深度:研判基于扁线绕组技术启动发电一体机的轮履装备再升级

2021年3月晚些时候,央视播放一条关于解放军 新装备的红旗17AE型轮式野战近程防空导弹系统的介绍视频,展示了液汽减震超强调整状态等诸多功能。本车型由中国航天科工集团公司第二研究院研发,红旗17AE机动防空系统 先亮相于2019年建国70周年阅兵式。在解放军现役装备体系中,处处可见的“火力饥渴症”,不仅体现在远程火力投射装备研发和量产,更在打击近、中、高空目标的防空系统表现出的极端不满足。

用于承载红旗17AE型轮式野战近程防空导弹系统的载具,是由东风正向开发的东风EQ22XXXXXX型6X6轮式载具,并且液汽减震行程调节至 高姿态——作战状态。

为红旗17AE型轮式野战近程防空导弹系统提供导弹转运和吊装的载具,由陕汽正向开发的SX23XX型8X8第三代高机动重型通用载具。此时,EQXXXXXXXX型6X6专用载具的液汽减震行程调节至 低姿态——补给状态。

节目一经播出,广大军迷对两款车型展开热议,该车匹配油气弹簧悬架系统,全轮驱动, 高车速90公里/小时,性能爆表,代表了特种底盘的 高水平,但换个角度思考,传统动力特种底盘到底还有多大挖掘空间?是否已经进入瓶颈阶段?那电驱车能带来哪些新的变化?作为另一核心部件的增程器系统能带来什么变化?技术突破点在哪里?

无论当前火爆的轮毂电机驱动还是集中驱动,都离不开储能设备和电机系统,为避免外部充电设备保障能力不足得问题,电驱特种车辆往往配备大功率增程器系统,其发电功率与发动机功率相近,发动机系统不再参与驱动,只给特种车辆进行电力补充,取消了复杂的机械传动部件,用更便于配置的电力系统进行替换,不但解决行车发电的问题,也给上装用电设备预留更大空间,实现一机多用。

不同于电驱底盘驱动形式的不确定性,增程器单元技术路线非常明确,在大功率燃油发动机基础上,匹配高功率密度启发一体电机。在近期某专业展会上,不乏V字柴油发动机,甚至重油转子发动机展出,均匹配了扁线绕组启发一体电机提升整体功率密度,彰显我国工业技术能力的提升。

本文将就EQXXXXXXXX型6X6专用载具和SX2306型8X8通用载具对比阐述,基于扁线绕组技术的启动/发电机与大功率发电机在轮履装备上改进/应用的重要性。

1、正向开发的专用载具标配大功率发电系统用来支持作战功率更高的上装:

红旗17AE型轮式野战近程防空导弹系统的载具由东风特装正向开发,标配可变高度的油气减震系统和独立悬架的全时6驱系统,上装集成了发射模块和电子侦察制动系统。红旗17AE系统既可以单兵打击空袭目标,也可以遂行单点或多点集群防空作战。每台红旗17AE型系统,可以同时发射4-8枚对空导弹并打击4个目标,采用火控雷达、热成像与红外系统联合锁定目标并持续引导。

早期的红旗系列轮式野战近程防空导弹系统只具备与装甲部队随同行军的高机动性,但只能构筑固定阵地后进行“静对动”的防空作战。这款专用载具动力系统发电功率较低以及电子集成度不足,使得上装不具备察打一体化能力,而采用发射、侦查、引导单独部署的模式,效率低下同时不便于隐藏。

红旗17AE型轮式野战近程防空导弹系统 高行车速度90公里/小时,并以25公里/小时车速“动对动”的为装甲部队遂行防空作战硬实力。EQXXXXXXXX型6X6专用载具动力总成所具备更大载荷和发电效率,将发射模块、侦查与引导模块进行“全合一”的集成,不仅具备行驶间遂行防空作战的能力,还提升了编组作战效率与生存率。

然而,以红旗17AE型轮式野战近程防空导弹系统为主的作战系统的研发策略十分特殊,为了获得“动对动”的发射能力,正向开发了1款全新的载具,而不是基于“3代军”平台进行适应性修改而来。显然,这款EQXXXXXXXX型6X6专用载具,为了满足“动对动”的战术需求,而为上装集成的多种电子观瞄、侦查和打击系统提供了足够的电力支持能力。

笔者猜测受型号装备发展影响,目前主流发电机系统均选用可靠性差,防护等级差的电励磁发电机,体积重量均有不足,时至今日,新能源汽车领域的P2电机能否在军用领域发挥一点作用值得商议,在发动机与变速箱之间增加P2电机,采用集中绕组能充分利用轴向空间,利用飞轮壳的标准尺寸做平台,30-50mm的距离就可能解决30-50kw的发电功率,依赖飞轮壳尺寸开发平台化产品也更利于后续状态统一,成本把控,不需再受车型差异做产品技术调整。下图为舍弗勒在6号飞轮壳平台上做的扁线电机,已经得到众多客户的大力支持。

