簡(jiǎn)析坦克裝甲車輛電傳動(dòng)技術(shù)

阿弗萊克

全電式戰(zhàn)斗車輛的概念始于上世紀(jì)80年代，其構(gòu)想是戰(zhàn)斗車輛的主要組成部分——武器、裝甲和傳動(dòng)系統(tǒng)全部采用電力方式。盡管這種構(gòu)想還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)，但是其中某些技術(shù)，尤其是電傳動(dòng)技術(shù)，已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)步，并且得到了世界各國(guó)的極大關(guān)注。

發(fā)展歷史與現(xiàn)狀

坦克裝甲車輛電傳動(dòng)的發(fā)展歷史根據(jù)其技術(shù)水平的變化可以劃分成4個(gè)時(shí)期：第1個(gè)時(shí)期，坦克裝甲車輛問(wèn)世至第一次世界大戰(zhàn)結(jié)束時(shí)：第2個(gè)時(shí)期(發(fā)展停滯期)，1920～1960年，前面兩個(gè)時(shí)期都是發(fā)展初期；第3個(gè)時(shí)期(復(fù)興時(shí)期)，1960年～1995年；第4個(gè)時(shí)期(現(xiàn)代發(fā)展期)。

發(fā)展初期電傳動(dòng)裝置早在第一次世界大戰(zhàn)時(shí)期就已經(jīng)達(dá)到了實(shí)用化。最早采用電傳動(dòng)的是1917年5月亮相的法國(guó)“圣沙蒙”坦克。該坦克由4缸汽油機(jī)帶動(dòng)直流發(fā)電機(jī)，再驅(qū)動(dòng)左右兩個(gè)直流電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)履帶轉(zhuǎn)動(dòng)。“圣沙蒙”大約生產(chǎn)了400輛。當(dāng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)已經(jīng)開(kāi)始民用化，電車上就使用了直流電動(dòng)機(jī)。而且在坦克的動(dòng)力控制領(lǐng)域，人們也有一種共識(shí)——直流電動(dòng)機(jī)控制方式要比機(jī)械式變速器控制方式方便得多。

在一戰(zhàn)末期，法國(guó)FCM公司成功研制了采用電傳動(dòng)的2C重型坦克，但沒(méi)有應(yīng)用于戰(zhàn)場(chǎng)。2C坦克戰(zhàn)斗全重達(dá)70噸，即使在今天看來(lái)也是最重級(jí)別的坦克了，其最大速度只有12公里/時(shí)。同一時(shí)期，英國(guó)、德國(guó)、美國(guó)等也都分別試制了采用電傳動(dòng)的坦克。到了二戰(zhàn)時(shí)期，英國(guó)試制TOG電傳動(dòng)的重型坦克。同一時(shí)期，美國(guó)試制的T1E1重型坦克和T23中型坦克，兩者都采用了通用電氣公司的電傳動(dòng)裝置。其中T23坦克試制了約250輛，但未能用于實(shí)戰(zhàn)。德國(guó)鮑魯西博士設(shè)計(jì)了一種“虎”I(P)重型坦克，重6011屯。德軍雖然沒(méi)有把這種坦克作為制式裝備，卻在該坦克的基礎(chǔ)上研制出了“象”式自行榴彈炮，后者經(jīng)受住了戰(zhàn)火的考驗(yàn)。二戰(zhàn)后期，德國(guó)人又研制出了超重型的“鼠”式電傳動(dòng)坦克，戰(zhàn)斗全重達(dá)188噸!其設(shè)計(jì)師是著名的費(fèi)迪南·波爾舍博士。“鼠”式坦克裝備一門128毫米火炮，采用電傳動(dòng)裝置。在大功率發(fā)動(dòng)機(jī)控制領(lǐng)域，德軍當(dāng)時(shí)已經(jīng)充分認(rèn)識(shí)到電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。

以上所列舉的電傳動(dòng)的坦克，多數(shù)都是重型坦克。可以說(shuō)，重型坦克和電傳動(dòng)裝置很有“緣分”。即使是今天，在水庫(kù)等建設(shè)工地上使用的超大型自卸卡車，一般都采用電傳動(dòng)裝置。

