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军用车辆混合动力汽车的应用
7.1 为什么混合动力汽车有利于军事应用
对于混合动力汽车在军事上的应用有几个直接或者间接的动机，军事应用程序可以包括直接车载应用,相关车辆的推进,和间接应用程序的使用电动武器,或与车辆的电气系统去创建一个微型智能电网供电的一个军事基地等等。
燃料的成本是考虑为混合动力车应用于军事上的最重要的一个原因。运输燃料通过危险的路线和远距离可以显著提高燃料的成本。成本可以从1美元在普通平民的情况下上升到400美元每加仑用于运输到战场的燃料 (http://www.defensesystems.com/Articles/2010/03/11/Defense-IT-3-Greens.aspx)，如果需要空运,成本甚至可以上升到1000美元每加仑。一般来说,携带燃料成本每加仑约为100美元。底线是,我们可以假设在军事情况下每加仑燃料的成本将为数百美元。所以，甚至一小部分节省燃料可以意味着每年节约数十亿美元的巨大成本。
在军事应用中的其他问题涉及噪声,噪声和热量信号形式的红外辐射,可以检测到其他地方。一个安静的混合动力车可以帮助显著实现目标的噪声消除。
混合动力车的一些间接的好处如下。当战区的军事行动,可能会有基地的电力和其他基础设施需要固定应用效用水平的电压。在有多样的混合动力车的情况下，当正确地连接和界面上的，就可以创建效用水平电压运行各种固定设备。这可以通过运行混合动力车电池(IC引擎,如有必要,混合动力车)。事实上,几个混合动力车可以形成一个微型智能电网相当强劲的功利性权力来源。当然,当接口几个混合动力车发电时，有必要这样做正确通过适当的控制电器。这种利用汽车发电可以帮助的很深远值得注意的是,在这个意义上,它可以减少辅助动力单元,从而节约收购他们的成本和重量和运输领域。根据架构中使用HEV,例如,如果它在每个车轮轮毂电机,甚至一电动机轴推进,并使用一系列HEV(SHEV)架构,它将冗余的优势,以防汽车失败。汽车可以运行在一个稳重的降解模式,有些降低性能,并根据需要搬到一个安全的区域。
所以,可以看出,有相当多的优势引入军事应用HEV。
7.2 地面车辆应用程序
7.2.1架构——系列、平行、综合设施
在这本书其他章节我们讨论过的常规的商业架构HEV，军用车辆也可以有类似的架构。一个非常有用的研究论文曾经做过一个IC引擎，SHEVs和HEVs的比较。基于模拟的研究,从的角度来看重量,内燃发动机车辆是轻的,并行HEV略重。然而,该系列混合动力汽车被发现相当重。这一分析,尽管做商用车辆,也同样适用于军用车辆。如果一个内燃发动机汽车被认为是基线,然后可以比较其他架构如下。匹配的性能基线,显然有必要使电动机在SHEV相同的大小作为基线内燃发动机汽车。这本书的作者相信,真的没有必要这样做,而是电机应该大小,在一个给定的驱动周期平均能量的发电机就等于平均推进电动机消耗的能量。峰值功率总是可以由电池,应在其范围内。类似的思维过程也适用于决策时选择发电机的大小。决定应该基于不同的驱动周期的研究,然后呈现最坏的情况。这个决策的关键在于电池或其他存储和他们是否可以提供所需的最大功率。只有电池保存在一个完全流动条件,从集成电路和电力发动机和发电机是美联储电机与电池、发电机将需要同等规模最大的电力需求。但电池或任何峰值功率源的目的实际上是为了解决这个可能性突然山峰或更高的要求,因此IC引擎大小SHEVs和发电机的大小肯定会减少。并行混合动力汽车,电动马达的大小甚至可以小于SHEV一半的大小。分配的功率的平衡,也就是说,任何赤字之间的负荷需求和电力推进力量,内燃发动机在平行混合动力汽车。这种机制将电机之间的功率分配和内燃发动机并行HEV在基线假设原IC引擎车辆所需的选择是基于最大功率下最糟糕的驱动周期的场景。
没有发电机在上面引用的插电式混合动力汽车的研究中。然而,在一些其他体系结构,像丰田普锐斯和通用双模混合动力,有一个生成器,独立于主推进电动机(可以用作发电机)。这种发电机的原因是非常依赖于控制的策略。在一定条件下电池的电荷状态(SOC)和电力推进的需求,可能需要提供额外的电池充电,这是发电机。
一个非常重要的部分SHEV或并行混合动力汽车电池或其他存储设备的电容。使用电池容量,也就是说,安培时,如电池的度量。但事实上,安时指定一个电池本身是不够的。此外,有必要知道安培或电池的额定功率,以便在最大电力需求推进电动机,电池,结合发电机,能够提供它。这些都是至关重要的决策过程创建混合动力汽车的设计规范。
