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智能飞行汽车的发展已经成为空中交通运输的变革性因素，将为航空业、交通运输和城市规划带来颠覆性创新。以飞行汽车为载具，通过将道路交通与空中交通相结合，将成为解决交通拥堵问题的交通新范式。 2023年9月20日，清华大学车辆学院李骏院士团队张新钰老师主持研制的世界首台面向城市交通的智能载人飞行汽车在西安试飞成功。该工程样机由清华大学负责总体技术和整机设计，新加坡科技设计大学负责造型设计，清华大学苏州汽车研究院（吴江）负责底盘试制，西安冰果智能航空科技有限公司负责飞行结构试制与测试。 团队研制的智能载人飞行汽车按照正向开发流程，首次定义了智能飞行汽车的形态，以“轻量化、高承载”为核心设计理念，是面向载人载物的立体智能交通载具，专为低空飞行尤其是城市出行而设计，实现了空中飞行、地面行驶、陆空切换、飞行与地面无人驾驶等功能，突破了大载重下飞行汽车远距离运输的难题。 智能载人飞行汽车 智能载人飞行汽车参数配置 核心技术 1. 仿生构型推演 针对智能飞行汽车在城市立体交通环境下的行驶要求，智能载人飞行汽车突破传统车辆与飞行器的耦合模型，借鉴蜻蜓灵活度高、模态转换迅速的生物构造优势，将形态仿生学和工业设计学结合，提出基于大型生成式语言模型的生物学信息提取与映射方法，设计轻量化且紧凑的结构，优化平台在不同运动状态下的人-平台-环境之间的关系，推演过程如下图所示。相关研究成果发表在Journal of Mechanical Design。 仿生构型推演过程 2. 车体结构设计 智能载人飞行汽车以多旋翼为主，采用四轴八桨作为主体飞行结构，前旋翼下置实现了飞行汽车在起飞或降落工况下的驾驶视野，后旋翼上置实现了陆地驾驶工况下后视镜的观察视野；地面行驶采用阿克曼转向的经典底盘，飞行动力布局采用非正方形的平行异面中心对称结构，螺旋桨周围采用半圈安全保护罩，并通过固定停桨位置缩短横向尺寸，以满足城市道路车道内（小于3.5米）行驶的需求，尺寸与普通汽车相当，可以融入现代交通体系，如下图所示。 智能载人飞行汽车展开图 3. 系统总体组成 3.1动力系统 面对智能飞行汽车充电和续航需求，智能载人飞行汽车采用了新一代飞行动力系统。飞行动力系统选取高压大功率非晶电机，可提供超过1吨的极限拉力，整机最大起飞重量超过800公斤；电驱系统搭配轻量化复合材料螺旋桨，采用低涡阻翼型设计，使飞车具有更高的载荷能力。地面行驶系统选取了大扭矩轻质轮毂电机，地面行驶速度可达60km/h，连续地面行驶距离大于200km，满足了飞行汽车飞天落地的动力需求。 3.2能源系统 智能载人飞行汽车选用高功率型钴酸锂电池，采用防浸型高强度轻质外壳封装，防水防尘散热性能优良，开发了针对高能量密度与高功率密度、大规模并串联电芯组合的电池管理系统，保障能源系统高效运行时的安全性。 3.3融合车架系统 智能载人飞行汽车以“轻量化、高承载”为核心设计理念，是面向载人、载物的立体智能交通载具，两座布局，具备人机智能交互系统。融合车架采用了一体化的拓扑结构，主体碳纤维管与航空铝合金连接，局部铝合金或合金钢焊接。 融合车架系统 3.4陆空两栖自动驾驶系统 智能载人飞行汽车研制了可解耦操纵行为的智能操纵系统，融合了自动驾驶的感知-决策-控制架构，提出了飞车脑的概念。相关成果发表在中国科学:技术科学、IEEE Transactions on Intelligent Vehicles等期刊。 4. 应用场景 智能飞行汽车作为汽车和航空学科交叉融合的新型交通工具，具有广阔的应用前景，是解决城市交通拥堵难题的理想选择。此外，在旅游观光、勘查救援、应急通信等多领域也有极大应用潜力。 智能载人飞行汽车于2021年3月开展设计，2022年3月完成造型设计，2023年4月完成样机试制并开展各种道路试验，于2023年9月在西安试飞成功。该研究工作得到清华大学国强研究院项目（编号：2019GQG1010）及国家专项项目资助。 项目负责：张新钰 项目指导：李骏 主要参与者：黄康尧、朱启豪、孟庆京、崔波、荣松松、申灏文、李国乐、刘华平、罗建曦、金达锋、杨军、葛树志、杨伟国、万渝、杨志强、丁振龙、徐晓峰、钱江、哈朝阳、黄元昊、武秋江、吴新刚、谭启凡、周沫、沈阳、王力、韩燕、黄朝胜、李志伟、杨磊、石嶙峋、徐大中、唐凯等 主要参与单位：清华大学车辆与运载学院、清华大学计算机系、清华大学苏州汽车研究院（吴江）、新加坡科技设计大学、西安冰果智能航空科技有限公司、新加坡国立大学、惠州市赛能电池有限公司、翔仪恒昌科技有限公司、深圳市速腾聚创科技有限公司 清华大学李骏院士团队致力于研究以智慧城市、智能交通、智能汽车（SCSTSV）为核心理念的未来城市智能运载工具，已研制三代飞行汽车样机。“第一代陆空两栖自主驾驶飞车” 是首款集成智能驾驶功能的纯电动旋翼式自主驾驶飞车，于2020年实现了首飞，并应用于贺兰山野生动物勘探，入选2020年清华大学重要科研成果，“第二代陆空两栖变结构自主飞车”于2022年发布，并荣获2022年纽伦堡发明展金奖。