復(fù)興時(shí)期在經(jīng)過(guò)了一個(gè)發(fā)展停滯期后，電傳動(dòng)技術(shù)“東山再起”。1960年，美國(guó)裝甲車輛輸送制造公司(FMC)著手協(xié)助美軍坦克車輛司令部將M113車的傳動(dòng)裝置更換為電傳動(dòng)系統(tǒng)，當(dāng)時(shí)也稱作電力變速箱。開(kāi)始時(shí)采用硅整流器，控制部分的體積相當(dāng)大，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，電傳動(dòng)裝置的重量和尺寸得到縮減，達(dá)到了完全與機(jī)械式傳動(dòng)裝置相競(jìng)爭(zhēng)的程度。1992年，F(xiàn)MC公司將類似的電傳動(dòng)裝置安裝在AAV7兩棲裝甲車上，該車重30噸，發(fā)動(dòng)機(jī)功率551千瓦。這兩種戰(zhàn)車可以說(shuō)是二戰(zhàn)后真正意義上的電傳動(dòng)裝甲車，它們都采用交流一直流，交流電傳動(dòng)系統(tǒng)，并使用了新型的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。

歐洲在電傳動(dòng)裝甲車的研究上則有些別出心裁，他們沒(méi)有使用美國(guó)承認(rèn)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，而是看中了永磁電動(dòng)機(jī)。1986年，德國(guó)國(guó)防部在“黃鼠狼”步兵戰(zhàn)車上，安裝了永磁電動(dòng)機(jī)的電傳動(dòng)系統(tǒng)。由于磁性材料的長(zhǎng)足進(jìn)步，永磁電動(dòng)機(jī)的性能得到全面提高，而且它也便于與發(fā)電機(jī)配合使用，因此得到了歐洲各國(guó)的青睞。

進(jìn)入20世紀(jì)90年代，以全電坦克概念為基礎(chǔ)，世界主要軍事大國(guó)紛紛開(kāi)始了下一代主戰(zhàn)坦克的研發(fā)工作。美國(guó)以ASM裝甲系統(tǒng)現(xiàn)代化項(xiàng)目為先鋒，開(kāi)展了電傳動(dòng)裝置的研究工作。其中，通用動(dòng)力地面系統(tǒng)公司推出了相對(duì)完善的電傳動(dòng)試驗(yàn)車，即ATR機(jī)動(dòng)性試驗(yàn)裝置。根據(jù)他們的設(shè)想，電傳動(dòng)裝置采用了燃?xì)廨啓C(jī)、發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的一體化結(jié)構(gòu)，也就是所謂的動(dòng)力組結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)采用了交流－直流－交流電傳動(dòng)方式和永磁電動(dòng)機(jī)。

2001年，美、英兩國(guó)開(kāi)始進(jìn)行FSCS未來(lái)偵察騎兵系統(tǒng)和TRACER戰(zhàn)術(shù)偵察裝甲戰(zhàn)斗裝備需求項(xiàng)目。這兩個(gè)項(xiàng)目的最終技術(shù)演示車由美國(guó)蘭瑟公司推出，電傳動(dòng)系統(tǒng)也采用了交流－直流－交流方式。就在美、英兩國(guó)的FSCS/TRACER緩慢推進(jìn)的時(shí)候，美國(guó)的未來(lái)戰(zhàn)斗系統(tǒng)出臺(tái)并取得了一定的進(jìn)展。未來(lái)戰(zhàn)斗系統(tǒng)項(xiàng)目的合同商——聯(lián)合防務(wù)公司對(duì)蘭瑟公司的演示車進(jìn)行了部分改進(jìn)，并于2002年推出了FCS-T未來(lái)戰(zhàn)斗系統(tǒng)履帶式車輛。

