電驅軍用混合動力底盤發展概況及未來趨勢

摘要：對電驅軍用混合動力底盤的國內外研究情況進行了總結和概述，并對現有混合動力技術、電動輪驅動系統的機械結構特點、電動輪驅動技術的性能優勢進行了詳細分析，基于現有混合動力技術底盤特點，對混合動力技術未來發展指出了方向。

關鍵詞：電驅；混合動力；底盤；電動輪

1 " 電驅軍用混合動力底盤國內外研發現狀

1.1 " 國外研發現狀

近年來，民用新能源汽車以其綠色環保、結構簡單越來越受到大家的認可。而混合動力汽車以其具有純電汽車低能環保和燃油汽車高續航的顯著優勢，受到軍用領域的關注。目前國外大多數發達國家都在進行軍用混合動力技術的研究。

混合動力“悍馬”由美國陸軍坦克車輛武器中心（TAC）、美國先進運輸南方聯盟（SCAT）DARPA、Unique Mobility、美國佩伊等公司研制。它采用一臺55kW柴油機，串聯發電機為4臺75kW驅動四輪的電動機提供動力，混合動力系統的最大輸出功率達到335kW，比傳統悍馬轎車110kW發電機的輸出功率大很多。相對于傳統的Hummer軍車，它的引擎功率降低到原車的一半，最高車速比原車更高，爬坡能力和加速性得到了很大改善。

東京電力公司1996年聯合日本國立環境研究所試制電動汽車ECO，采用后輪驅動的電動輪驅動系統，選用永磁直流無刷電動機作為額定功率6.8kW、峰值功率20kW的電動輪驅動系統，并在動力系統中匹配行星齒輪機構，結合機械制動和電動機再生制動的方式實現制動[1]。東京電力公司于2001年與日本國立環境研究所，共同開發出以鋰電池為動力源驅動的電動汽車KAZ型，采用8臺大功率交流同步輪圈馬達。2001年東京電力公司聯合日本國家環境研究所開發出采用8臺大功率交流同步輪轂電機，以鋰電池為動力源驅動的電動轎車KAZ。該車裝配了8個車輪，使該車的最高時速達到311km/h，其動力系統采用峰值功率55kW的高轉速內轉子電動機，0～100km/h加速時間可以突破8s。由于KAZ采用了行星齒輪減速機構，兼顧了電動馬達輸出速度與車輪實際轉速的關系。KAZ后輪采用鼓式剎車，前輪采用盤式剎車[2-3]。

一項名為“混合動力汽車試驗與驗證（HEVEA）”項目，于2005年在美國陸軍部隊開展。在這個項目研發期間，研究人員測試了大量試驗性油電混合動力車型。其中包括XM1124系列車型、未來戰術卡車系統車型、中型戰術車輛車族、重型高機動擴展戰術卡車[4]。

法國吉亞特公司研制的混合動力6×6輪式戰車重18t。采用MM公司的420kW發電機，六輪動力總計達到21500N·m。它的最高時速為110km，最大爬坡達60%。這套車用的驅動系統具有牽引力控制功能，可以定點轉向，也可以滑動轉向。

由法國TM4公司設計制造的混動汽車，采用Hybrid一體式輪轂馬達結構，如圖1所示。它采用外轉子式永磁電動機，直接將電機轉子外殼與輪輞相固結，將電機外殼作為車輪輪輞組成部分，將電機轉子與鼓剎的制動鼓集成在一起，實現了電機轉子、輪輞與制動器三個旋轉運動物體的集成，大大降低了一體式輪轂電機系統的質量，集成度相當高，具有很強的優越性和實用性[5]。

從國外一系列軍用混動車型的研究中，我們不難發現，國外大部分軍用混合動力底盤都采用了串聯Hybrid+電動輪驅動的方法，在提高軍用車輛的機動性能、運輸效率、燃油經濟性和生存能力等方面，混合動力技術和電動輪驅動技術的貢獻很大。

