些部件構(gòu)成的?2.無人駕駛汽車的關(guān)鍵技術(shù)有哪些？3.不同級別的無人駕駛汽車有什么區(qū)別?4.無人駕駛汽車有哪些相關(guān)法律和法規(guī)？信息化載體、參觀體驗、課堂討論；制作講義或教材、制作PPT中國夢國家競爭創(chuàng)新思維工程倫理無人駕駛拖拉機(jī)行駛原理與實踐1.無人駕駛拖拉機(jī)是怎樣實現(xiàn)導(dǎo)航定位的？2.無人駕駛拖拉機(jī)是怎樣實現(xiàn)導(dǎo)航控制的？3.無人駕駛拖拉機(jī)是怎樣實現(xiàn)地頭轉(zhuǎn)彎的？信息化載體、參觀體驗、課堂討論；制作講義或教材、制作PPT扎根“三農(nóng)”科技報國鄉(xiāng)村振興農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化“耕讀教育”思政點映射表(2)2024/10/108

2024/10/10第一節(jié)電動汽車9

2024/10/10

電動汽車（BEV）是指以車載電源為動力，用電機(jī)驅(qū)動車輪行駛，符合道路交通、安全法規(guī)各項要求的汽車。電動汽車有多種類型，本書主要介紹純電動汽車、燃料電池汽車和混合動力汽車3種。10一、純電動汽車

1.純電動汽車的類型與特點

純電動汽車是指以動力蓄電池或增加輔助動力源為動力，用電機(jī)驅(qū)動車輪行駛的汽車，可分為用單一蓄電池為動力源的純電動汽車和裝有輔助動力源的純電動汽車兩種類型。

用單一蓄電池作為動力源的純電動汽車，只裝配了蓄電池組，它的電力和動力傳輸系統(tǒng)如圖所示。2024/10/10第一節(jié)電動汽車11

用單一蓄電池作為動力源的純電動汽車，蓄電池的比能量和比功率較低，蓄電池組的質(zhì)量和體積較大。因此，可在某些純電動汽車上增加輔助動力源，如超級電容器、發(fā)電機(jī)組和太陽能等，由此來改善純電動汽車的起動性能并增加續(xù)駛里程。裝有輔助動力源的純電動汽車如圖所示。2024/10/1012

2.純電動汽車的工作原理

純電動汽車的工作原理是通過蓄電池產(chǎn)生電流，經(jīng)過電力調(diào)節(jié)器（逆變器）將電能輸送到電機(jī)，再通過動力傳動系統(tǒng)驅(qū)動汽車行駛。純電動汽車主要由底盤、車身、蓄電池組、電機(jī)、控制器和輔助設(shè)施六部分組成。由于電機(jī)具有良好的驅(qū)動特性，純電動汽車的傳動系統(tǒng)可以不需設(shè)置離合器和變速器。車速控制由控制器通過電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速實現(xiàn)。

當(dāng)汽車行駛時，由蓄電池輸出電能（電流）通過控制器驅(qū)動電機(jī)運轉(zhuǎn)，電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩經(jīng)傳動系統(tǒng)帶動驅(qū)動輪轉(zhuǎn)動。電動汽車?yán)m(xù)駛里程與蓄電池容量有關(guān)，而蓄電池容量受諸多因素限制。要提高一次充電續(xù)駛里程，必須盡可能地節(jié)省蓄電池的能量。2024/10/1013

2.純電動汽車的工作原理

純電動汽車的電力驅(qū)動控制系統(tǒng)主要由電力驅(qū)動主模塊、車載電源及控制模塊、輔助模塊3大部分組成。2024/10/1014

2.純電動汽車的工作原理（1）電力驅(qū)動主模塊

電力驅(qū)動主模塊主要包括中央控制單元、驅(qū)動控制器、電機(jī)和機(jī)械傳動裝置等。其作用是將存儲在蓄電池中的電能高效地轉(zhuǎn)化為驅(qū)動車輪的動能，并能夠在汽車減速制動時，將車輪的動能轉(zhuǎn)化為電能充入蓄電池。（2）車載電源及控制模塊

車載電源及控制模塊主要包括蓄電池電源、能量管理系統(tǒng)和充電控制器等。其作用是向電機(jī)提供驅(qū)動電能，監(jiān)測電源使用情況以及控制充電機(jī)向蓄電池充電。（3）輔助模塊

輔助模塊主要包括輔助動力源、動力轉(zhuǎn)向單元、駕駛室顯示操縱臺和輔助裝置等。輔助模塊除輔助動力源外，依據(jù)不同車型而不同。2024/10/1015

3.純電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的布置形式

純電動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)是它的核心部分，其性能決定著它運行性能的好壞。電動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)布置取決于電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的型式。常見的純電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)布置型式如圖所示。（1）傳統(tǒng)的驅(qū)動模式

與傳統(tǒng)汽車驅(qū)動系統(tǒng)的布置方式一致，帶有變速器和離合器，只是將發(fā)動機(jī)換成電機(jī)，屬于改造型電動汽車如圖17-4a，這種布置可以提高電動汽車的起動轉(zhuǎn)矩，增加低速時電動汽車的后備功率。2024/10/10a傳統(tǒng)的驅(qū)動模式圖17-4純電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)布置型式

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3.純電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的布置形式（2）電機(jī)-驅(qū)動橋組合式驅(qū)動模式

取消了離合器和變速器，但具有減速差速機(jī)構(gòu)，由1臺電機(jī)驅(qū)動兩車輪旋轉(zhuǎn)（圖17-4b和圖17-4c）。優(yōu)點是可以繼續(xù)沿用燃油發(fā)動機(jī)汽車中的動力傳動裝置，只需要一組電機(jī)和逆變器。這種模式對電機(jī)的要求較高，不僅要求電機(jī)具有較高的起動轉(zhuǎn)矩，還要求其具有較大的后備功率，以保證電動汽車的起動、爬坡、加速和超車等動力性。2024/10/10b電機(jī)-驅(qū)動橋組合式驅(qū)動模式（后驅(qū)）c

電機(jī)-驅(qū)動橋組合式驅(qū)動模式（前驅(qū)）圖17-4純電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)布置型式17

3.純電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的布置形式（3）電機(jī)-驅(qū)動橋整體式驅(qū)動模式

將電機(jī)裝到驅(qū)動軸上，直接由電機(jī)實現(xiàn)變速和差速轉(zhuǎn)換（圖17-4d）。這種傳動方式同樣對電機(jī)有較高的要求，要求其有大起動轉(zhuǎn)矩和后備功率，同時還要求控制系統(tǒng)有較高的控制精度，且要具備良好的可靠性，從而保證電動汽車行駛的安全和平穩(wěn)。2024/10/10d

電機(jī)-驅(qū)動橋整體式驅(qū)動模式圖17-4純電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)布置型式18

3.純電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的布置形式（4）輪轂電機(jī)驅(qū)動模式

同電機(jī)-驅(qū)動橋整體式驅(qū)動模式布置方式比較接近，輪轂電機(jī)驅(qū)動模式將電機(jī)直接裝到了驅(qū)動輪上，由電機(jī)直接驅(qū)動車輪行駛（圖17-4e和圖17-4f）。2024/10/10e.輪轂電機(jī)驅(qū)動模式（無輪邊減速器）f.輪轂電機(jī)驅(qū)動模式（有輪邊減速器）圖17-4純電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)布置形式19二、燃料電池汽車

