基于蓝牙和互联网的组合式电动汽车设计

0 引言

随着能源短缺日益严重，环保呼声高涨，电动汽车（Electric Vehicle,EV）作为一种低碳、清洁的交通工具，受到世界各国政府的高度关注[1-4]。我国政府十分重视清洁能源汽车的发展，将发展电动汽车作为减少石油依赖、降低环境污染、控制温室气体排放的有效措施。与此同时，发展电动汽车还将作为我国培育后金融危机时代新的经济增长点和新兴产业的最佳选择[5]。随着中国城市家庭私人汽车保有量的快速增长，私人汽车已日渐成为居民日常出行的重要交通工具[6]。

车辆停放是交通过程中不可分割的部分，世界上许多大城市交通堵塞的主要原因是停车紧张对静态交通的影响。国内外停车调查及研究表明，停车泊位不足、车辆乱停放，影响城市经济发展与风貌。“行车难，停车更难”的问题同样困扰着我国的城市[7]，尤其是在电动汽车风靡的当下，停车难的问题更加凸显。

在上市公司股东与经理人的委托-代理关系中，股东是委托人，经理是代理人，如果股东信任，经理人诚信，股东与经理人彼此的收益分别是y1,y2；若经理人欺骗，股东不起诉，股东与经理人的收益分别是y3,y4；若经理人欺骗，股东起诉，法院判决欺骗的经理人赔偿rx，这里，r是判决赔偿的概率，x是股东要求赔偿的金额，起诉所产生的司法成本C，不失一般性，y4>y2,y1>y3,y1,y2,y4均大于0 。

目前市场上的电动汽车大都是五座或七座的，这种汽车虽然是优良的代步工具，但是仍然存在停车难、空间利用率低等问题。例如，当一个人开车的时候，车里的5个或7个座位只能被利用一个，降低了电动汽车的空间利用率，同时由于多出来的未利用的空间占有一定的车体重量，从而增加了电量的消耗；由于车身比较长，停车的时候占用比较大的空间，给停车带来了很大的麻烦，导致停车难的问题。

从法庭外进入审判厅，花费了我姨妈一个小时。五十六年前，八月的南京万人空巷，市民们宁可中暑也要亲自来目睹耳闻糟践了他们八年的日本人的下场。审判大厅内外都挤得无缝插足，我年轻的姨妈感觉墙壁都被挤化了，每一次推搡，它都变一次形。日本人屠城后南京的剩余人口此刻似乎都集聚在法庭内外，在半里路外听听高音喇叭转达的发言也解恨。

第二，中小型企业自身的原因。一些中小型企业由于对银行的传统交易形式、进口方资金信用以及固定业务往来等了解较少，中小型企业缺乏风险意识。加之，一些中小型企业进入贸易融资市场的时间较短，难以在短时间内掌握基本的国际贸易融资知识，缺乏风险评估的意识。事实上，中小型企业从整体上来看，实力较弱，能力不足，以至于在贸易融资市场中难以站稳脚跟。

1 组合式电动汽车结构设计

1.1 整体结构设计

第2车厢安装有两个车轮，车内有3个座椅，均为乘客座椅，在第2车厢的顶部和底部分别安装一个绳环，用于固定绳索的一端,如图4所示。

  

图1 组合式电动汽车三维模型Fig.1 Three - dimensional model of combined electric vehicle

当一个或两个人出行的时候，只需要使用第一车厢，这样不仅能满足出行的要求，还能够有效减轻车辆质量，减少耗电量，增加续航里程。同时，由于车身比较短，这样在比较窄的路上能轻松转弯和掉头。此外，停车的时候占用的停车位比较小，而且比较容易停进车位，能够有效解决停车位不足和停车难的问题。

  

图2 第1车厢结构示意图1Fig.2 Diagram 1 of the first compartment structure

 

1.控制系统 2.直流电机 3.绕绳轴 4.连接耳片

  

图3 第1车厢结构示意图2Fig.3 Diagram 2 of the first compartment structure

组合式电动汽车的结构采用UG三维建模技术进行设计，基于虚拟样机技术对零部件进行装配。如图1所示，整车的组成包括：第1车厢、第2车厢。其中第1车厢为主动车厢，即动力车厢，第2车厢为从动车厢。