1.2 " 國內研發現狀

2001～2005年期間，國內主要研究電動輪驅動系統的電子差速技術[6-8]。吉林大學的研究團隊采用電動輪轉矩控制方法，來解決電動輪驅動系統的電子差速問題。在此基礎上，對電動車輪系統的行駛路面附著特性識別理論、全車車輪打滑狀態和行駛狀態參數識別監控方法等方面進行了研究，并取得了多項突破性成果[9]。

浙大章昊秋以TMS320F2812DSP為基礎，開展了雙輪獨立驅動控制系統的研究[10]。武漢理工大學喻厚宇隊對電動輪縱橫向動力學耦合關系進行性了分析，研究出了電動輪縱橫向動力學耦合控制技術[11]。上海理工大學的陳金榮對現有的電動輪結構進行了簡化，在綜合考慮車輪的可利用空間及動力性要求下，設計了電動輪主要部件、布置方案、散熱方案[12]。優化設計的電動輪總成如圖2所示。

陜汽研發出的SX2552型混合動力底盤，采用串聯式混合動力的總體構型，應用分布式混合動力模塊方案，配裝雙動力單元、模塊化儲能及驅動單元。每個動力單元及儲能單元既可獨立工作，也可聯合工作。驅動單元采用輪邊電機獨立驅動，不受其他驅動單元故障的影響，具備極高的動力性和可靠性。同時采用全輪轉向及雙橫臂螺旋簧獨立懸架，提高了車輛的通過性、可靠性。底盤及上裝系統供電采用一體化設計，可直接為上裝系統提供充足電力，上裝無需再額外搭載發電機組。底盤搭載上裝系統后可滿足30km靜默行駛要求。

中國重汽研發的六軸電驅底盤采用600V直流母線、輪邊電機加輪邊減速器的架構，1臺電機控制器可對同一驅動橋的2臺電機分別單獨控制。動力電池系統采用3組分布式并聯電池包，每組輸出電壓等級為600VDC，具備單組或多組故障隔離功能，各組相對獨立，能夠支持系統容量的向上及向下擴展。底盤搭載2臺動力單元，互為冗余，最大發電功率可大460kW。常溫情況下底盤搭載上裝系統后可滿足30km靜默行駛要求。

2 " 軍用混合動力底盤顯著優點

2.1 " 采用混合動力驅動的優勢

軍用底盤采用混合動力驅動方式以后，性能參數得到大幅提升，主要體現在以下6個方面：

2.1.1 " 整車燃料效率高

Hybrid系統可使內燃機停止怠速運轉或低負荷運轉，從而有效降低油耗。

2.1.2 " 車輛加速表現明顯增強

車輛在加速時可借由電動機輔助引擎的驅動力，配合電動輪峰值轉矩特性，使混合動力的短時間高功率更快發揮，大大提升了車輛的加速性能和爬坡能力。

2.1.3 " 可靠性和維護性好

混合動力底盤由于大多數結構采用模塊化、標準化設計，且具有多能源特點，這必然導致車輛執行任務的可靠性、維護性顯著提高。

2.1.4 " 具有靜音偽裝執行行駛和戰斗的性能

混合動力車輛在純電狀態下工作具有減小排放、降低噪音、消除紅外特征等特點，可顯著提高生存能力。Hybrid System的電池組可以讓車輛保持純電動行駛一定距離，炮塔或其他武器裝備可以在發動機不啟動的情況下運行并持續一段時間。

2.1.5 " 具備移動小電站的功能

從發電機組中輸出的電能，除了可以供車輛行駛使用外，還可以供車內外裝置用電。

2.1.6 " 對環境的污染小

傳統軍用車輛為了滿足車輛機動性能，多數采用高扭矩、大排量發動機，造成嚴重的環境污染，電動機和發動機的默契配合使得混合動力汽車提高動力的同時尾氣排放卻顯著降低。

2.2 " 采用電動輪驅動系統優勢

2.2.1 " 有利于簡化底盤結構

全車底盤去除了離合器、變速器、傳動系和傳統轎車的差速器，在實現底盤輕量化的同時，大大簡化了底盤結構，減少了精密部件的使用，減小了整車成本的同時，顯著提升了車輛的傳動效率、通過性能和空間。