1.類型

采用燃料電池（發(fā)動機(jī)）作為電源的電動汽車稱為燃料電池汽車。燃料電池汽車一般以質(zhì)子交換膜燃料電池作為車載能量源。（1）按燃料特點不同分類

可分為直接燃料電池汽車和重整燃料電池汽車。直接燃料電池汽車的燃料主要是氫氣。直接燃料電池汽車排放無污染，被認(rèn)為是最理想的汽車，但存在氫的制取和存儲困難等問題。重整燃料電池汽車的燃料主要有汽油、天然氣、甲醇、甲烷和液化石油氣等，其結(jié)構(gòu)比氫燃料電池汽車復(fù)雜得多。（2）按燃料氫的存儲方式不同分類

可分為壓縮氫燃料電池汽車、液氫燃料電池汽車和合金（碳納米管）吸附氫燃料電池汽車。2024/10/1020

（3）按“多電源”的配置不同分類

可分為純?nèi)剂想姵仳?qū)動（FC）的燃料電池汽車，燃料電池與輔助蓄電池聯(lián)合驅(qū)動（FC+B）的燃料電池汽車，燃料電池與超級電容聯(lián)合驅(qū)動（FC+C）的燃料電池汽車以及燃料電池與輔助蓄電池和超級電容聯(lián)合驅(qū)動（FC+B+C）的燃料電池汽車。2024/10/1021

2.驅(qū)動動力系統(tǒng)（1）純?nèi)剂想姵仳?qū)動（FC）的燃料電池汽車

純?nèi)剂想姵仳?qū)動的燃料電池汽車只有燃料電池一個動力源，汽車的所有功率負(fù)荷都由燃料電池承擔(dān)。純?nèi)剂想姵仳?qū)動的燃料電池汽車的動力系統(tǒng)如圖所示。

圖17-5純?nèi)剂想姵仳?qū)動的燃料電池汽車的動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

純?nèi)剂想姵仳?qū)動系統(tǒng)將氫氣與氧氣反應(yīng)產(chǎn)生的電能通過總線傳給驅(qū)動電機(jī)，驅(qū)動電機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能再傳給傳動系統(tǒng)，從而驅(qū)動汽車行駛。2024/10/1022

（2）燃料電池與輔助蓄電池聯(lián)合驅(qū)動（FC+B）的燃料電池汽車

燃料電池與輔助蓄電池聯(lián)合驅(qū)動的燃料電池汽車的動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示。是一個典型的串聯(lián)式混合動力結(jié)構(gòu)，在該動力系統(tǒng)中，燃料電池和蓄電池一起為驅(qū)動電機(jī)提供能量，驅(qū)動電機(jī)將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能傳給傳動系統(tǒng)，從而驅(qū)動汽車行駛；在汽車制動時，驅(qū)動電機(jī)變成發(fā)電機(jī)，蓄電池用來儲存回饋的能量。在燃料電池和蓄電池聯(lián)合供能時，燃料電池的能量輸出變化較為平緩，隨時間變化波動較小，而能量需求變化的高頻部分由蓄電池分擔(dān)。

2024/10/10圖17-6燃料電池與輔助蓄電池聯(lián)合驅(qū)動的燃料電池汽車的動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)23

（3）燃料電池與超級電容聯(lián)合驅(qū)動（FC+C）的燃料電池汽車

燃料電池+超級電容的結(jié)構(gòu)與燃料電池+輔助蓄電池的結(jié)構(gòu)相似，只是把蓄電池?fù)Q成超級電容，如圖17-7所示。相對于蓄電池，超級電容充放電效率高，能量損失小，功率密度大，在回收制動能量方面比蓄電池有優(yōu)勢，循環(huán)壽命長，但是超級電容的能量密度較小。隨著超級電容技術(shù)的不斷進(jìn)步，這種結(jié)構(gòu)有巨大潛力。

2024/10/10圖17-7燃料電池與超級電容聯(lián)合驅(qū)動的燃料電池汽車的動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)24

（4）燃料電池與輔助蓄電池和超級電容聯(lián)合驅(qū)動（FC+B+C）的燃料電池汽車

燃料電池與輔助蓄電池和超級電容聯(lián)合驅(qū)動的燃料電池汽車的動力系統(tǒng)如圖17-8所示，該結(jié)構(gòu)也為串聯(lián)式混合動力結(jié)構(gòu)。在該動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，燃料電池、輔助蓄電池和超級電容一起為驅(qū)動電機(jī)提供能量，驅(qū)動電機(jī)將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能傳給傳動系統(tǒng)，從而驅(qū)動汽車行駛；在汽車制動時，驅(qū)動電機(jī)變成發(fā)電機(jī)，輔助蓄電池和超級電容用來儲存回饋的能量。

在燃料電池、輔助蓄電池和超級電容聯(lián)合供能時，燃料電池的能量輸出較為平緩，隨時間變化波動較小，而能量需求變化的低頻部分由蓄電池承擔(dān)，能量需求變化的高頻部分由超級電容承擔(dān)。在這種結(jié)構(gòu)中，各動力源的分工更加明細(xì)，各自的優(yōu)勢也得到更好的發(fā)揮。

2024/10/102024/10/1025圖17-8燃料電池與蓄電池和超級電容聯(lián)合驅(qū)動的燃料電池汽車的動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)26

3.結(jié)構(gòu)原理

燃料電池汽車的動力系統(tǒng)主要由燃料電池（發(fā)動機(jī)）、輔助動力源、DC/DC變流器、DC/AC逆變器、驅(qū)動電機(jī)和動力電控系統(tǒng)等組成。

2024/10/10圖17-9燃料電池汽車的結(jié)構(gòu)27

（1）燃料電池（發(fā)動機(jī)）

在燃料電池汽車所采用的燃料電池（發(fā)動機(jī)）中，為保證質(zhì)子交換膜燃料電池組的正常工作。除以質(zhì)子交換膜燃料電池組為核心外，還裝有氫氣供給系統(tǒng)、氧氣供給系統(tǒng)、氣體加濕系統(tǒng)、反應(yīng)生成物處理系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)等。只有這些輔助系統(tǒng)匹配恰當(dāng)和正常運轉(zhuǎn)，才能保證燃料電池發(fā)動機(jī)正常運轉(zhuǎn)。（2）輔助動力源

在燃料電池汽車上，燃料電池（發(fā)動機(jī)）是主要電源，另外還配備有輔助動力源。根據(jù)燃料電池汽車的設(shè)計方案不同，其所采用的輔助動力源也有所不同，可以用輔助蓄電池組、飛輪儲能器或超級電容器等共同組成雙電源或多電源系統(tǒng)。2024/10/1028

