裝甲車輛混合動力電傳動技術(shù)

前言

坦克是集強大火力、快速機動與堅固防護于一身的武器裝備?，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)型為典型的機械化、數(shù)字化武器裝備。坦克是過去、現(xiàn)在和未來戰(zhàn)場上地面戰(zhàn)斗力的基礎(chǔ)，在突破敵人預(yù)有準備的防御和建立我軍穩(wěn)固機動防御的戰(zhàn)斗中，其綜合防護力、快速機動力、強大的攻擊力和指揮控制力都具有機動突出作戰(zhàn)效能和戰(zhàn)場生存能力，在捍衛(wèi)國土安全和保衛(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。我國坦克裝甲車輛的研制，經(jīng)歷了半個多世紀幾代人百折不撓的艱苦努力，從仿制、仿改到20世紀末我國工程科技人員以創(chuàng)新的思路研制出符合國情、軍情，具有國際先進水平的第三代主戰(zhàn)坦克，使我國主戰(zhàn)坦克研制水平躋身國際先進行列。面對世界新軍事變革和中國特色軍事變革的形勢需求，為進一步拓展和提高我國坦克裝甲車輛技術(shù)水平，我們注意到了全電武器裝備機動平臺已逐漸被認為是未來軍事機動裝備的重要研究發(fā)展方向?；旌蟿恿﹄妭鲃邮翘箍搜b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)燃機一發(fā)電機組和電池組供電，驅(qū)動牽引電機完成車輛行駛時的功率傳遞，實現(xiàn)車輛戰(zhàn)術(shù)機動性過程中所涉及的各項功能和性能。相比于傳統(tǒng)的機械傳動系統(tǒng)，電傳動系統(tǒng)有諸多優(yōu)越性：首先采用內(nèi)燃機一發(fā)電機組和電池組混合供電驅(qū)動牽引電機，機動性能大為改善；其次是電力系統(tǒng)全電化提高了武器機動平臺與未來高能武器的集成能力，如為電磁武器、電熱化學武器、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、主動防護和光電對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紅外、聲響的隱身性能；第四是混合動力電傳動，內(nèi)燃機在額定工況運轉(zhuǎn)，車輛具有再生制動和能量回收功能，從而降低油耗，增加機動武器平臺作戰(zhàn)半徑；第五是有利于總體布置與系統(tǒng)集成，電傳動系統(tǒng)動力由電纜柔性傳遞，部件組合靈活，優(yōu)化和節(jié)省車內(nèi)空間。

內(nèi)容概要

　　《裝甲車輛混合動力電傳動技術(shù)》是作者及其研究團隊在坦克裝甲車輛電傳動領(lǐng)域中的研究成果與經(jīng)驗總結(jié)，是一本理論性較強，而又緊密結(jié)合研究工作實踐的專著?！堆b甲車輛混合動力電傳動技術(shù)》主要內(nèi)容有：裝甲車輛電傳動系統(tǒng)基本概念與分類方法；電傳動履帶裝甲車輛縱向動力學和轉(zhuǎn)向動力學及其控制，控制理論；混合動力電傳動系統(tǒng)內(nèi)燃機一發(fā)電機匹配與控制；驅(qū)動電機以及控制；綜合冷卻系統(tǒng)設(shè)計；電傳動綜合控制與能量管理；動力電池成組應(yīng)用與管理；電傳動履帶裝甲車輛系統(tǒng)仿真與電傳動系統(tǒng)試驗技術(shù)等。全文闡述條理清晰，圖文并茂，通識易懂。裝甲車輛混合動力電傳動技術(shù)集車輛、電力拖動、自動控制、新能源、計算機等領(lǐng)域最新技術(shù)于一體，是未來全電戰(zhàn)斗車輛的一種重要動力驅(qū)動形式?！　　堆b甲車輛混合動力電傳動技術(shù)》可作為從事電動車輛相關(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、研究生和高年級學生教學及參考用書。