与其形成鲜明对比作为专用底盘的东风XXXXXXXX型载具在研发之初,就为预设的上装“预留”出足够的发电功率以及电量存储装置。虽然专用载具性能突出,但是研发周期长、成本高、风险大、且适用范围较窄,通用性不强性价比低。

2、通用型高机动载具标配的发电系统用于启动和小功率对外放电:

SX23XX型8X8(SX22XX型为6X6)第三代高机动重型通用载具,与北汽的BJ80、东风的全新一代猛士、一汽的MV3车型都是根据载荷进行划分的“3代军”。这些“3代军”的用途十分明显,就是作为通用型载具、在保持较高的机动性同时,拥有不同级别的运输载荷。

“3代军”全部标配全时4\6\8驱动系统和双A型摆臂独立悬架技术特征,北汽与东风、一汽和陕汽制造的“3代军”在具备一定防护能力和空投、空运能力的同时,对整车自重和尺寸做出了严格的限定。也正是基于“通用化”的理念,作为重型高机动载具的陕汽SX23XX/22XX某一项性能不会做出特别突出的设定,而是要全面均衡与耐用。

作为通用底盘的陕汽SX23XX型载具在研发之初,出于通用化、模块化、高机动性的需求并未对基于动力总成的发电功率做出额外的加强。虽然通用化载具的研发周期短、成本低、风险小,但是用于某些特殊需求(大电耗)的上装支持能力弱。

随着“3代军”陆续列装部队,全面提高了我军中型战术军车的机动作战和保障能力,基于实战化军事需求和技术发展趋势,“4代军”总体技术研究项目相关单位也正在全力开展论证预研工作,随着信息时代的到来,车辆装备轻量化、智能化、电动化的趋势日益突显,传统动力向新能源方向转化,系列化平台采用混合动力的驱动形式,采用轮毂电机作为驱动单元,可以极大地提高车辆的机动性能,由于未来作战环境的复杂化,要求载具上加装例如火控雷达、红外车载成像系统,无人驾驶系统等大功率用电设备,需要为载具提供稳定且持续的电压输出,这对电机的性能提出了较高的要求,当下扁线绕组技术拥有体积小、功率密度高、散热性好的特点,可为载具上装提供稳定的电力支持并在整车布置方面具有明显优势,想必“4代军”上标配扁线绕组技术的启动发电一体机的趋势将势在必行。

3、为现役及老旧轮履载具加装启动/发电一体机的战术优势:

根据以往解放军的“预研一代、研发一代、装备一代”的策略看,新装备的量产同时、老旧装备的升级和改造也将持续一定周期。鉴于 近4年全球范围爆发的热点战争的规模和特点趋于无人化和智能化,即便老旧轮履载具的升级换代也会以增加发电功率为核心展开,以便伺服耗电量持续增加的作战、侦查、干扰等功能上装模块。

截止2021年4月,已经服役的轻高机-东风全新一代猛士(长轴4x4、标轴6x6、长轴6x6)、中高机-一汽的MV3(6x6和4x4)、重高机-陕汽SX2306的设计全部以强调机动性和通用化为技术牵引点,并为此标定了动力储备充足的直列4缸或6缸增压柴油发动机。只不过,这些车型适配的是军用24V-28V低压电源系统、单独设定的发电机和启动电机,只能保证车辆在低温环境启动的用电需求和小功率基础用电需求。

在过去数年间,国内的科研单位与军队院校就新能源技术军用化展开了充分的验证,并推出多款采用增程式油电混合驱动轮履装备。其中东风厂基于2代猛士平台的4x4油电驱动装甲技术验证车(4轮边电机)、北方某军队院校推出的8x8油电混动装甲技术验证车(8轮边电机)、泰安厂推出HTF5700HEV型12X12油电混动轮式技术验证车(6轴间电机)。

美军则从2010年代开始测试增程式油电混动版JLTV高机动载具。增程式油电混合驱动版JLTV动力总成由V8柴油发动机( 大输出功率296千瓦)+发电机( 大发电功率120千瓦)+2组轴间驱动电机( 大输出功率均为103千瓦)+装载电量为12度的磷酸铁锂动力电池系统。

上图为基于某款履带装甲车换装增程式油电混合驱动系统动力总成结构状态。横置直列四缸涡轮增压柴油发动机(红色箭头所指),与大功率发电机(蓝色箭头所指)直接串联并输出电量,伺服2组前置驱动电机。

