四年之前,德国政府宣布在2020年之前,计划在全国范围内推广100万辆电动汽车。从那时起德国政府研发合作伙伴人工智能研究中心DFKI,也开始探究支持纯电动行驶和自动驾驶试验的道路平台。
DFKI机器人创新中心主管和不来梅大学机器人学部主席Frank Kirchner说到,当他们看到政府对电动汽车计划的雄心壮志之时,感觉到相关技术研发并不是一项全新的挑战,毕竟他们一直以来都在研发设计电能驱动的自主移动机器人,因此自动驾驶电动汽车也仅仅是一个更大尺寸的机器人设备。DFKI研究中心抓住了这次机会,向政府提交了一份详细的研究计划报告书。
机器人创新中心的这支研究团队把他们设计的电动汽车命名为EO,是拉丁语“我将出发去那儿”的意思,获得了170万美元的资金扶持,研发项目持续15个月的时间,最终研发制造出这款智能化电动微型车。EO这款概念验证车型完全赢得了资金扶持组织的认可,之后又额外提供了50万欧元来打造工作原型车EO2,后者在2014年末制造完工。由于机器人创新中心的团队人员基本上都是在电脑前花费大量时间的专业程序员,他们对于自动驾驶汽车有着自己独特的视角,希望设计与道路常见车型存在天壤之别的产品。EO电动车仿佛一个可重构的机器人,灵活度极高,完全模块化的理念造就了多自由度特性。
最大灵活性
研究人员选择了一款分布式推进系统,由四个轮毂电动机组成。分散的动力源结合电子线控系统,使得能量的分配方式以及车辆控制都与绝大多数常规车型有着很大区别。省去了大尺寸发动机和传动系统,帮助车辆得到了最大程度的设计灵活性。EO2四个车轮可以独立转向,最大转向角达到90度,因此原地转向调头、对角线行进或者侧向移动都很容易实现。在较为拥堵的城市工况下行驶和泊车时,这样的功能就显得非常实用;特别是充满自动驾驶汽车的未来城市,随着人类驾驶方式的逐渐减少,更有利于这种操控功能的推广。
EO2设计的另一个核心要素是模块化,生产任何部件都更简单、更快速、更高效。机器人创新中心设计的这款两座电动汽车重新装配非常迅速便捷,添加额外部件方便运送更多的乘客和货物,在车辆尾部还可以附加增程器设备。研发团队甚至开发了增程器元件,来展示他们的模块化理念。模块化设计使得多辆车连接到一起成为可能,促成了道路列车的实现。公路上一长排汽车结合后行驶,大大降低的空气阻力,能够节省很多能量,通过共享储备电能增加行驶里程。
研究团队开发了可折叠的对接接口,安装到车身中,方便了与充电电缆的连接;与一些插入式模块的连接也更高效,例如座椅、附加行李箱、供电电源(电池组、燃料电池、发电机组等)。机器人创新中心之前也为太空项目研发了一些类似装置——高兼容性的即插即用连接设备,对接接口同时具备感应和直接通电连接特性。
EO2电动原型车的可重构性还体现在,其拥有改变形状的功能,有助于提高高速道路上的车辆空气动力学特性,以及更好地适应拥挤的城市空间,但是驾乘人员的舒适性不会随着车辆改变形状而降低。高速运行时,车身高度能够降低来减少空气阻力;而在泊车时车身升高,减少前后轮轴距,方便利用小空间停车。通过后轴向前滑动把车身推动到一个较高位置,车辆长度能够从2米缩减到1.5米。研发人员希望EO2可以在空间有限的城市工况下巡航行驶,以适应未来智能化城市的标准。
EO2原型电动车整备质量750公斤,最高行驶速度为64公里/小时,磷酸锂铁电池组单次充电四小时后,可以支持车辆前行超过48公里。
更加智能化的道路行驶
研发团队希望他们设计的电动车型,可以通过传感器和道路智能化元件,自主在城市和快速路上安全行驶。传感器套件包括前置和后置立体摄像头、可三维扫描周围环境的激光雷达测距仪、六个近视场可测深度三维摄像头、内置霍尔效应元件、一系列监测转向角和距离的电位传感器。从开始研究原型车,机器人创新中心团队就致力于开发自动驾驶功能,他们采用了一套基于传感器的控制系统,并考虑到外界环境和线控设备的影响。
EO电动原型车控制系统的设计方法和设计机器人的方法相类似,各个问题分开解决。首先研发团队把大问题分解成若干个小问题,然后根据层次顺序建立起局部模块化解决方案,根据具体问题提供最为合适的功能选项。最后各种细节解决方案累加起来处理一个大问题,各个大问题顺利解决则保证了车辆的可控制性和安全性。
在研发了电动原型车的各种基本功能之后,研究团队继续努力争取更多的经费来进行下一阶段自动驾驶、自动泊车功能的开发。EO2原型车目前仅仅能够在机器人创新中心的限定道路上自动运行,因为暂时还没有获得公共道路测试的许可。宝马和梅赛德斯奔驰汽车公司都是机器人创新中心的合作伙伴,但是仅仅共同完成一些简单项目,自动驾驶汽车项目相互之间仍然是保密的。
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