（3）DC/DC變流器

燃料電池汽車采用的電源有各自的特性，燃料電池只提供直流電，電壓和電流隨輸出電流的變化而變化。燃料電池不能接受外部電源的充電，電流的方向只是單向的。燃料電池汽車采用的輔助電源（蓄電池和超級電容）在充電和放電時，也是以直流電的形式流動，但電流的方向是可逆性流動。燃料電池汽車上各種電源的電壓和電流受工況變化的影響呈不穩(wěn)定狀態(tài)。為了滿足驅(qū)動電機(jī)對電壓和電流的要求及對多電源電力系統(tǒng)的控制，在電源與驅(qū)動電機(jī)之間，用單片機(jī)控制，以實現(xiàn)對燃料電池汽車的多電源綜合控制，保證燃料電池汽車的正常運行。燃料電池汽車的燃料電池需要裝配單向DC/DC變流器，蓄電池和超級電容需要裝配雙向DC/DC變流器。2024/10/1029

（4）驅(qū)動電機(jī)

燃料電池汽車用的驅(qū)動電機(jī)主要有直流電機(jī)、交流電機(jī)、永磁電機(jī)和開關(guān)磁阻電機(jī)等。驅(qū)動電機(jī)必須與整車進(jìn)行匹配。（5）動力電控系統(tǒng)

燃料電池汽車的動力電控系統(tǒng)主要由燃料電池發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)、蓄電池管理系統(tǒng)、動力控制系統(tǒng)及整車控制系統(tǒng)組成。2024/10/1030三、混合動力汽車

1.混合動力汽車定義

混合動力汽車作為電動汽車的一種，國際電工委員會（IEC）電動車技術(shù)委員會對混合動力電動車的定義為：有多于一種能量轉(zhuǎn)換器能提供驅(qū)動動力的混合型電動車。

也有學(xué)者對混合動力汽車作如下定義：驅(qū)動系統(tǒng)由兩個或多個能同時運轉(zhuǎn)的驅(qū)動系統(tǒng)聯(lián)合組成的、行駛功率需求由單個驅(qū)動系統(tǒng)單獨或多個驅(qū)動系統(tǒng)共同提供的汽車。

一般來講，混合動力汽車是指同時裝備兩種動力源——熱動力源（由傳統(tǒng)的汽油機(jī)或者柴油機(jī)產(chǎn)生）與電動力源（蓄電池與電機(jī)）的汽車。2024/10/10第一節(jié)電動汽車31

2.混合動力汽車類型混合動力汽車的分類方法有很多，主要分類見表2024/10/1032

2024/10/1033

2024/10/10（續(xù)）34

3.混合動力汽車結(jié)構(gòu)及工作原理（1）串聯(lián)式混合動力汽車

串聯(lián)式混合動力汽車是由兩個能源向電機(jī)供電，以產(chǎn)生驅(qū)動力的汽車。串聯(lián)式混合動力汽車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示，主要由發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)、電機(jī)三大動力總成和蓄電池組等部件組成。

發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)和驅(qū)動電機(jī)采用串聯(lián)的方式組成驅(qū)動系統(tǒng)。發(fā)動機(jī)僅僅用于發(fā)電，發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能通過電機(jī)控制直接輸送到電機(jī)，由電機(jī)產(chǎn)生的電磁力矩驅(qū)動汽車行駛。2024/10/1035

（2）并聯(lián)式混合動力汽車

并聯(lián)式混合動力汽車的驅(qū)動系統(tǒng)由發(fā)動機(jī)、電動/發(fā)電機(jī)或驅(qū)動電機(jī)兩大動力總成組成。發(fā)動機(jī)、電動/發(fā)電機(jī)或驅(qū)動電機(jī)采用并聯(lián)的方式組成驅(qū)動系統(tǒng)。

并聯(lián)式混合動力汽車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示，主要是由發(fā)動機(jī)、電機(jī)/發(fā)電機(jī)和蓄電池等部件組成。并聯(lián)式混合動力汽車系統(tǒng)有多種組合型式，可以根據(jù)使用要求選用。并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)采用發(fā)動機(jī)和電機(jī)兩套獨立的驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動汽車。發(fā)動機(jī)和電機(jī)通常通過不同的離合器來驅(qū)動汽車，可以采用發(fā)動機(jī)單獨驅(qū)動、電機(jī)單獨驅(qū)動或者發(fā)動機(jī)和電機(jī)混合驅(qū)動3種工作模式。當(dāng)發(fā)動機(jī)提供的功率大于汽車所需驅(qū)動功率時，或者當(dāng)汽車制動時，電機(jī)工作于發(fā)電機(jī)狀態(tài)，給蓄電池充電。發(fā)動機(jī)和電機(jī)的功率可以互相疊加，發(fā)動機(jī)功率和電機(jī)/發(fā)電機(jī)功率約為電動汽車所需最大驅(qū)動功率的0.5～1倍。

2024/10/10（2）并聯(lián)式混合動力汽車2024/10/1037

（3）混聯(lián)式混合動力汽車

混聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)是串聯(lián)式和并聯(lián)式的綜合，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示，它主要由發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)、電機(jī)、行星齒輪機(jī)構(gòu)和蓄電池等部件組成。發(fā)動機(jī)發(fā)出的功率一部分通過機(jī)械傳動輸送給驅(qū)動橋，另一部分則驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電。發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能輸送給電機(jī)或蓄電池，電機(jī)產(chǎn)生的驅(qū)動力矩通過動力復(fù)合裝置傳送給驅(qū)動橋。混聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)的控制策略是：在汽車低速行駛時，驅(qū)動系統(tǒng)主要以串聯(lián)方式工作；當(dāng)汽車高速穩(wěn)定行駛時，則以并聯(lián)方式為主。

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（4）插電式混合動力汽車

又稱為外接充電式混合動力汽車。插電式（含增程式）混合動力汽車是指車輛的驅(qū)動力由驅(qū)動電機(jī)及發(fā)動機(jī)同時或單獨供給，并且可由外部提供電能進(jìn)行充電，純電動模式下續(xù)駛里程符合我國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的汽車。

插電式混合動力汽車從結(jié)構(gòu)上可分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式3種類型。

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4.關(guān)鍵技術(shù)

混合動力汽車是集汽車、電力拖動、自動控制、新能源及新材料等高新技術(shù)于一體的高新集成產(chǎn)物。它的研究涉及多個領(lǐng)域，其關(guān)鍵技術(shù)主要有電池及電池管理、電機(jī)、發(fā)電機(jī)、動力耦合裝置和整車能量管理等。

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2024/10/10第二節(jié)電動拖拉機(jī)41一、純電動拖拉機(jī)

1.純電動拖拉機(jī)的結(jié)構(gòu)類型及原理

根據(jù)拖拉機(jī)工況的需求，純電動拖拉機(jī)通常具有6類型，如下圖所示。2024/10/10第二節(jié)電動拖拉機(jī)

電動拖拉機(jī)一般可以分為純電動拖拉機(jī)和混合動力拖拉機(jī)兩類。42

圖17-14a所示的純電動拖拉機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)用電驅(qū)動裝置替代傳統(tǒng)拖拉機(jī)的內(nèi)燃機(jī)，而傳動系統(tǒng)則沿用傳統(tǒng)的機(jī)械器件進(jìn)行動力傳遞。該驅(qū)動結(jié)構(gòu)可以通過對傳統(tǒng)類型的拖拉機(jī)進(jìn)行簡單改裝而獲取，同時由于大量繼承了傳統(tǒng)拖拉機(jī)的機(jī)械部件，其整體結(jié)構(gòu)布置變動較小。2024/10/10圖17-14純電動拖拉機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)6種可能的結(jié)構(gòu)型式a.傳統(tǒng)方式D.差速器GB.變速器M.電機(jī)43