為了更好地滿足未來(lái)戰(zhàn)斗系統(tǒng)項(xiàng)目的需求，美國(guó)聯(lián)合防務(wù)公司又對(duì)FCS-T演示車進(jìn)行了改進(jìn)，并在2003年推出轉(zhuǎn)型技術(shù)演示車TTD。TTD重18噸，是裝甲輸送車型。鑒于未來(lái)戰(zhàn)斗系統(tǒng)需采用統(tǒng)一的基型車，TTD在車體兩側(cè)各采用了一個(gè)186千瓦的發(fā)電機(jī)組。與以往的履帶式裝甲車相比，該車具有較高的單位功率。另外，與M113A3裝甲車(205千瓦)相比，轉(zhuǎn)型技術(shù)演示車的能源消耗要少10％。該車的電傳動(dòng)系統(tǒng)還被用于未來(lái)戰(zhàn)斗系統(tǒng)中其他兩種車上：一種是安裝有155毫米榴彈炮的間瞄火炮系統(tǒng)，另一種是安裝120毫米坦克炮的AGS裝甲火炮系統(tǒng)。

1998年，德國(guó)馬克公司就推出了LLX型裝甲車，該車在“鼬鼠”空降戰(zhàn)車基礎(chǔ)上安裝了電傳動(dòng)系統(tǒng)。該車也采用了交流－直流－交流電傳動(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)安裝在驅(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。由此來(lái)看，即使是在小功率車輛上，電傳動(dòng)方式也有著比機(jī)械傳動(dòng)方式更好的優(yōu)點(diǎn)。

現(xiàn)代發(fā)展期以往的電傳動(dòng)都是在車輛左右兩側(cè)分別由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)鏈輪軸行駛，也就是所謂的雙線制電傳動(dòng)系統(tǒng)。在這種電傳動(dòng)系統(tǒng)中，兩側(cè)電動(dòng)機(jī)所具有的功率并不小，超過(guò)了行駛和轉(zhuǎn)向所需的功率之和，但是重量和體積還比較龐大，算不上是完善之策。為此，工程師們通過(guò)利用機(jī)械轉(zhuǎn)向裝置中常見(jiàn)的動(dòng)力再生式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)的小型化。在這種方式中，行駛和轉(zhuǎn)向所需的動(dòng)力彼此分開(kāi)，分別由小型電動(dòng)機(jī)提供，從而在整體上使電傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了小型化和輕量化。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-機(jī)械傳動(dòng)。

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)車的電力·機(jī)械傳動(dòng)，取名為EMT600(功率600千瓦)。該傳動(dòng)裝置是根據(jù)美、英兩國(guó)下一代輕型戰(zhàn)斗車輛項(xiàng)目的需要而研制的。EMT600雖然最終沒(méi)有實(shí)際應(yīng)用，但它至少已經(jīng)進(jìn)入試制階段，算得上是比較完備的電力一機(jī)械傳動(dòng)了。在EMT600的基礎(chǔ)上，倫克公司又研制出可供坦克使用的電力一機(jī)械傳動(dòng)裝置，功率達(dá)1100千瓦。

瑞典阿爾維斯·赫格隆公司在CV90裝甲車的基礎(chǔ)上，利用電傳動(dòng)、新型履帶

等新技術(shù)，開(kāi)發(fā)出全新的履帶式測(cè)試平臺(tái)2型(即SEP2型)。在新型電傳動(dòng)裝置中，發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電設(shè)備被分別放置在車輛左右兩側(cè)，提高了車內(nèi)空間的使用效率。英國(guó)國(guó)防部對(duì)SEP履帶式測(cè)試平臺(tái)上的電傳動(dòng)裝置非常感興趣，并同阿爾維斯·赫格隆公司簽訂了一份合同，由后者研制一種采用電力一機(jī)械傳動(dòng)裝置的機(jī)動(dòng)試驗(yàn)平臺(tái)。

英國(guó)也在進(jìn)行電力一機(jī)械傳動(dòng)裝置的研究，并設(shè)計(jì)出了一種名為E-X傳動(dòng)裝置的電力-機(jī)械傳動(dòng)裝置。該傳動(dòng)裝置與阿里遜X－300液力傳動(dòng)裝置相比，結(jié)構(gòu)更加緊湊，重量輕了16％，體積縮小了30％。