作者簡介

孫逢春，博士，男，1958年出生于湖南臨澧縣；北京理工大學教授、教育部首批長江學者特聘教授、國家863計劃“電動汽車重大專項”和“節(jié)能與新能源汽車重大項目”專家組專家、北京市科技奧運電動汽車重大專項首席專家。長期在電動車輛、混合動力坦克裝甲車輛電傳動領(lǐng)域從事理論研究、技術(shù)開發(fā)和工程應(yīng)用工作。獲國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎和科技進步獎二等獎各1項，何梁何利科學與技術(shù)創(chuàng)新獎，省部級科技進步獎一等獎和國家百項優(yōu)秀專利獎各1項，還獲GM中國科技成就獎、中國汽車工業(yè)優(yōu)秀科技人才獎。發(fā)表相關(guān)學術(shù)論文和著作129篇。張承寧博士，1963年2月生于安徽太湖，北京理工大學教授，博士生導(dǎo)師，國防科技工業(yè)優(yōu)秀博士、碩士學位獲得者，自1994.年以來長期從事電驅(qū)動車輛電機驅(qū)動系統(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，國家“十一五”和“十五”某國防重點預(yù)研項目課題副總師；國家“十一五”863計劃節(jié)能與新能源汽車重大項目“車用驅(qū)動電機系統(tǒng)檢測技術(shù)和快速評價研究”課題組長，獲國家和省部級科技獎勵2項，在國內(nèi)外有重要影響的學術(shù)刊物發(fā)表學術(shù)論文數(shù)十篇，獲多項國家發(fā)明專利。

書籍目錄

第1章概論1.1 電傳動裝甲車輛發(fā)展簡史1.1.1 早期的電傳動裝甲車輛1.1.2 電傳動裝甲車輛的冬眠期1.1.3 20世紀末期的電傳動裝甲車輛1.1.4 電傳動裝甲車輛的最新發(fā)展1.1.5 我國電傳動裝甲車輛的發(fā)展狀況1.2 電傳動裝甲車輛的發(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)爭發(fā)展的需求1.3 裝甲車輛電傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理1.3.1 電傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類1.3.2 混合動力電傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.3.3 混合驅(qū)動電傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.4 裝甲車輛電傳動關(guān)鍵技術(shù)1.5 裝甲車輛電傳動發(fā)展趨勢展望參考文獻第2章 電傳動裝甲車輛縱向動力學2.1 縱向動力學2.1.1 行駛阻力2.1.2 驅(qū)動力2.1.3 直線行駛運動方程2.2 動力性能2.3 制動性能2.3.1 制動要求2.3.2 最大制動力矩（功率）計算2.3.3 電制動與機械制動分配原則2.3.4 電制動分析計算2.3.5 機械制動的分析計算2.4 電傳動系統(tǒng)效率分析2.4.1 電傳動系統(tǒng)功率流2.4.2 內(nèi)燃機一發(fā)電機組效率2.4.3 動力電池組效率2.4.4 電機驅(qū)動系統(tǒng)效率2.4.5 機械傳動系統(tǒng)效率2.4.6 電傳動系統(tǒng)總效率參考文獻第3章 電傳動履帶車輛轉(zhuǎn)向動力學與控制3.1 轉(zhuǎn)向原理與轉(zhuǎn)向動力學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)控制策略參考文獻第4章 內(nèi)燃機一發(fā)電機組匹配與控制4.1 電傳動系統(tǒng)的動力源技術(shù)4.2 IGPU系統(tǒng)及其組成4.3 IGPU系統(tǒng)性能匹配設(shè)計4.3.1 電傳動系統(tǒng)能量傳遞的特點4.3.2 內(nèi)燃機工作特性4.3.3 發(fā)電機工作特性4.3.4 內(nèi)燃機一發(fā)電機組的工作范圍的確定4.4 IGPU系統(tǒng)控制策略4.4.1 內(nèi)燃機一發(fā)電機組功率跟蹤工作模式設(shè)計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)起動電機方式起動內(nèi)燃機4.5.2 電機高拖動轉(zhuǎn)速方式起動內(nèi)燃機試驗參考文獻第5章 驅(qū)動電機及其控制系統(tǒng)5.1 電傳動車輛的幾種驅(qū)動電機及其控制系統(tǒng)5.1.1 幾種驅(qū)動電機及其控制系統(tǒng)5.1.2 電機及其控制系統(tǒng)中的功率器件5.2 驅(qū)動電機及其控制系統(tǒng)的控制原理5.2.1 直流驅(qū)動電機及其控制系統(tǒng)的控制原理5.2.2 三相感應(yīng)電機及其控制系統(tǒng)的控制原理5.2.3 永磁同步電機及其控制系統(tǒng)的控制原理5.2.4 續(xù)流增磁電機及其控制系統(tǒng)的控制原理5.3 交流感應(yīng)電機及其控制系統(tǒng)控制算法5.3.1 交流感應(yīng)電機d-q參考坐標系數(shù)學建模5.3.2 交流感應(yīng)電機VVVF控制5.3.3 交流感應(yīng)電機矢量控制5.3.4 速度控制算法5.3.5 效率最大化控制算法5.4 永磁同步電機及其控制系統(tǒng)5.4.1 永磁同步電機的矢量控制5.4.2 永磁同步電機的直接轉(zhuǎn)矩控制5.5 續(xù)流增磁電機及其控制系統(tǒng)建模與控制5.5.1 續(xù)流增磁驅(qū)動電機及其控制系統(tǒng)驅(qū)動特性5.5.2 驅(qū)動電機勵磁磁場飽和狀態(tài)分析5.5.3 電機驅(qū)動轉(zhuǎn)矩一轉(zhuǎn)速特性計算分析5.5.4 驅(qū)動時電機增磁繞組勵磁電流一轉(zhuǎn)速特性5.5.5 驅(qū)動時電源電流與電機轉(zhuǎn)速關(guān)系5.5.6 最大驅(qū)動轉(zhuǎn)矩Temax和最大驅(qū)動功率Pmax輸出特性5.5.7 續(xù)流增磁驅(qū)動電機及其控制系統(tǒng)特性分析參考文獻第6章 綜合冷卻系統(tǒng)6.1 電傳動綜合冷卻系統(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)水流量及流動阻力第7章 電傳動系統(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 電傳動履帶裝甲車輛系統(tǒng)仿真技術(shù)第10章 裝甲車輛混合動力電傳動系統(tǒng)試驗技術(shù)