圖17-14b所示的純電動拖拉機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)在圖17-14a所示驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了簡化，取消了離合器。同時利用電動機(jī)在高轉(zhuǎn)速范圍具有的恒功率特性，將多擋變速器轉(zhuǎn)換為固定速比的齒輪傳動裝置，能夠簡化驅(qū)動系統(tǒng)的控制復(fù)雜程度，還可以減小整套機(jī)械傳動裝置的尺寸和質(zhì)量，促進(jìn)電動拖拉機(jī)整機(jī)的輕量化。2024/10/10圖17-14純電動拖拉機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)6種可能的結(jié)構(gòu)型式b.無離合器D.差速器M.電機(jī)FG.固定擋齒輪傳動裝置44

圖17-14c所示的純電動拖拉機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行了進(jìn)一步的簡化，其將電機(jī)、固定擋齒輪傳動裝置和差速器結(jié)合為一體形成一個組合件，驅(qū)動輪連接在組合件兩側(cè)的半軸上。整個驅(qū)動系統(tǒng)的布置更加緊湊，傳動部件的尺寸進(jìn)一步減小，占據(jù)的空間也更小，為純電動拖拉機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)的布置提供了方便，增強(qiáng)了整機(jī)布置的靈活性。2024/10/10圖17-14純電動拖拉機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)6種可能的結(jié)構(gòu)型式c.電機(jī)、固定檔傳動裝置和差速器一體式D.差速器M.電機(jī)FG.固定擋齒輪傳動裝置45

圖17-14d所示的純電動拖拉機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)采用了雙電機(jī)結(jié)構(gòu)，其利用兩個電機(jī)的共同作用取代了傳統(tǒng)傳動結(jié)構(gòu)中的差速器。每一個驅(qū)動輪通過一個固定擋的齒輪傳動裝置連接一個驅(qū)動電機(jī)。兩側(cè)的驅(qū)動輪在轉(zhuǎn)彎過程中需要的速度差通過控制系統(tǒng)對兩個驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制來實現(xiàn)。整機(jī)的機(jī)械傳動裝置進(jìn)一步減少，輕量化程度有所提高，整機(jī)的布置也更加靈活、方便。但是雙電機(jī)結(jié)構(gòu)布置型式對驅(qū)動電機(jī)控制技術(shù)的精確性和可靠性提出了更高的要求，其整機(jī)控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度較高。2024/10/10圖17-14純電動拖拉機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)6種可能的結(jié)構(gòu)型式

d.雙電機(jī)結(jié)構(gòu)式M.電機(jī)FG.固定擋齒輪傳動裝置46

圖17-14e所示的純電動拖拉機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)通過驅(qū)動電機(jī)和行星齒輪組的組合作用實現(xiàn)對驅(qū)動電機(jī)的降速增矩，從而提供純電動拖拉機(jī)正常行駛所需的驅(qū)動力和行駛速度。此外，該電驅(qū)動系統(tǒng)采用行星齒輪組實現(xiàn)了動力輸入軸和動力輸出軸在同一個方向上的縱向布置，進(jìn)一步縮小了驅(qū)動系統(tǒng)所占的空間比例，為拖拉機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)的靈活布置提供了便利。2024/10/10e.驅(qū)動電機(jī)和行星齒輪組組合式圖17-14純電動拖拉機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)6種可能的結(jié)構(gòu)型式M.電機(jī)FG.固定擋齒輪傳動裝置47

圖17-14f所示的純電動拖拉機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)采用輪轂驅(qū)動電機(jī)直接內(nèi)置于驅(qū)動輪中的結(jié)構(gòu)型式。其驅(qū)動電機(jī)和驅(qū)動輪直接連接在一起，它們之間沒有任何的機(jī)械調(diào)速部件，完全通過電動機(jī)和控制器來實現(xiàn)對整機(jī)車速的控制。上述驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)尺寸減小到了極致，節(jié)省了大量的機(jī)械傳動部件，為整機(jī)的結(jié)構(gòu)布置提供了大量的空間，整機(jī)的輕量化程度可以得到進(jìn)一步的提高。2024/10/10f.輪轂驅(qū)動電機(jī)式圖17-14純電動拖拉機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)6種可能的結(jié)構(gòu)型式M.電動機(jī)48

然而，圖17-14f所示的電驅(qū)動系統(tǒng)對驅(qū)動電機(jī)的要求非常高，驅(qū)動電機(jī)不僅需要具備較寬的恒功率區(qū)域，以方便拖拉機(jī)進(jìn)行速度的調(diào)節(jié)，還必須具備較高的轉(zhuǎn)矩，以滿足純電動拖拉機(jī)起步和加速時的動力性需求。除此之外，圖17-14f所示的電驅(qū)動系統(tǒng)要求整機(jī)的控制系統(tǒng)具有非常高的靈敏性和可靠性，從而方便駕駛?cè)藛T對整機(jī)的運行狀態(tài)進(jìn)行實時調(diào)節(jié)，保證純電動拖拉機(jī)按照駕駛?cè)说囊鈭D安全穩(wěn)定地行駛。

上述六種形式中，對于動力輸出軸（PTO）的動力傳遞，圖17-14a和圖17-14b可采用機(jī)械傳遞方式，也可增加一臺驅(qū)動電機(jī)，采用電力傳動方式。其他四種型式均采用電力傳動方式。2024/10/1049

2.純電動拖拉機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)（1）動力電池及能量管理技術(shù)

動力電池為電動拖拉機(jī)提供動力源，一直是制約電動拖拉機(jī)發(fā)展的技術(shù)瓶頸。動力電池主要的性能包括比能量、比功率、能量密度、使用壽命和成本等。如何開發(fā)高比能量、大比功率、低成本和長壽命的動力電池是關(guān)系到電動拖拉機(jī)能否實用的關(guān)鍵所在。（2）電機(jī)驅(qū)動及其控制技術(shù)

電機(jī)驅(qū)動及其控制技術(shù)是電動拖拉機(jī)的核心，由于電動拖拉機(jī)特殊的工作環(huán)境，對電機(jī)性能要求比較高。需要研發(fā)新型電機(jī)，利用多電機(jī)控制技術(shù)，簡化電動拖拉機(jī)機(jī)械傳動和聯(lián)動機(jī)構(gòu)，減輕拖拉機(jī)整體質(zhì)量。因此，電動拖拉機(jī)用電機(jī)必須具有以下特點：2024/10/1050

電動拖拉機(jī)用電機(jī)必須具有以下特點：①起動轉(zhuǎn)矩大，過載能力強(qiáng)（過載系數(shù)應(yīng)達(dá)到3～4），以滿足工作載荷突變對動力的要求。②大的調(diào)速范圍，既能適應(yīng)緩慢的犁耕作業(yè)，又能進(jìn)行快速運輸。③具有再生制動能力，以延長一次充電作業(yè)時間。④具有較強(qiáng)的防塵、防水能力，以適應(yīng)田間復(fù)雜、惡劣的作業(yè)環(huán)境。2024/10/10（2）電機(jī)驅(qū)動及其控制技術(shù)2.純電動拖拉機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)51