隨著電傳動(dòng)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，輪式裝甲車也成為電傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)軍的領(lǐng)域。與履帶式裝甲車相比，輪式裝甲車的電傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)更加獨(dú)特。輪式裝甲車的一個(gè)突出特點(diǎn)是車軸多，有6×6、8×8、10×10等多種車型，因此輪式裝甲車需要使用精細(xì)的傳動(dòng)裝置，包括橫軸、萬(wàn)向接頭和差速器等。而采用電傳動(dòng)裝置后，動(dòng)力可通過(guò)電纜直接傳輸給每個(gè)車輪。

真正意義上的電傳動(dòng)輪式裝甲車，應(yīng)當(dāng)從美國(guó)通用動(dòng)力公司地面系統(tǒng)分公司1986年研制的6×6電動(dòng)車輛試驗(yàn)平臺(tái)算起。該平臺(tái)全重13.6噸，安裝一臺(tái)GT601燃?xì)廨啓C(jī)，采用交流－直流－交流電傳動(dòng)方式，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)內(nèi)置在車輪的輪轂內(nèi)。

為了普及電傳動(dòng)技術(shù)，永磁電動(dòng)機(jī)領(lǐng)域的先鋒——德國(guó)磁電機(jī)公司，從1989年開(kāi)始研制8×8電傳動(dòng)試驗(yàn)平臺(tái)。該試驗(yàn)平臺(tái)使用的發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)被稱為MEP多電永磁電動(dòng)機(jī)，體積小、重量輕，電動(dòng)機(jī)同樣也內(nèi)置在每個(gè)車輪的輪轂內(nèi)。

1999年，美國(guó)通用動(dòng)力公司地面系統(tǒng)分公司和美國(guó)國(guó)家機(jī)動(dòng)車中心合作研制新型電傳動(dòng)演示車，并于2001年推出8×8先進(jìn)混合電傳動(dòng)演示車。該車重14.5～18噸，采用400千瓦柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，鋰電池還可以提供附加動(dòng)力，總功率可達(dá)625千瓦。演示車前4個(gè)車輪采用一體式設(shè)計(jì)，通過(guò)相同的角度來(lái)轉(zhuǎn)向的。該車可以控制兩側(cè)車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，從而產(chǎn)生一個(gè)速度差，形成履帶式車輛才具有的滑動(dòng)轉(zhuǎn)向功能。因此，前4個(gè)車輪上可安裝履帶，提高其在惡劣地形上的通過(guò)能力。電傳動(dòng)裝置中的發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和控制裝置采用一體化設(shè)計(jì)，放置在車體前方。牽引力由安裝在車輪內(nèi)的永磁電動(dòng)機(jī)生成，每臺(tái)電動(dòng)機(jī)的額定功率為110千瓦。

2002年，美國(guó)聯(lián)合防務(wù)公司研制出一輛8×8技術(shù)演示車，該車采用混合電傳動(dòng)裝置，被定為FCS-W未來(lái)戰(zhàn)斗系統(tǒng)輪式車輛的概念平臺(tái)。該車總重14.5～20噸，車內(nèi)安裝燃?xì)廨啓C(jī)，用以驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)和一組電池，產(chǎn)生的能量不直接輸送給8個(gè)車輪，而是先輸送給感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，再通過(guò)傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)裝置將動(dòng)力傳給車輪。

南非將“大山貓”裝甲偵察車的機(jī)械傳動(dòng)裝置換成電傳動(dòng)裝置，從而改裝出獨(dú)具特色的電傳動(dòng)戰(zhàn)斗車輛。該車采用450千瓦柴油機(jī)，車輪內(nèi)安裝德國(guó)提供的永磁電動(dòng)機(jī)。該車使用的是混合鎳電池，其能量密度比鉛酸電池高，價(jià)格比鋰電池便宜。電池組儲(chǔ)存的能量可以供車輛行駛5公里。采用電傳動(dòng)裝置后，“大山貓”裝甲偵察車的重量減輕了1.8～2.5噸，最大行程從原來(lái)的800公里增加到1200公里。對(duì)于作戰(zhàn)范圍很廣的南非軍隊(duì)而言，這一優(yōu)點(diǎn)具有極大的軍事價(jià)值。

