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從山貓4x4無人駕駛技術驗證車研判小型扁線電機應用方向

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2021年早些時候,在内蒙古沙漠腹地舉辦了“跨越險阻2020”地面無人裝備挑戰賽。此次賽事相對以往的“跨越險阻201X”系列賽事,出現了多款針對現代化無人作戰場景中,內建耗電量更大的光電偵查上裝無人駕駛/無人作戰輪履裝備。

相對以往“跨越險阻20XX”賽事,采用全電驅動或增程式油電混合驅動的輪履裝備占比明顯提升。尤其使用增程式油電混合驅動方案的輪履裝備展現了強大通過性,以及對耗電量激增的環境感覺/光電偵察上裝子產品的供電能力十分顯著。

從山貓4x4無人駕駛技術驗證車研判小型扁線電機應用方向

新能源情報分析網評測組将對參加“跨越險阻2020”地面無人裝備挑戰賽,基于嘉陵集團CSV/P11型山貓4x4全域高機動車和改型的無人駕駛技術驗證車重點介紹,并對換裝PHEV動力系統研判小型扁線電機應用方向。

備注:最終車輛技術狀态,以制造商、改進方釋出資訊為準

1、老舊履帶裝備動力總成“縱改橫”,換裝增程式油電混合驅動系統,比對大型大功率發電用扁線電機技術優勢:

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在2020年12月刊發的《從63式增程混動無人駕駛裝甲技術驗證車研判扁線電機應用方向》一文中“預判了适配增程式油電混合動力系統,換裝“1槽8線”扁線繞組電機,達成更進階别的隐蔽機動性戰術優勢,以及支援後期加裝耗電量更大的作戰/環境感覺上裝子產品可能性。

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上圖為63式增程混動無人駕駛裝甲技術驗證車後部動力艙,各分系統細節特寫。

白色箭頭:橫置直列四缸2.8T柴油機

藍色箭頭:與柴油發動機直接關聯的發電機

綠色箭頭:發電機控制模組

需要注意的是(1),原型車的前端縱置傳統動力總成修改為後端橫置增程混動總成,與發動機關聯的發電機尺寸和自重可以設定的更大,以獲得更高的發電功率。

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“縱改橫”後,有更大的空間可以布設“1槽8/10線”扁線繞組技術的發電機,使得最大發電功率可以延伸至200-300千瓦!凸顯了經過電動化改造後的載具高機動性的技戰術優勢。

2、全新輪式裝備标配增程式油電混合驅動系統,标定中型發電用中功率扁線電機技術優勢:

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在2021年10月刊發的《獨家:增程混動?研判2代6輪驅動山車族技戰術狀态》一文中,“預判”了标配增程式油電混合動力系統,換裝以發均衡發電功率和驅動功率的扁線繞組啟發電一體機,所獲得的的高機動性與伺服豐富的偵查、電子、火力、補給功能上裝子產品的戰術優勢。

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由于采用正向開發的車型平台,2代6輪驅動山貓可以較為輕松的布置柴油機-發電機以及扭矩配置設定子產品。但是,總體尺寸被嚴格限定,主打輕型高機動技戰術優勢的2代6輪驅動山貓動力艙的空間仍然十分局促。

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需要注意的是(2),定型後的2代6輪驅動山貓車族标配的中後置動力總成與橫置扭矩配置設定子產品,所配置的電機可以做到直徑與長度處于均衡狀态。而應用“1槽6線”扁線繞組技術的中功率發電機,最大發電功率可以保持在40-60千瓦,可以更好的滿足這種正向開發的輕型輪式載具對機動性與上裝發電的均衡需求。

3、山貓4x4無人駕駛技術驗證車縱置動力總成,原裝位加裝小型發電/驅動用扁線電機技術優勢:

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在2021年珠海航展上,山貓4x4全域高機動車進行了涉水、加速、翻越等動态展示。這款山貓4x4全域高機動車搭載1台直列四缸1.3排量渦輪增壓柴油發動機、模拟4前速CVT變速器,适配1台電控分時四驅系統并配置了後差速鎖。

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山貓4x4全域高機動車采用前後雙A型獨立懸架+斷開式驅動橋,為了應對複雜路況具備更優異的通過性,設定長行程螺旋彈簧。

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上圖為山貓4x4無人駕駛技術驗證車最新狀态的側向特寫。可見頂置3組固态雷射雷達(紅\黃\藍色箭頭所指),2組北鬥導航系統接收天線(白色箭頭所指)。