2.2.2 " 便于改裝

通過大量簡化傳功系統，底盤可具有更充足的上裝空間，方便后期對底盤的改裝和設計，有利于懸掛的安裝，如舉升式懸架、空氣懸架或油氣懸架等。

2.2.3 " 便于故障診斷與維修

車輛采用模塊化結構形式，方便進行更換和維修。整車可分為電池模塊、車架模塊、電動輪模塊，根據故障的不同，方便進行故障診斷和相應故障模塊的更換。

2.2.4 " 有利于提高機動性能

電動輪技術有利于傳遞大扭矩，提高車輛機動能力。電動輪驅動底盤各個驅動輪采用輪轂電機，驅動電機具有較大峰值功率和轉矩特性，便于混合動力系統的短時大功率輸出。

2.3 " 電動輪驅動系統本身性能優勢

相較于傳統機械系統，電動輪驅動系統具有如下優勢：

2.3.1 " 速范圍寬且加速減速平順

相較于傳統燃油車，電動輪在電機的驅動下具有自動無極變速的顯著優勢。

2.3.2 " 具有先進的能量回收特性

車輛在制動狀態可將整車動能通過輪胎回收電能重新存儲到電池中，提高車輛制動能力的同時完成能量的回收，提高能量轉換效率。

2.3.3 " 具有先進的動力技術

傳統車輛驅動控制對發動機動力及傳動系統傳動效率、發動機和傳動系統匹配性要求較高，而電動輪驅動車輛系統反應快、結構簡單、傳動效率高，且只需控制驅動電動機的驅動力即可實現。

2.3.4 " 具有先進的驅動形式切換技術

軍用底盤多數采用多輪驅動，采用電動輪驅動后，車輛根據路面情況對車輪動力實時分配達到最佳運行狀態。

3 " 電動輪驅動軍用混合動力底盤技術發展方向

電機和電池技術的迅猛發展，促使軍用混合動力底盤技術越來越受到關注。其中，路面觀感技術、電動輪驅動系統機電復合制動技術、電動輪電子差速分配技術可能成為未來發展方向。

3.1 " 路面觀感技術

路面觀感技術是通過建立力學模型，來監測車輪與路面的接觸。電動車輪驅動系統各驅動輪的動態狀態是相互獨立的，該技術可使車輪的通過性、動力性和機動性得到進一步提高，為車輛行駛動力學特性的精確控制打下了基礎。

3.2 " 電動輪驅動系統機電復合制動技術

將輪轂電機與車輪及制動器直接相連，由于輪轂電機的低轉速、大轉矩特性，其再生制動轉矩，完全可滿足在中低強度制動時制動力要求。為此開發一種新型的機電復合制動系統，在中低強度制動時，以電機制動轉矩為主進行制動。而在大強度制動時，則以機械制動器制動為主進行制動。這樣可以充分利用電機制動力進行再生制動，同時滿足車輛在大強度制動的制動安全要求。

3.3 " 電動輪電子差速分配技術

電動輪電子差速分配技術即通過電動輪檢測到路面情況和行駛轉彎情況，電子差速器經過計算，控制器及時調整轉彎內輪和外輪的速度差，保證車輛轉彎行駛的平穩性能。

4 " 結束語

采用電動輪驅動的混合動力車輛本身具有很大技術、性能優勢，可明顯提高軍用底盤各項性能，對縮短我國軍用車輛技術與國外差距有重要意義。目前我國已經在電機研發、動力電池制造、電池管理系統研發方面等具備自主可控能力，這為軍用混合動力底盤的各項性能的進一步發展打下了堅實的基礎。圍繞電動輪驅動技術開發新的電動輪驅動技術平臺，可實現軍用底盤的革命性變革，在節約能源的同時，提高了車輛的穩定性和可靠性，降低車輛的使用成本。

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