吴学雷,李洪彪,杨 波,左 霞,张 斌
(1. 北京航天发射技术研究所,北京,100076;
2. 特种电驱车辆技术研发中心,北京,100076)
对于经典汽车构造来说,底盘是指传动系统、行驶系统、转向系统和制动系统组成的组合,安装发动机、电气设备、驾驶室(车身)后形成整体造型的汽车。
对于车辆的使用来说,底盘是指不带货箱或驾驶室的非完整汽车,其中不带货箱的称为二类底盘,不带驾驶室和货箱的称为三类底盘。
特种轮式底盘是指具有与导弹发射车等军用特种车辆功能和性能匹配的动力、传动、行驶等系统和取力输出装置,并带有专门设计的固定连接装置和其他专用附属装置的轮式底盘。其广泛应用于地面机动导弹武器系统,不仅是导弹武器的组成部分和机动作战平台,而且也是战斗支援保障装备的载体和机动工具。
从20世纪60年代开始,以苏联为代表的军事强国对导弹发射车的机动作战能力开展了广泛研究,研制出一系列特种轮式底盘。中国从20世纪70年代开始导弹武器用特种轮式底盘的研制,开发出系列车型;
21世纪10年代末至20年代初,开发出多款混合动力电驱动特种轮式底盘,在提高底盘机动能力的关键技术方面持续取得突破。
各国用于导弹机动发射的特种轮式底盘技术发展思路不尽相同,这主要与各国军事实力和作战思想有关。
苏联(俄罗斯)基于其地理环境和军事思想,除大力发展公路机动地地战术导弹、防空导弹、岸防导弹、巡航导弹、火箭弹等武器外,公路机动战略导弹占有非常重要一席,特种轮式底盘得到大力发展和广泛应用。规模从三轴到八轴、载重量从7 t到80 t,经历了复杂的发展历程。
美国基于其全球作战的战略需要和多军兵种通用的思想,用于地地战术导弹、防空导弹、火箭弹等武器的轮式底盘采用通用化的多用途战术轮式车辆;
除冷战时期进行过战略导弹发射车用特种轮式底盘研制外,没有装备公路机动的战略导弹。
中国从自身国情出发,公路机动导弹武器占据极其重要地位,特种轮式底盘广泛应用于地地战术导弹、防空导弹、岸防导弹、巡航导弹、火箭弹以及战略导弹等武器系统。
1.1 苏/俄特种轮式底盘发展情况
1.1.1 苏联特种轮式底盘发展历程
特种轮式底盘研制的必要性源于20世纪50年代末战术火箭弹和导弹武器系统的需求,苏联从那时起开始探索特种轮式底盘的布局和构造方案,该设计与其国内已有的两轴和三轴多用途军用汽车有较大的区别:车架长度和宽度尺寸大,能安装大尺寸武器和军用装备;
采用独立悬架,以保证良好的接地性能和行驶平顺性;
采用断开式驱动桥和宽断面大直径可调压轮胎,以提高越野通过性;
采用大功率发动机和复杂的传动装置,以确保必要的动力性和机动性。
数十家军用汽车研制机构和企业参与了特种轮式底盘的研制,其中牵头单位是苏联国防部第21汽车技术装备科研试验所。
a)ZIL系列底盘。
为了采用轮式底盘部署Luna月亮战术火箭,以取代当时使用的PT-76两栖坦克底盘,利哈乔夫汽车厂于20世纪50年底末开始开发8×8型ZIL-135底盘,历经水陆两栖型ZIL-135、ZIL-135B和陆用型ZIL-135E等几款不成功的车型后,1961年基于ZIL-135E开发出带前后悬架的ZIL-135L,并于1963年在其基础上推出手动变速器版的经典车型ZIL-135LM,成功应用于Luna-M(西方称为Frog-7)战术火箭等武器系统。由于生产布局等原因,ZIL-135LM以及1975年开发出的ZIL-135LMP(用于BM27飓风火箭炮系统)均转由利哈乔夫汽车厂旗下的布良斯克汽车厂生产。
ZIL-135LM底盘采用双发动机、双机械传动装置,一桥和四桥转向并采用扭杆弹簧独立悬架,前置玻璃钢驾驶室,调压轮胎;
载重9 t、总重20.3 t,最高车速65 km/h,最小转弯半径12.5 m。
b)BAZ系列底盘。