法國(guó)陸軍早在1985年就開(kāi)始將電傳動(dòng)裝置安裝在裝甲戰(zhàn)車上的研制工作。但是直到2003年，法國(guó)地面武器工業(yè)集團(tuán)才公布了研制電傳動(dòng)裝置演示車的具體情況。該演示車采用6x6輪式底盤，車重17～18噸，有2名乘員和8名載員。動(dòng)力裝置為MTU 6V 199柴油機(jī)，功率400千瓦，每個(gè)輪轂內(nèi)安裝有永磁電動(dòng)機(jī)。與美國(guó)的先進(jìn)混合電傳動(dòng)演示車和未來(lái)戰(zhàn)斗系統(tǒng)輪式車概念平臺(tái)相比，該車結(jié)構(gòu)緊湊，軸距3.2米，車長(zhǎng)6.1米。

2003年，瑞典阿爾維斯·赫格隆公司生產(chǎn)出一輛采用電傳動(dòng)裝置的6x6輪式車，被稱為SEP模塊化裝甲車的輪式車試驗(yàn)平臺(tái)。SEP輪式車試驗(yàn)平臺(tái)比法國(guó)的電傳動(dòng)裝置演示車結(jié)構(gòu)更加緊湊，只有5.9米長(zhǎng)，2.8米寬。車體前部?jī)蓚?cè)各安裝有一臺(tái)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，使用了磁系統(tǒng)技術(shù)公司研制的新型永磁電動(dòng)機(jī)。

關(guān)鍵技術(shù)

從直流到交流早期的電傳動(dòng)坦克和目前正在研究中的電傳動(dòng)坦克，在技術(shù)上有很大不同。兩者最大的區(qū)別是，一個(gè)是采用直流發(fā)電機(jī)，一個(gè)是采用交流發(fā)電機(jī)。早期的電傳動(dòng)坦克上，發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)一例外地帶動(dòng)直流發(fā)電機(jī)，和主動(dòng)輪一同旋轉(zhuǎn)的是串激直流電動(dòng)機(jī)。然而，在新型的電傳動(dòng)裝置中，發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的是交流發(fā)電機(jī)，產(chǎn)生交流電。交流發(fā)電機(jī)和直流發(fā)電機(jī)相比，結(jié)構(gòu)緊湊，效率高，而且沒(méi)有電刷，耐久性好。由交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交流電，經(jīng)過(guò)整流器整流后變?yōu)橹绷麟姡苯域?qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)。20世紀(jì)80年代后期以來(lái)試制的電傳動(dòng)裝置試驗(yàn)車都是采用后一種結(jié)構(gòu)形式。

電傳動(dòng)總體技術(shù)電傳動(dòng)與傳統(tǒng)傳動(dòng)裝置相比，在結(jié)構(gòu)和控制等方面都顯得更為靈活。不同的結(jié)構(gòu)安排、空間布置和控制策略所帶來(lái)的整車性能不一。同時(shí)，對(duì)于不同功能不同車型的車輛，其結(jié)構(gòu)、方案也不相同。因此，針對(duì)電傳動(dòng)發(fā)展的車型及其功能，進(jìn)行車輛電傳動(dòng)的總體設(shè)計(jì)、總體布局研究是總體技術(shù)研究的一個(gè)重要組成部分。

作為系統(tǒng)工程的核心控制技術(shù)，整車綜合協(xié)調(diào)控制技術(shù)也應(yīng)該是電傳動(dòng)的總體技術(shù)之一。整車綜合協(xié)調(diào)控制也應(yīng)該是建立在發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組控制器和電動(dòng)機(jī)組控制器基礎(chǔ)之上，并將兩者有機(jī)結(jié)合，且包含動(dòng)力分配、能量管理、故障診斷等工作的一種綜合控制。