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上圖為而參加“跨越險阻2020”賽事的山貓4x4無人駕駛技術驗證車後部特寫。可見頂置1組固态雷射雷達(白色箭頭所指)、2組北鬥導航系統接收天線(綠色箭頭所指)、設定在車體前後左右4組白光視訊采集系統(黃色箭頭所指)、車體前後設定2組毫米波雷達。

紅色箭頭:山貓4x4無人駕駛技術驗證車後部斷開式驅動橋

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需要注意的是(3),山貓4x4無人駕駛技術驗證車保留了原型車全部動力、傳動、四驅和懸架系統。原型車的電控分時四驅系統與後差速鎖比對,可以保證車輛的通過性處于最強狀态。而在鋪裝路面行駛,可以選擇後輪驅動模式。

紅色箭頭:電控四驅開關

藍色箭頭:後差速鎖開關

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需要注意的是(4),作為一台軍用無人駕駛技術驗證車,滿足後加裝的多組雷射雷達、毫米波雷達、視訊采集系統、車載通訊系統以及高低壓控制系統的供電,全部依靠載具端的發電/儲電系統。然而,山貓4x4全域高機動車适配的12伏低壓用電系統,僅能夠滿足車輛啟動和小功率外放電需求。

為了滿足耗電量大幅增加的環境感覺上裝的正常使用需求,必須為車輛加裝大功率發電系統。

為了滿足軍用無人駕駛技術而進化的線控底盤的使用需求,必須為車輛進行全電驅動的改進。

需要注意的是(5),在傳統動力基礎上也可以進化為線控底盤。但是采用PHEV\EREV\EV驅動技術改進的線控底盤,具備更高效的計算/回報/執行效率,且運作精度更加精準。

備注:2020年之後的民用線控底盤技術,以EREV\EV驅動架構為基礎,具備全電加速、全電制動以及高精度全電轉向功能。

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山貓4x4全域高機動車在縱置發動機和CVT之間,串聯1台發電/驅動電機的相對位置與電/扭矩配置設定政策流程簡圖。

紅色區域:保留原車狀态的縱置發動機;

綠色區域:後加裝的發電/驅動電機;

黃色區域:保留原車的CVT;

藍色區域:由發電/驅動電機輸出的電量,用于驅動環境感覺上裝子產品;

白色區域:由發電/驅動電機輸出的電量,用于動力電池系統存儲;

紅色箭頭:發動機與發電/驅動電機配合,輸出的動力經過CVT,為四驅分動器輸出扭矩;

黃色箭頭:經過分動器二次配置設定,将扭矩傳遞至前後驅動橋

山貓4x4無人駕駛技術驗證車,如在原車狀态的縱置發動機和CVT之間,“塞入”1台發電/驅動電機并加裝動力電池系統,則兼顧了PHEV車型的高性能和傳統越野車的通過性。

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根據山貓4x4全域高機動車采用的縱置發動機-CVT變速器-四驅分動器以及前後驅動橋的架構比對,在縱置發動機和CVT變速器之間串聯一組400V電壓的兼顧發電和驅動需求的電機可以達成如下功能:

#1、在怠速發電模式,來自發動機的全部功率轉化為電量,或用于環境感覺上裝用電需求、或将電量存儲至動力電池;

#2、在行車發電模式,比對适合的電控技術進行功率分流,在行車發電基礎上調節環境感覺上裝用電、驅動系統用電、動力電池儲電比例;

#3、在油電混合驅動模式滿功率輸出,與分動器配合将最大扭矩被均衡的配置設定至前後驅動橋,大幅提升整車通過性;

#4、在全電驅動模式,仍然可以在2驅和4驅模式間切換,達成對靜谧環境下的隐蔽自身熱輻射信号的戰術需求;

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對山貓4x4類高機動車,縱置的動力、傳動和四驅系統被被嚴格限定在一定範圍内。在發動機和傳動(變速器)之間加裝一組與發動機動力輸出端直徑相當,但是高度被盡量壓縮的發電/驅動用扁線電機,使得整套載具和上裝得更多的技戰術優勢,是唯一的改進路徑。

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出于最大程度保留原車的動力、傳動和四驅系統需求,在發動機和變速器之間“塞入”1台270系列-PHEV專用的P2電機十分合适。采用集中繞組工藝,最大輸出功率可以在45-85千瓦設定、最大輸出扭矩可以在180-250扭矩設定,對于AT\CVT\DCT變速器相容性較好。

應用扁線繞組技術的電機用于縱置動力系統軸間驅動時,對傳統動力驅動條載具改進最小,最大程度保留原車最初的通過性與可靠性設定,改裝後的風險小、投入少以及成本少。

#1,基于扁線繞組技術的電機用于ISG啟動發一體機時,可以充分減小電機定子端部尺寸,縮短整機長度,便于橫置于載具前後動力艙,提升了空間使用率,便于搭載更大尺寸的上裝子產品。

