摘 要

地面机动无人平台，指的是可在地面上移动，可搭载物资或人员，无驾驶员的移动设备。除了军用方面，它在民用方面也具备广阔的应用前景。纯电驱动的地面无人平台，移动时可零排放，符合环境保护的基本要求。

本文设计了一套轻型无人平台电驱动系统，电驱动形式为分布式驱动、轮边减速，完成了轻型无人平台的动力匹配、传动机构零件设计以及三维建模，并用汽车动力学仿真工具AVL Cruise对无人平台进行爬坡性能及续驶里程仿真。

本文首先依据某款轻型无人平台的整车参数和任务书中设定的设计性能要求，对无人平台的电驱动系统进行动力匹配设计，然后用AVL Cruise仿真分析无人平台的动力性和经济性，其中动力性主要仿真分析了爬坡性能，经济性主要仿真分析了等速行驶下的续驶里程。然后，对轮边减速系统进行结构设计，并对轮边减速系统中的轮边两级减速器进行设计计算，包括对一级减速斜齿圆柱齿轮和二级减速2Z-X（A）型行星齿轮传动的设计计算，并用三维建模工具CATIA对轮边减速系统进行三维建模，最后将建好的三维模型生成二维工程图纸，并在二维绘图工具AutoCAD中对二维图纸进行完善。

AVL Cruise的仿真结果表明，本次对轻型无人平台的电驱动系统的参数匹配符合设计要求。

关键词：轻型无人平台；电驱动系统；轮边减速系统；AVL Cruise

Abstract

Unmanned ground vehicle(UGV) refers to a machine that can move on the ground and can carry transportation materials or personnel without carrying the driver. In addition to military use, it also has broad application prospects in civilian applications. Pure electric drive unmanned ground vehicle, can achieve zero emissions, in line with the basic requirements of environmental protection.

In this paper, a light unmanned ground vehicle electric drive system is designed. The electric drive is a wheel-side deceleration drive. The power matching of the lightweight unmanned platform, the design of the transmission mechanism and the three-dimensional modeling are completed. The vehicle dynamics simulation tool AVL Cruise is used. Unmanned ground vehicle for hill climbing performance and driving range simulation.

In this paper, according to the vehicle parameters and the set performance requirements of a light unmanned ground vehicle, the power system of the target unmanned ground vehicle is matched and designed, and then the dynamic and economic simulation analysis of the unmanned ground vehicle is carried out by AVL Cruise. Among them, the main performance of the dynamic analysis of the climbing performance, the main economic simulation analysis of the driving range under constant speed. Then, the structural design of the wheel-side deceleration system is carried out, and the design of the wheel-edge two-stage reducer in the wheel-side deceleration system is carried out, including the first-stage deceleration helical gear and the second-stage deceleration 2Z-X(A) type planetary. The design of the gear transmission is calculated, and the 3D modeling tool CATIA is used to model the wheel side deceleration system in three dimensions. Finally, the 3D model is built to generate 2D drawings, and the 2D drawing tools are improved in the 2D drawing tool AutoCAD.

The simulation results of AVL Cruise show that the power system parameters matching of the light unmanned platform meet the design requirements.

Key Words：unmanned ground vehicle；electric drive system；Wheel deceleration system；AVL Cruise

目 录

第1章 绪论 1

1.1 本设计的目的及意义 1

1.2 国内外电驱动系统的发展现状 1

1.3 本设计的主要内容 2

第2章 轻型无人平台动力系统参数匹配设计 4

2.1 轻型无人平台的整车参数和性能指标 4

2.2 电动机参数匹配设计 4

2.2.1 电动机的峰值功率和额定功率的匹配 4

2.2.2 电动机转速的计算 5

2.2.3 电动机转矩的计算 5

2.2.4 电动机的选型 6

2.3 电池组参数匹配设计 6

2.3.1 动力电池类型的选择 6

2.3.2 电池电压的选择 7

2.3.3 单体电池数量的选择 7

2.3.4 动力电池组的参数计算 8

2.4 传动系统参数匹配设计 9

2.4.1 汽车运动学 9

2.4.2 减速比设计 11

2.4.3 减速比的优化 12

2.4.4 减速比的优化分配 12

2.5 动力性计算 14

2.5.1 驱动力-行驶阻力平衡图的绘制 14

2.5.2 动力特性图的绘制 16

第3章 轮边减速系统集成设计 18

3.1 轮边独立驱动系统结构概述 18

3.2 轮边独立驱动系统结构的确定 19

第4章 轮边减速器设计计算 21

4.1 一级减速设计 21

4.1.1 齿轮材料和热处理工艺的选择 21

4.1.2 主要尺寸的设计 21

4.1.3 强度校核 22

4.2 行星齿轮设计 23

4.2.1 行星齿轮材料和热处理工艺的选择 23

4.2.2 传动比条件 24

4.2.3 邻接条件 24

4.2.4 同心条件 25

4.2.5 安装条件 25

4.2.6 行星齿轮传动的配齿计算 26

4.2.7 行星齿轮传动的强度校核 27

4.2.8 轴的强度校核 28

4.3 Catia三维建模 30

4.3.1 电机建模 30

4.3.2 两级减速器建模 30

4.3.3 轮毂建模 32

4.3.4 轮辋建模 32

4.3.5 轮边减速系统建模 32

第5章 基于AVL Cruise的轻型无人平台性能仿真 34

5.1 AVL Cruise仿真软件的介绍 34

5.2 整车系统模型的建立 34

5.3 车辆模块建模 35

5.4 动力总成模块建模 35

5.4.1 电机模块建模 35

5.4.2 锂离子电池组建模 37

5.4.3 减速器建模 38

5.4.4 车轮模块建模 38

5.5 仿真分析研究 39

5.5.1 仿真工况的选择 39

5.5.2 仿真过程 39

5.5.3 仿真结果分析 40

第6章 结论 43

6.1 全文工作总结 43

6.2 设计创新点 43

6.3 存在的不足 43

参考文献 44

致 谢 45

第1章 绪论

1.1 本设计的目的及意义

电动车的发展可减少排放和降低能源消耗，利用无人驾驶技术是交通的发展趋势 ^[1]。无人驾驶技术是多个新型技术的载体，是当前世界未来发展研究的重要目标^[2]。研究电驱动的无人驾驶汽车，能促进国家建立环保型社会、节约型社会。所以，对采用电驱动的方式的电动汽车做研究，有着重要意义 ^[1]。

地面无人机动平台，包含在智能交通系统中，可预见的，在未来的战斗系统中也会是有作用的部分， 广阔的应用的前景表现在军用与民用^[3]。从广义和狭义两方面看，地面无人机动平台是所有可以在地面移动，可以搭载物资或人员，并且无驾驶员的移动设备^[4] ，也是可以感知、交互周围的环境，可独立移动的设备^[5]。军用方面，有无人战斗车辆、通用后勤服务无人车辆和小型单兵机器人^[6]。在民用领域，地面无人机动平台一般说的是无人驾驶汽车，它在解决社会存在的诸多问题上发挥了重要的作用^[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。