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独家:增程混动?研判2代6轮驱动山车族技战术状态

新能源情报分析网

独家:增程混动?研判2代6轮驱动山车族技战术状态

2021年9月珠海航展期间,在中国兵器工业集团装备有限公司专属的(8号)展馆中,展出多款疑似适配增程油电混合驱动技术解决方案的2代6轮驱动山猫高机动突击车族为基型的轻型车载炮、车载放空系统以及车载高机动侦查系统。

新能源情报分析网疑似搭载增程混动技术的2代6轮驱动山猫车高机动突击族、基于全面小型化ISG(扁线绕组技术?)启发电一体机技术状态,满足用电需求“飙升”、电压更高的不同类型作战模块(上装)战术状态,研读和判定。

备注:2代6轮驱动山猫高机动突击车族最终配置和技术标定,以官方发布信息为准

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在室外的机动演示场地,不带任何上装模块的2代6轮驱动的山猫高机动突击车,与1代8轮驱动山猫高机动突击车以及4轮驱动山猫高机动车,联合进行了涉水和攀爬等协同演练科目。

蓝色箭头:采用增程混动技术+机电复合传动或全电驱动系统的2代6轮驱动山猫车族基型车

红色箭头:采用1.4T柴油发动机机+差速转向(扭矩分配)模组1代8轮驱动山猫高机动突击车族基型车

绿色箭头:4轮驱动山猫高机动车(包括基型车和救护改型车)

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新能源情报分析网评测组编辑注意到,在多款展示的2代6轮山猫车载作战系统的仪表板中央控制区域,特别设定了纯电模式(红色区域)、高压取电(黄色区域)以及被白纸遮蔽某项功能(蓝色区域)的3组实体按键选择开关。

其中的纯电模式或指向的是2代6轮山猫采用的增程油电混合驱动技术方案,且具备全电驱动行驶的能力;高压取电功能则意味着通过发动机串联1组大功率ISG启发电一体机,可以为用电需求较大的对面火力支持、放空打击和隐蔽侦查等上装模块,提供超350伏电压的用电支持。

常规ISG电机具有启发一体功能,可根据发动机自身特性进行匹配标定,使整个增程器工作在不同工况,并尽可能保持系统高效,例如行车过程,发动机转速变化范围宽,负载功率波动大,通过电池系统和ISG电机系统的协同工作,保证母线电压平稳,该特性是特种装备走向电动化的重要因素。

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结合整车长度不超过4000mm、自重不超过3吨的2代6轮山猫基型车基本信息,猜测由直列四缸柴油发动机+ISG一体化启停电机构成的动力源(增程器)持续功率在100千瓦以内,如果用常规的圆线绕组电机不难实现,符合常规产品形态。

如果更进一步,采用扁线绕组技术,可降低轴向长度,压缩电机重量自重,充分发挥扁线电机在20-350千瓦区间从自身结构带来的巨大优势。

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此次珠海航展中,天津松正电机展示了不同尺寸,系列化产品,充分展示了扁铜线电机研发制造能力,吸睛无数,“1槽4线”、“1槽6线”、“1槽8线”、性能极其出众的“1槽10线”的扁线电驱动系统以及配套的电控单元,电机尺寸从100mm-400mm,。

红色箭头:“1槽10线”ISG启发电一体机定子

黄色箭头:“1槽6线””ISG启发电一体机/驱动电机定子

蓝色箭头:“1槽4线””ISG启发电一体机/驱动电机定子

绿色箭头:“1槽8线”ISG启发电一体机/驱动电机定子

黑色箭头:180mm直径高速驱动电机定子

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采用立绕方式的扁线电机更适合匹配活塞式发动机使用,因其极对数较多,转速不宜过高,6000转/分以下工况单一,不用考虑扩速能力。另外这种电机端部更短,具有极强的抗震能力,势必在中功率段启发电机领域占有一席之地。

显然,要想满足载具端的“油+电”和“全电”驱动模式的高机动性、又要在低速行驶和怠速模式为上装提供足够高的电压、足够多的电量,扁线电机作为汽车行业明确的发展方向,势必影响特种装备行业,满足更苛刻的作业工况和使用条件。

基于扁线绕组技术的电机的优势:

#1,基于扁线绕组技术的电机用于ISG启动发一体机时,可以缩短整体长度,便于横置于载具前后动力舱,提升了空间利用率,便于搭载更大尺寸的上装模块。

#2, 基于扁线绕组技术的电机用于ISG启动发一体机时,相对相同尺寸圆线绕组电机,发电效率更大,满足更大耗电量上装模块的用电需求。

#3, 基于扁线绕组技术的电机用于轮边驱动用时,相对传统动力多驱动桥载具,取掉主传动轴、分动器、差速器和传动半轴,腾出的大量空间或降低自重增加机动性,或用于承载更大尺寸的上装模块。

#4,采用铜材质的扁线绕组电机结构与常规电机差异较大,内部热分布更为均匀,可大比例过载,增大持续功率和峰值功率亮相重要参数。将扁线绕组技术的电机全面应用在增程混动轮履装备,可以降低对降低散热系统需求,更好的纳入整车层面热管理控制系统,直接提高整车层面的高效率,或增加机动续航里程、或增加战斗半径。

1、1代8轮驱动山猫高机动突击车族柴油发动机+手/自动变速+差速转向(扭矩分配)模组技术的设定:

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2016年珠海航展期间,1代8轮驱动山猫高机突击车族的基型车和集成不同口径火炮的改型装备首次集中公开展示,具备在全中国行政区划内所有路况通行,遂行在东北亚半岛、印度次大陆以及中南半岛区域遂行地面火力突击,在钓鱼岛、南沙、西沙群岛和台湾岛完成遂行抢滩登陆以及空运空投作战硬实力。

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红色箭头:基于1代8轮山猫基型车为载具的120mm口径车载炮

黄色箭头:基于1代8轮山猫基型车为载具的81mm口径车载炮

白色箭头:基于1代8轮山猫基型车为载具的107mm口径多管火箭炮车载炮

蓝色箭头:基于1代8轮山猫基型车为载具的12.7mm口径机枪车载炮

有意思的是,1代8轮山猫改型车多为不同口径的车载炮和相应的后勤补给车辆,几乎没有与其相适配的电子侦察与战场通讯改型车出现。

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第1种技术状态1代8轮山猫适配1套5前速手动变速器(红色箭头所指)。

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第2种技术状态1代8轮山猫适配1套4前速代手动换挡模式的自动变速器(红色箭头所指),并带有冰雪防滑模式,驾驶舱主要功能开关与第1种技术状态1代山猫互换。

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1代8轮山猫高机动突击车搭载1台1.4T发动机+手/自动变速器+差速转向(扭矩分配)模块和2组力矩纵向传递系统,与日本陆军现役96式8轮驱动步战车几乎相同。

1代8轮山猫动力总成后置,力矩直接分配至最后的第4组驱动轮并通过侧向传动轴传递至第1组驱动轮;

日军96式8轮驱动步战车动力总成前置,力矩通过多组传动轴直接首先至第3、4组驱动轮之间的分动器,然后在向前传递至第2、1组驱动轮,同时向后传递至第3、4组驱动轮;

1代8轮山猫的发动机-变速器-差速转向(扭矩分配)模块技术状态与传统的履带式坦克装甲车几乎完全相同;而从1、2、3、4组驱动轮之间关联的力矩侧向传动系统,与日军96式8轮驱动装甲车高度类似。

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上图为1代8轮山猫动力总成、差速转向(扭矩分配)模组和力矩纵向传递系统结构简图。

白色区域:差速转向(扭矩分配)模组

红色区域:副驾驶员一侧第4驱动轮差速器

黄色区域:驾驶员一侧第4驱动轮差速器

白色箭头:直列四缸柴油发动机输出动力至差速转向(扭矩分配)模组

蓝色箭头:经差速转向(扭矩分配)模组通过传动轴将动力,输出至副驾驶员一侧第4驱动轮

红色箭头:副驾驶员一侧第4驱动轮差速器输出的动力,通过3组侧传动轴分配至第1、2、3驱动轮

绿色箭头:驾驶员一侧第4驱动轮差速器输出的动力,通过3组侧传动轴分配至第1、2、3驱动轮

差速转向(扭矩分配)模组内完成向两侧驱动轮同时输出正转动力,达到前进动作;同时输出反转动力,达成后退动作;向左和向右驱动轮输出不同转的相同动力,达成向左或向右原地转向动作;向左和向右输出不同转的不同动力,达成向左或向右大角度差速转向动作;

