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（遼寧陸平機器股份有限公司，鐵嶺 112001）

主題詞：取力自發(fā)電 調速 通信形式 噪聲控制 軟硬件配置 越野車

1 前言

越野裝備在特定的野戰(zhàn)環(huán)境下工作，需要對上裝設備提供電源保障，滿足裝備的作戰(zhàn)使用需求。越野車載取力自發(fā)電技術在此背景下迅速發(fā)展，主要應用于方艙和特種車領域，充分解決了野外或無電力供應的情況下，裝備電源保障問題。車載取力自發(fā)電系統(tǒng)利用汽車發(fā)動機的動力，采用合適的取力形式，通過機械傳動裝置驅動發(fā)電機發(fā)電，由電子調速系統(tǒng)控制、調節(jié)，進行駐車發(fā)電或行車發(fā)電，能夠驅動較大功率的發(fā)電機，提供較大發(fā)電量[1]。

車載取力自發(fā)電系統(tǒng)研發(fā)之前，所有野外作業(yè)車輛均采用發(fā)電機組供電方式為設備供電。用電設備功率小時，可以在方艙的某個位置預留發(fā)電機組安裝空間；用電設備功率較大時，需在車載平臺上單獨預留發(fā)電機組安裝空間；用電設備功率過大時，需單獨配備電源車。車載取力自發(fā)電系統(tǒng)，不占用或較少占用方艙及平臺的空間[2]，增大了整車的空間利用率，安裝效果見圖1。整個系統(tǒng)只需配置一臺發(fā)電機及少量附件即可，大大減輕整個發(fā)電系統(tǒng)的重量，提高裝備的機動性，同時也減少裝車成本，各構件和器件簡單，安裝、維修方便。

圖1 取力自發(fā)電安裝效果

2 關鍵技術形式及指標

2.1 創(chuàng)新和改進

2.1.1 調速系統(tǒng)

系統(tǒng)早期選型、安裝的調速器為模擬電子調速器，后期經過與電子調速器廠家的聯(lián)合研發(fā)、試驗、調試，改進為數(shù)字電子調速器，不同型號數(shù)字電子調速器見圖2。這2 種電子調速器采用的是機械式結構，即力矩電機拉油門形式，能夠實現(xiàn)基本功能，沒有實現(xiàn)噴油量、噴油壓力和噴射正時按最佳工況的精確控制。

圖2 數(shù)字電子調速器

近年來，隨著計算機技術、通信技術的發(fā)展，電子控制燃油噴射技術得到了廣泛的發(fā)展，能夠對噴油系統(tǒng)進行電子控制，實現(xiàn)對噴油量以及噴油定時隨運行工況的實時控制；其中，ECU是電子控制單元，是底盤控制系統(tǒng)的核心部件，又被稱為“行車電腦”、“車載電腦”等，各個底盤廠家使用的名稱略有不同，但本質相同。對于取力發(fā)電的調速系統(tǒng)，充分利用此技術，采用轉速、噴油時刻、進氣溫度、進氣壓力、燃油溫度、冷卻水溫度傳感器，將實時檢測的參數(shù)同時輸入ECU，與已儲存的設定參數(shù)值或參數(shù)圖譜（Map 圖）進行比較，經過處理計算按照最佳值或計算后的目標值把指令送到執(zhí)行器。執(zhí)行器根據(jù)ECU指令控制噴油量（供油齒條位置或電磁閥關閉持續(xù)時間）和噴油正時（正時控制閥開閉或電磁閥關閉始點），同時對廢氣再循環(huán)閥(EGR)、預熱塞等執(zhí)行機構進行控制，使柴油機運行狀態(tài)達到最佳。

2.1.2 互鎖雙調速獨立控制系統(tǒng)

某些車載裝備，在進行底盤改裝時，加裝取力自發(fā)電或液壓泵，實現(xiàn)單一恒定轉速，即可滿足功能需要。隨著上裝設備對底盤動力需求的變化，有些特殊的車載裝備，需要同時加裝取力自發(fā)電和液壓泵，因此，研發(fā)了基于底盤發(fā)動機的互鎖雙調速獨立控制系統(tǒng)，并已成功應用，車載雙調速取力原理見圖3。

