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原题目:深度:研判基于扁线电机的美军JLTV增程式油电混动装甲车手艺状态

上世纪末,悍马依赖硬朗形状和精彩越野能力吸粉无数,实在该车在战场上成就一样平常,防护能力低下,早已知足不了那时战争需求,直至2005年,美军启动JLTV(美国团结轻型战术车)项目,在2010年-2012年时代,包罗赫赫有名的洛克希德-马丁公司、奥什科什公司、美国AM通用等装备巨头都差别水平介入了新一代高灵活高防护用车的研制并最终在美国陆军和水师陆战队司令部的“辖制”下,完成了差别级别的车辆定型,停止今日已发生大量订单,毫无疑问这是备受关注的明星车型。

JLTV作为通用型载具首先强调的是灵活性、其次为通用性,战斗全重介于6.5吨-8吨,M-ATV作为防雷安全车首先强调的是防护性、其次为灵活性,战斗全重介于12.5吨-15吨。上图从左向右划分为“悍马”、JLTV和M-ATV。

早在项目研发初期,美军研发部门就明确表达了对增程式电驱动车的青睐,并提供基于实战环境下举行全寿命周期的验证条件。不久,作为JLTV( Joint Light Tactical Vehicles)项目的子项目ULV(Ultra Light Vehicle)版油电夹杂驱动样车推出,随即在阿富汗举行实战环境的测试。

新能源情报分析网将对美国奥什科什公司制造JLTV增程式油电夹杂驱动手艺验证车,基于扁线绕组手艺的轴间电机手艺状态和电四驱驱动系统控制计谋,举行研读和判断。

1、基于扁线电机的JLTV增程式油电夹杂驱动手艺状态:

在“N波N折”的美军JLTV项目生长的10余年间,履历了多次硬性项目手艺指标的修改。由于美军在全球遂行的差别种别作战理念的不停转化,在JLTV项目中,又分出多个“XXTV”子项目。然而,无论“甲方爸爸”的要求怎么改,对于强制各家厂商提供接纳油电夹杂驱动手艺验证车的需求,没有任何转变。

备注:差别产商提供的JLTV车型,搭载了差别种类的油电夹杂驱动手艺解决方案,奥什科什版JLTV接纳了增程式油电夹杂驱动方案。

上图左为奥什科什制造的JLTV燃油版车型;上图右为奥什科什公司制造的JLTV油电夹杂版车型;

在奥什科什公司提供的用于JLTV项目的验证车型序列中,接纳传统柴油机和驱动手艺的车型最终中标。然则接纳油电夹杂驱动手艺的验证车,接纳了与燃油版车型完全一致的车型平台,具备相同的防护效能同时,在灵活性和上装供电能效性上显示更为突出。

凭据年份和介入的详细车型项目差别划分出JLTV三个差别手艺状态车型。2009年提供的M-ATV(载荷更大+自力悬架)、2010年提供的LCTV(适配增程式油电夹杂驱动手艺+电四驱系统+自力悬架)、2011年提供的JLTV(用于替换“悍马”的通用化中型载具+自力悬架)。

无论燃油版JLTV,照样增程式油电混动版JLTV,都搭载866T V型8缸6.6升排量涡轮增压柴油机(更大输出功率296千瓦),并为换装差别功效模块的上装(电子战、指挥、情报侦查以及导弹类武器)预留出足够功率发电系统。

其中,增程式油电夹杂驱动版JLTV动力总成由V8柴油发动机(更大输出功率296千瓦)+发电机(更大发电功率120千瓦)+2组轴间驱动电机(更大输出功率均为103千瓦)+装载电量为12度的磷酸铁锂动力电池系统。

上图为增程版JLTV(LCTV)动力总成与驱动架构简图。

绿色箭头:涡轮增压柴油机

红色箭头:发电机

黄色箭头:前后轴间驱动电机(单机更大输出功率103千瓦)

玄色箭头:去掉的前后传动轴、分动器和变速器

奥什科什公司制造的增程版JLTV(LCTV)前置的涡轮增压柴油发动机与发电机关联,输出电量至前后轴间电机用于驱动。凭据现实路况,驾驶员可以选择预设的驱动模式,自动在前后桥间分配电量知足通过需求。理论上,增程式油电夹杂驱动版JLTV也可以由驾驶员手动选择电量的分配比例,极端工况前后桥的输出的扭矩可以在0:100(100:0)间随便输出。

增程版JLTV去掉了庞大的传动系统,在保留燃油版JLTV车身焊接底部的双层V型防爆泄压护板同时,可以增添分外防护措施,或用来存储更多的生涯补给品。

由于接纳增程式油电夹杂驱动方案,去掉的前后传动轴、分动器和变速器等机械部件,更大水平的提高了整车可靠性,降低了行车噪音与热辐射信号。不外,奥什科什公司制造的增程版JLTV,接纳的控制计谋是涡轮增压柴油发动机(动力)-发电机(电力)-前后驱动桥(动力),设定的装载电量仅有12度电的磷酸铁锂动力电池,不能用于EV模式驱动。

需要注重的是,奥什科什公司制造的增程版JLTV,适配了1台更大发电功率120千瓦的扁线发电机,具有体积小,功率密度大,温度性能好,电磁噪音低等特点,以知足前后驱动电机以全时四驱模式一样平常行驶和对外放电的需求!