从结构看,1代8轮山猫的差速转向(扭矩分配)的体系被限定在很小范围内、复杂的结构带来加工工艺难度,并且很难行程部件的通用化,而电驱动形式恰好解决的上述问题。

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第1种技术状态的1代8轮山猫采用5前速手动变速器,第2种技术状态的1代8轮山猫采用4前速自动变速器,尽管降低了驾驶强度、增加了使用舒适性,但是没有帮助差速转向(扭矩分配)模组提高效率。

1代8轮驱动山猫高机动突击车族仍然采用14伏低压启动机,很难不通过后期重度改装为耗电需求求大幅加剧的侦查和打击上装模块提供充沛的电量伺服。

2、2代6轮驱动山猫高机动突击车ISG启发电一体机,机电复合传动或全电驱动动系统技术的设定:

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2021年珠海航展集中展出2代6轮驱动山猫高机动突击车族的大口径火力投射车载炮、小口径防空车载炮、电子侦察以及后勤补给等多种改型,所展现的“侦搜查打”作战体系,可完整的组建一支超轻型突击旅。

需要注意的是(1),上图中这款搭载可发射40mm口径“埋头弹”的2代6轮山猫车载炮,不仅可以有人操控,还可以远程遥控完成高速机动和精准攻击等战术动作。

需要注意的是(2),搭载40mm口径“埋头弹”火力上装模块的2代6轮山猫车载炮,具备有人操控和远程操控双重驾驶能力。这意味着2代6轮山猫标配包括线控加速、线控制动和高精度线控转向功能的线控底盘技术。

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2代6轮驱动山猫高机动突击车族基型车以人员输送为主,而用于承载对空和对地高精度打击的40mm口径“埋头弹”速射炮上装模块时,从第2驱动桥向后被“削”成一个规整的平台。

需要注意的是(3),无论2代6轮山猫的载具端,还是遂行精准打击的上装模块,都要优先考虑狭小空间为前提的技战术设定需求。以对空和对面遂行高机动精准打击的2代6轮山猫车载炮上的上装,具备顶置基于光学摄像头的360度环境感知系统(红色箭头所指),并在炮塔后侧设定了双向温度功能的热成像+夜视双通道观瞄系统(黄色箭头所指)。

鉴于2代6轮驱动山猫高机动突击车采用增程油电混合驱动技术,并设定大功率ISG启发电一体机,火力打击上装模块旋转、火炮姿态双向调节、自动供弹、观察瞄准等分系统如果用350伏或500伏高压电驱动(舍去传统的液压机构伺服),将大幅提升侦查、计算、射击以及机动效率并最大程度简化全车机械结构。

当然,也不排除2代6轮山猫车载炮根据火炮口径、上装整备质量以及系统战术需求不同,使用电液一体化伺服机构,进行空间、性能、效率和结构方面的平衡。

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2代6轮驱动山猫高速突击车的驾驶舱各功能区域十分清晰,驾驶员设定1组D型方向盘;方向盘左侧设定1组开关组件(白色箭头所指)、方向盘设定1组功能开关组件(绿色箭头所指);副驾驶员右侧的仪表板设定2组外接电源接口(绿色箭头所指);位于固定前风窗(未安装)的车身焊接驾驶员一侧设定1组北斗2代导航天线。

需要注意的是(4),2代6动山猫车没有在正副驾驶员座椅之间(靠前)设定换挡杆,且设定了加速和制动踏板。

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上图为方向盘左侧开关组件细节特写,包括空滤堵塞和制动油位等检测功能开关(蓝色箭头所指),以及开启防空灯(红色箭头所指)、左右转向灯和警报灯控制功能开关。

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上图为方向盘右侧开关组件细节特写,包括开篇提及的纯电模式(红色箭头所指)、高压取电(黄色箭头所指)以及那组十分神秘的被白纸遮蔽(蓝色箭头所指)的功能能开关。另外还设定了水上模式(白色箭头所指)和辅助制动和制冷维修(绿色箭头所指)功能与检测开关。

无疑,2代6轮山猫高肯定具备了由动力电池输出电量至驱动电机行驶的纯电模式,由柴油发动机为ISG发电机提供动力并转化为高压电,或用于怠速状态为动力电池充电、或用于为多种上装模块提供作战工况电量、或用于为外接用户提供电量。

比对后置的动力系统、车身尺寸以及整车自重,2代6轮山猫所应用的ISG启发电一体机和驱动电机的体积已经被严格限定同时,满足了纯电驱动模式所需的低电耗,高压充电模式所需的高效率。