圖3 雙調速取力原理

互鎖雙調速獨立控制系統(tǒng)，在底盤變速器和分動器均加裝取力器，2個取力器之間能夠互鎖，通過駕駛室內的翹板開關進行控制和選擇。變速器加裝的取力器，旋向與發(fā)動機旋向相同且不受變速器擋位（含倒車）的影響，駐車、行車和倒車狀態(tài)，均可取力。分動器加裝的取力器，能與手剎制動互鎖，可進行駐車狀態(tài)取力，手剎制動解除時選擇分動器取力無效。

根據(jù)取力自發(fā)電或液壓泵的載荷及工況，計算發(fā)動機的工作轉速。為實現(xiàn)2種轉速獨立控制，對電子調速器進行創(chuàng)新和改進，電子調速器預留2 個回路，為發(fā)動機設定2 種額定轉速，并分別預留接口。一路接通后為取力自發(fā)電調速，實現(xiàn)發(fā)動機的一種額定轉速；另一路接通后為液壓泵調速，實現(xiàn)發(fā)動機的另一種額定轉速；從而實現(xiàn)底盤發(fā)動機的雙轉速獨立控制。

2.1.3 通信形式

隨著車載自發(fā)電技術的發(fā)展，新型的自發(fā)電技術已經引入各種通信功能，其中比較典型的是CAN總線通信形式。

系統(tǒng)設有CAN 總線通信接口，接口采用ADM 3054收發(fā)芯片，芯片符合ISO 11898：2003[3]，傳輸效率達到1Mbit/s，有較強的抗電磁干擾能力，高溫工作特性好，環(huán)境適應性強，不但降低設計難度，而且提高系統(tǒng)的可靠性。

2.1.4 新型底盤上加裝

近幾年，輕型高機動性和中型高機動性通用戰(zhàn)術車輛快速發(fā)展，是我國第三代越野底盤，將是未來幾十年內的主導車輛[4-6]。針對第三代越野底盤，車載取力自發(fā)電系統(tǒng)與整車和設備的供配電系統(tǒng)進行集成研發(fā)和設計，在滿足剛強度的前提下，對結構進行創(chuàng)新、改進和輕量化設計，在不同型號的底盤上安裝后，經過調試和各項性能的比測試驗，驗證了系統(tǒng)的性能指標和可靠性，第三代底盤取力自發(fā)電見圖4。同時，做好產品的“三化”設計，提高了通用化、系列化和組合化水平。

圖4 第三代底盤取力自發(fā)電

2.2 技術優(yōu)勢

2.2.1 良好的燃油經濟性

車載取力自發(fā)電系統(tǒng)，可以保證無論車輛到達何種地域環(huán)境，都能為裝備提供有效的電源保障。經過調速系統(tǒng)的調控，動力的傳遞能夠控制在底盤發(fā)動機的彈性運行范圍內，發(fā)動機在經濟轉速下運行，轉速較低，負荷率較高，可以獲得良好的燃油經濟性。不斷優(yōu)化的發(fā)動機性能和燃油效率，使排放污染物也明顯降低，汽車發(fā)動機消聲系統(tǒng)的減振、降噪效果更有效，因此，車載取力自發(fā)電系統(tǒng)在移動發(fā)電用途上表現(xiàn)更佳、更可靠和更高效。

2.2.2 較低的噪聲

常用的發(fā)電機組有普通型和靜音型，配有油路、水路、排煙、散熱等系統(tǒng)，組成較為復雜，機組中的機油、火花塞、管路等需要經常維護和保養(yǎng)。機組工作時，會產生額外較大的噪聲及振動，直接影響方艙內設備的穩(wěn)定性和人員的舒適性。為解決此類問題，一些機組生產廠家相繼研發(fā)了超靜音型和極超靜音型機組，雖然噪音和振動明顯降低，但機組的重量和外形尺寸卻明顯增大。

車載取力自發(fā)電系統(tǒng)通過簡單的減振措施，直接將發(fā)電機安裝在車輛底盤上，大大減小工作時的噪聲和振動對艙內設備和人員的影響，而且，系統(tǒng)進行簡單的維護即可有效運行。

2.2.3 簡單的結構

車載取力自發(fā)電系統(tǒng)只需對汽車底盤進行適當改裝，改進發(fā)電機安裝形式，安裝于汽車底盤的合適位置，結構簡單，故障率低。中小功率發(fā)電機，可以充分利用底盤自身空間，大中功率發(fā)電機，所占用的空間，也比同功率的發(fā)電機組小很多。車載平臺安裝的12 kW 三相靜音發(fā)電機組，外形尺寸（長×寬×高）：1400 mm×700 mm×1100 mm，重量：450 kg；加裝的12 kW 三相永磁取力發(fā)電機，外形尺寸（長×寬×高）：466/416 mm×280 mm×315 mm，重量：76 kg；發(fā)電機組和取力發(fā)電機的比較見圖5。