章節(jié)摘錄

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

后記

本書總結(jié)了十多年來我和項目團隊的同事們在混合動力電傳動坦克裝甲車輛領(lǐng)域科研工作中的心得、體會和成果。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，憑著當時年輕氣盛，大膽上書國家軍方有關(guān)部門領(lǐng)導(dǎo)，建言在我國盡快開展混合動力電傳動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個年頭。其間主要經(jīng)歷了三個階段：初期階段，我國坦克裝甲車輛的主要任務(wù)是國家第三代主戰(zhàn)坦克，動力傳動系統(tǒng)的主要任務(wù)是攻關(guān)大功率、高功率密度柴油機和液力綜合傳動系統(tǒng)，無暇顧及未來動力傳動技術(shù)的研究，盡管軍方和國防科研管理部門組織了專家聽取匯報，但由于需求牽引不夠明確，只好暫時擱置。第二階段，也就是“九五”末期，隨著我國國力日益增強和世界國防科技進步，電傳動進入有關(guān)科技管理部門領(lǐng)導(dǎo)的視野。在軍方和國防科技管理部門的支持下，我國開始了電傳動坦克裝甲車輛技術(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)。稍后開展了電傳動理論研究和方案論證工作，其中以北京理工大學、裝甲兵工程學院和湘潭電機廠等單位為代表，進行了較為深入的前期工作。第三階段，也就是以國家“十五”計劃為標志，我國國防科技研究開發(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、國防科工委和兵器工業(yè)總公司的領(lǐng)導(dǎo)與支持下，我國開始了全面的電傳動理論研究、技術(shù)攻關(guān)和開發(fā)，取得了長足進展。目前，我國混合動力電傳動坦克裝甲車輛的技術(shù)水平基本與國外發(fā)達國家同步。

編輯推薦

《裝甲車輛混合動力電傳動技術(shù)》由國防工業(yè)出版社出版。

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