2.純電動拖拉機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)（3）系統(tǒng)仿真技術(shù)

電動拖拉機(jī)動力驅(qū)動系統(tǒng)是一個龐大而復(fù)雜的動力系統(tǒng)，各部件的物理特性和動力特性各不相同，存在大量的非線性環(huán)節(jié)和時變特性，而且作業(yè)工況也復(fù)雜多變，使得普通的設(shè)計計算方法難以奏效，而借助于系統(tǒng)仿真技術(shù)，可以在設(shè)計初始階段快速分析系統(tǒng)動力性能和能量消耗，提供動力系統(tǒng)仿真分析結(jié)果，優(yōu)化匹配各部件之間的參數(shù)，分析能量管理策略的有效性，為拖拉機(jī)的后續(xù)設(shè)計和開發(fā)提供有力的參考和依據(jù)。2024/10/1052

2.純電動拖拉機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)（4）傳動技術(shù)

動力傳動裝置是電動拖拉機(jī)底盤的重要組成部分，其作用是根據(jù)電動拖拉機(jī)作業(yè)需求的不同，將電動拖拉機(jī)的動力轉(zhuǎn)變?yōu)橐欢ǖ霓D(zhuǎn)速和相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩，其性能將直接影響電動拖拉機(jī)整機(jī)的動力性、舒適性和經(jīng)濟(jì)性。由于電動拖拉機(jī)需要與農(nóng)機(jī)具配套完成田間作業(yè)，因此電動拖拉機(jī)需要在傳動快速性、換擋性能、平順性和傳動效率等方面進(jìn)行傳動特性綜合分析。無級變速傳動可以精確實現(xiàn)電動拖拉機(jī)自動駕駛、定速巡航和自動全功率控制等技術(shù)需求。無級變速傳動技術(shù)應(yīng)用于電動拖拉機(jī)并對其進(jìn)行技術(shù)突破將是電動拖拉機(jī)的主要發(fā)展趨勢之一。2024/10/1053二、混合動力拖拉機(jī)

混合動力拖拉機(jī)分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式三種類型。1.混合動力拖拉機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理（1）串聯(lián)式混合動力拖拉機(jī)

串聯(lián)式混合動力拖拉機(jī)由發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)、電機(jī)、蓄電池、控制系統(tǒng)及驅(qū)動系統(tǒng)（變速裝置、后橋至后輪）等組成，結(jié)構(gòu)如圖17-15所示。2024/10/10第二節(jié)電動拖拉機(jī)圖17-15串聯(lián)式混合動力拖拉機(jī)的結(jié)構(gòu)54

發(fā)動機(jī)-發(fā)電機(jī)組和電動機(jī)之間采用“串聯(lián)”的方式構(gòu)成串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)。發(fā)動機(jī)與傳動系統(tǒng)沒有直接機(jī)械連接，僅直接驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電，電能存儲在蓄電池中；蓄電池為電機(jī)提供驅(qū)動電能，電機(jī)與傳動系統(tǒng)直接機(jī)械連接，將動力傳至車輪。由于發(fā)動機(jī)與傳動系統(tǒng)之間沒有機(jī)械連接，可在很大程度上減少發(fā)動機(jī)瞬態(tài)響應(yīng)，使發(fā)動機(jī)長期平穩(wěn)工作在高效區(qū)而很少受拖拉機(jī)工況變化的影響。其后PTO可采用機(jī)械連接或單獨用電機(jī)驅(qū)動。2024/10/1055

（2）并聯(lián)式混合動力拖拉機(jī)

并聯(lián)式混合動力拖拉機(jī)由發(fā)動機(jī)、電機(jī)、動力耦合機(jī)構(gòu)、蓄電池、控制系統(tǒng)及驅(qū)動系統(tǒng)（變速裝置、后橋至后輪）等組成，如圖17-16所示。2024/10/10圖17-16并聯(lián)式混合動力拖拉機(jī)的結(jié)構(gòu)56

并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)和電機(jī)之間為“并聯(lián)”方式連接，發(fā)動機(jī)、電機(jī)各自的輸出動力經(jīng)過動力耦合機(jī)構(gòu)的耦合疊加后經(jīng)傳動系統(tǒng)傳遞至車輪；發(fā)動機(jī)和電機(jī)為相互獨立的兩套驅(qū)動系統(tǒng)，可分別獨立地給拖拉機(jī)提供動力，也可同時為拖拉機(jī)提供動力；在不同工況下，電機(jī)可以作電動機(jī)或作發(fā)電機(jī)使用。由于發(fā)動機(jī)提供動力驅(qū)動拖拉機(jī)，又沒有單獨的發(fā)電機(jī)，因此該動力系統(tǒng)更接近傳統(tǒng)動力系統(tǒng)，應(yīng)用比較廣泛。其后PTO可采用機(jī)械連接或單獨用電機(jī)驅(qū)動。2024/10/1057

并聯(lián)式混合動力拖拉機(jī)傳動系統(tǒng)較傳統(tǒng)動力系統(tǒng)增加了電機(jī)、動力耦合機(jī)構(gòu)及蓄電池；通常發(fā)動機(jī)工作在滿負(fù)荷（中等轉(zhuǎn)速）下燃油經(jīng)濟(jì)性較好，電機(jī)可以通過平衡發(fā)動機(jī)負(fù)載，使其工作在高效區(qū)。當(dāng)拖拉機(jī)負(fù)載較小時，傳統(tǒng)動力系統(tǒng)發(fā)動機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性較差，而并聯(lián)式混合動力拖拉機(jī)傳動系統(tǒng)可關(guān)閉發(fā)動機(jī)，僅用電機(jī)驅(qū)動拖拉機(jī)或者控制發(fā)動機(jī)工作在一定功率的高效區(qū)，其輸出動力一邊驅(qū)動拖拉機(jī)，一邊給蓄電池充電。當(dāng)拖拉機(jī)載荷較大時，需求功率較大，可以協(xié)調(diào)控制電機(jī)和發(fā)動機(jī)工作，控制電機(jī)輸出，使發(fā)動機(jī)工作在高負(fù)荷率、穩(wěn)定、高效區(qū)。2024/10/1058

（3）混聯(lián)式混合動力拖拉機(jī)

混聯(lián)式混合動力拖拉機(jī)主要由發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)、電機(jī)、動力耦合機(jī)構(gòu)、蓄電池、控制系統(tǒng)及驅(qū)動系統(tǒng)等組成，如圖17-17所示。2024/10/10圖17-17混聯(lián)式混合動力拖拉機(jī)的結(jié)構(gòu)59

混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)兼顧了串聯(lián)式和并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的優(yōu)點，也克服了兩動力系統(tǒng)的不足。與串聯(lián)式相比，它增加了發(fā)動機(jī)直接驅(qū)動拖拉機(jī)的“并聯(lián)式”機(jī)械驅(qū)動模式；與并聯(lián)式相比，增加了“串聯(lián)式”的發(fā)動機(jī)-發(fā)電機(jī)組的發(fā)電模式?；炻?lián)式混合動力系統(tǒng)有多種混合驅(qū)動模式，可以根據(jù)不同工況工作在并聯(lián)驅(qū)動模式、串聯(lián)驅(qū)動模式或并聯(lián)及串聯(lián)聯(lián)合驅(qū)動模式。該系統(tǒng)可通過合理的控制策略使各動力源負(fù)荷率較高，部件效率較高，能量的綜合利用率較高；但同時混聯(lián)式的多能源動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，布置難度大；要實現(xiàn)串、并聯(lián)模式間的合理切換，就需要復(fù)雜精確的控制系統(tǒng)和控制策略。其后PTO可采用機(jī)械連接或單獨用電動機(jī)驅(qū)動。2024/10/1060