圖5 發(fā)電機組和取力發(fā)電機比較

當發(fā)電機出現(xiàn)故障，需要維修和更換時，僅需拆卸安裝架，發(fā)電機即可拆卸下來，提高了維修性，發(fā)電機拆裝見圖6。現(xiàn)在裝備都要求進行輕量化設計，提高裝備的機動性和可靠性，車載取力自發(fā)電的體積小、重量輕、可靠性高、維修性高的特點，便可得到充分發(fā)揮和利用。

圖6 發(fā)電機拆裝

2.3 主要性能指標

車載取力自發(fā)電的電源品質可達到SJ 20979——2007《軍用汽車自發(fā)電系統(tǒng)通用規(guī)范》[7]和GJB 235A——1997《軍用交流移動電站通用規(guī)范》[8]的相關技術標準，主要指標如表1：

表1 交流移動電站通用技術標準

3 技術成熟度

3.1 加裝取力發(fā)電的底盤

20世紀80年代，隨著我國方艙和特種車的發(fā)展，各企業(yè)陸續(xù)開始車載取力自發(fā)電技術的研發(fā)，90年代末，安裝車載取力自發(fā)電系統(tǒng)的底盤主要是東風系EQ1108/EQ1118/EQ1141/EQ2081/EQ2082/EQ2100/EQ2102 等；進入21世紀，逐步發(fā)展出依維柯2045/2046 系列、陜汽 SX2150/SX2190 系列、北奔 1926//2629系列、重汽HOWO系列等。

經過近二十幾年的技術積累、發(fā)展和完善，該技術已日趨成熟，針對東風輕型高機動性猛士系列底盤、一汽中型高機動性MV3 系列底盤，也成功研發(fā)了車載取力自發(fā)電系統(tǒng)。

3.2 采用的取力形式

目前，車載取力自發(fā)電系統(tǒng)可以采用變速器取力、分動器取力、傳動軸取力和發(fā)動機取力4種取力方式[1,9-10]，取力形式見圖7。變速器取力，是在汽車底盤的變速器取力口加裝取力器。對于全驅動汽車，有時變速器取力口的輸出功率難以滿足發(fā)電機的動力要求，可以在汽車底盤的分動器取力口加裝取力器，以取得更大的功率和扭矩。

圖7 車載發(fā)電取力形式

傳動軸取力，是將連接汽車底盤變速器或分動器與驅動橋之間的傳動軸斷開[11-12]，在斷開的2 個傳動軸之間加裝取力器，一個輸出口用于取力，另一個輸出口用于連接分動器或驅動橋。發(fā)動機取力，是在汽車發(fā)動機的前部曲軸處獲取動力，通常用于行車發(fā)電的工況，由于要分配部分動力給行車發(fā)電機，因此，需要綜合評估、論證對整車動力和機動性的影響，以確定可以驅動的發(fā)電機功率等級。

3.3 選擇的發(fā)電機形式

軸帶發(fā)電機是車載取力自發(fā)電系統(tǒng)的核心部件，主要有無刷勵磁同步發(fā)電機和稀土永磁同步發(fā)電機2種形式，防護等級達到了IP57。

2005年以前的車輛中，多數(shù)選用無刷勵磁發(fā)電機，突出優(yōu)點是可以利用自動電壓調節(jié)器（A.V.R）對電壓進行調節(jié)。當負載、轉速或溫度等有變化時，發(fā)電機的電壓有升高或降低的趨勢時，自動電壓調節(jié)器能夠根據(jù)這一微小的電壓偏差，迅速地減少或增加勵磁電流，維持發(fā)電機的電壓近似不變。稀土永磁同步發(fā)電機的突出優(yōu)點是體積小、重量輕，結構簡單，隨著我國稀土技術的快速發(fā)展，輸出電壓問題得到了解決，同樣得到了廣泛應用。

肺栓塞是指內源性或外源性栓子堵塞肺動脈或分支引起肺循環(huán)和呼吸功能障礙的臨床和病理生理綜合征，臨床表現(xiàn)多樣化，缺乏特異性，具有誤診率高、發(fā)病率高、致死率高、致殘率高的特點[1-2]。為了研究細節(jié)護理對肺栓塞患者治療效果的實際意義，將我院86例肺栓塞患者隨機分為觀察組與對照組，對觀察組43例肺栓塞患者實施了細節(jié)護理，同時對照組43例肺栓塞患者實施常規(guī)護理，對比兩組患者的治療護理效果，現(xiàn)將研究結果報告如下。