60年代中期开始,类似ZIL-135LM底盘双边传动结构方案,布良斯克汽车厂研制和交付了种类繁多、载重从7 t至17 t的三轴和四轴的BAZ系列特种轮式底盘。由于欧洲战区河流密布,冷战时期苏联为了满足快速集群突击需要,水陆两栖轮式底盘占据较大比重。
BAZ系列特种轮式底盘主要包括:载重7 t的6×6型BAZ-5937/5939/5939水陆两栖底盘(用于SA-8壁虎系列防空导弹系统);
载重7 t的6×6型BAZ-5921/5922水陆两栖底盘(用于SS-21圣甲虫系列战术导弹系统);
载重9.8 t的8×8型BAZ-135MB底盘(用于SSC-1B萼片岸防导弹发射车、Reis航程系列无人机发射车和运输装填车);
载重12 t的8×8型BAZ-6944水陆两栖底盘(用于SS-23蜘蛛战术导弹发射车);
载重13 t的8×8型BAZ-69441水陆两栖底盘和载重14 t的BAZ-69481底盘(用于SS-23 改进型Oka-U导弹发射车样车);
载重12~14 t的8×8型BAZ-6950、BAZ69501/69502(作为牵引车、指挥车和导弹支援车等,BAZ-69501曾用于伊斯坎德尔导弹原型发射车);
载重17 t的8×8型BAZ-6954底盘(用于伊斯坎德尔导弹发射车试验样车)。
c)MAZ系列底盘。
为了运载更重的导弹,明斯克汽车厂在完成8×8型MAZ-535/537系列牵引车的研制之后,将力量投入到了下一代重型轮式越野底盘的研发。于1962年开发出里程碑式经典设计的8×8型MAZ-543原型底盘。该底盘采用非常规布局:分体式驾驶室位于前部两侧,其中间布置发动机;
采用525马力D12A-525A多燃料发动机、液力机械传动装置、扭杆弹簧独立悬挂、宽断面调压轮胎、高断面车架;
载重19.1 t、总重39.65 t;
最高车速60 km/h,最小转弯半径13.5 m。苏联的地形以平坦辽阔的平原为主,境内道路稀疏,林地、沙地、田野和沼泽众多。MAZ-543底盘具备全地形的越野能力,适应苏联特殊的地理和道路条件,可以在全境部署。起初MAZ-543底盘用于Temp固体短程战术导弹发射车,1965年开始批量用于SS-1C飞毛腿B地地战术导弹发射车,如图1所示。
图1 采用MAZ-543底盘的“飞毛腿B”导弹发射车 Fig.1 Scud B Missile Launcher with MAZ-543 Chassis
在MAZ-543基础上开发出多款8×8型变型底盘,最具代表性的是1963年开发的MAZ-543A和1974年开发的MAZ-543M。此外,20世纪70~80年代还小批量生产Oplot堡垒(Stronghold)系列8×8型底盘,旨在用于安装加固的武器。这些底盘共生产11000多辆,用于大约60多种武器系统和军用装备,不仅应用于发射车,还应用于机动指挥、目标探测、通信、战斗值班、防御、维修、发电、战斗人员移动食堂和宿营车等辅助车辆。图2为采用MAZ-543M底盘的S-300防空导弹发射车。
图2 采用MAZ-543M底盘的S-300导弹发射车 Fig.2 S-300 Missile Launcher with MAZ-543M Chassis
为了满足战略导弹公路机动发射需求,明斯克汽车厂从20世纪70年代初开始研制承载能力更大的底盘。主要包括:载重55 t的12×12型MAZ-547A底盘(用于SS-16罪人中程弹道导弹发射车、A-135 Amur反弹道导弹运输转载车等);
载重55 t的12×12型MAZ-547V底盘(用于SS-20军刀/先锋中远程导弹发射车);
载重55 t的12×12型MAZ-7916底盘(用于SS-20军刀后续改进型先锋-3导弹发射车);
