地面無人平臺動力源集成技術發展綜述

鄒淵， 焦飛翔， 崔星， 張旭東， 張彬

(1.北京理工大學 機械與車輛學院, 北京 100081; 2.中國北方車輛研究所, 北京 100072)

0 引言

地面無人平臺(UGV)是一種具有戰術戰役機動能力的地面無人車輛，該車輛具有動力驅動系統、裝載多種傳感器和多種作戰武器、能夠自主執行多種任務，可廣泛應用于偵察監視、執行危險任務以及協同作戰等。UGV的研制日益受到各國的重視，近年來，在戰術戰役和軍事行動方面的應用日益增多[1-4]。在實戰方面，2015年俄羅斯軍隊把新列裝的Platform-M履帶式UGV、“暗語”輪式UGV和無人機部署到敘利亞戰場，創造了恐怖分子全擊斃、敘軍零傷亡的記錄，展現了UGV全新作戰模式下的重要作用。在軍事應用方面，2016年美軍已經開展了UGV全系列裝備的實戰演習，測試新開發無人平臺的戰術戰役適應性。隨著陸軍作戰方式正由傳統高毀傷式作戰模式向上述非接觸、非對稱、零傷亡的作戰模式轉變，發展能支撐高作戰性能的輕型通用無人平臺成為我國陸軍裝備發展的迫切需求。

UGV動力源是指無人車輛機動作戰和戰術戰役過程中負責動力生成、傳遞以及作戰能量供應的相關部件及系統，為UGV提供動力與能源的保障，是UGV系統中的核心組成部件之一。UGV動力源的性能直接影響UGV的機動性能與作戰性能，高性能、高能量密度、高功率密度動力源研發是UGV系統技術發展中面臨的重要技術難點，更是各國在UGV技術體系中重點發展和攻克的關鍵技術之一。

1 動力源技術發展現狀

目前，UGV最常見的動力源系統主要有內燃機系統動力源、純電驅動系統動力源、燃料電池系統動力源和混合動力系統動力源4種，每種動力源都有其相應的特點和應用范圍。

1.1 內燃機系統動力源

1.1.1 系統特點及應用范圍

內燃機系統地面無人平臺動力源主要以柴油機或汽油機作為原動機，是無人平臺早期發展普遍采用的動力源方案，具有成熟度高、成本低等優點，主要在重型、中型和輕型無人平臺上應用。由于原動機和驅動輪之間通常采用齒輪傳動等剛性連接，導致總布置靈活性差，而且平臺在運行時，發動機必須不間斷運行，導致噪音大、紅外特征明顯、隱蔽性差。

1.1.2 研究現狀

2005年，洛克希德·馬丁公司為美軍生產一種輪式UGV SMSS，主要負責后勤保障，由渦輪增壓柴油發動機- 液壓- 齒輪傳動組成動力系統，如圖1所示[5]。2006年，英國BAE公司研制了“黑金剛”履帶式UGV[6]，采用220 kW卡特彼勒柴油機+阿里森變速箱動力方案，如圖2所示。俄羅斯研制了基于加拿大Argo公司8×8底盤的輪式兩棲UGV[7]，該車采用17 kW四沖程底置凸輪軸V型雙缸汽油發動+CVT變速離合器動力方案。俄羅斯JSC 766 UTPK公司研制了Uran-14多任務履帶式重型UGV[8]，采用240馬力柴油發動機+變速箱動力方案。

圖1 美國SMSS UGV[5]Fig.1 American SMSS UGV[5]

圖3 山河智能公司龍馬2號UGV[10]Fig.3 Sunward Intelligent Longma No.2[10]

國內方面，中國兵器工業集團公司與德國RoboWatch公司合作研制了CHRYSOR無人平臺[9]，該車采用功率為22.8 kW的柴油發動機+液控變速箱+鏈傳動動力方案。山河智能公司研發的龍馬2號無人平臺，采用一臺大功率柴油機作為整車的動力源，配合液壓系統實現車輛越障能力[10]，如圖3所示。