单从驱动架构看,美军测试的这款增程式油电夹杂驱动版JLTV除了不具备“外插电”功效外,与在售的赛力斯SF5车系完全一致,都是在高效区间用充沛的动/电力贮备,以“大马拉小车”的姿态驱动前后轴间电机用于高灵活作战。

在这台增程式油电夹杂驱动版JLTV上更具手艺含量的分系统,并不是由TM4公司提供的锂动力电池系统,而是由雷米公司提供的基于扁线绕组手艺的1台发电机和2台轴间驱动电机。奥什科什公司在2008年间更先搭载增程式油电夹杂驱动手艺的JLTV设计事情。在这一时期,全球局限动力电池手艺生长十分缓慢,难以用于驱动自重跨越5吨的轮式载具。然而,为了获得更好的驱动效率接纳体积更小(缩短长度),自重更轻,转矩密度更大的扁线电机。

增程式油电夹杂驱动版JLTV适配的前后轴间驱动电机,是归属于美国博格华纳的雷米电机提供的HVH410-150-POC尺度功率型。HVH410系列驱动电机可以为中型和重型卡车、公交车以及越野车等大型车辆提供更大的功率和扭矩密度。由雷米公司制造的HVH系列驱动电机接纳高压扁线“发卡”绕组(定子)手艺,具有较小、紧凑的体积等手艺优势,可以很轻松的“植入”发电机组和驱动机构中。

备注:增程式油电夹杂驱动版JLTV设置的HVH410-150-POC型驱动电机更大输出功率103千瓦(实车状态)

上图为HVH410系列扁线电机功率/扭矩/转速曲线图。基本上可以确认的是HVH410系列扁线电机属于低转速高扭矩设定,在油冷散热手艺伺服下,定子更高运行温度可以到达180摄氏度(润滑油温度保持在70摄氏度),尺度事情电压为600伏,最大事情电压可以扩展至750伏。

HVH410系列扁线电机有差别的堆叠长度、冷却和绕组设置。是一款功效壮大、耐用且坚硬的驱动/发电机,可以作为全封闭电机或转子/定子组件,用于公路和非公路车辆、发电和其他特殊的高功率需求应用。依附数十亿公里装备的可靠性验证,得到了业内及各研发机构的普遍认可。

根据2021年车载驱动电机尺度看,HVH410系列扁线电机更高转速只有6000转/分,有些“寒酸”了,可是扁线绕组手艺的引入将电机长度更大水平的缩短却是十分了不起的手艺优势。要害的是,HVH410系列电机油冷散热手艺使得定子更高耐受温度到达180摄氏度,以及使用的600伏高电压平台,这都是2021年许多主流车载驱动电机都不能到达的高度。

2、增程版JLTV模块化驱动桥手艺状态:

JLTV的的模块化驱动桥、更大跨越500mm的离地间隙以及更多的载荷周全逾越了“悍马”系车族。增程版JLTV的模块化驱动桥兼容传统机械式全时四驱系统和由2组轴间驱动电机组成的电四驱系统,在通过性上更是强于“悍马”车族装备的“断开式门式桥”组成的全时四驱系统。

显然,JLTV项目的落地就是要周全替换老旧且过时的“悍马”车族,这也与 *** 1、2代猛士车族(适配“断开式门式桥”组成的全时四\六驱系统)被全新一代猛士车族(模块化驱动桥组成的全时四/六驱系统)替换的缘故原由类似。

上图为奥什科什公司制造的TAK-4系列模块化驱动桥系统(差别种类减震总成)的3种手艺状态对比特写。

为了应对差别载荷、差别功效设定的载具(JLTV、LCTV、M-ATV),TAK-4系列驱动桥系统可以换装传统的油气+螺旋弹簧减震总成(蓝色箭头所指)、可调治高度的4气囊减震总成(红色箭头所指)、自动调治高度的油气减震系统总成(黄色箭头所指)。

TAK-4系列模块化驱动桥系统所有使用双A型下摆臂+传动半轴+轮边减速器+盘式制动分泵等新手艺,有别于“悍马”的断开式“门市”桥。现实上,美国陆军(包罗水师)连续的多个通用载具项目中,指定要求取掉“断开式门市”桥,接纳传统的双A型摆臂的自力悬架驱动桥,是希望降低作战系统(载具)的TCO(全寿命周期养护成本),降 *** 造成本同时,知足所需的通过性并降低重心。奥什科什公司为了在“悍马”所有退出现役之后,JLTV服役之前的空窗期,还推出了1款使用“悍马”车身,换装TAK-4系列模块化驱动桥系统的改善车型。

