裝甲車輛混合動(dòng)力電傳動(dòng)技術(shù)

前言

坦克是集強(qiáng)大火力、快速機(jī)動(dòng)與堅(jiān)固防護(hù)于一身的武器裝備?，F(xiàn)階段由于綜合電子技術(shù)在坦克上的應(yīng)用，坦克車內(nèi)的信息化和車際信息化能力有了重大突破，而轉(zhuǎn)型為典型的機(jī)械化、數(shù)字化武器裝備。坦克是過去、現(xiàn)在和未來戰(zhàn)場(chǎng)上地面戰(zhàn)斗力的基礎(chǔ)，在突破敵人預(yù)有準(zhǔn)備的防御和建立我軍穩(wěn)固機(jī)動(dòng)防御的戰(zhàn)斗中，其綜合防護(hù)力、快速機(jī)動(dòng)力、強(qiáng)大的攻擊力和指揮控制力都具有機(jī)動(dòng)突出作戰(zhàn)效能和戰(zhàn)場(chǎng)生存能力，在捍衛(wèi)國(guó)土安全和保衛(wèi)政權(quán)穩(wěn)固的戰(zhàn)斗中，其地位和作用是其它武器裝備不可替代的。我國(guó)坦克裝甲車輛的研制，經(jīng)歷了半個(gè)多世紀(jì)幾代人百折不撓的艱苦努力，從仿制、仿改到20世紀(jì)末我國(guó)工程科技人員以創(chuàng)新的思路研制出符合國(guó)情、軍情，具有國(guó)際先進(jìn)水平的第三代主戰(zhàn)坦克，使我國(guó)主戰(zhàn)坦克研制水平躋身國(guó)際先進(jìn)行列。面對(duì)世界新軍事變革和中國(guó)特色軍事變革的形勢(shì)需求，為進(jìn)一步拓展和提高我國(guó)坦克裝甲車輛技術(shù)水平，我們注意到了全電武器裝備機(jī)動(dòng)平臺(tái)已逐漸被認(rèn)為是未來軍事機(jī)動(dòng)裝備的重要研究發(fā)展方向。混合動(dòng)力電傳動(dòng)是坦克裝甲車輛技術(shù)發(fā)展的重要領(lǐng)域，也是全電戰(zhàn)斗車輛的基礎(chǔ)，它利用內(nèi)燃機(jī)一發(fā)電機(jī)組和電池組供電，驅(qū)動(dòng)牽引電機(jī)完成車輛行駛時(shí)的功率傳遞，實(shí)現(xiàn)車輛戰(zhàn)術(shù)機(jī)動(dòng)性過程中所涉及的各項(xiàng)功能和性能。相比于傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，電傳動(dòng)系統(tǒng)有諸多優(yōu)越性：首先采用內(nèi)燃機(jī)一發(fā)電機(jī)組和電池組混合供電驅(qū)動(dòng)牽引電機(jī)，機(jī)動(dòng)性能大為改善；其次是電力系統(tǒng)全電化提高了武器機(jī)動(dòng)平臺(tái)與未來高能武器的集成能力，如為電磁武器、電熱化學(xué)武器、高能激光武器和新型武器的應(yīng)用，提供能源創(chuàng)造了條件；第三是充足的電能可解決電磁裝甲、主動(dòng)防護(hù)和光電對(duì)抗裝置與車輛靜音行駛的能源問題，并在一定程度上提高了對(duì)紅外、聲響的隱身性能；第四是混合動(dòng)力電傳動(dòng)，內(nèi)燃機(jī)在額定工況運(yùn)轉(zhuǎn)，車輛具有再生制動(dòng)和能量回收功能，從而降低油耗，增加機(jī)動(dòng)武器平臺(tái)作戰(zhàn)半徑；第五是有利于總體布置與系統(tǒng)集成，電傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力由電纜柔性傳遞，部件組合靈活，優(yōu)化和節(jié)省車內(nèi)空間。