1.2 純電驅動系統動力源

1.2.1 系統特點及應用范圍

純電驅動動力源多采用鉛酸電池或鋰離子電池為車載能量源，通過電機驅動無人平臺行駛。受限于鉛酸電池和鋰離子電池的能量密度和功率密度，導致續航能力不足，以及野外作戰能量補給困難，純電驅動動力源目前主要應用在輕型、小型和微型UGV中。

1.2.2 研究現狀

310小型UGV(SUGV)是由美國iRobot 公司制造的便攜式無人平臺，空載質量13.2 kg，由兩節BB-2557/U鋰電池可提供1.5 h的運行時間，也可選配BB-2590/U鋰電池提供超過6 h的運行時間[11]，如圖4所示。加拿大Clearpath公司研制了Warthog兩棲UGV[12]，空載質量280 kg，如圖5所示，系統工作電壓為48 V，標配采用100 A·h的AGM鉛酸電池連續作業時間為2.5 h，也可選配200 A·h鋰電池，最長連續作業時間為6 h.

圖4 美國310 SUGV[11]Fig.4 American 310 SUGV[11]

圖5 加拿大Warthog UGV[12]Fig.5 Canadian Warthog UGV[12]

北京理工大學研制了6×6輪式UGV，如圖6所示，采用18 kW·h鋰電池動力電池，整車最大行駛速度可達30 km/h. 2014年中國航展上，中國軍工企業展出了OFRO UGV，空載質量54 kg，采用鋰電池供電方式，可連續工作12 h，速度可達7.2 km/h，如圖7所示。

圖6 北京理工大學的純電動UGVFig.6 BIT electric UGV

圖7 純電動OFRO UGVFig.7 OFRO electric UGV

1.3 燃料電池系統動力源

1.3.1 系統特點及應用范圍

與其他能量源相比，燃料電池具有的優勢：1)電化學反應溫度低，紅外特性小；2)噪音低、隱蔽性好[13]。但由于燃料電池系統的輸出特性偏軟，動態響應速度比較慢，在UGV運行中，頻繁的啟停、加減速和上下坡等復雜工況會讓燃料電池無法滿足輸出需求，因此需要引入輔助動力源。目前多采用動力電池+燃料電池或燃料電池+超級電容的混合動力方案[14]。由于燃料電池受壽命、成本與性能的制約，燃料電池UGV還處于性能改進和小規模試驗階段[15]，改裝和試制也多集中在輕型、微型和小型UGV.

1.3.2 研究現狀

美國Protonex公司基于Foster Miller公司TALON UGV改裝為燃料電池動力源系統，改裝后的TALON UGV續駛里程從10 km增長到45 km，該系統額定輸出功率210 W，峰值功率可達1 305 W，工作電壓區間為43.5～35.0 V，總儲能為1.4 kW·h[16]，如圖8所示。在西班牙國家航空航天技術研究所和塞維利亞大學的IUFCV項目中，通過將Husky UGV(空載質量50 kg，最高速度3.6 km/h，見圖9(a))和Summit XL UGV(空載質量45 kg，最高速度3 km/h，見圖9(b))加裝燃料電池(見圖9(c))，兩輛UGV的續駛時間分別從3 h和5 h提高到8 h[17].

圖8 美國Talon燃料電池UGV[16]Fig.8 American Talon UGV[16]

圖9 西班牙IUFCV項目的UGV和燃料電池[17]Fig.9 Spanish UGVs and fuel cells in IUFCV[17]

1.4 混合動力系統動力源

1.4.1 系統特點及應用范圍

混合動力源兼具內燃機動力源和純電驅動動力源的技術特征，在結構上具有布置靈活和模塊化優勢，在性能上其綜合了多動力源功率優勢，技術相對成熟，符合UGV對動力源高功率密度、模塊化、低噪聲和低紅外熱特征的要求。油- 電混合動力無人平臺在輕型、中型和重型無人地面平臺中均有應用，也是目前UGV動力源的主流方案。