#2, 基于扁線繞組技術的電機用于ISG啟動發一體機時,相對相同尺寸圓線繞組電機,發電效率更大,滿足更大耗電量上裝子產品的用電需求。

#3, 基于扁線繞組技術的電機用于輪邊驅動用時,相對傳統動力多驅動橋載具,取掉主傳動軸、分動器、差速器和傳動半軸,騰出的大量空間或降低自重增加機動性,或用于承載更大尺寸的上裝子產品。

#4,采用銅材質的扁線繞組電機結構與正常電機差異較大,内部熱分布更為均勻,可大比例過載,增大持續功率和峰值功率亮相重要參數。将扁線繞組技術的電機全面應用在增程混動輪履裝備,可以降低對降低散熱系統需求,更好的納入整車層面熱管理控制系統,直接提高整車層面的高效率,或增加機動續航裡程、或增加戰鬥半徑。

4、基于扁線繞組技術的發電/驅動用電機及控制系統,全面應用軍用輪履裝備改進以及正向開發的新裝備的時代已經來臨:

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在“跨越險阻2014”地面無人裝備挑戰賽中,最初代的山貓4x4無人駕駛技術驗證車(紅色箭頭所指),與第2代63式無人駕駛技術驗證車(黃色箭頭所指),采用某型4x4中型安全車為載具的無人駕駛驗證車,完成全部賽事。

此時,這三款超輕型輪式、中型輪式和中型履帶式無人駕駛技術驗證車沒有進行任何電動化的改進,還是采用機械類線控底盤技術。

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在“跨越險阻2016”地面無人裝備挑戰賽中,第2代山貓4x4無人駕駛技術驗證車的環境感覺上裝子產品的到了擴充,應用了更優秀的360度周視雷射雷達和相對完善的機械類線控底盤技術。

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在“跨越險阻2018”地面無人裝備挑戰賽中,更多的采用增程式油電混合驅動技術和全電驅動技術的無人駕駛裝備露出,甚至應用更加多種火力投射上裝子產品的無人駕駛/無人作戰裝備也出現在賽事隊列中。第3代山貓4x4無人駕駛技術驗證車(白色箭頭所指),為了滿足更多傳感器材的應用,加強了行車發電效率。

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在“跨越險阻2020”地面無人裝備挑戰賽中,最新款山貓4x4無人駕駛技術驗證車基于更加精準線控底盤技術,達成了單車領隊-其他車輛以實時通聯編隊方式-無人駕駛至指定目的地的戰術能力。

沒錯!由不同功率/尺寸扁線繞組電機為中心的線控底盤,滿足了500伏電壓平台的軍用輪履的用電需求同時,帶來的電動加速、電動制動、高精度電動轉向的技術優勢,為無人作戰的戰術能力達成提供的全面的技術保障。

從山貓4x4無人駕駛技術驗證車研判小型扁線電機應用方向

某些中國本土扁線電機供應商已經在2022年,批量制造用于輪履裝備平台适配的縱置\橫置動力系統的ISG啟發電一體機、軸間發電/驅動電機、軸間驅動電機和輪邊驅動電機,并且逐漸裝車應用。

全系列扁線電機的研發、性能、試制和量産環節,已經不再困擾整車制造廠商。整車制造廠商可以根據扁線電機供應商的在用型号系列,尋找最接近己方需求的型号并加以改進,在最短的周期、面對最少的風險以及用最少的成本,推出性能優異的電動化裝備。

我們的征途是星辰大海:

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最新的科學技術往往都搶先用于軍用裝備。用電動化技術提升軍用裝備驅動系統的高效率和增加更具實戰意義的戰術能力。在中國新能源全産業鍊發展僅8年時間,就達成了民用電驅動、動力電池及全部的高壓電控系統已經完成了全部自主研發和量産的能力。體系化、成熟的民用扁線電驅動系統,完全可以反向用于軍事裝備領域。

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就在民用車停留在350-400伏電壓平台、軍用輪履裝備進入500伏電壓平台的時代,中國本土扁線電機專業供應商已經向800伏高電壓平台邁入。可以量産覆寫轉速13000-18000轉/分、最大輸出功率160千瓦-500千瓦,針對EV\HEV\PHEV\EREV多種電動驅動形式的油冷扁線電驅動系統。

就在其他電機廠商陷入投資-立項-試制-量産-成本的死循環時,一些優秀的廠家已經拿出體系化的産品和應用的案例,第一時間可以根據需求改進與量産最新型号,大幅度降低了前期開發成本,保證新技術應用可以更廣泛。

新能源情報分析網評測組出品

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