內(nèi)容概要

　　《裝甲車輛混合動(dòng)力電傳動(dòng)技術(shù)》是作者及其研究團(tuán)隊(duì)在坦克裝甲車輛電傳動(dòng)領(lǐng)域中的研究成果與經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，是一本理論性較強(qiáng)，而又緊密結(jié)合研究工作實(shí)踐的專著。《裝甲車輛混合動(dòng)力電傳動(dòng)技術(shù)》主要內(nèi)容有：裝甲車輛電傳動(dòng)系統(tǒng)基本概念與分類方法；電傳動(dòng)履帶裝甲車輛縱向動(dòng)力學(xué)和轉(zhuǎn)向動(dòng)力學(xué)及其控制，控制理論；混合動(dòng)力電傳動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)一發(fā)電機(jī)匹配與控制；驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及控制；綜合冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)；電傳動(dòng)綜合控制與能量管理；動(dòng)力電池成組應(yīng)用與管理；電傳動(dòng)履帶裝甲車輛系統(tǒng)仿真與電傳動(dòng)系統(tǒng)試驗(yàn)技術(shù)等。全文闡述條理清晰，圖文并茂，通識(shí)易懂。裝甲車輛混合動(dòng)力電傳動(dòng)技術(shù)集車輛、電力拖動(dòng)、自動(dòng)控制、新能源、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域最新技術(shù)于一體，是未來全電戰(zhàn)斗車輛的一種重要?jiǎng)恿︱?qū)動(dòng)形式?！　　堆b甲車輛混合動(dòng)力電傳動(dòng)技術(shù)》可作為從事電動(dòng)車輛相關(guān)領(lǐng)域工程技術(shù)人員和科研工作人員參考，也可作為高等院校教師、研究生和高年級(jí)學(xué)生教學(xué)及參考用書。

作者簡(jiǎn)介

孫逢春，博士，男，1958年出生于湖南臨澧縣；北京理工大學(xué)教授、教育部首批長(zhǎng)江學(xué)者特聘教授、國(guó)家863計(jì)劃“電動(dòng)汽車重大專項(xiàng)”和“節(jié)能與新能源汽車重大項(xiàng)目”專家組專家、北京市科技奧運(yùn)電動(dòng)汽車重大專項(xiàng)首席專家。長(zhǎng)期在電動(dòng)車輛、混合動(dòng)力坦克裝甲車輛電傳動(dòng)領(lǐng)域從事理論研究、技術(shù)開發(fā)和工程應(yīng)用工作。獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)和科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)各1項(xiàng)，何梁何利科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新獎(jiǎng)，省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)和國(guó)家百項(xiàng)優(yōu)秀專利獎(jiǎng)各1項(xiàng)，還獲GM中國(guó)科技成就獎(jiǎng)、中國(guó)汽車工業(yè)優(yōu)秀科技人才獎(jiǎng)。發(fā)表相關(guān)學(xué)術(shù)論文和著作129篇。張承寧博士，1963年2月生于安徽太湖，北京理工大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師，國(guó)防科技工業(yè)優(yōu)秀博士、碩士學(xué)位獲得者，自1994.年以來長(zhǎng)期從事電驅(qū)動(dòng)車輛電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)、整車綜合控制與數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、充電系統(tǒng)方面的研究工作，國(guó)家“十一五”和“十五”某國(guó)防重點(diǎn)預(yù)研項(xiàng)目課題副總師；國(guó)家“十一五”863計(jì)劃節(jié)能與新能源汽車重大項(xiàng)目“車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)和快速評(píng)價(jià)研究”課題組長(zhǎng)，獲國(guó)家和省部級(jí)科技獎(jiǎng)勵(lì)2項(xiàng)，在國(guó)內(nèi)外有重要影響的學(xué)術(shù)刊物發(fā)表學(xué)術(shù)論文數(shù)十篇，獲多項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利。