混合動力無人平臺根據動力形式可分為串聯、并聯和混聯3種[18-24]。UGV由于需要實現較高的動力學性能，多采用分布式驅動，在并聯和混聯混合動力系統中，發動機動力均直接參與驅動車輛行駛，因此都需要傳動裝置實現功率的耦合，并把發動機動力傳遞至車輪或履帶，導致驅動系統構型較為復雜，不利于總布置和制造。串聯式混合動力系統中的發動機不參與車輛直接驅動而僅用來發電，由動力源到驅動單元通過線纜實現電能的傳遞以及功率的柔性傳遞，帶來了底盤布置的靈活性以及底盤和動力源易于模塊化設計的優勢。

1.4.2 研究現狀

美國國家機器人工程中心(NREC)2010年研制的APD為串聯式混合動力系統[25](見圖10)，采用JP8燃料柴油機- 發電機組和21.8 kW·h動力電池方案，整車功率密度達83.5 kW/t. 捷克VOP CZ公司2014年發布的TAROS V2輪式UGV為串聯式混合動力系統[26](見圖11)，由柴油發動機- 發電機組和動力電池共同提供60 kW功率，功率密度達到43 kW/t. 愛沙尼亞Milrem公司研制的履帶式UGV THeMIS[27]為串聯式混合動力系統(見圖12)，柴油發動機- 發電機組和動力電池組分置于左右履帶艙內。UKAP UGV是土耳其公司Aselsan和Katmerciler聯合生產的，空載質量1 100 kg，承載質量1 000 kg，有45%的爬坡能力，純電模式下續航5 h，混動模式下續航8 h，和THeMIS具有相似的動力布置方案，發動機- 發電機組和動力電池組分置于左右履帶艙內[28]。

圖10 美國APD UGV[25]Fig.10 American APD UGV[25]

圖11 捷克TAROS V2輪式UGV[26]Fig.11 Czech TAROS V2 wheeled UGV[26]

圖12 愛沙尼亞THeMIS混合動力UGV[28]Fig.12 Estonian THeMIS UGV[28]

北方車輛研究所研制了“鋸齒虎”混合動力輪式UGV(見圖13)，采用串聯式混合動力驅動系統，由60 kW柴油發動機- 發電機組和動力鋰電池共同為整車供電，兩個電機分別驅動前后橋的驅動方式。

圖13 “鋸齒虎”混合動力輪式UGVFig.13 “Sawtooth tiger” UGV

北京理工大學牽頭分別于2014年和2017年啟動了“賽坦號”模塊化串聯式混合動力UGV的兩輪研制[29-32]。該方案采用發動機- 發電機組、鋰離子動力電池組混合供電和雙輪轂電機獨立驅動的方案，實現了發動機- 發電機組和動力電池組的可快換、靈活布置的模塊化設計，如圖14所示。

圖14 “賽坦號”模塊化混合動力UGV[29-32]Fig.14 CyberTank hybrid UGV[29-32]

2 動力源方案對比與特點

對主流的4種UGV動力源技術研究現狀的詳細闡述為基礎，對比分析4種UGV動力源技術的技術特點，歸納4種UGV動力源技術優勢、不足以及主要應用范圍，如表1所示。

3 混合動力系統動力源關鍵技術

以上分析可知，混合動力系統動力源已成為目前UGV動力源的主流方案，具有續駛里程長、靜默行駛紅外特征小、油耗低等優點，特別是串聯式混合動力系統動力源還能兼顧較高的動力學性能且布置靈活。

表1 4種UGV動力源技術優勢和不足Tab.1 Advantages and disadvantages of four UGVs power source technologies

混合動力系統動力源關鍵技術包括內燃機- 發電機組集成技術、動力電池集成控制技術、功率電子集成技術和能量綜合管理控制技術，如圖15所示。內燃機- 發電機組和動力電池組是兩個電能量源，功率電子集成系統實現兩個能量源電能的變換與匹配，能量綜合管理系統通過溫度管理與控制，確保動力源部件工作安全可靠的前提下，從全局視角對系統進行檢測與控制，實現功率的適應性調控。