2.混合動力拖拉機(jī)關(guān)鍵技術(shù)

混合動力拖拉機(jī)涉及到機(jī)械、電力、電子和計算機(jī)控制等多種學(xué)科，對混合動力驅(qū)動系統(tǒng)的研究也處于研究探索階段，要想使其成熟地應(yīng)用在拖拉機(jī)上，還需要走很長的路。很多技術(shù)問題亟待解決，包括動力傳動系統(tǒng)參數(shù)的匹配設(shè)計、控制策略的制定、蓄電池及能量管理技術(shù)、車身底盤技術(shù)以及系試驗仿真技術(shù)等。以下初步分析幾項關(guān)鍵技術(shù)在混合動力系統(tǒng)中的應(yīng)用問題。2024/10/1061

（1）動力傳動系統(tǒng)參數(shù)匹配

根據(jù)拖拉機(jī)運行工況的要求，對柴油發(fā)動機(jī)與驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行優(yōu)化耦合后，可以獲得良好的動力性、燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能等指標(biāo)，為此，要對混合動力系統(tǒng)各部件參數(shù)進(jìn)行合理匹配。主要包括合理計算選擇發(fā)動機(jī)功率、電機(jī)功率以及動力電池容量和數(shù)量、變速器的擋位數(shù)及傳動比大小等，確定混合動力拖拉機(jī)的混合度，組成效率最高的混合驅(qū)動系統(tǒng)。傳動系統(tǒng)的布置以及動力耦合方式有多種，各個傳動部件參數(shù)設(shè)計具有很大的自由度，目前大多是基于電動汽車仿真軟件，借用各種優(yōu)化算法進(jìn)行仿真來對混合動力系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行匹配。2024/10/1062

（2）整機(jī)控制系統(tǒng)

整機(jī)控制系統(tǒng)的主要目標(biāo)是實現(xiàn)整機(jī)工作模式切換和動力分配，以及確定采用何種驅(qū)動方式（全驅(qū)，前驅(qū)或者后驅(qū)）。整機(jī)控制系統(tǒng)作為拖拉機(jī)的“大腦”，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)車輛的各部件協(xié)同工作，優(yōu)化提高車輛的性能。從整機(jī)控制角度來說，控制策略的制定依據(jù)是整機(jī)的工作效率和部件的傳動效率以及動力電池的使用壽命。整機(jī)控制技術(shù)包括換擋控制技術(shù)，工作模式切換技術(shù)以及能量管理技術(shù)等。重點是能量管理控制策略，實現(xiàn)全局最優(yōu)，保證各個系統(tǒng)高效率工作。2024/10/1063

（3）電機(jī)及其控制技術(shù)

電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)是把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，然后經(jīng)過傳動裝置驅(qū)動車輪。驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)速高、調(diào)速范圍較寬、啟動轉(zhuǎn)矩大，因而電機(jī)可以起到“削峰填谷”的作用。控制技術(shù)也由基于轉(zhuǎn)速和功率的控制策略轉(zhuǎn)變到模糊控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及專家系統(tǒng)等各種智能控制策略上來，從而實現(xiàn)整機(jī)對電機(jī)的控制。2024/10/1064

（4）蓄電池及其充放電管理系統(tǒng)

蓄電池是混合動力拖拉機(jī)的電能儲存單元，其充放電特性會影響整機(jī)性能及價格。蓄電池的發(fā)展已經(jīng)歷經(jīng)了三代：第一代為鉛酸蓄電池，技術(shù)比較成熟，價格便宜，其缺點是能量密度低，循環(huán)壽命短及比能量低；第二代為高能電池，以鋰電池為代表，鋰電池容易發(fā)生炸裂等隱患，但是隨著鋰電池性能的進(jìn)一步發(fā)展，鋰電池的成本在逐年降低，安全性提高，所以未來混合動力拖拉機(jī)乃至純電動拖拉機(jī)的動力電池將會被鋰電池取代；第三代為燃料電池，作為最先進(jìn)的電池，燃料電池的技術(shù)還不夠成熟。混合動力拖拉機(jī)上的蓄電池在工作時經(jīng)常處在充放電循環(huán)狀態(tài)，因而要求蓄電池做到充放電速率和效率高。蓄電池放電深度、充放電電流的大小及具體的拖拉機(jī)工況等諸多因素會影響混合動力拖拉機(jī)蓄電池的壽命、充放電效率和內(nèi)阻等。電池管理系統(tǒng)可以對動力電池組的狀態(tài)進(jìn)行管理，是混合動力拖拉機(jī)的重要研究內(nèi)容之一。2024/10/1065

2024/10/10第三節(jié)無人駕駛汽車66

無人駕駛汽車（self-drivingcar）是一種主要依靠車內(nèi)的以計算機(jī)系統(tǒng)為主的智能駕駛儀來實現(xiàn)無人駕駛的智能汽車，又稱為自動駕駛汽車、計算機(jī)駕駛汽車等。

無人駕駛汽車能夠在道路上安全可靠地行駛，主要通過車載傳感器對行駛車輛的周圍環(huán)境進(jìn)行感知與識別，對獲取的車輛位置、交通信號、道路以及障礙物等信息進(jìn)行分析處理，從而控制汽車的速度和轉(zhuǎn)向。

無人駕駛技術(shù)是一門建立在信息感知、信息控制以及信息執(zhí)行等環(huán)節(jié)基礎(chǔ)上的多學(xué)科、跨行業(yè)的綜合性技術(shù)。汽車智能化的基礎(chǔ)包括：信息感知、處理控制和動作執(zhí)行，汽車智能將由高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）向整車自動駕駛發(fā)展。無人駕駛技術(shù)一般分為六個等級，依次為完全手動駕駛、輔助駕駛、部分模塊自動化、特定條件下自動化、高度自動化和全自動化的無人駕駛。2024/10/1067

無人駕駛汽車組成包括車載雷達(dá)、計算機(jī)處理系統(tǒng)、激光測距儀、微型傳感器、視頻攝像頭、計算機(jī)資料庫等，如圖17-18所示。2024/10/10第三節(jié)無人駕駛汽車一、無人駕駛汽車的結(jié)構(gòu)及工作原理68

無人駕駛汽車需要感知汽車和周圍物體間的距離，激光射線可以滿足這一技術(shù)要求，車頂安裝能夠發(fā)射激光射線的激光測距儀，通過從發(fā)射到接觸物體反射回來的時間，車載計算機(jī)便可計算出和物體間的距離。汽車為了能夠避開道路路障和提前做出處理，需要車載雷達(dá)探測行駛中汽車周圍的固定路障。安裝在車后方的雷達(dá)探測在汽車變換車道時左右后方是否有車，由于車頂?shù)募す鉁y距儀激光反射具有盲點區(qū)域，車后雷達(dá)彌補(bǔ)這一不足，達(dá)到防止汽車發(fā)生側(cè)面撞擊，同時在汽車倒車時，判斷汽車的倒車距離，防止發(fā)生倒車碰撞。安裝在車前的三個車載雷達(dá)，能夠探知車前方是否有路口以及是否有車制動動作，雷達(dá)把探測信息傳遞給車載計算機(jī)，系統(tǒng)對探測信息進(jìn)行判斷和處理，并做出相應(yīng)指示操作。2024/10/1069