美军、日军、德军和解放军用于开发或测试的增程式油电混合驱动轮履载具,几乎都是在改型或全新平台上,满足更高的发电效率用于传动的技术需求展开。而在传统动力系统增加1组启动/发电一体机与储能电池系统,可以优先解决满足加装大功率上装的供电需求,其次赋予载具更强大的行车发电效率增加改型后的作战潜力(上图为某款民用直列四缸1.5T发动机(绿色箭头)+传统圆线绕组发电机(红色箭头)的样品以及动力输出转换电量路径(白色箭头))。

用启动/发电一体机为现役或老旧轮履装备换装,在不增加过多成本的前提下,提升智能化作战需求的普遍供电功率,甚至可以借鉴商业化成熟的改装方案已获得显著的战术优势。

4、基于扁线绕组技术的大功率ISG启动/发电一体机系统的技术优势:

尽管中国已经成为全球新能源产业配套能力 强的市场,但是在电驱动和电控系统的原创研发和量产能力参差不齐。至2021年,在中国新能源整车市场在售的主流EV和PHEV车型,几乎都引入了对制造工艺要求更高的扁线绕组技术的驱动电机、发电机以及启动/发电一体化的专用传动系统总成。

目前比亚迪、上汽新能源和长城等国产厂商都推出了基于扁线绕组技术的高转速、大功率驱动电机的EV车型。而比亚迪和长城先后发布用于PHEV车型的EHS和DHT电传动系统(基于扁线绕组技术的驱动电机和发电机总成)。

应用扁线绕组技术电机较原先绕组技术电机,转矩密度更高(体积更小同时功率持续提升)和自重降低。对于现役和老旧轮履载具而言,动力舱的空间被严格限定,要想在纵置的发动机与离合器之间加装350伏电压ISG启动/发电一体机,就必须要应用扁线绕组技术,才可以满足体积的限制和效率的增加。

显然,基于扁线绕组技术的350伏电压ISG启动/发电一体机+350伏电压储能用电池系统,是用于现役或老旧轮履装备延寿的 佳方案。

作为特种载具行业,都拥有超强的科研能力,对产品有更深刻理解,能根据需求进行研发、针对性测试,更能发挥新鲜事物的优势。

就在上海车展期间,长城蜂巢易创公开展示1款3.0T+扁线电机+9AT+四驱系统PHEV平台。基于扁线绕组技术的驱动电机被设定在3.0T发动机与9AT之间,在EV模式下负责将扭矩经过9AT以及分动器传递至前驱动桥\后驱动桥,因此这款中大型PHEV车型平台的属性更偏向于发动机与传统四驱系统。

大输出功率260千瓦(6000转/分)、 大输出扭矩500牛米(1500-4500转/分)的V型6缸3.0T(双涡轮增压)汽油发动机,与1台 大输出功率150千瓦、 大输出扭矩420牛米、 大转速7200转/分的基于扁线绕组技术的驱动电机构成的动力总成,呈现出动力储备过程的状态。

实际上,这套纵置油电混合驱动平台几乎可以通过修改控制策略,将驱动电机改为发电机使用。V型6缸3.0T输出的大部分扭矩用于驱动,可以在一定范围调节的扭矩用于行车发电或怠速发电。基于扁线绕组技术的电机,在满足预设的驱动/发电功率同时,大幅度降低长度,可以更轻松的设定在发动机和变速器之间。

长城蜂巢易创展示的这套3.0T+扁线电机+9AT+四驱系统PHEV平台,意味着这种串联驱动/发电机技术的成熟,也为基于扁线绕组技术启动发电一体机的轮履装备再升级提供了一个清晰的案例。

笔者有话说:

由于国内拥有原创知识产权、且可以独立量产大功率ISG扁线启发一体机的厂商的存在,在应用增程式油电混合驱动技术的全新装备服役之前的一段时期,用于服役轮履载具的增强性改装,老旧落后的轮履装备延寿性换装,所带来的技术提升和战术优势显著。

随着 近2年国际热点地区爆发的武装冲突特性,实质上从“有人参与”的模式向“无人察打一体化”模式发展。这就意味着,通用型轮履载具必须要具备兼容耗电量更大的上装改型潜力;专用型轮履载具适配军用化的新能源驱动和储能技术势在必行。

在目前属于通用型载具的不同载荷级别的“3代军”正处于批量装备时期,由一汽、东风、陕汽、重汽、北汽以及北方重工等车厂制造的“3代军”的动力储备明显较“2代军”更大。

尽管,“3代军”向“4代军”切换的时间点尚未确认,这也为中国诸多军用轮履装备厂商提供了一个难得的“窗口期”。各家车厂借助中国式全球发展 快、拥有新能源全产业链的市场红利,推出具备实战意义、满足不同战术需求、适配不同级别增程式油电混合驱动技术的轮履装备为“4代军”进行验证的绝佳时机。

未完待续。。。。

新能源情报分析网评测组出品


评论列表

登录回复 登录 | 立即注册

回复

还可输入 800 字符