圖15 混合動力系統動力源關鍵技術Fig.15 Key technologies of power for hybrid system

3.1 內燃機- 發電機組集成技術

3.1.1 混合動力內燃機技術

車載內燃機目前多采用汽油發動機或柴油發動機，具有技術成熟、成本低等特點。隨著科技的發展，出現了轉子發動機[33]、斯特林發動機[34]、小型蒸汽輪機[35]、直線發動機[36]等，但都存在一些關鍵技術需要攻克，未來有望在車載內燃機- 發電機組上得到應用。

3.1.2 混合動力發電機技術

目前，國內外應用于混合動力的發電機主要有感應電機[37]、永磁同步電機[38]和開關磁阻電機[39]3種。3種電機的性能比較如圖16所示，與其他兩種電機相比，永磁同步電機具有效率高和功率密度大的優點。同時，隨著大功率發電機控制器的技術越來越成熟，其成本也得到了有效的降低，永磁同步電機+發電機控制器的發電方案得到越來越多的應用[40]。

圖16 電機性能對比Fig.16 Comparison of motor performances

3.1.3 系統集成技術

傳統的發動機- 發電機組連接多采用聯軸器或皮帶連接(見圖17(a))，該種聯接方式空間占用大，難以實現高緊湊動力源集成，難以適用于無人平臺動力源[41-42]。目前國外多采用起動機/發電機一體化(ISG)的發動機- 發電機集成方式，主要針對發動機飛輪端與發電機進行一體化設計，取消了發動機的啟動電機，將ISG電機轉子與發動機輸出軸直接耦合連接，簡化了發動機- 發電機的結構，可大幅減少發動機- 發電機組的軸向空間占用，提高系統集成度。日本本田公司在其混合動力汽車Insight中采用了ISG電機/發動機方案，如圖17(b)所示[43]。

以ISG電機/發動機集成技術為基礎，美國Mainstream工程公司開發了使用JP8燃料的高集成化柴油機發電系統[44]，廣泛應用于美軍軍用戰車，進行輔助供電，如圖18所示。其ISG電機轉子繞組集成在柴油機的飛輪上，定子永磁體集成在飛輪外殼上，實現了發動機- 發電機組的單軸集成，取消了軸間的機械連接，并采用延長輸出軸設計，實現了軸端冷卻風扇集成。該柴油發電系統已經實現產品化，3 kW功率等級比同規格競品尺寸小36%，質量輕21%，可靠性提升了6倍。

圖17 傳統和ISG發動機- 發電機組方案Fig.17 Traditional engine-generator and ISG engine-generator

圖19 不同種類鋰電池單體指標對比Fig.19 Comparison of different lithium battery cells

圖18 MAINSTREAM飛輪集成式發電機結構Fig.18 MAINSTREAM flywheel generator

3.1.4 系統發展趨勢

高緊湊、高功率密度、高效率、低燃料消耗和環境適應性強的內燃機- 發電機系統集成方案是UGV動力源技術的重要發展趨勢。

3.2 動力電池集成控制技術

3.2.1 鋰離子電池單體技術

動力電池的集成是以無人平臺性能需求為目標，以安全運行為基礎，通過集成電池單體、電池管理系統、熱管理系統和機械結構等完成系統集成。電池單體技術直接影響到動力電池性能，鋰離子電池是目前動力電池的主流方案。依據電池正負極材料，鋰離子電池可分為磷酸鐵鋰(LFP)、錳酸鋰(LMO)、鈷酸鋰(LCO)、鈦酸鋰(LTO)、三元材料鎳錳鈷(NMC)和鎳鈷鋁(NCA)。不同單體間因材料的差異會呈現出不同的特性，從比能量、比功率、安全性、工作性能、循環壽命和成本經濟性共6個方面對上述不同種類電池進行比較，結果如圖19所示[45]。