書籍目錄

第1章概論1.1 電傳動(dòng)裝甲車輛發(fā)展簡(jiǎn)史1.1.1 早期的電傳動(dòng)裝甲車輛1.1.2 電傳動(dòng)裝甲車輛的冬眠期1.1.3 20世紀(jì)末期的電傳動(dòng)裝甲車輛1.1.4 電傳動(dòng)裝甲車輛的最新發(fā)展1.1.5 我國(guó)電傳動(dòng)裝甲車輛的發(fā)展?fàn)顩r1.2 電傳動(dòng)裝甲車輛的發(fā)展背景1.2.1 高能武器的應(yīng)用1.2.2 電子對(duì)抗與攻防轉(zhuǎn)換1.2.3 節(jié)能減排與增大作戰(zhàn)半徑1.2.4 現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)發(fā)展的需求1.3 裝甲車輛電傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理1.3.1 電傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類1.3.2 混合動(dòng)力電傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.3.3 混合驅(qū)動(dòng)電傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.4 裝甲車輛電傳動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)1.5 裝甲車輛電傳動(dòng)發(fā)展趨勢(shì)展望參考文獻(xiàn)第2章 電傳動(dòng)裝甲車輛縱向動(dòng)力學(xué)2.1 縱向動(dòng)力學(xué)2.1.1 行駛阻力2.1.2 驅(qū)動(dòng)力2.1.3 直線行駛運(yùn)動(dòng)方程2.2 動(dòng)力性能2.3 制動(dòng)性能2.3.1 制動(dòng)要求2.3.2 最大制動(dòng)力矩（功率）計(jì)算2.3.3 電制動(dòng)與機(jī)械制動(dòng)分配原則2.3.4 電制動(dòng)分析計(jì)算2.3.5 機(jī)械制動(dòng)的分析計(jì)算2.4 電傳動(dòng)系統(tǒng)效率分析2.4.1 電傳動(dòng)系統(tǒng)功率流2.4.2 內(nèi)燃機(jī)一發(fā)電機(jī)組效率2.4.3 動(dòng)力電池組效率2.4.4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率2.4.5 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)效率2.4.6 電傳動(dòng)系統(tǒng)總效率參考文獻(xiàn)第3章 電傳動(dòng)履帶車輛轉(zhuǎn)向動(dòng)力學(xué)與控制3.1 轉(zhuǎn)向原理與轉(zhuǎn)向動(dòng)力學(xué)3.1.1 轉(zhuǎn)向原理3.1.2 原地正反轉(zhuǎn)向3.1.3 B／2轉(zhuǎn)向3.1.4 小半徑行進(jìn)中轉(zhuǎn)向3.1.5 大半徑修正轉(zhuǎn)向3.1.6 斜坡轉(zhuǎn)向分析3.1.7 轉(zhuǎn)向控制策略3.2 極限轉(zhuǎn)向原理與控制3.3 轉(zhuǎn)速控制3.3.1 控制任務(wù)及難點(diǎn)3.3.2 駕駛員輸入的定義與解釋3.3.3 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)控制策略3.4 轉(zhuǎn)矩控制3.4.1 控制理論基礎(chǔ)及可行性3.4.2 駕駛員輸入定義3.4.3 轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)控制策略參考文獻(xiàn)第4章 內(nèi)燃機(jī)一發(fā)電機(jī)組匹配與控制4.1 電傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力源技術(shù)4.2 IGPU系統(tǒng)及其組成4.3 IGPU系統(tǒng)性能匹配設(shè)計(jì)4.3.1 電傳動(dòng)系統(tǒng)能量傳遞的特點(diǎn)4.3.2 內(nèi)燃機(jī)工作特性4.3.3 發(fā)電機(jī)工作特性4.3.4 內(nèi)燃機(jī)一發(fā)電機(jī)組的工作范圍的確定4.4 