上图为燃油版JLTV前后驱动桥系统,守候与车身合装的状态。

红色箭头:前后模块化驱动桥系统的差速器(通过传动轴关联)

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黄色箭头:传动半轴

蓝色箭头:轮边减速器

燃油版JLTV接纳的模块化驱动桥系统已经足够壮大了,与其他在售的4X4轮式装备一样,都需要分动器和前后传动轴举行桥间扭矩再分配。

增程版JLTV预设了包罗高速、墟落、泥泞(砂石\冰雪)以及紧要等多种行车模式。而这些预设的行车模式,是凭据差别门路/轮胎附着力,在前后驱动桥间在一定局限内分配差别扭矩。然而,受制于传统内燃机和车桥手艺的限制,燃油版JLTV的通过性从根本上弱于增程式油电夹杂版JLTV。

接纳增程式油电夹杂驱动方案的JLTV(LCTV)与燃油版JLTV一样,接纳同源的TAK-4系列自力悬架,适配可调治高度的自动油气减震系统,使得整车更大离地间隙到达508mm。奥什科什公司制造JLTV基于增程式(REV)驱动方案的电四驱控制计谋,前后驱动桥扭矩输出比例可以轻松的在0-100间随便调治,并凭据差别使用场景在4x2和4X4驱动模式举行“无缝毗邻”般的切换。

3、通过苛刻的赛事验证增程版JLTV的全寿命周期可靠性:

在2010年,增程式油电夹杂驱动版JLTV参加了穿越墨西哥巴扎半岛的越野拉力赛,对基于扁线绕组电机组成的电四驱控制计谋以及整套系统在高温环境下长时间高负载使用的可靠性举行了验证。

在所有处于高温环境的不间断赛事中,JLTV的柴油增压发动机与基于扁线绕组手艺的发电机配合优越,连续输出的电量凭据路况或自动或手动分配至前后轴间驱动电机。

作为以高灵活性和可靠性为首要因素的军用载具,由1台排量6.6升V型8缸涡轮增压柴油发动机和120千瓦的发电机组成的动力源,匹配2组转矩密度更高、体积更小(短)且更耐高温的扁线绕组轴间驱动电机,与TAK-4系列带有自动调治高度的油气悬架使用,十分适合在中东地区遂行治安巡逻和火力突击等作战义务。

最主要的是,美军对增程版JLTV举行长时间的验证,最终证明了油电夹杂驱动解决方案、基于扁线绕组手艺的发电机和轴间驱动电机,完全可以用于在庞大环境下具备遂行多种战术的硬实力。

4、扁线电机对中国新能源手艺民用化的影响:

2010年量产的通用沃蓝达增程版横置的汽油发动机串联了1组集成了发电机和驱动电机的“2合1”系统。2010年下线的增程版JLTV搭载的纵置柴油发动机之后串联了1组发电机,2组驱动电机划分设定在前后驱动桥内;而两款车型的发电机和驱动电机都接纳了由雷米公司提供的基于扁线绕组手艺的电动机。

上图为沃蓝达(第一代)电驱动系统结构简图。

红色箭头:接纳扁线绕组手艺的插线

绿色箭头:发电机(Motor A)

蓝色箭头:驱动电机(Motor B)

仍然以2010年电驱动手艺尺度比对,也只有更高转速9600转/分一项相对落伍。而基于扁线绕组手艺的驱动电机和发电机的双电机集成手艺,以及双电控系统,更是2021年还在售的新能源车理想ONE完全缺失的。

红 *** 域:横置的直列4缸汽油发动机

黄 *** 域:横置的双电机驱动系统

在通用汽车量产的第一代沃蓝达双电机系统中,只有驱动电机接纳槽极比为12极72槽的扁线绕组手艺和中央油冷散热手艺,却有用降低了系统长度同时保证了预设的发电效率和放电效率的均衡性。也正引入了可以有用降低体积,特别是长度的扁线电机,才得以在狭窄的动力舱内横置1台直列四缸发动机,同时串联这套双电机驱动系统。

可以这样以为,美军的增程式油电夹杂驱动版JLTV和美国通用汽车制造的沃蓝达增程版汽车,都是用了基于雷米公司提供的扁线绕组手艺的驱动电机。而两款增程式驱动控制计谋,首先就是用更充沛的内燃动力,经发电机转化为更大的电量,或直接驱动电机同时存储电量至动力电池系统。