3.2.2 動力電池狀態估計

電池管理系統是動力電池集成的重要組成部分，而電池管理系統的核心功能之一是狀態估計，包括電荷狀態(SOC)估計和健康狀態(SOH)估計等。SOC估計方法可分為基于查表的方法[46]、安時積分法[47]、基于模型的方法[48-50]和數據驅動法[51]，如圖20所示。

圖20 SOC估計方法Fig.20 State of charge estimation method

基于查表的方法通常要依靠精確的測量設備，適用于實驗室環境，在實車環境下難以完成。安時積分法是一種應用最廣且最簡單的SOC估計方法，但對初始SOC和傳感器的精度要求較高，實際應用精確往往無法保障。基于模型的方法可分為基于電化學模型、基于等效電路模型和基于電化學阻抗模型。基于電化學模型的方法可以反應電荷轉移過程，但需要有較強的專業知識識別所有的參數，因此應用難度較大。基于等效電路模型的方法通過電阻、電容和電壓源等電路元件構建模型，可以較為準確地描述電池的動態特性，具有良好的適用性和擴展性，也得到了廣泛的研究[52]。基于電化學阻抗模型的方法是在電化學阻抗譜基礎上，實現模型參數的自然解耦，研究中也表現出較高的精度[53]。數據驅動法是一種無需建立電池模型，直接建立輸入量和輸出量之間非線性關系的方法，其結果依賴于樣本數據庫的質量。

SOH估計方法可分為基于試驗的方法和基于模型的方法[54-55]，如圖21所示。基于試驗的方法又可分為直接測量法和間接分析法，兩種方法都需要進行大量的試驗與分析后得出結果，因此在實車上很難實現。基于模型的方法可分為自適應濾波法[56-57]和數據驅動法[55]。自適應濾波法通過濾波和狀態估計來降低對電池數據的依賴，此方法同樣適用于不同類型的動力電池，被廣泛地應用于動力電池健康狀態估計研究中。數據驅動法是目前比較熱門的方法，結果依賴于數據庫樣本的質量和所用算法的可移植性。

圖21 SOH估計方法Fig.21 State of health estimation method

電池單體通過一定方式的并聯和串聯形成電池包，但由于電池單體在電壓、容量、電阻和老化程度等方面存在不一致性，導致電池包級別的狀態估計難度增加。目前，電池包級別的狀態估計方法主要有類單體法、篩選法和偏置校正法[48]3種。總的來說，電池包級別的狀態估計是以單體狀態估計為基礎，直接或間接進行估計。

3.2.3 動力電池熱管理技術

通過集成動力電池熱管理系統，保障無人平臺在低溫和高溫環境下動力電池的充放電性能和安全性。低溫環境下，動力電池內阻升高，放電容量減小，充電和放電效率降低，這就導致了UGV在低溫環境下性能受限。為了解決這個問題，往往在動力電池充電或使用前采取低溫預熱方式。低溫預熱系統加熱方式大體可分外部加熱與內部加熱兩大類。外部加熱方式有加熱板、加熱套、加熱膜[58]和珀耳帖效應等。加熱板具有結構簡單、加熱時間長、受熱不均等特點。加熱套具有受熱均勻、加熱速度快等優點，但不利于高溫環境下動力電池冷卻。加熱膜只適合方型電池單體。珀耳帖效應不僅能用于預熱還可用于冷卻，具有良好的應用前景[59]。內部加熱法主要有交流加熱[60]和自加熱(全氣候動力電池)[61]。交流加熱法在使用過程中需要施加外部交流激勵，電流幅值對加熱效果影響較大。自加熱法加熱速度快，能量損耗小，目前正在實現產業化生產[62]。

高溫環境影響動力電池的可靠性，甚至熱失控。動力電池冷卻方法根據冷卻介質的不同可以分為氣體冷卻、液體冷卻和變相材料冷卻，常用的冷卻介質材料屬性如表2所示。氣體冷卻具有冷卻速度慢和耗能高的特點。液體冷卻對電池箱的密封性和絕緣性要求較高。變相材料冷卻屬于被動冷卻，長時間運行需要結合強制風冷。