IGPU系統(tǒng)控制策略4.4.1 內(nèi)燃機(jī)一發(fā)電機(jī)組功率跟蹤工作模式設(shè)計(jì)4.4.2 IGPU系統(tǒng)功率跟隨控制策略仿真分析4.4.3 基于功率的前后功率鏈協(xié)調(diào)控制4.4.4 無電池參與的前后功率鏈協(xié)調(diào)控制仿真研究4.4.5 電池參與的前后功率鏈協(xié)調(diào)控制仿真研究4.5 IGPU系統(tǒng)反拖控制4.5.1 模擬傳統(tǒng)起動(dòng)電機(jī)方式起動(dòng)內(nèi)燃機(jī)4.5.2 電機(jī)高拖動(dòng)轉(zhuǎn)速方式起動(dòng)內(nèi)燃機(jī)試驗(yàn)參考文獻(xiàn)第5章 驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制系統(tǒng)5.1 電傳動(dòng)車輛的幾種驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制系統(tǒng)5.1.1 幾種驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制系統(tǒng)5.1.2 電機(jī)及其控制系統(tǒng)中的功率器件5.2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制系統(tǒng)的控制原理5.2.1 直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制系統(tǒng)的控制原理5.2.2 三相感應(yīng)電機(jī)及其控制系統(tǒng)的控制原理5.2.3 永磁同步電機(jī)及其控制系統(tǒng)的控制原理5.2.4 續(xù)流增磁電機(jī)及其控制系統(tǒng)的控制原理5.3 交流感應(yīng)電機(jī)及其控制系統(tǒng)控制算法5.3.1 交流感應(yīng)電機(jī)d-q參考坐標(biāo)系數(shù)學(xué)建模5.3.2 交流感應(yīng)電機(jī)VVVF控制5.3.3 交流感應(yīng)電機(jī)矢量控制5.3.4 速度控制算法5.3.5 效率最大化控制算法5.4 永磁同步電機(jī)及其控制系統(tǒng)5.4.1 永磁同步電機(jī)的矢量控制5.4.2 永磁同步電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制5.5 續(xù)流增磁電機(jī)及其控制系統(tǒng)建模與控制5.5.1 續(xù)流增磁驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)特性5.5.2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)勵(lì)磁磁場(chǎng)飽和狀態(tài)分析5.5.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩一轉(zhuǎn)速特性計(jì)算分析5.5.4 驅(qū)動(dòng)時(shí)電機(jī)增磁繞組勵(lì)磁電流一轉(zhuǎn)速特性5.5.5 驅(qū)動(dòng)時(shí)電源電流與電機(jī)轉(zhuǎn)速關(guān)系5.5.6 最大驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩Temax和最大驅(qū)動(dòng)功率Pmax輸出特性5.5.7 續(xù)流增磁驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制系統(tǒng)特性分析參考文獻(xiàn)第6章 綜合冷卻系統(tǒng)6.1 電傳動(dòng)綜合冷卻系統(tǒng)特征6.2 綜合冷卻系統(tǒng)的分類及構(gòu)成6.3 閉式高溫冷卻水系6.4 綜合冷卻系統(tǒng)傳熱與流動(dòng)分析6.4.1 冷卻系統(tǒng)散熱量6.4.2 循環(huán)水流量及流動(dòng)阻力第7章 電傳動(dòng)系統(tǒng)綜合控制與能量管理技術(shù)第8章 電池成組應(yīng)用與管理第9章 電傳動(dòng)履帶裝甲車輛系統(tǒng)仿真技術(shù)第10章 裝甲車輛混合動(dòng)力電傳動(dòng)系統(tǒng)試驗(yàn)技術(shù)