如果ISG启发电一体机和驱动电机全部采用扁线绕组技术,不仅提高了内部空间利用率,还在降低自重同时满足耗电量更大、电压平台更高等技术需求,可以兼容更多种类和作战适应性更强大的火力突击、电子侦察、保密通讯等多种上装模块的需求。

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2代6轮山猫高整车尺寸与1代车型相差不多,但是行走机构从8x8缩减为6x6,并继续保留了原地掉头功能。驾驶员一侧3组车轮向前(红色箭头),副驾驶员一侧3组车轮向后(蓝色箭头),以达成差速转向功能的实现。

需要注意的是(5),1代8轮山猫的原地转向功能,要对差速转向(功率分配)模组要求高、会对每侧4条驱动轮间3组侧传动轴和轮胎胎面造成劳损;2代6轮山猫的原地转向功能,因为换装起码2组驱动电机或去掉了差速转向(功率分配)模组,简化了结构,只会对每侧3条驱动轮2组侧传动轴和轮胎胎面造成劳损。

是建立在差速转向(扭矩分配)模组系统向左右两侧驱动轮输出不同方向扭矩达成,但是会对每侧驱动轮间关联的侧传动轴和轮胎胎面造成劳损。2代6轮山猫换装全电传动系统,虽然保留每侧3条驱动轮间的2组侧传动轴,仍然让会在原地转向时造成机件劳损,但是传动效率和整车加速都得到质的提升。

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上图为2代6轮山猫机电一体化驱动模式扭矩及电量分配策略(借用1代8轮山猫驱动结构简图)-1

白色区域:应用ISG启发电一体机(与柴油机关联)

红色区域:副驾驶员侧第3组驱动轮设定1组驱动电机

黄色区域:驾驶员侧第3组驱动轮设定1组驱动电机

蓝色区域:中置动力电池总成

绿色区域:上装模块

红色箭头:ISG启发电一体机输出的电量,至副驾驶员侧第3驱动轮电驱动系统,通过2组差速器和侧传动轴至第1、2驱动轮

黄色箭头:ISG启发电一体机输出的电量,至驾驶员侧第3驱动轮电驱动系统,通过2组差速器和侧传动轴至第1、2驱动轮

白色箭头:ISG启发电一体机输出的电量至动力电池存储

绿色箭头:ISG启发电一体机输出的电量至上装模块

蓝色箭头:动力电池系统同时或单独向上装模块、向副驾驶员侧第3驱动轮电驱动系统、向驾驶员侧第3驱动轮电驱动系统供电

由1组驱动电机和2组差速器(含2条侧传动轴)组成的2代6轮山猫侧机电复合驱动策略,较1代8轮山猫在结构上大幅简化,去掉了差速转向(扭矩分配)模组,提高了机动性与可靠性。不过,保留了2组差速器和侧传动轴,仍然会造成长期使用的劳损,原地转向效率没有提升。

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上图为2代6轮山猫全电驱动模式扭矩及电量分配策略(借用1代8轮山猫驱动结构简图)-2

白色区域:ISG启发电一体机(与柴油机关联)

红色区域:副驾驶员侧第3组驱动轮设定3组驱动电机

黄色区域:驾驶员侧第3组驱动轮设定3组驱动电机

蓝色区域:中置动力电池总成

绿色区域:上装模块

红色箭头:ISG启发电一体机输出的电量,至副驾驶员侧3组驱动轮的3组电驱动系统

黄色箭头:ISG启发电一体机输出的电量,至驾驶员侧3组驱动轮2的3组电驱动系统

蓝色箭头:ISG启发电一体机输出的电量至动力电池存储

绿色箭头:动力电池系统同时或单独向上装模块、向副驾驶员侧3组电驱动系统、向驾驶员侧3组电驱动系统供电

由3组驱动电机组成的2代6轮山猫侧全电驱动策略,较1代8轮山猫的结构彻底进化。理论上可以达到2X6\3X6\4X6\5X6\6X6等驱动模式,在进行大角度差速转向和原地转向时不会对电驱动系统造成劳损,具备达成线控底盘技术的线性加速、线性制动和通过差更精准的线控转向的基础需求。

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属于轻型高机动突击载具的2代6轮山猫,跨过机电一体化传动系统(技术),直接选择轮边电机为组成的全电驱动系统(技术),从产业链角度和技术层面都是完全可以。