表2 動力電池冷卻介質材料屬性Tab.2 Material properties of power batterycooling medium

3.2.4 系統發展趨勢

高功率密度、環境適應性強、充電速度快、性能穩定的動力電池以及精確的動力電池管理系統是UGV動力電池組的關鍵技術和發展趨勢。

3.3 功率電子集成技術

3.3.1 系統集成技術

混合動力源系統存在多個電能源，且發電機多為三相交流電，而動力電池組多為高壓直流電，且驅動系統、無人系統(激光雷達、毫米波雷達、GNSS/GPS等)和上裝設備等用電制式都不盡相同。為了滿足多制式、高性能和低紋波率的供電要求，實現系統間電能的耦合，通常采用功率電子器件集成，實現對電壓體制和電壓等級的變換。功率電子集成系統主要包括整流單元、逆變單元、DC-DC單元和功率分配單元。這些單元的拓撲結構方案對系統功能和集成產生顯著影響，而第3代半導體的應用是目前拓撲結構研究的重要發展方向。

3.3.2 第3代半導體應用技術

以氮化鎵(GaN)和碳化硅(SiC)為代表的第3代半導體材料，相較前兩代產品，性能顯著提高，如圖22所示[67-69]。第3代半導體材料應用在地面無人系統中，能充分發揮其優勢：1)高溫特性好，提高地面無人系統的環境適應性；2)電流密度高，具有更小的封裝尺寸，提高功率集成單元功率密度；3)導通電阻小，工作頻率高，損耗小，發熱量小，利于減小熱管理系統的體積和質量。因此，第3代半導體材料在無人地面平臺上的應用具有良好的前景。

圖22 功率半導體性能對比Fig.22 Comparison of semiconductor performances

3.3.3 系統發展趨勢

無人車混合動力源在滿足高機動性電驅動的基礎上，也需要從整車應用場景出發，支持不同的配電、輸電與電能變換等功能。多制式電能變換、抗干擾能力強、變換效率高、高集成性和低紋波率的功率電子模塊設計是無人車動力源的關鍵技術和發展趨勢。

3.4 能量綜合管理控制技術

3.4.1 能量管理控制技術

能量管理控制技術的主要目標是合理分配發動機和動力電池的輸出功率，提高動力源的整體工作效率和燃油經濟性，同時提高無人地面平臺的作戰半徑。當前能量管理策略可分為基于規則的策略[70]和基于優化的策略[71-76]兩大類，如圖23所示。

圖23 能量管理策略分類Fig.23 Classification of energy management strategy

基于規則的能量管理策略是一種條件控制策略，通過設定一些條件閾值將發動機和動力電池控制在高效工作區間，從而提升系統的燃油經濟性，降低排放。基于規則的能量管理策略實現方式簡便，實時性好，然而其所需門限閾值的設定多依賴于工程師的經驗積累，缺乏理論基礎，且門限值設定后不可調，節能效果有限。

基于優化的能量管理策略是一種通過建立混合動力系統的目標函數，同時以系統約束條件作為求解邊界，使用優化控制算法求解目標函數的極小值，實現混合動力系統功率分配的能量管理策略。根據優化控制目標和使用算法的不同，基于優化的能量管理策略可以分為全局優化與實時優化兩種，前者適用于已知工況場景，后者適用未知工況實時優化場景。

3.4.2 實時協同控制技術

實時協同控制技術的主要目標是實現上層決策指令的執行與目標跟蹤，實現發動機、發電機和動力電池功率跟隨控制等。對于發動機的控制，多是通過轉速或轉矩控制。對于發電機的控制，則根據電機形式的不同而異：對于勵磁電機，通常是通過勵磁信號實現電機的轉速/轉矩控制；而對于永磁發電機，由于缺少勵磁控制部分，一般通過整流裝置實現跟隨控制[40]。對于動力電池的控制，多采用不控或采用DC-DC進行功率控制。