载重70 t的14×12型MAZ-7912底盘(用于SS-25镰刀/白杨洲际导弹发射车);
载重70 t的14×12型MAZ-7917底盘(替代MAZ-7912用于SS-25镰刀/白杨洲际导弹发射车,并用于Start系列卫星发射车)。
这些底盘与8×8系列底盘的主要区别为:采用功率更大的发动机、扭矩更大的液力自动变速器、宽度更宽和断面更高的车架、尺寸更大的轮胎,采用油气弹簧独立悬架,轴荷13.5~15 t,车速不大于45 km/h。
1.1.2 白俄罗斯特种轮式底盘发展现状
1991年2月7日,从明斯克汽车厂独立出明斯克轮式牵引车厂(Minskiy Zavod Kolesnie Traktor/Minsk Wheel Tractor Plant,MZKT),车型标识为MZKT;
苏联解体后组建为开放式联合股份公司,股权100%归属白俄罗斯。用于导弹发射车的代表车型主要有:16×16型MZKT-79221、8×8型MZKT-7930、10×10型MZKT-79292、12×12型MZKT-79291。
16×16型MZKT-79221底盘在MAZ-7922基础上于1995年推出,采用800马力YaMZ 840.10 V12多燃料发动机,载重80 t、总重120t,主要用于SS-27白杨-M洲际导弹发射车、SS-29亚尔斯洲际导弹发射车(如图3所示)。
图3 采用MZKT-79221底盘的SS-29导弹发射车 Fig.3 SS-29 Missile Launcher with MZKT-79221 Chassis
8×8型MZKT-7930底盘于1994年推出,2000年初被俄罗斯军方采用。MZKT-7930底盘采用不同于MAZ-543系列的发动机和传动装置,采用整体式单排3座驾驶室、500马力的YaMZ-846柴油发动机、9档机械变速器或6档液力自动变速器;
载重24 t、总重44.5 t;
最高车速70 km/h,最小转弯半径15 m。主要用于SS-26伊斯坎德尔系列战术导弹(发射车如图4所示)、Bal反舰巡航导弹、K-300P棱堡岸基反舰导弹等武器系统导弹发射车和其他配套车辆。
图4 采用MZKT-7930底盘的“伊斯坎德尔”导弹发射车 Fig.4 Iskander Missile Launcher with MZKT-7930 Chassis
10×10型MZKT-79292底盘和12×12型MZKT-79291底盘载重分别为35 t和60 t,总重分别为63 t和90.4 t;
分别采用503马力的YaMZ-8463.10柴油发动机和650马力的YaMZ-854.10柴油发动机,前者采用6档液力自动变速器、后者采用9档机械变速器,均采用油气弹簧独立悬架。MZKT-79292原计划用于S-500防空导弹发射车,但最终被BAZ-69069底盘取代。MZKT-79291底盘原计划为俄罗斯的RS-26边界中远程弹道导弹系统开发(发射车构想如图5所示),2018年,RS-26项目暂停。
图5 拟采用MZKT-79291底盘的RS-26导弹发射车 Fig.5 The Proposed RS-26 Missile Launcher with MZKT-79291 Chassis
1.1.3 俄罗斯特种轮式底盘发展现状
随着装备清单扩大和底盘数量日益增多,运输平台缺乏统一规划的问题越来越突出。1992年,俄罗斯启动了研制统一的多用途特种轮式底盘任务的“Voschina-1”项目,布良斯克汽车厂研制出第4代特种轮式底盘系列,并于21世纪初开始列装部队。
为了增强俄罗斯重型特种轮式底盘的自主开发能力,俄罗斯于2007年制定了未来轮式特种底盘研制规划,旨在取代MAZ/MZKT系列底盘,以确保俄罗斯战略导弹装备的技术独立性。2008年,卡马兹汽车厂开始基于“Platform-O”全新平台的KAMAZ-7850系列底盘研制。