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无论2代6轮山猫采用机电一体化技术(类似于“技术牵引”模式),还是全电驱动技术(类似于“型号牵引”模式),都意味着解放军新能源技术在轻型轮式装备军用化和实战化遥遥领先“竞品”。毕竟在这次珠海航展展示了十余款增程混动+X组轮边电机的无人驾驶军用载具,且国内已经有少数电驱动厂商,可以完整的提供多种扁线绕组驱动/启动电机、相应电控系统以及成熟的轮毂电驱动系统。

2代6轮山猫,无论采用ISG启发电一体机+机电一体化传动(2组驱动电机)策略,还是ISG启发电一体机+全电驱动(6组驱动电机)策略,换装扁线绕组技术电驱动系统后车内空间利用率起码提升20%。

也就是说,在保证相同的纯电驱动和高压取电两种模式的预设性能为前提,扁线电机替代ISG启发电一体机和全部驱动电机所获得的的“额外”20%的空间利用率,或者增加动力电池装电量,或者更好的纯电续航里程,或者降低了战斗自重增加了空投空运效率和更强的机动性。

当然,应用全电驱动技术的2代6轮山猫和多种驱动模式扭矩及电量分配策略,就要对大幅增加整车耗电量,对基于扁线绕技术ISG启发电一体机转矩密度要求更高、要求动力电池能量密度更大同时,全寿命周期可靠性标定更加严格。

我们的征途是星辰大海:

根据解放军装备研发和量产的预研一代、研发一代、装备一代策略看,采用增程混动以及机电一体化传动或全电驱动的2代6轮驱动山猫高速突击车族的可靠性得到全面验证;多种改型在近半年频繁亮相于高海拔地区也是其实战能力得到全面检验。

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背后折射的是,中国坚持新能源核心技术、整车制造以及全产业链的重要政策,不仅在民车市场坚定发展,斩获的“红利”也渗透到不同类型军用轮履装备。

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从二战时期,德国就开启了增程混动技术应用于重型履带装备的实战应用(波尔舍制造费迪南式坦克歼击车),直到2000年代德国国防军测试GeFas系统都取得了一定程度的成功。

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2005年,德国伦克公司负责总包研发一款自重30-40吨级、适配增程混动技术履带式装甲车。上图为进行台架测试的纵置柴油发动机、串联ISG启发一体机、2组侧向驱动电机的增程混动系统总成特写。

然而受驱动/电动机、动力电池以及电控系统发展限制,美军、日军和德军也仅在2010年代后才开始将新能源技术军用化用于实际测试。

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2代6轮山猫上的关键技术已经不再是直列四缸柴油发动机,或小尺寸电驱动系统,而是发电功率更大、尺寸被严格限定的扁线绕组ISG启发电一体机。

如上图所示,作为固定柴油发电机系统,直列四缸柴油发动机(红色箭头)和发电机(黄色箭头)的总长不会特别限制。

然而要向用于车载移动柴油发电系统,传统圆线绕组技术发电机长度被缩短1/3,将会导致发电功率同时自重都会降低,但是增加了便携机动性。

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如果用作车载增程混合驱动总成,横置或纵置柴油发动机与发电机系统的自重、长度以及发电功率必须得到严格限定。为了在自重、机动性和综合电耗平衡,选择增程混动技术的轮履装备自重一般不会超过15吨(战斗全中不会超过30吨),多以V型6缸、直列6缸或直列4缸柴油发动机为主。选用“1糙6/8线”扁线绕组发电机可以有效缩短长度,并保证发电功率与其匹配的发动机输出功率近乎等同。最重要的是,截止2021年10月,国产的扁线绕组启发电一体机和相应电控策略,亦十分成熟。

在国内民用市场,售价从30万元至20万元甚至下探至10万元的民用电动汽车,都已经普及使用“1槽4线”和“1糙8线”扁线电机。有消息表明,应用全电驱动、插电混动和增程混动车辆的市场渗透率已经超过20%,这足以证明中国新能源产业链的成熟。结合2021年珠海航展展示的不同驱动形式、不同载荷、不同战术设定的增程混动军用装备,电动化的军用装备化和无人驾驶技术军用化将替代结构复杂的传统动力。

客观比对,2代6轮驱动山猫高级动车族适配的增程混动系统(特别是应用扁线绕组技术ISG启发电一体机方面)、机电一体化传动或全电驱动技术,已经证明了十分成熟的中国民用新能源产业链,完全可以向新能源技术军用化装备提供全向支持。

未完待续。。。

新能源情报分析网评测组出品


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