在汽車底部裝有雷達(dá)、超聲波和攝像頭等設(shè)備，如圖所示，能夠檢測出汽車行駛方向上的角速度、加速度等一些重要數(shù)據(jù)，再利用衛(wèi)星定位系統(tǒng)（北斗或GPS）傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行整合處理，能夠精確計算出行駛汽車的具體位置。安裝在汽車上的微型傳感器能夠監(jiān)控汽車是否偏離導(dǎo)航儀指定的行駛路線，而道路的寬度、交通信號燈以及汽車行駛的道路信息是通過車載攝像機(jī)捕獲的圖像進(jìn)行判斷分析處理的。2024/10/10圖17-19無人駕駛汽車中雷達(dá)、超聲波、攝像頭范圍及應(yīng)用70

無人駕駛汽車為保障汽車在道路上正常行駛，符合交通法規(guī)，必須在汽車車頭安裝攝像頭進(jìn)行對道路地面分析判斷，避免發(fā)生占道、偏離路線以及行駛錯道，如圖17-20所示。汽車在通過交通崗時，要利用車載雷達(dá)進(jìn)行對人、車、物的分析判斷，避免發(fā)生交通事故。汽車對交通信號的判斷是通過車載攝像機(jī)捕獲的實時圖像，再結(jié)合雷達(dá)測量的路口距離，分析處理后對汽車做出停車、行駛、加速和減速等指示，提高交通效率，達(dá)到無人駕駛的目的。2024/10/10圖17-20無人駕駛汽車在道路口的判斷71

無人駕駛汽車是指通過車載傳感系統(tǒng)感知汽車行駛過程中周圍的道路環(huán)境狀況，同時對獲取的信息經(jīng)行分析處理，具有自動規(guī)劃行車路線并對汽車進(jìn)行導(dǎo)航，從而到達(dá)預(yù)定目的地的智能汽車。能夠保障無人駕駛汽車行駛安全可靠的核心技術(shù)主要有環(huán)境感知技術(shù)、高精度地圖技術(shù)以及路徑規(guī)劃與決策技術(shù)三個方面。1.環(huán)境感知技術(shù)

作為無人駕駛汽車系統(tǒng)中最基礎(chǔ)的模塊，環(huán)境感知技術(shù)的功能如同人類的眼和耳一樣，其主要由激光雷達(dá)、視覺攝像頭和毫米波雷達(dá)等設(shè)備組成，用來獲取無人駕駛汽車周圍詳細(xì)的環(huán)境信息，為汽車正確行為決策提供必要的信息支持，從而達(dá)到無人駕駛。2024/10/10第三節(jié)無人駕駛汽車二、無人駕駛汽車的關(guān)鍵技術(shù)72

（1）激光雷達(dá)：利用激光技術(shù)、北斗（或GPS）系統(tǒng)以及慣性測量裝置獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，并自動生成高精確的數(shù)字高程模型，輸送給車載計算機(jī)。無人駕駛汽車中的激光雷達(dá)有兩個核心功能：其一是3D建模進(jìn)行環(huán)境感知，通過激光掃描得到汽車周圍環(huán)境的3D模型，運用相關(guān)算法比對上一幀和下一幀環(huán)境的變化，探測出周圍的車輛和行人；其二是同步建圖加強(qiáng)定位，實時得到的全局地圖，通過和高精度地圖中特征物的比對，加強(qiáng)汽車導(dǎo)航與定位的精準(zhǔn)度。2024/10/1073

（2）視覺攝像頭：具有人工智能中的圖像識別功能，實現(xiàn)對駕駛員狀態(tài)、障礙物以及行人的檢測和交通標(biāo)志、路標(biāo)的識別等功能。

（3）毫米波雷達(dá)：無人駕駛汽車系統(tǒng)里極其重要的傳感器，是智能汽車高級駕駛輔助系統(tǒng)的標(biāo)配傳感器。雷達(dá)采用的毫米波的波長為1mm-10mm，其頻率為30-300GHz，具有非常強(qiáng)的穿透力。毫米波雷達(dá)與超聲波雷達(dá)以及激光、紅外等光學(xué)傳感器相比，具有體積小、質(zhì)量輕以及全天候、全天時的特點，而且其空間分辨率高、穿透障礙物的能力強(qiáng)，極大提高了信息感知的準(zhǔn)確性。2024/10/1074

2.高精度地圖技術(shù)

高精度地圖和動態(tài)交通信息是無人駕駛汽車重要組件，在輔助感知、路徑規(guī)劃和輔助決策中起到了重要作用。高精度地圖技術(shù)是無人駕駛汽車的重要輔助技術(shù)，能夠提前使汽車獲知汽車行駛前方的方向和路況。動態(tài)交通信息通過互聯(lián)網(wǎng)和GPS系統(tǒng)能夠獲取實時的交通信息狀況，并傳遞給行駛汽車，同時車載計算機(jī)對信息進(jìn)行分析處理，來判斷道路擁堵的程度，并選擇最佳行駛路徑對汽車進(jìn)行導(dǎo)航。2024/10/1075

3.路徑規(guī)劃與決策技術(shù)

路徑規(guī)劃是決策技術(shù)的初級環(huán)節(jié)，其中涉及路徑搜索算法，并結(jié)合提供的實時動態(tài)交通信息，在傳統(tǒng)靜態(tài)路徑規(guī)劃基礎(chǔ)上，實時動態(tài)調(diào)整及修改車載計算機(jī)最初對汽車所規(guī)劃好的行駛路徑，最終尋找出到達(dá)目的地的最優(yōu)路徑。決策技術(shù)的高級環(huán)節(jié)便是機(jī)器學(xué)習(xí)中的深度學(xué)習(xí)。在前兩個核心技術(shù)對無人駕駛汽車提供的實時環(huán)境數(shù)據(jù)和交通大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，深度學(xué)習(xí)能夠不斷對無人駕駛系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)完善，使無人駕駛汽車在面對復(fù)雜交通狀況和交通環(huán)境的時候，系統(tǒng)可以作出智能、合理的判斷，并進(jìn)行最優(yōu)處理。這也是目前整個無人駕駛環(huán)節(jié)中最核心的技術(shù)，受益于諸多科技巨頭的潛心研究，算法已加速成熟。2024/10/1076

2024/10/10第四節(jié)無人駕駛拖拉機(jī)77

在無人駕駛拖拉機(jī)中，采用了多種導(dǎo)航定位方法，其中，北斗或GPS導(dǎo)航定位應(yīng)用最廣。北斗或GPS導(dǎo)航主要由RTK基站和拖拉機(jī)車載兩部分組成。1.RTK基站