现阶段已有很多科研人员在汽车空间利用率和汽车停放方面做了很多工作，如刘勇[8]对汽车乘员仓储物空间进行了设计研究，增大了汽车内空间的利用率；赵国平[9]对住宅区的汽车停放问题进行了研究，从管理方面和停车场地利用方面解决停车难的问题；黄莉[10]等对机械式立体停车库进行了研究，通过机械装置，提高空间利用率，一定程度上解决了停车难的问题。以上研究是在汽车本身之外的配套设施和管理方面进行的，缺乏对汽车本身的设计研究。本文在熟知当前电动汽车空间利用率和停车问题相关研究的条件下，从汽车本身出发进行研究，提出了基于蓝牙和互联网技术的组合式电动汽车整体结构设计方案以及通讯方案，通过UG建立三维模型[11-12]，使用虚拟样机技术设计组合汽车的装配关系，基于蓝牙和互联网通信[13-14]，实现BLDC电机与客户端的通讯与数据传输。通过机械装置和电子装置的配合，既解决了电动汽车空间利用率低的问题，又解决了停车难的问题，给人们的生活带来了方便。

  

图4 第2车厢结构示意图Fig.4 The second compartment structure diagram

 

5.绳环 6.连接耳片

1.2 工作方案

第1车厢安装有3个车轮，车体内有两个座椅，一个为驾驶座，另外一个为副驾驶座。在第1车厢的顶部和底部分别安装一个智能收绳装置，每个智能收绳装置都由BLDC电机、绕绳轴、控制系统组成，控制系统由控制器和蓝牙模块组成。客户端通过网络把命令分别传递给两个装置的蓝牙模块，两个装置的蓝牙模块再把命令传递给各自的控制器，控制器控制各自的BLDC电机旋转，同时把BLDC电机的旋转情况及时通过蓝牙模块反馈给服务器，服务器再通过网络反馈给客户端，这样就能形成及时的信息反馈。通过两个BLDC电机的协调工作，实现收放绳索动作的平稳进行。第一车厢的三维模型如图2、图3所示。

基于蓝牙和互联网技术的BLDC电机控制系统的总体设计方案如图6所示。

在三十余年的文学创作中，莫言“从不重复自己，每一部作品都力图选取独特的题材，创造独特的结构，塑造独特的人物形象”[1]。读者和评论家在解读其文学作品时，常感到一种“徒劳的危险”——“任何一种企图都会因为这个作品世界的过于宽阔、巨大和生气勃勃而陷于虚飘、苍白和支离破碎”[2]。天马行空的想象力、泥沙俱下的语言风格、纤敏奇特的感觉书写，莫言的小说常常颠覆读者传统的感官体验，出人意料却也畅快淋漓。他打破日常生活中一切身份、地位的束缚，使笔下人物在等级消失的世界中无所顾忌地享受生命的自由。他反叛固化的思维，让所有风马牛不相及的事物混杂在一起，构成一个狂欢的文学世界。

  

图5 组合式电动汽车翻转组合工作状态图Fig.5 Flip and combine working state diagram of combined electric vehicle

2 基于蓝牙和互联网技术方案

2.1 总体方案设计

当超过两个人出行的时候，通过销钉把第1车厢与第2车厢的连接耳片连接到一起，组合成一个五座的电动汽车，满足出行的要求。当组合汽车到达目的地之后，把第1车厢车顶智能收绳装置上的绳扣与第2车厢车顶的绳环连接固定，然后把第一车厢底部智能收绳装置上的绳扣与第2车厢车底的绳环连接固定，通过电动汽车的中控屏或手机客户端给网络发射翻转的命令，网络通过服务器把命令传给智能收绳装置中的蓝牙模块，蓝牙模块把命令传给相应的BLDC电机的控制器，控制BLDC电机的转动，通过两个BLDC电机的协调配合，并及时与客户端的信息进行反馈，实现第2车厢的平稳翻转，达到如图5所示的效果，这样就能有效减小电动汽车的占地面积，方便停车，解决停车难的问题。