目前，行業(yè)內會根據(jù)具體使用情況，適應性選擇發(fā)電機形式，2種發(fā)電機起到互補的作用。

3.4 互鎖和保護

對于駐車取力發(fā)電系統(tǒng)，為了防止觸碰油門踏板或調速系統(tǒng)開關而產生誤動作，設置聲光報警提示及互鎖電路，電子調速器工作時油門踏板控制暫時失效，當電子調速器不工作時，油門踏板控制功能恢復。

取力裝置掛擋成功后，調速系統(tǒng)開關才能正常供電。當取力裝置脫擋后，調速系統(tǒng)開關斷電。調速系統(tǒng)同時還具有其他自動保護功能，當出現(xiàn)發(fā)動機超速、發(fā)動機低速、電源失電或傳感器信號消失等故障時發(fā)動機均可自動恢復為怠速狀態(tài)。

3.5 發(fā)電噪聲控制

車載取力自發(fā)電的動力源為底盤柴油發(fā)動機，設計時必須考慮噪聲對工作人員的身體和健康等方面的影響，相關標準進行了規(guī)定，例如：GJB 1777——1993《軍用專用汽車通用規(guī)范》規(guī)定了專用車工作艙的噪聲等級[13]；GJB 2225A——2008《地面電子對抗設備通用規(guī)范》規(guī)定了不同類型設備工作間的噪聲等級[14]；GJB 50A——2011《軍事作業(yè)噪聲容許限值及測量》規(guī)定了每日連續(xù)暴露8 h，穩(wěn)態(tài)噪聲的容許限值范圍[15]。

根據(jù)測試，當?shù)妆P柴油發(fā)動機轉速在1500～2 000 r/min 以上時，發(fā)動機的噪聲一般在90～97 dB（A）以上，會嚴重影響工作人員的身體和健康，因此，綜合考慮系統(tǒng)噪聲、發(fā)電品質等因素，在保證額定輸出功率及性能指標的前提下，盡量降低發(fā)動機的工作轉速，發(fā)動機轉速設置見圖8[16]。經過多年來的技術積累和改進，以及我國底盤技術和調速技術的發(fā)展，發(fā)動機能夠控制在彈性運行范圍內，轉速較低（1500 r/min以下），負荷率較高，燃油經濟性良好，減振、降噪效果更有效，底盤加裝方艙后，完全滿足上述標準中規(guī)定的噪聲指標要求。

圖8 發(fā)動機轉速設置

4 技術可行性和前景

4.1 已有技術基礎

車載取力自發(fā)電技術在陸軍、海軍、空軍等各軍兵種的多種型號項目和產品上得到了應用，按國家軍用標準和行業(yè)標準的要求，隨項目和產品在實驗室和試驗場進行了各項定型試驗，已實現(xiàn)通用化、系列化和組合化的標準化要求。系統(tǒng)中的構件和器件簡單，安裝方便，根據(jù)不同的使用要求和底盤類型，可選取需要的取力形式，設計合理的傳動結構和安裝結構；根據(jù)不同用電設備的電源品質和功率等級，選取發(fā)電機形式和調速系統(tǒng)。系統(tǒng)安裝后，進行基本性能的調試和試驗，即可正常使用。

車載取力自發(fā)電系統(tǒng)，具有體積小、重量輕等特點，使用時不需考慮發(fā)電機組供電方式經常發(fā)生的振動、熱源、通風量、廢氣排放、易燃物安全等問題，能夠與車輛有機結合，不受車輛方艙/車廂空間或承載能力限制，占用車廂的空間小，對安裝的要求較低，單人即可拆裝檢修。從歷年部隊的各種裝備的使用情況反饋來看，車載取力自發(fā)電系統(tǒng)故障率低，使用、維護方便。

4.2 軟件、硬件配置

經過多年的生產實踐，不斷探索、總結，已經形成了一整套完善的車載取力自發(fā)電的技術規(guī)范和檢驗調試規(guī)程。有能力的企業(yè)，已經規(guī)劃合適的試驗場地，根據(jù)產品的產量、批量的需要，建設車載取力自發(fā)電調試場，配備計算機、發(fā)電機專用測量儀、發(fā)電機輔助測控儀、負載室、信息采集終端、高精度傳感器和測試工位等一整套硬件設備，形成發(fā)電機性能參數(shù)自動化測試系統(tǒng)。