a)BAZ系列“Voschina-1”底盘。
“Voschina-1”项目规划出可以执行不同任务的3轴至6轴系列底盘。1995年,布良斯克汽车厂首先研制出载重18 t的8×8型BAZ-6909底盘,之后陆续研制出牵引29.5 t半挂车的6×6型BAZ-6402半挂牵引车、牵引70 t半挂车的8×8型BAZ-6403半挂牵引车、牵引50 t全挂车的8×8型BAZ-6306牵引车,载重13 t的6×6型BAZ-69092底盘以及载重32t的10×10型BAZ-69096底盘和载重42.72 t的12×12型BAZ-69099底盘。
“Voschina-1”底盘于2003年~2004年提供给俄罗斯联邦武装部队,用于安装和牵引武器系统。目前已应用于S-300、S-400和S-500防空导弹系统(S-500发射车如图6所示)、铠甲-S1弹炮结合系统、2S43 Malva 152毫米自行火炮以及雷达、作战指挥所和运输平台等,并用于牵引152 毫米榴弹炮等重型火炮。
图6 采用BAZ-69069底盘的S-500导弹发射车 Fig.6 S-500 Missile Launcher with BAZ-69069 Chassis
b)KAMAZ系列“Platform-O”底盘。。
2008年,卡马兹汽车厂赢得了俄罗斯国防部的招标,开发基于全新平台架构的特种轮式底盘和牵引车。2010年,提出基于电驱动的“Platform-O”平台架构:采用大功率柴油发电单元、电动轮驱动单元、全轮转向,整车总体布置和其他结构参照MAZ/MZKT系列底盘。
2013年,开发出几款原型车:载重85 t的16×16型KAMAZ-7850底盘、载重50 t的12×12型KAMAZ-78509底盘、用于牵引90~165 t全挂车和牵引75 t半挂车的8×8型KAMAZ-78504牵引车。
测试和验证结果表明样车没有达到预期的研制目标,问题主要包括:重量比同规格机械驱动底盘重;
高压电气设备不能满足高涉水需求以及北极气候下的低温环境要求;
发电机噪声大;
电动轮可靠性差、超重;
对战场环境适应性差;
不能满足20万公里大修里程要求。对于军事需求来说,还必须克服许多技术障碍。经过分析评估,技术团队对电动轮、大功率柴油发电单元、高压电气设备等单机和部件的技术方案进行优化改进,并提出了中央电机轮边驱动方案。
2017年,推出第二轮样车,增加了采用电动轮方案的8×8型KAMAZ-78501底盘和采用中央电机轮边驱动方案的8×8型KAMAZ-7350底盘。2018年,全系列底盘进行了公开演示(KAMAZ-7850底盘如图7所示)。
图7 公开演示的16×16型KAMAZ-7850底盘 Fig.7 A Public Demonstration of the Type 16×16 KAMAZ-7850 Chassis
1.2 美国特种轮式底盘发展情况
地面机动发射战术导弹和防空导弹在美国陆军中占据重要地位。除大量采用履带底盘作为发射车外,还推出轮式底盘发射车。与苏联发展思路不同,美国没有为导弹发射车研制专用轮式底盘,主要利用已有的战术轮式车辆。美军预定的战场环境是全球作战,要求武器装备能够适应全球快速部署的要求,因此美军对于底盘的机动能力和运输能力要求极高。美国没有开发5轴以上军用车辆,2~5轴战术轮式车辆满足其使用要求,更重型装备则采用半挂汽车列车。