高效率密度電子推進(jìn)技術(shù)裝甲車輛電傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)牽引電機(jī)的要求主要體現(xiàn)在低速大扭矩、大功率和小體積上。電動(dòng)車輛常用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)有直流電機(jī)、高速感應(yīng)電機(jī)和永磁同步電機(jī)。直流電機(jī)調(diào)速方便，但由于電刷和換向的存在，電機(jī)必須經(jīng)常維護(hù)和保養(yǎng)，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)高速大容量。因此，直流電機(jī)正逐步被交流電機(jī)所取代。目前在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇上，大體上形成了歐美為主的高速感應(yīng)電機(jī)派和以日本、德國(guó)為主的永磁同步電機(jī)派兩大主流傾向。高速感應(yīng)電機(jī)雖然在控制上比較復(fù)雜，重量、體積、效率等很多方面不如永磁同步電機(jī)，但其本身的制造技術(shù)和控制技術(shù)都很成熟。永磁同步電機(jī)具有體積小、重量輕、效率高等特點(diǎn)，但其發(fā)展比感應(yīng)電機(jī)晚，技術(shù)上不如感應(yīng)電機(jī)成熟，在控制上要實(shí)現(xiàn)大扭矩、大調(diào)速范圍必須進(jìn)行弱磁控制。從當(dāng)前世界各國(guó)坦克電傳動(dòng)的研究情況和世界電機(jī)發(fā)展水平看來(lái)，永磁電機(jī)將是電動(dòng)車輛的最佳選擇。

動(dòng)力分配與能源管理動(dòng)力分配和能萎管理問(wèn)題一方面體現(xiàn)在車輛轉(zhuǎn)向和制動(dòng)過(guò)程中的能量轉(zhuǎn)移、再生和利用上。特別是隨著車輛體積、重量的增加，車輛轉(zhuǎn)向和制動(dòng)過(guò)程需要的能量也越大。早期傳統(tǒng)的電傳動(dòng)系統(tǒng)由于受到功率器件和功率變換技術(shù)的限制，再生能量難以回收、利用，主要通過(guò)放電電阻以熱能的形式耗散掉，為解決轉(zhuǎn)向過(guò)

程中的能量轉(zhuǎn)移問(wèn)題，德國(guó)LLX試驗(yàn)車特意設(shè)計(jì)了一種帶有轉(zhuǎn)向電機(jī)的機(jī)電傳動(dòng)方案。近年來(lái)，現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展為再生能量的反饋和控制創(chuàng)造了條件，能量管理也已成為提高整車效率和性能的關(guān)鍵。在汽車電傳動(dòng)研究中，人們已經(jīng)提出了各種回收和利用再生能量的方法，其主要思想是當(dāng)車輛有再生能量產(chǎn)生時(shí)，通過(guò)能量管理系統(tǒng)將能量?jī)?chǔ)存到儲(chǔ)能設(shè)備中，然后在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候(如車輛爬坡、轉(zhuǎn)向和加速)將存儲(chǔ)的能量釋放出來(lái)，為車輛提供超過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)所能輸出的“瞬時(shí)功率”。這樣不但可以提高整車的運(yùn)行效率，也使得發(fā)動(dòng)機(jī)的控制變得靈活。在裝甲車輛電傳動(dòng)研究中，雖有涉及到轉(zhuǎn)向和制動(dòng)時(shí)能量處理問(wèn)題等相關(guān)文獻(xiàn)，但并無(wú)實(shí)質(zhì)性內(nèi)容。在世界各國(guó)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的電傳動(dòng)方案中，也沒(méi)有成型的能量管理系統(tǒng)。