測試系統(tǒng)配置專用測試軟件和自動控制線路，能將測量數(shù)據(jù)顯示在屏幕上，不僅可以繪制各種參數(shù)曲線，還可以計算穩(wěn)態(tài)指標和瞬態(tài)指標，測試、檢驗發(fā)電系統(tǒng)指標。調試場可以配備幾套測試軟件，用于承擔不同的測試任務；發(fā)電機電性能測試軟件可以全面測試發(fā)電機的電氣性能指標，作為發(fā)電系統(tǒng)性能指標判定的數(shù)據(jù)依據(jù)；測試工位循環(huán)檢測軟件可檢測發(fā)電機長時間滿載工作的可靠性，測試過程中出現(xiàn)故障會及時報警；數(shù)字式轉速控制器調試軟件負責轉速控制器PID參數(shù)的調整，保證發(fā)電機頻率穩(wěn)定，取力自發(fā)電調試見圖9。

圖9 取力自發(fā)電調試試驗

4.3 當前研發(fā)成果

車載取力自發(fā)電系統(tǒng)主要用于野外或無外接電源情況下的設備供電，經多年研制，已經研發(fā)、設計多品種、多類型的駐車發(fā)電和行車發(fā)電產品，積累了大量的車載自發(fā)電設計、工藝經驗，形成了3～100 kW等系列產品和一整套成熟的設計、安裝、調試、檢驗技術，為在各種新型底盤、新型發(fā)動機上開發(fā)新型車載取力自發(fā)電系統(tǒng)奠定了堅實的基礎，不同功率等級取力自發(fā)電見圖10。

圖10 不同功率等級取力發(fā)電

經過幾十年的技術改進和完善，該技術已日趨成熟，南汽依維柯系列、一汽解放系列、二汽東風系列、陜汽系列、北奔系列、重汽系列等底盤，都已成功加裝車載取力自發(fā)電系統(tǒng)。

4.4 前景展望

裝備在不斷發(fā)展變化，部隊未來對各種車型的機動及越野性能要求越來越高，配備的車載設備也隨之越來越先進，設備對電源的種類和品質的要求也越來越嚴格。

在“十二五”裝備底盤車輛技術基礎上，“十三五”以后裝備重點發(fā)展高機動汽車運載底盤，高機動性是第三代底盤的硬性指標要求，是未來發(fā)展趨勢，對于第三代輕型、中型、重型高機動性系列底盤，也成功研發(fā)了車載取力自發(fā)電系統(tǒng)。尤其對輕型和中型高機動裝備，在空間有限和輕量化的情況下，裝備還必須配置電源保障，車載取力自發(fā)電就具備較強的競爭力，是電源形式的首選。

在方艙和特種車領域，行業(yè)內的各廠家相繼推出含有車載取力自發(fā)電系統(tǒng)的產品，應用范圍較為廣泛。軍隊體制改革對特種車輛生產企業(yè)影響主要體現(xiàn)在“軍轉民”和“民參軍”2 個方面，在軍民融合政策引導下，國家逐漸降低了軍品的準入門檻，給“民參軍”特種車輛企業(yè)帶來了新的機遇，隨著國家政策對軍民融合的大力支持，大量民營企業(yè)從事相關軍工產品的研制、生產，也將加速軍用車載自發(fā)電技術向民用領域的轉化、融合。

社會各行業(yè)在不斷發(fā)展，各種相關行業(yè)對車載自發(fā)電系統(tǒng)的需求也越來越多，包括通信、指揮、電力、建筑、環(huán)境、維修、搶修、維穩(wěn)、安保、救援、醫(yī)療等各種涉及到野外作業(yè)的行業(yè)和領域，將軍用車輛的車載自發(fā)電系統(tǒng)進行適當?shù)母倪M及改裝，完全可以應用到各種民用車輛上，大大增強相關電源需求的機動性，促進相關行業(yè)快速發(fā)展。

5 結束語

隨著新的控制技術的不斷應用，車載取力自發(fā)電系統(tǒng)的控制技術也在逐漸向模塊化、一鍵式操作模式、一體化方向發(fā)展，整套系統(tǒng)的可靠性、維修性更高。隨著發(fā)電機向小型化，大功率方向的不斷演進，車載取力自發(fā)電的額定功率等級也會越來越高，應用領域也會越來越廣泛。