為了實現(xiàn)拖拉機(jī)自動駕駛，RTK基站連續(xù)發(fā)送高精度的差分?jǐn)?shù)據(jù)給拖拉機(jī)，以保證耕整地、起壟、播種、噴藥等作業(yè)的精度要求，通過RTK基站的差分糾錯后，作業(yè)精度可達(dá)2.5cm的千米直線度和行距精度。RTK基站由接收部分和通信部分組成。接收部分接收衛(wèi)星信號，并實時輸出高精度差分?jǐn)?shù)據(jù)。通信部分采取電臺或者網(wǎng)絡(luò)模式將差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸給拖拉機(jī)終端設(shè)備。2024/10/10第四節(jié)無人駕駛拖拉機(jī)一、無人駕駛拖拉機(jī)導(dǎo)航定位方法78

2.車載部分

車載部分主要由衛(wèi)星定位、通信模塊、控制器、轉(zhuǎn)向控制和角度傳感器等組成。這五部分是導(dǎo)航自動駕駛系統(tǒng)所有技術(shù)共有和不可或缺的組成部分。液壓組件為液壓模式獨有，轉(zhuǎn)向盤組件為轉(zhuǎn)向盤式獨有，轉(zhuǎn)向控制部分其意義包含多種實現(xiàn)模式。

①衛(wèi)星定位：由衛(wèi)星接收機(jī)接收衛(wèi)星信號不進(jìn)行結(jié)算得出粗略的單點定位信息，并傳輸至控制器。

②通信模塊：通過電臺或者網(wǎng)絡(luò)模式接收基站發(fā)送的查分?jǐn)?shù)據(jù)，傳輸至控制器。2024/10/1079

③控制器：控制器為人機(jī)交互和數(shù)據(jù)計算的綜合系統(tǒng)，首先，接收拖拉機(jī)衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)和基站查分?jǐn)?shù)據(jù)并進(jìn)行計算得出精確定位坐標(biāo)，提高拖拉機(jī)定位精度；其次，控制器作為車輛設(shè)置、行進(jìn)軌跡規(guī)劃和操控設(shè)置等實際操作終端。

④轉(zhuǎn)向控制：針對不同的導(dǎo)航自動駕駛技術(shù)實現(xiàn)方式，轉(zhuǎn)向控制通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動或者調(diào)節(jié)液壓油的流向和流速等實現(xiàn)對拖拉機(jī)方向的調(diào)節(jié)。

⑤角度傳感器：角度傳感器可測量拖拉機(jī)當(dāng)前位置下車輪的轉(zhuǎn)向角度，用于計算定位坐標(biāo)的延續(xù)和車輪轉(zhuǎn)向角度的調(diào)整。2024/10/1080

無人駕駛拖拉機(jī)的導(dǎo)航系統(tǒng)主要由信息感知及采集系統(tǒng)、設(shè)備控制系統(tǒng)和導(dǎo)航控制系統(tǒng)三大部分構(gòu)成，如圖所示。2024/10/10第四節(jié)無人駕駛拖拉機(jī)二、無人駕駛拖拉機(jī)的構(gòu)造原理81

信息感知及采集系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)角信號采集模塊、速度測量模塊、航姿測量模塊、全球定位模塊、視覺感知模塊和數(shù)據(jù)通信模塊等。轉(zhuǎn)角信號采集模塊主要負(fù)責(zé)實時監(jiān)測轉(zhuǎn)向信號，為實現(xiàn)在規(guī)定區(qū)域內(nèi)車輛自動轉(zhuǎn)向提供信息；速度測量模塊主要負(fù)責(zé)實時監(jiān)測拖拉機(jī)行駛速度，以便形成閉環(huán)反饋，控制拖拉機(jī)按照作業(yè)工況控制行駛速度；航姿測量模塊主要負(fù)責(zé)實時監(jiān)測拖拉機(jī)的加速度、角速度和磁場強(qiáng)度等信息，并通過實時計算獲得所需的導(dǎo)航參數(shù)，確定拖拉機(jī)行駛方向和姿態(tài)；全球定位模塊主要負(fù)責(zé)拖拉機(jī)在田間作業(yè)時，實時獲取田間路徑，使拖拉機(jī)能夠在田間按照規(guī)定路徑行駛；視覺感知模塊主要負(fù)責(zé)通過CCD攝像機(jī)對周圍環(huán)境進(jìn)行實時探測，并對獲得的圖像信息進(jìn)行分析處理，做出行動路徑規(guī)劃，在無人干涉的情況下，自動移動到預(yù)定的目標(biāo)；數(shù)據(jù)通信模塊主要負(fù)責(zé)各傳感器、控制器和執(zhí)行器之間的信息傳遞和控制。2024/10/1082

設(shè)備控制系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)向油路模塊、手動/自動轉(zhuǎn)向切換模塊和電控轉(zhuǎn)向模塊，可根據(jù)信息感知及采集系統(tǒng)所獲取的信息，從而實現(xiàn)田間自動轉(zhuǎn)向。

無人駕駛拖拉機(jī)的實現(xiàn)依賴于連續(xù)高效、高精度以及高質(zhì)量地提供導(dǎo)航定位信息的各類傳感器，目前無人駕駛拖拉機(jī)在導(dǎo)航定位系統(tǒng)中所用傳感器及其安裝位置如圖17-21所示。2024/10/1083

我國已經(jīng)實現(xiàn)無人駕駛拖拉機(jī)的實際運行，圖為東方紅LF1104S-C無人駕駛拖拉機(jī)，整機(jī)配備了共軌柴油機(jī)、動力換向變速器、電控懸掛系統(tǒng)、信息與控制系統(tǒng)等技術(shù)。2024/10/10圖17-23東方紅LF1104S-C無人駕駛拖拉機(jī)84

信息與控制系統(tǒng)包括北斗自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、整機(jī)控制系統(tǒng)、雷達(dá)及視覺測量系統(tǒng)、遠(yuǎn)程視頻傳輸系統(tǒng)監(jiān)測顯示系統(tǒng)以及遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)等。其中，自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實現(xiàn)規(guī)定區(qū)域內(nèi)拖拉機(jī)自動轉(zhuǎn)向；整機(jī)控制系統(tǒng)實現(xiàn)對發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、行駛方向、制動以及電控懸架的自動控制；雷達(dá)及視覺測量系統(tǒng)實現(xiàn)對地理環(huán)境信息的識別及測量；遠(yuǎn)程視頻傳輸系統(tǒng)能夠?qū)④囕d攝像頭采集到的圖像信號，通過運營商移動網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至終端并進(jìn)行顯示；監(jiān)測顯示系統(tǒng)用于顯示車輛工作信息，并對車輛工作模式進(jìn)行設(shè)置；遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)可實現(xiàn)對拖拉機(jī)的遠(yuǎn)程操作。2024/10/10

東方紅LF1104S-C無人駕駛拖拉機(jī)可實現(xiàn)拖拉機(jī)在規(guī)定區(qū)域內(nèi)的自動路徑規(guī)劃及導(dǎo)航、自動換向、自動制動、自動后動力輸出、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的自動控制、農(nóng)具的自動控制、障礙物的主動避讓和遠(yuǎn)程控制等功能，是一款可適用犁耕、旋耕、平地、耙地、起壟、播種以及噴灑農(nóng)藥等