1997年，美國(guó)聯(lián)合防務(wù)公司在重22.7噸的“布雷德利”戰(zhàn)車上用了88塊鉛酸蓄電池和發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行混合動(dòng)力試驗(yàn)。其控制復(fù)雜程度不說(shuō)，就88塊鉛酸蓄電池在車上布置都是一個(gè)非常棘手的問(wèn)題。2003年，通用動(dòng)力公司在未來(lái)戰(zhàn)斗系統(tǒng)平臺(tái)技術(shù)候選方案中采用了混合動(dòng)力來(lái)驅(qū)動(dòng)8×8輪式車輛，其上安裝了兩排并行操作的制式蓄電瓶，每個(gè)制式蓄電瓶由15個(gè)safeHP16鋰電解電池構(gòu)成，每一組可提供23千瓦的24伏電能。這種混合式電驅(qū)動(dòng)裝置可提供一種只用蓄電瓶就可以行駛32公里的靜音操作環(huán)境，還可提供60公里的輔助動(dòng)力。德國(guó)的磁電公司研制了一種電磁動(dòng)力儲(chǔ)能器(MDS)，MDS是轉(zhuǎn)動(dòng)的飛輪儲(chǔ)能器，內(nèi)裝一部復(fù)式電子電機(jī)，根據(jù)需要，電機(jī)或作為電動(dòng)機(jī)(能量存入)，或作為發(fā)電機(jī)(放電)。該儲(chǔ)能器重2.1噸，功率5000千瓦，儲(chǔ)能78兆焦。當(dāng)前，人們正致力于電池技術(shù)和儲(chǔ)能設(shè)備的發(fā)展和研究，如果能夠得到突破性發(fā)展，車輛的“靜默”行動(dòng)和全電坦克的實(shí)現(xiàn)也指日可待。

另一方面，隨著裝甲車輛用電設(shè)備(如電磁裝甲、主動(dòng)懸掛、全電炮控等)的增多，用電量也越來(lái)越大。例如，電能武器的應(yīng)用勢(shì)必出現(xiàn)車輛在瞬間釋放大量電能的情況，這不僅需要一個(gè)能夠快速放電的儲(chǔ)能裝置，還需要一套能夠管理龐大功率的控制系統(tǒng)。10兆焦的能量在0.01秒內(nèi)釋放出來(lái)，功率將達(dá)到1吉焦，這樣大的電功率，相當(dāng)于一個(gè)發(fā)電廠，其能量管理難度就不言而喻了。能量管理涉及到車輛的總體方案和總體布局，隨著坦克電傳動(dòng)的不斷發(fā)展，已經(jīng)成為人們無(wú)法逃避的問(wèn)題。

電磁兼容技術(shù)電傳動(dòng)分系統(tǒng)的高電流和快速轉(zhuǎn)換率，是電磁干擾的潛在源。傳統(tǒng)的PWM變換技術(shù)中，逆變器中的半導(dǎo)體器件處于不斷地(頻率高達(dá)上百千赫茲)開(kāi)和關(guān)之間，加之所承受的電流很大，是電磁干擾的潛在源。由于器件在電壓不為零的情況下開(kāi)通或電流不為零的情況下關(guān)斷(這就是通常談到的硬開(kāi)關(guān))，會(huì)帶來(lái)很大的開(kāi)關(guān)耗損和噪音。這些不僅導(dǎo)致器件的溫度升高，給系統(tǒng)冷卻帶來(lái)不便，也限制了開(kāi)關(guān)的PWM頻率，使系統(tǒng)的輸出(尤其是扭矩)產(chǎn)生脈動(dòng)。近來(lái)出現(xiàn)了直流環(huán)節(jié)諧振型逆變器和極諧振型軟開(kāi)關(guān)逆變器，由于它采用零電壓或零電流開(kāi)關(guān)技術(shù)(軟開(kāi)關(guān)技術(shù))，具有開(kāi)關(guān)損耗小、電磁干擾小、噪聲低、高功率密度和高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，引起了人們的關(guān)注。

未來(lái)展望

美國(guó)2010年前準(zhǔn)備裝備12噸級(jí)全電式戰(zhàn)斗車輛。德國(guó)已經(jīng)研制出了全電戰(zhàn)斗車輛的論證試驗(yàn)樣車，戰(zhàn)斗全重在45～50噸之間，乘員2人，采用無(wú)人炮塔的武器站以及120毫米電熱炮或140毫米滑膛炮，發(fā)射動(dòng)能彈時(shí)的炮口能量可達(dá)現(xiàn)在“豹”式坦克120毫米動(dòng)能彈的2倍。其動(dòng)力裝置為緊湊型柴油機(jī)，最大功率1250千瓦，采用電傳動(dòng)裝置。