由于没有明确资料显示,是先在增程版JLTV获得的成熟控制计谋,后用于通用沃蓝达,照样与之相反。但可以确认的是,这两款车型都是依赖于雷米公司制造的手艺可靠的扁线电机,才得以连续在军事装备和民用车辆领域连续生长和验证。

需要加倍注重的是,中国本土的新能源产业链无论整车制造照样分系统供应商,都有合资企业、国企和民企组成。就现在扁线电机在中国的生产情形而言,关注比较多,但应用比较少,主要由于新能源市场生长时间较短,主要的市场份额集中在微型乘用车市场。然而海内的电机供应商中,也只有部门品牌能够量产基于扁线“发卡”绕组电机的能力。而在这些少数电机供应商中,只有不跨越3家厂商可以量产差别体积、差别功率的扁线电机。

5、扁线电机对中国新能源手艺军用化的影响:

在已往的20余年间,人民 *** 新能源手艺军用化方面举行了大量的研发和准备事情。2014年,中国首次将新能源核心手艺、车型平台及全产业链的生长作为主要国策。从2014年-2021年,中国新能源市场成为全球局限增速更大、生长潜力最强的市场。

在海内,来自一汽、东风、北汽、陕汽、重汽、上汽等国企,吉祥新能源、奇瑞新能源以及比亚迪等民企,在新能源核心手艺、车型平台和全产业链方面取得的成就有目共睹。

主要的是,中国在短短数年间确立了完整的新能源产业链。直接为人民 *** 轮履装备新能源手艺军用化所涉及到的电驱动、动力电池以及差别类型整车解决方案,提供了大规模、低成本、高可靠性的量产能力。

进入2021年,来自中国本土的多家国企和民企,都量产了基于扁线电机,售价10-20万元区间的EV车和PHEV车型。这就意味着,更高转速16000转/分、油冷散热、4-8层绕组手艺、更大输出功率45-160千瓦的扁线电机已经具备大规模量产软实力和自动化生产线天下产业化的硬实力。

一样平常而言,扁线电机被认可的一个很主要的缘故原由就在于它的高槽满率。相同空间内,扁线电机可以比圆线电机多填充20%,到达90%以上。若是相同功率下,扁线电机的体积会更小,更紧凑即更高的功率密度。“十三五计划”提出新能源汽车驱动电机的峰值功率密度要到达4kw/kg。而要想实现功率密度的提升,必须接纳“扁线电机”手艺,即产业界已经就“扁线电机”趋势形成共识。

上图左侧为更小长度(黄色箭头所指)的接纳扁线“发卡”绕组(红色箭头所指)电机的转子细节状态特写。

上图右侧为集成了中等长度(黄色箭头所指)的扁线“发卡”绕组(红色箭头所指)电机、减速器(绿色箭头所指)和复合材料组成的制动盘“3合1”轮边电驱动总成细节状态特写。

显然,应用了扁线“发卡”绕组手艺的驱动电机或发电机更大的优势,就是在保持预先设计的功率和扭矩同时,更大水平的降低体积(长度)和自重。

小体积(长度)的扁线驱动电机,可以作为遂行侦查、突击义务的无人驾驶全电驱动的轮履装备。

性能突出散热效率优良的扁线电机,可以集成在12X12或12X10等重载轮式装备,作为轴间驱动电机和大功率发电机使用。然而,基于扁线绕组手艺的电机所有国产化和大规模的量产带来最显著的辅助就是,功率从15千瓦-200千瓦甚至300千瓦,转速从16000转/分-20000转/分的制品,或“向左”走小尺寸门路、或“向右”走高性能门路。无论如何,政治可靠的国产扁线电机供应商应更慎密的与各科研院校以及整车制造厂团结,为 *** 提供载荷更大的全轮边电驱动重型载具。

需要注重的是,2021年中国本土供应商已经具备批量生产更大转矩密度的、8层绕组的扁线电机系统,且不仅用于发电、轴间驱动,还可用于要求更高的轮边驱动,带来性能提升的同时,另有助于传统动力车型的革新,增添大功率发电机系统。

将传统动力车型革新成夹杂动力车型结构庞大,成本较高,且研发周期长,往往无法快速知足载具上装大功率发电组件的需求,然而扁线电机系统拥有体积小,散热性好的特点,可将直径减小10%,轴向长度(高度)减小15%,功率密度显著提升。线圈端部结构更紧凑,相比散嵌绕组,端部高度低许多。在整车部署方面有显著优势。

笔者有话说:

依托2020年全球最繁荣的新能源产业链的确立,中国民用新能源整车将在车型平台、动力电池手艺等节点突破后,扁线(驱动或发电)电机周全普及将是另一个手艺提升点。与此同时,在中国大规模量产的多种功率、多种长度的扁线电机后,装备研发厂商可以在宽(保)松(密)的生态环境下恣意的采购并举行二次甚至三次开发。

未完待续。。。

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