  

图6 系统总体方案设计Fig.6 Overall design of the system

客户端通过网络采用TCP通信协议和服务器进行通信。蓝牙与控制器相连接，进行信息的双向传递，同时，网络与客户端进行连接，进行信息的双向传递。客户端把命令发送给网络，网络通过服务器把客户端的命令传递给蓝牙，蓝牙把命令传递给BLDC电机的控制器，控制器控制BLDC电机的旋转，同时控制器采集BLDC电机的信息，把信息通过蓝牙反馈给服务器，服务器再通过网络反馈给客户端，形成客户端与BLDC电机的及时双向通信，实现BLDC电机的闭环控制。

2.2 BLDC电机

无刷直流电机（Brushless Direct Current Motor， BLDCM）以电子换向器取代了机械换向器，它既具有直流电机良好的调速性能，又具有交流电机结构简单、无换向火花、运行可靠和易于维护等优点。图7所示是无刷直流电机模型，它主要由永磁材料制造的转子、带有线圈绕组的定子和位置传感器组成。

  

图7 无刷直流电机模型Fig.7 Brushless DC motor model

图8为无刷直流电机的转动原理示意图，为了方便描述，电机定子的线圈中心抽头接电机电源 POWER，各相的端点接功率管，位置传感器导通时功率管的G极接12V，功率管导通，对应的相线圈被通电。由于三个位置传感器随着转子的转动会依次导通，使得对应的相线圈也依次通电，从而定子产生的磁场方向也不断地变化，电机转子也跟着转动起来，这就是无刷直流电机的基本转动原理——检测转子的位置，依次给各相通电，使定子产生的磁场的方向连续均匀地变化。

  

图8 无刷直流电机转动原理图Fig.8 Rotation schematic of brushless DC motor

3 结语

采用UG三维建模软件对组合式电动汽车的各个零部件进行结构设计，并通过虚拟样机技术实现整车的装配。装配效果证明，所设计的组合式电动汽车能够有效解决电动汽车空间利用率低和停车难的问题。同时，通过蓝牙和互联网技术进行通信，远程控制BLDC电机的旋转，从而实现组合式电动汽车的翻转组合，为与目前无人驾驶电动汽车的结合提供了有利的条件。

参考文献

[1]王锡凡,邵成成,王秀丽,等.电动汽车充电负荷与调度控制策略综述[J].中国电机工程学报,2013(1):1-10.

[2]胡泽春,宋永华,徐智威,等.电动汽车接入电网的影响与利用[J].中国电机工程学报,2012(4):1-10,25.

[3]赵俊华,文福拴,杨爱民,等.电动汽车对电力系统的影响及其调度与控制问题[J].电力系统自动化,2011(14):2-10,26.

[4]高赐威,张亮.电动汽车充电对电网影响的综述[J].电网技术,2011(2):127-131.

[5]庄幸,姜克隽.我国纯电动汽车发展路线图的研究[J].汽车工程,2012(2):91-97.

[6]王丰龙,王冬根.北京市居民汽车使用的特征及其影无刷直流电机转动原理图响因素[J].地理学报,2014(6):771-781.

[7]吴彤峰.城市停车状况的调研与对策[J].广西民族学院学报:哲学社会科学版,2004(S2):126-127,133.

[8]刘勇.汽车乘员舱储物空间设计[J].汽车工程师,2013(7):56-58.

[9]赵国平.住宅区汽车停放问题刍议[J].住宅科技,1995(12):7-9.

[10]黄莉,邓兴栋,谢志明.广州市机械式立体停车库应用规划研究[J].起重运输机械,2006(10):4-7.

[11]沈进,李长春.基于UG/WAVE的产品参数化建模技术[J].中国制造业信息化,2008(13):27-29.

[12]马秋成,肖良红,聂松辉,等.UG建模方法的探讨[J].机械设计与研究,2002(1):40-41,8.

[13]蔡体健,郑轶.蓝牙微微网的远程控制[J].微计算机信息,2005(21):182-184.

[14]姚聪,汪敏.蓝牙家庭网络及其远程监控[J].无线电工程,2003(5):54-58.