清华首台城市交通的智能载人飞行汽车工程样机研制成功

12月8日消息，首台面向城市交通的智能载人飞行汽车工程样机研制成功。该项目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，这是继交通部、科技部发文“部署飞行汽车部署飞行汽车研发，突破飞行器与汽车融合、飞行与地面行驶自由切换等技术”（交通部、科技部印发《交通领域科技创新中长期发展规划纲要（2021—2035年）》）后清华大学在此领域的一个重要突破。

据介绍，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。该项目主要参与单位包括：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。其中，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。

据了解，清华大已成功取得一项名为“一种智能飞行汽车模态切换的决策网络的训练方法”的专利，授权公告号CN115879377B，申请日期为2022年12月。专利摘要显示，本申请提供了一种智能飞行汽车模态切换的决策网络的训练方法，该方法涉及深度学习技术领域，通过基于A3C网络构建总决策网络并进行多环境模拟训练，提高智能飞行汽车模态切换的决策网络的鲁棒性。所谓“鲁棒性”,是指控制系统在一定（结构,大小）的参数摄动下,维持其它某些性能的特性。

以下是官宣的核心技术资料：

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。