章節(jié)摘錄

插圖：20世紀(jì)90年代中期，美國(guó)聯(lián)合防務(wù)公司研制出一輛重22.7t的混合動(dòng)力電傳動(dòng)演示車，以“布雷德利”戰(zhàn)車的防空車型為基礎(chǔ)，演示車上裝有一臺(tái)275kW發(fā)電系統(tǒng)，系統(tǒng)中一臺(tái)交流發(fā)電機(jī)直接與一臺(tái)257kw柴油機(jī)相連，并且有兩組共88塊鉛酸蓄電池。美國(guó)還研制了幾臺(tái)混合電傳動(dòng)車，包括50t的履帶式“機(jī)動(dòng)試驗(yàn)平臺(tái)”（ATR），6×6輪式EVTB（電動(dòng)車輛試驗(yàn)平臺(tái)），都取得了良好的試驗(yàn)結(jié)果。德國(guó)馬克公司于1998年推出了在“鼬鼠”空降戰(zhàn)車上安裝電傳動(dòng)系統(tǒng)的LLX型裝甲車。該車采用了AC-DC-AC電傳動(dòng)方式和永磁電動(dòng)機(jī)。這種傳動(dòng)方式的特點(diǎn)是將電動(dòng)機(jī)安放在驅(qū)動(dòng)輪的輪轂中，因此不需要任何機(jī)械式驅(qū)動(dòng)軸，車內(nèi)空間隨之變大。因此，即使是在小功率車輛上，電傳動(dòng)方式也有著比機(jī)械式傳動(dòng)方式更好的優(yōu)點(diǎn)。1999年，德國(guó)著名的變速器生產(chǎn)廠家倫克公司研制出了用于裝甲戰(zhàn)車的600kW電力一機(jī)械傳動(dòng)，取名為EMT600。這種動(dòng)力再生式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與電動(dòng)機(jī)組合形成的轉(zhuǎn)向變速裝置，被稱為EMT，即電力一機(jī)械傳動(dòng)。EMT600電力一機(jī)械傳動(dòng)裝置是根據(jù)英美兩國(guó)的下一代輕型戰(zhàn)斗車輛項(xiàng)目（FSCS／TRACER）的需要而研制的。EMT600雖然最終沒有得到實(shí)際應(yīng)用，但它至少已經(jīng)進(jìn)入試制階段，是一種比較完備的混合電傳動(dòng)型式。

后記

本書總結(jié)了十多年來我和項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的同事們?cè)诨旌蟿?dòng)力電傳動(dòng)坦克裝甲車輛領(lǐng)域科研工作中的心得、體會(huì)和成果。結(jié)束之前有幾句深藏于心底的感激和感謝的話不得不說。1994年，憑著當(dāng)時(shí)年輕氣盛，大膽上書國(guó)家軍方有關(guān)部門領(lǐng)導(dǎo)，建言在我國(guó)盡快開展混合動(dòng)力電傳動(dòng)坦克裝甲車輛的研究和技術(shù)開發(fā)工作，轉(zhuǎn)眼已經(jīng)15個(gè)年頭。其間主要經(jīng)歷了三個(gè)階段：初期階段，我國(guó)坦克裝甲車輛的主要任務(wù)是國(guó)家第三代主戰(zhàn)坦克，動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的主要任務(wù)是攻關(guān)大功率、高功率密度柴油機(jī)和液力綜合傳動(dòng)系統(tǒng)，無暇顧及未來動(dòng)力傳動(dòng)技術(shù)的研究，盡管軍方和國(guó)防科研管理部門組織了專家聽取匯報(bào)，但由于需求牽引不夠明確，只好暫時(shí)擱置。第二階段，也就是“九五”末期，隨著我國(guó)國(guó)力日益增強(qiáng)和世界國(guó)防科技進(jìn)步，電傳動(dòng)進(jìn)入有關(guān)科技管理部門領(lǐng)導(dǎo)的視野。在軍方和國(guó)防科技管理部門的支持下，我國(guó)開始了電傳動(dòng)坦克裝甲車輛技術(shù)理論探索和技術(shù)論證，首先取得突破的是電驅(qū)動(dòng)坦克裝甲車輛炮塔研究和技術(shù)開發(fā)。稍后開展了電傳動(dòng)理論研究和方案論證工作，其中以北京理工大學(xué)、裝甲兵工程學(xué)院和湘潭電機(jī)廠等單位為代表，進(jìn)行了較為深入的前期工作。第三階段，也就是以國(guó)家“十五”計(jì)劃為標(biāo)志，我國(guó)國(guó)防科技研究開發(fā)工作駛?cè)肓俗灾鲃?chuàng)新、自主開發(fā)的快車道。在總裝備部、國(guó)防科工委和兵器工業(yè)總公司的領(lǐng)導(dǎo)與支持下，我國(guó)開始了全面的電傳動(dòng)理論研究、技術(shù)攻關(guān)和開發(fā)，取得了長(zhǎng)足進(jìn)展。目前，我國(guó)混合動(dòng)力電傳動(dòng)坦克裝甲車輛的技術(shù)水平基本與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家同步。

編輯推薦

《裝甲車輛混合動(dòng)力電傳動(dòng)技術(shù)》由國(guó)防工業(yè)出版社出版。

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