英國(guó)在部署陸軍未來(lái)快速奏效系統(tǒng)時(shí)投資的關(guān)鍵技術(shù)中，頭一項(xiàng)就是混合電傳動(dòng)技術(shù)。為提高車輛發(fā)動(dòng)機(jī)燃油的經(jīng)濟(jì)性和滿足車輛中越來(lái)越多的系統(tǒng)和部件對(duì)電能的需求，全電戰(zhàn)車被廣泛認(rèn)為是下一代裝甲車輛的發(fā)展目標(biāo)。現(xiàn)在，以美國(guó)為首的北約各國(guó)正在極力進(jìn)行全電戰(zhàn)車的科研和實(shí)驗(yàn)工作，并幾乎每?jī)赡暾匍_(kāi)一次全電戰(zhàn)車會(huì)議。2003年6月，在法國(guó)召開(kāi)的第五次全電戰(zhàn)車會(huì)議上，已經(jīng)有了樣車展示，并初步定出2010年的近期計(jì)劃和2025年的長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃。

未來(lái)坦克電傳動(dòng)車輛對(duì)動(dòng)力提出了更高的要求，不僅要滿足車輛驅(qū)動(dòng)，還要為未來(lái)可能出現(xiàn)的武器和防御系統(tǒng)等提供電力。未來(lái)坦克電傳動(dòng)系統(tǒng)更傾向于采用混合動(dòng)力源，即由發(fā)動(dòng)機(jī)一發(fā)電機(jī)組和蓄電池組組成的動(dòng)力系統(tǒng)。由于蓄電池組的存在，使車輛靜音行駛，加速或爬坡時(shí)增大瞬時(shí)功率，下坡、減速或制動(dòng)時(shí)再生制動(dòng)能量的回收利用等成為可能，從而大大提高了履帶車輛的動(dòng)力性。

履帶車輛采用電傳動(dòng)系統(tǒng)后，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能除用來(lái)驅(qū)動(dòng)履帶行駛外，也為其他車載武器和設(shè)備如電磁炮、電熱炮、電磁裝甲、導(dǎo)航系統(tǒng)、控制與診斷系統(tǒng)等提供電源，將履帶車輛技術(shù)發(fā)展到“全電坦克”。全電坦克的綜合性能將更加優(yōu)良，坦克的殺傷力、防護(hù)性能都會(huì)比傳統(tǒng)坦克有更大的提高。

回顧電傳動(dòng)裝置迂回曲折的發(fā)展歷程，我們可以看出它在技術(shù)上主要經(jīng)歷了以下三個(gè)階段：

第一個(gè)階段是采用直流電動(dòng)機(jī)的電傳動(dòng)時(shí)代。在這一階段，電傳動(dòng)裝置主要應(yīng)用在重型坦克裝甲車上。第二個(gè)階段是采用交流－直流－交流電動(dòng)機(jī)的電傳動(dòng)時(shí)代。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展。直流電與交流電可以進(jìn)行有效轉(zhuǎn)換，人們開(kāi)始能夠真正控制電能，于是交流電動(dòng)機(jī)開(kāi)始大范圍應(yīng)用在電傳動(dòng)裝置中。第三個(gè)階段是由部件進(jìn)步推動(dòng)電傳動(dòng)前進(jìn)的時(shí)代。例如，由于磁性材料的進(jìn)步，永磁電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)了，鎳鎘電池、鋰離子電池、混合鎳金屬電池等一批高容量電池也得到了應(yīng)用。

到目前為止，履帶式車輛中的電傳動(dòng)裝置已發(fā)展到EMT電力-機(jī)械傳動(dòng)，輪式車輛的電傳動(dòng)發(fā)展到了6×6型EDD電傳動(dòng)裝置演示車，電傳動(dòng)裝置在坦克裝甲車領(lǐng)域得到了越來(lái)越多的使用。電傳動(dòng)裝置具有體積小、重量輕、便于維修等優(yōu)點(diǎn)，可以大幅度增加車內(nèi)的空間使用效率。當(dāng)然，電傳動(dòng)裝置也有其缺陷，比如造價(jià)高、可靠性差等。但是隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，相信電傳動(dòng)在未來(lái)的坦克裝甲車領(lǐng)域必有一番大作為。

(編輯王路)