長沙電動觀光車在野生動物園的應用

自上世紀七十年代國外就已經開始研發此類產品,目前已初步邁入實用化階段,但現今的主要研究方向著重于高速公路環境與城市環境的無人駕駛汽車研發,對特殊環境下使用的無人駕駛汽車關注不夠。而本次設計的無人駕駛電動觀光車是應用于野生動物園這一特殊單一環境的。由于野生動物園園區面積大,觀光路線長,動物為區域自由放養,要求游人步行或騎車游覽不太現實,一般都采用觀光車搭載游人觀光。   

考慮到野生動物園路況相對較好,沒有其它車輛與行人的干擾,行駛中車輛速度緩慢(約為7km/h),無須多級變速,自動觀光車也無需實現過多的功能,其無人駕駛技術要求并不高,造價相對低廉,有較高的開發應用價值。由于園區道路的坡度起伏不大,一般不會出現路障,觀光車幾乎無須急?；蝾l繁起動,也不需快速啟動、瞬間加速、負載爬坡,因此也就沒有較大的瞬時功率、快速的動態響應等要求。

無人駕駛汽車作為現代高科技與汽車技術相結合的產物,是汽車工業今后發展的主流方向。它主要是利用車載傳感器、全球定位系統、激光掃描儀、雷達等監控技術感知周圍環境信息、車輛位置和障礙物信息,傳入車內計算機系統加以分析、辨識、判斷,用以控制車輛改變行駛狀態,從而使車輛能安全、準確地在道路上行駛。

而永磁無刷直流電機功率密度大、效率高,加之體積小、慣性低、響應快,非常適用于電動汽車的驅動系統。而考慮到園區路面平坦,行使路線較短,車輛行駛速度均勻而緩慢,幾乎為額定負載行駛,因此使用兩個600w無刷直流電機以雙前輪軸驅驅動方式驅動車輪,這樣機械結構簡單,重量輕,價格低廉、易于維護。

同時由于是若干輛無人駕駛長沙電動觀光車在園區沿一封閉路線依次循環前行,所以需要在路面中央沿行進路線鋪設一條黑色線條,用于車輛尋軌。在定點停車處鋪設一條與路中央黑色線條垂直成900的黑色停車線。當觀光車上乘坐有游客后,座椅下的彈簧觸點開關被觸發,單片機接收到觸點開關輸入的信號,控制電機啟動,車輛運行。 

此外自動觀光車是一種自動尋跡汽車,坐滿乘客后能沿一閉合環線自動循環行進,行進路線上設定3-5個停車觀光點,自動觀光車到點能自動停車。此外野生動物園作為一種半開放園區,或許會有動物偶然出現于道路上,所以自動觀光車還應具有遇障停車的功能。因此,采用目前Z新的低功耗、速度高、片內硬件資源豐富的高性價比的單片機系列avr的atmega16單片機作為該觀光車的控制系統。作為目前Z新的單片機系列之一,它尤其適用于電池供電、便攜式以及電機驅動等系統。本文設計采用在車輛座位下方安裝一彈簧觸點開關,在車輛底部安裝3個擴散反射型紅外線傳感器,另外在前車尾端設置一組紅外線發射器,后車前端設置對應的一組紅外線接收器以及2個超聲波傳感器。

運行過程中,單片機不斷讀取3個尋跡紅外線傳感器的狀態信號,控制兩個電機以高、低兩級不同的速度運轉,使電動觀光車不斷左右轉向以修正路線,始終能沿路面黑色線條前進。同時單片機還不斷讀取長距離超聲波測距傳感器和前車障礙判斷紅外線傳感器的狀態信號,當超聲波傳感器檢測到前方障礙,而紅外線傳感器沒有檢測到前車發出的紅外線信號,單片機則將前方障礙判定為動物,立刻控制電機停轉,觀光車遠距離停車;若超聲波傳感器檢測到前方障礙,而紅外線傳感器也檢測到前車發出的紅外線信號,單片機則將前方障礙判定為車輛,則控制電機由高速轉為低速,當與前車距離小于某一定值后,單片機才會控制電機停轉,觀光車近距離停車。

而當觀光車到達停車點以后,遇見路面上的黑色停車線,3個尋跡紅外傳感器狀態同時變化,單片機控制車輛停止運行,游客下車游玩。若停車點已經停有車輛,則由于前方有車,觀光車尚未到達停車點也會依次排隊停車等候。當前方車輛依序前移,而本車尚未乘坐游客,則由單片機控制車輛以低速前移,直至與前車的距離小于一定值后停行或遇停車線停行。

而當本車坐滿游客后,檢測到前方沒有障礙后,忽略停車線,車輛前進?？紤]到觀光車是采用電池驅動,且車速緩慢,沒有外力撞擊危險,從節省能耗、提高行駛里程的角度出發,要求車身重量越輕越好,Z佳方法就是合理選取汽車外殼的材料。

由于車輛載重設定為4人,采用前后雙排長條座位,以壓縮車身尺寸。為無人駕駛,所以觀光車無須設計方向盤,但安裝有一透明遮陽頂棚。此外,無人駕駛自動觀光車所處的是一個自然環境,四周色彩豐富多樣,但大多為低純度的自然色。因此,觀光車的主色調選用明度高、純度低的各序列灰粉寶石藍色系,使觀光車易于辨識,又不會過于明艷,以免對園區動物產生刺激。 

雖然現今鋁合金材料與各種復合材料已經被大量應用,但價格過于高昂,為了在保證使用安全的前提下盡可能降低成本,因此采用工程塑料制作車身外殼。作為電動觀光車,要求其外形應該既有親和力又有現代感,所以采用流線造型,曲線柔和,盡可能取消復雜的形態設計,既利于加工制造、降低成本,又顯得簡潔大方。車身高度盡可能降低,既能降低車輛重心,使其行駛平穩,又顯得造型美觀舒展。此外為擴大視野、減輕車重,取消了車窗設計。