战术导弹方面,最为典型的是90年代初研发、90年代末年开始服役的高机动性炮箭系统(High- Mobility Artillery Roctet system,HIMARS),在载重 5 t的6×6型M1083A3中型战术轮式底盘上,安装一个6枚多管火箭发射系统(Multiple Launch Rocket System,MLRS)的发射架或一个单枚陆军战术导弹系统(Army Tactical Missile System,ATACMS)发射架,车上载有通信、发控、定位和导航等设备。HIMARS发射车总重约13.6 t,可由C-130飞机运输到前沿机场,并在运输机着陆15 min内即可做好战斗准备,占领和撤出阵地费时较少,实现“打了就跑”的目标。HIMARS用于补充M270履带式发射车,适应未来战斗的小型化、分散化和独立化的特征,可形成一个小型的战场火力支援体系。
防空导弹发射车的发展类似战术导弹发射车,采用战术轮式底盘(如萨德导弹防御系统的8×8型M1075发射车)或牵引车与半挂车组成的汽车列车(如爱国者防空导弹系统的M901型两轴半挂式发射车)。
在战略导弹方面,美国大力发展地下井和潜艇发射方式。20世纪80年代,随着苏联战略导弹精度的提高,核交战环境的生存能力受到威胁。美国决定研制一种公路机动固体洲际弹道导弹,专门用于打击第一次战略核打击后敌方残存的战略目标。1983年,美国提出了小型洲际弹道导弹(Small Intercontinental Ballistic Missile,SICBM)计划,开始发展MGM-134A侏儒弹道导弹。1986年,马丁-玛丽埃塔公司和波音宇航公司分别与卡特彼勒公司和古德伊尔公司合作,各自开发出半挂列车方式的履带式机动发射车和轮式机动发射车演示样车(如图8所示),为了抗核冲击波,两款发射车除特殊的外形设计外,挂车车架底部可以降低至接近地面。经综合评估,美国军方决定选取轮式列车方案开展后续工作。1988年波音宇航公司/古德伊尔公司研制出工程样车,与演示样车相比最主要的变化是双发动机改为1200马力柴油发动机。1988年12月至1991年,工程样车由美国空军在蒙大拿州的马尔姆斯特罗姆空军基地进行测试。冷战结束后,美国战略导弹发展策略发生改变,1992年SICBM计划终止,侏儒导弹发射车项目随之下马。
图8 “侏儒”履带式发射车和轮式发射车演示样车 Fig.8 "Midget" Crawler Launcher and Wheeled Launcher Demonstration Vehicle
1.3 中国特种轮式底盘发展情况
中国从20世纪70年代中期开始特种轮式底盘的研制开发。经过5年的论证与研发,北京航天发射技术研究所于1980年研制出50 t级10×10型Dc8-1底盘,作为中国第1辆超重型特种轮式底盘,成功吸收和应用了当时重型汽车行业的先进技术,攻克了多项关键技术,主要技术特征为:440 kW涡轮增压柴油发动机、液力机械变速器、带自锁差速器的驱动桥和分动器、全轮转向、油气弹簧独立悬挂、平头前置低高度驾驶室。该车型的研制为后续底盘开发积累了宝贵经验。
20世纪80年代初,北京航天发射技术研究所分别与泰安起重运输机械公司、汉阳汽车制造厂开始8×8型TS980、HY480牵引车的研制。以TS980为基础,泰安拖拉机厂(现为泰安航天特种车有限公司)于1987年研制出8×8型TA-580底盘(后续车型改为TA-5380,其系列车型应用于多个武器型号)。与此同时,汉阳汽车制造厂(现为湖北三环汉阳特种汽车公司)在HY480基础上研制出8×8型HY481牵引车(后续车型改为HY4310,并用于牵引中国机动发射洲际导弹发射车)。TA-5380和HY4310均采用钢板弹簧非独立悬架,采用基本相同配置的发动机和变速器(德国Deutz公司BF12L413 FC增压风冷柴油发动机和ZF公司WSK400液力变矩器、4S-150GPA变速器),整车布置和技术细节有所不同。