其次，無人車動力源的工作指令多來自于整車層面，要依據作戰要求根據功率釋放方式和任務類型的不同，通過發動機啟停、動力電池DC-DC通斷等完成靜默行駛模式、電傳動行駛模式、充電模式等模式切換，并實現多種工作模式的平順切換。

3.4.3 熱管理控制技術

熱管理系統負責對動力源工作溫度進行控制，是UGV復雜多樣的環境下穩定工作的保障，開發高效、可靠的熱管理系統是保證動力源長期穩定工作的前提。無人地面平臺混合動力源具備不同溫度等級的發熱源，其工作范圍覆蓋極寒和極熱的地域，如何合理規劃冷卻系統實現良好散熱、同時在極寒地區實現快速加熱啟動是無人地面平臺必須解決的關鍵問題。

動力源熱管理系統根據冷卻方式主要有兩種：風冷[77]和水冷[78]。風冷冷卻系統中，空氣從受熱部件吸收熱量后通過風扇強制排出。由于空氣的對流換熱表面傳熱系數較小，因此風冷往往無法滿足大功率動力源的需求。目前，UGV動力源多采用水冷型綜合冷卻系統，一般采用兩個或多個水循環系統，例如高低溫雙冷卻回路。高溫回路主要負責內燃機和中冷器等部件的冷卻；低溫回路主要負責動力電池、功率電子集成單元、控制單元和發電機等部件的冷卻。由于水冷系統提高了冷卻液與冷卻空氣之間的溫差，因此可以減小散熱器的體積和冷卻電機的功率[79]。此外，電控化熱管理系統調控迅速，可實現按需散熱，且采用電纜連接、布置靈活。

3.4.4 系統發展趨勢

作為動力源系統工作的大腦，如何讓能量管理算法在多變環境中依然保持最佳的控制效果，使算法具備自適應性依然是動力源能量管理的關鍵技術和發展趨勢。重量輕、體積小、高集成度的電控熱管理系統成為是無人地面平臺熱管理系統的發展方向。

4 存在的挑戰與發展趨勢

目前，UGV動力源正處于研究熱點，但目前該領域存在的一些挑戰以及發展方向，主要包括:

1)新型發電系統還具有很大發展空間。目前混合動力系統多采用常規內燃機發電系統，研究能源轉換更為高效，結構更加緊湊，專門適用于混合動力的新型發電系統還有很大空間。

2)熱管理系統技術不斷改進，但尚不能滿足極端工況需求。在無人平臺重量和體積約束苛刻的情況下，目前多數熱管理系統很難滿足在極寒和極熱環境工作需求。熱管理系統技術仍需向高集成、輕量化和智能溫控方向發展。

3)動力和能源混合精細化利用研究工程化驗證不足。目前關于動力和能源混合精細化利用的研究成果較為豐富，然而在實際工程應用方面，相關算法的工程化驗證缺乏且較慢。同時，具有更好的適應性和魯棒性的動力和能源管理策略依然是發展方向。

4)新型電能變換與功率電子技術研究有較大應用空間。隨著半導體技術的發展，研究基于第3代半導體的高功率密度、高集成和模塊化的新型電能變換與功率電子技術將成為新的發展方向。

5 結束語

本文首先從內燃機系統動力源、純電驅動系統動力源、混合動力系統動力源和燃料電池系統動力源4種動力源形式敘述了UGV發展現狀與其特點和應用范圍，分析混合動力系統動力源為當前UGV的主流動力源方案。然后，分別闡述了混合動力系統動力源的關鍵技術以及發展趨勢。最后，總結了UGV動力源目前存在的挑戰以及整體發展趨勢。本文旨在梳理總結UGV動力源關鍵技術以及發展趨勢, 以激勵更多具有創新性的思路和方案，同時希望本文能夠為UGV動力源的研究和發展提供參考。