1.目的及意义

1.1背景及需求分析

随着城市化水平和国民生活品质的逐步提高，汽车保有量逐年激增，据中信局数据显示，到2020年我国各类汽车总保有量将达3亿辆，由此带来的城市交通拥堵、事故增多和环境污染等问题将日益加剧。大力发展电动汽车是缓解能源问题和减少排放的重要途径，而可以使交通变得更加高效和安全的无人驾驶技术也是智能交通的未来发展趋势^[1]。无人驾驶技术涉及环境感知、计算机科学、机器人技术以及车辆工程等交叉学科，是各种新兴技术的综合载体，代表着目前全球前瞻性研究的重点方向^[2]。研究采用新能源驱动的无人驾驶汽车，对我国建设环保型和节约型社会有很大的帮助，符合《中国制造2025》中对智能网联汽车和新能源汽车的战略目标要求。因此，研究基于电动汽车平台的无人驾驶汽车具有广泛的科学意义和现实价值^[1]。

地面无人机动平台，作为智能交通系统(ITS)和未来战斗系统的一个重要组成部分， 在民用领域和军用领域都具有广泛的应用前景^[3]。广义上来说，地面无人机动平台指的是任何能够在地面上移动，并进行承载或运输装备或人员，但是不搭载驾驶员的机器设备^[4] ;狭义上讲， 指的是能感知环境并与环境交互、能自主行驶的地面移动机器设备^[5]。在军用领域，地面无人机动平台通常也叫做无人地面车辆(UGV)、自主地面移动平台(ALMP)、自主地面车辆( ALV) 等，主要包含军用无人战斗车辆、通用后勤服务无人车辆和小型单兵机器人^[6]。在民用领域，地面无人机动平台通常是指无人驾驶汽车，也叫做智能汽车、智能车、无人车， 其关键技术的发展对改善交通拥堵、节能减排、提高出行效率、减小交通事故等方面有着重要作用^[7]。

为保证轻型无人平台的质量和性能需求，纯电动显然更适合作为轻型无人平台的动力来源。若采用燃油发动机作为动力来源显然是不合适的，因为携带着油箱和发动机的无人平台不仅增加了整体平台重量，与轻型的要求相悖，而且若被用作执行军事战场上侦查、运输物资等任务时，被敌方攻击时容易发生爆炸事故。并且纯电动由于不存在发动机转动，因而更加安静。

自从全电力驱动技术提出以来，相对于液压传动，因具有“安全无渗漏、传动效率高、定位精度高、使用维护方便和易于控制”的特性，成为了研究的热门话题，特别是在军工等特种行业得到了广泛关注，全电战车、全电船舶等概念相继提出^[8]。电驱动系统的出现意味着传统动力总成的变革，以往的内燃机动力总成将被新的含电动力总成替代^[9]。电动汽车驱动系统作为关键核心部件之一，与传统汽车驱动系统有较大差异，目前，市场上电动汽车大多采用单电机配一级减速器直接驱动，这种驱动形式虽然结构简单，但为了满足车辆的动力性指标，对电机额定功率与扭矩要求大，使得驱动电机在高效区间运行概率减小，从而使续驶里程降低。为提高电动汽车动力性与经济性，同时降低对电池与驱动电机的要求，一般采用2-3挡变速器搭配驱动电机，组成电动汽车动力系统^[10]。

电驱动结构形式方面，采用多电机轮边独立驱动的方案相对于单电机集中驱动而言，具有独特的优点:缩短机械传动链，提高了驱动效率，能够充分利用车载能量来提高续驶里程;结构紧凑，提高了空间利用率;能够通过驱动轮的电子差速等提高车辆的行驶性能。鉴于以上的诸多优点，车轮独立驱动己经成为国内外的一个研究热点^[11]。近几年，国内外很多高校、科研院所和企业都陆续开展了这方面的研究，并取得了一定的成果，相应的概念车也己问世。在国外，日本的庆应义塾大学、丰田、本田、日产、三菱等公司、美国通用公司、法国TM4公司、标致雪铁龙公司、德国大众奥迪公司、西门子公司、英国贝姆勒公司等等，分别开发出了多种形式的轮边独立驱动电动汽车^[12]。基于轮毅电机驱动型式的电动车，尤其是四轮轮边独立驱动电动车不需要变速器、差速器、球型万向节、半轴等部件，其电机(电机 减速机构)直接放在轮惘里面，或者放在轮边，从而使得结构更加紧凑且车身内部空间利用率高，整车重心降低，车辆行驶稳定性提高^[13]。

驱动电机种类方面，从全球范围看，有刷直流电机、感应电机与有刷磁铁电机商品化历史最长，产品更新换代不断，迄今还在应用。20世纪80年代开始进入商品化的表面永磁同步电机与90年代以来研制开发的开关磁阻电机、内置式永磁同步电机以及最新的同步磁阻电机相继进入市场，并在电动汽车与混合动力汽车上获得应用。日本相关企业和研究机构主要开发混合动力汽车，近几年来在批量生产的日本电动汽车车型上以采用永磁同步电机驱动系统为主流。其主要优点是其效率比交流感应电机高，体积较小，但价格较贵。同时日本在电驱动系统集成化研究方面，尤其是混合动力总体驱动技术方面取得了显著的成效。近年来欧美等国家开发的电动汽车多采用交流感应电机作为驱动系统。其主要优点是价格较低，性能可靠；其缺点是起动转矩小，运行效率较低。同时欧美电动汽车在轮毂电驱动、集成化电驱动等方面也进行了卓有成效的设计研究工作。米其林公司研发的将轮毂电机和电子主动悬架等都整合到轮内的主动轮技术如图1所示。该技术使得动力传动链大大缩短，也使得电动汽车的设计变得更加简单。在国家“863计划”项目的支持和推动下，我国车用驱动电机技术进步较快。目前，比较常见的是永磁电机和异步电机。部分企业、研究单位和高校还对一些新原理的电机系统，如基于双机械端口电机的电力无级变速系统（EVT）混合励磁电机系统等进行了探索。我国在一些驱动电机共性基础技术上，如满足各种整车封装需求的电机转子位置传感器、绝缘材料和永磁材料技术取得了突破，并在已经上路的电动汽车上得到了良好应用^[14]。

2. 研究的基本内容与方案