20世纪80年代中期,国营万山特种车辆制造厂(现为湖北三江航天万山特种车辆有限公司)基于MAZ-543开发出载重20 t级8×8型WS-580底盘(后续车型改为WS-2400),底盘总体布置和基本结构与原型车相同,更换了MAZ-543的动力传动装置,采用更先进德国Deutz公司发动机和ZF公司变速器。WS-2400底盘在中国战术导弹武器型号中得到应用。
20世纪90年代末至21世纪初,各厂家推出一系列变型底盘。湖北三江航天万山特种车辆有限公司在WS-2400基础上开发出10×8型WS2500底盘和6×6型WS2300底盘。湖北三环汉阳特种汽车公司在HY4310基础上开发出8×8型HY4330A半挂牵引车。泰安特种车有限公司在TA5380基础上开发出8×8型TA5380A底盘和10×10型TA5501A底盘。北京航天发射技术研究所与泰安特种车有限公司联合开发出采用油气弹簧非独立悬架的8×8型TA5450底盘,与中国重汽联合开发出10×10型JN5560底盘。
为了满足更大吨位装备的大载荷、高机动性、高适应性要求,需要研制6轴及以上、承载能力40 t及以上的超重型高机动特种轮式底盘。2004年,北京航天发射技术研究所开发出70 t级六轴底盘HTF5680(如图9所示),作为HTF系列的首款底盘,采用了底盘-上装结构一体化设计的创新方案,研制出油气弹簧独立悬架、新型大扭矩高速比断开式驱动桥、组合断面焊接式整体车架、多桥同步转向系统。在此基础上成功开发出35 t级三轴系列底盘、45 t级四轴系列底盘、70t级六轴系列底盘、100 t级八轴系列底盘等,并成功应用于多型装备。
图9 HTF5680底盘样车 Fig.9 HTF5680 Chassis Sample Vehicle
21世纪00年代末,瞄准未来车辆技术发展方向和应用需求,以北京航天发射技术研究所为代表的研制单位开展了特种轮式底盘电驱动技术研究。2015年,北京航天发射技术研究所、中国重汽、湖北三江航天万山特种车辆有限公司各自研发出70 t级的12×10型混合动力电驱动特种轮式底盘样车。经过几年的发展,北京航天发射技术研究所进展突出,开发出多款混合动力电驱动特种轮式底盘,主要包括:45 t级四轴系列底盘、60 t级五轴系列底盘、70 t级六轴系列底盘、85t级七轴底盘、100 t级八轴底盘、130 t级十轴底盘等,并陆续应用于装备。
现代军队的战斗力由“机动、火力、防护和通信”4大要素组成,对于武器装备来说,快速机动能力是提高其生存能力的关键之一。围绕武器装备高机动性能的实现,北京航天发射技术研究所持续开展关键技术攻关,在突破机械驱动特种轮式底盘关键技术基础上,近年来完成了电驱动特种轮式底盘关键技术突破。
2.1 机械驱动特种轮式底盘关键技术
2.1.1 复合断面轻质化车架技术
发射车车架受力较普通的军用汽车大为复杂,除了需要满足不同道路的多种行驶工况使用要求外,还需要满足发射车起竖调平以及发射等工况的使用要求。
随着导弹的重型化发展,对于越来越高的承载能力和越来越轻的底盘自重的要求来说,车架的结构形式的优化和减重设计是解决这一矛盾最有效手段。采用底盘-上装结构一体化方案,通过轻质化车架技术攻关,开发出焊接结构一体化复合断面车架,有效降低底盘整备质量,提高承载能力,提升机动发射平台的弹车比。
2.1.2 重载荷高适应性悬架技术
发射车空满载载荷变化大、行驶道路条件复杂,须研制新型重载荷高适应性悬架装置。
结合发射车的使用特点和布置要求,研发出油气弹簧独立悬架,该悬架系统由创新结构的不等长双横臂导向机构、高可靠油气分离式油气弹簧、自动调高装置组成。该关键技术的成功突破有效提高了导弹发射车行驶平顺性和行驶稳定性。
2.1.3 多桥驱动技术
在行驶阻力大或者轮胎与地面之间的摩擦系数低的道路上,发射车的总重量必须作为附着重量提供给驱动轮。因此,多桥驱动是克服恶劣路况的重要因素,桥间差速和轴间合理的扭矩分配比是实现多桥驱动的关键。
通过对多桥驱动技术进行攻关,研发出大速比断开式多贯通驱动桥和大扭矩分动器,有效提高了底盘的机动能力。
2.1.4 多桥转向技术
发射车在规定道路条件下要同时满足转弯直径、通过宽度和扫过宽度要求,底盘需要采用多桥转向方式。一般五桥及以上底盘需要后桥组转向,根据前后转向桥组运动关系的不同传递方式,可以分为机械传动、液压传动和电液传动等形式。
通过多桥转向技术攻关,开发出双回路液压助力机械传动多桥同步转向系统、动液伺服静液联动机械反馈多模式分组转向系统和电控液压多桥分组转向系统,提高底盘弯道通过性。
2.2 电驱动特种轮式底盘关键技术
2.2.1 多源动力及控制技术
为了满足重载底盘高动力性需求,采用双/单动力单元与多组电池包组合的动力配置。动力单元集成了发动机、发电机及其附属系统,集成程度高、设计难度大,攻克了布局优化、热管理设计、隔振优化、舱体轻量化等技术难关,研制出动力单元系列化产品。
底盘空、满载状态质量差别大,长途机动车速高、日常训练车速低,各状态下功率需求差别大,提出了多源动力协同控制策略。动力单元采用功率跟随算法,通过跟踪车辆实际负荷的变化和电池SOC水平,协调动力单元与动力电池的动力输出比例,实时给出动力单元输出功率需求,根据最优工作MAP图确定发动机转速和发电机转矩,满足底盘功率需求。
2.2.2 分布式驱动及控制技术
为了满足底盘多轴驱动需求,提出了单桥采用双电机的分布式驱动方案,开发出高扭矩密度驱动电机、大速比轮边减速器、高转速轮边传动轴和高效散热装置。
底盘行驶工况复杂多变,包括空载、满载、偏载等载荷状态,公路、土路、凹凸不平路、潮湿路、冰雪路、对开路、坡道、台阶等多路况,高速行驶、急加速、急加速、转弯等行驶工况,多电机驱动控制难度大。提出了多电机协同控制策略,实时分析各驱动轮滑移状态辨识行驶工况,进行驱动电机分组优化和差速、滑转等转矩分配控制,实现各驱动轮之间转矩分配合理、转速协调,使底盘具有良好的驱动特性和行驶稳定性。
2.2.3 机电复合制动技术
采用机电复合制动系统,除了传统的机械摩擦制动系统发挥作用外,驱动电机也可被控制作为发电机运行,在驱动轮上作用电机制动力矩,由单一摩擦制动变成机电复合制动。电机再生制动能量可通过电池回收或通过发动机排气制动耗功。
实时分析驾驶员制动意图及车辆行驶工况,动态协调机械制动与电机再生制动,优化能量再生效率与整车制动冲击度,提高制动控制品质。电机再生制动不仅提高燃油经济性,而且减少了机械制动强度,提高机械制动元件的使用寿命,有助于提高制动安全性。
2.2.4 一体化高压配电及安全防护技术
采用一体化高压直流供配电技术,通过将底盘和上装设备的能源供给需求进行一体化管理,实现能源的优化分配。结合分布式拓扑及关键能源供给支路冗余设计,有效提高了系统供电的可靠性。
高压安全防护技术采用了双重保护策略:主动安全和被动安全。主动安全设计用于防止高压系统漏电及故障,被动安全设计可以保障漏电情况下的人员及设备安全。
2.2.5 轻量化技术
在满足转载、承载、机动、起竖、调平、发射、撤收等使用工况的前提下,采用系统优化、结构优化、功能集成、轻质化材料等方法,开展底盘、系统、单机、零部件轻量化设计。
通过梳理底盘道路行驶载荷,建立动力电池、驱动电机等关键部件的载荷谱,通过系统匹配优化分析,优化动力单元、驱动电机和动力电池组配置,减轻动力驱动系统重量。
从作战使命看,导弹武器要实现全域作战,车辆必须具备大范围机动能力;
从战场环境特点看,车辆不但要适应中国的道路条件和基础设施,还要具备较强的防侦察能力,尤其是卫星等高空侦察;
从作战样式看,无依托随机发射等是未来的发展趋势。“全域战”将涵盖“陆、海、空、天、网”等全部作战领域,将太空、网络、威慑、运输、电磁频谱行动、导弹防御等能力结合在一起,这不仅需要新技术,而且需要新理念。为了满足高科技战争环境,特种轮式底盘技术发展主要围绕“高生存”、“好使用”、“易保障”的目标开展,机械化、信息化、智能化三化融合发展,主要考虑如下重点发展方向:
a)先进动力驱动技术。
发展电驱动技术。电驱动技术在军事领域具有广阔的应用前景,对于特种轮式底盘来说,电驱动技术是重点发展方向,在结构功能一体化、高功率密度动力单元、高功率密度高速柴油发动机和发电机、氢燃料电池发动机、高能量密度储能单元、小型化高速驱动电机、高转矩密度电驱动单元以及机电复合驱动技术、自适应驱动控制技术、高效能源管理技术、综合热管理技术、高安全管理技术等方面需要持续开展技术攻关。
b)高速机动技术。
发展先进悬架技术、先进转向技术、主动安全技术等。
采取半主动悬架等先进悬架技术提高车辆高速行驶的舒适性、操纵稳定性、侧倾稳定性,重点突破自适应变阻尼、快速姿态调整、智能控制等技术。
采用线控转向技术提高车辆低速弯道通过性和高速行驶稳定性和安全性,重点突破车速自适应转向控制、多模式转向、高可靠电动转向等技术。
主动安全技术能有效提高车辆行驶安全性和操纵稳定性,重点多突破多轴底盘视觉增强、无盲区驾驶、全景视觉、弯道通过预示、自动防撞、车速自适应控制、侧翻预警、动态稳定性控制等技术。
c)信息化、数字化技术。
发展信息化、数字化技术,提高底盘的信息化能力、数字化水平,适应信息化条件下的高科技战争需要。采用一体化网络架构,全面应用高速总线网络技术、传感器数字化技术、高安全信息传输技术,通过硬件冗余设计、软件容错设计,实现车辆状态收集、检测、传输、控制以及故障诊断和健康预测等功能。
d)可靠性及环境适应性技术。
发展车辆可靠性及环境适应性技术,满足车辆长期待机和全域机动的作战需求。在底盘可靠性设计技术、可靠性试验技术、可靠性评估技术等方面持续开展技术攻关,提高底盘在高寒、炎热、湿热、沙尘、盐雾、长期贮存、核生化以及复杂电磁频谱和高实时网络通信等环境条件下高适应技术。
e)综合保障技术。
为了保持车辆装备完好率和应急作战能力,必须具备良好的综合保障能力,不仅包括车辆使用前的技术准备、使用中的维护保养、检查、修理、改装,而且还包括对整个活动的组织、指挥、协调和控制等。重点突破车辆健康管理技术、综合测试技术、嵌入式故障自诊断技术、故障远程诊断技术、远程维修保障技术等技术。
f)伪装隐身与防护技术。
未来战争是高科技战争,战场上充满了电子对抗、光电对抗、隐身与反隐身对抗等高新技术。底盘作为发射平台最基础的系统,需要与发射平台一起开展伪装隐身与防护技术攻关,在车辆隐身结构设计、光电防护、红外隐身、抗强电磁脉冲、防雷击以及抗枪击和爆破损伤等方面需要持续开展技术攻关。
g)无人机动平台与智能化技术。
无人化作战平台的出现要求发展无人驾驶技术,需要在无人控制的情况下完成各种作战任务,并且能够根据环境、自身状态和任务目标的变化进行自我调整或人工干预。重点突破可缩放高安全机器人体系架构、自主机动、人机环交互、智能探测与目标识别、预防性维修与智能健康管理、智能任务规划与行动以及多平台协同作战等技术。
经过多年努力,中国特种轮式底盘技术取得了长足进步,尤其在提高导弹发射平台机动能力方面提升显著。但是面对高技术条件下的战争,还需要进行更加艰苦的努力。
随着中国国力的增强和研发实力的提高,必将取得更大成效,对标实战化需求,研制出适应国情、性能更优、适应性更强、使用性能更好的特种轮式底盘。
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