上面的讨论同时适用于汽油和基于内燃机基础的车辆。军用车辆大多是基于柴油机。改善柴油机技术总是帮助这些汽车。但总是会杂交可用来实现更好的燃油经济性和其他福利无论柴油引擎技术。
需要解决下一个问题是架构在军用车辆的选择融合的目的,也就是说,是否应该系列,平行的或复杂的。这个问题可以是最好的回答取决于优先权——燃油经济性,大小或重量,或可靠性?如果燃油经济性是最优先的,那么选择应该是平行的HEV。如果尺寸和重量轻的关注是由于需求的车辆在一个飞机,等等,然后一个平行HEV比SHEV更好。一般来说,SHEV将在某种程度上重PHEV,因此这一事实也可能影响燃油经济性。另一方面,如果车辆的性能是最关注的,也就是说,输出功率,它可能是有益的使用SHEV架构,这可能有助于消除重传输和提供高功率需求很快将能够控制电机速度远远超过一个内燃发动机。可靠性方面的考虑可能是更好的解决通常通过使用并行HEV,由于集成电路冗余的推进引擎和马达。可靠性不能低估了军用车辆。然而,平行HEV更为复杂的控制,并介绍了机械耦合的复杂性。失效模式的深入研究需要这些设备之前可以最终做出决定在这个问题上的可靠性。
陪同在军用车辆系统可靠性的另一个问题是维护。维护SHEV似乎有点简单的有几个原因。其控制简单。它的机械联动装置,与平行HEV,也非常简单。如果有轮毂电机的推进,他们在失败的情况下可以快速更换。上述讨论表明的利弊和SHEVs平行。但总体可靠性和更特别的生存需求,可以通过一个平行的HEV可能更好。已经说过,应该注意的是,这个决定可能会在很大程度上取决于应用程序和驱动循环。在军事物流或支撑式车辆(或非战斗的类型的车辆),旅行时间的距离,由于涉及的驱动周期,从并行HEV可能会获益更多。另一方面,一个战斗车辆,电力需求和快速应对这样的需求是最重要的，一个SHEV会更有益。最终决定这样的事情很复杂，制表系统权衡研究性能的要求,燃油经济性、可靠性、等等,应该来决定最优的决策。
7.2.2 车辆最大的好处
军用车辆包括不同类型,如图7.1所示。图中所示的各种类型的汽车中,驱动周期,需要为这些汽车有很大的不同。一些车辆运行很长的距离,有些战斗
图7.1一些军用车辆:(a)悍马(高机动性多用途轮式车辆),(b)Stryker,(c)HEMTT(重型高机动性战术卡车)、布拉德利(d),(e)艾布拉姆斯(f)Fennek(欧洲),(g)MRAP(防地雷反伏击),(h)大狗机器人,(我)角斗士,剑(j)。(由维基媒体-美军公共领域的图片。)
有些战斗车辆和极高的电力需求和性能需求,而另一些则无人机器人车辆,长期任务和生存能力可以比燃油经济性更重要。有些武器挂载,有些没有。基于这些需求,车辆的体系结构可以明显不同。
为了估计从杂交军用车辆的好处,应该建立某种度量。根据项目信息一个可能的方式系统地做这个分析如下建议。
所需的信息和需要回答的问题:
bull; 车辆目前部署的数量,N
bull; 车辆成本最初,C
bull; 车辆的平均燃料经济性,即英里每加仑,F
bull; 汽车的额定功率,P
bull; 英里汽车旅行在其生命周期中,M
bull; 战斗车辆或车辆支持,规模为1(最小的战斗和主要支持)到10(高度战斗)K
bull; 这是如何汽车运送到现场,1(本身)的规模,通过船运输(5),航空运输(10)T
bull; 易于维护,在1(最低)到10(非常重要),M
bull; 如何重要的是其生存能力的失败,规模为1(最低)到10(非常重要)年代
bull; 长期可持续性的任务没有任何加油或其他外界的干预,规模为1(很容易加油的车辆,也就是说,燃料容易加油),车辆外部部署和不能加油,例如,一个无人驾驶的机器人(10),Q
bull; 杂交的额外成本,H
bull; 损失或获得的可靠性如果杂化,基地车相比在0到1(高收益= 1;低收益或损失= 0),R。
因为上面的数量在不同的单位,有些是无量纲的,和他们的范围也可以数值不同,它有利于规范化以某种方式把它们可比和可控的范围内。所有这些数量可能应该规范化,除了车辆的数量,因为这表明总收益。除了标准化,包括一个权重因子是有益的对于以上的每个标准。
所有这些想法都包含在表7.1为便于理解和一些占位符数值为目的的说明。
以上为一个特定的车辆提供一个度量标准。这可能不是一个完美的指标,但至少它允许对彼此比较的汽车。例如,让我们说,单个艾布拉姆斯坦克的杂交的好处远远大于单个悍马的杂交。但是可能有很多悍马(数字部署)的领域而Abrams坦克。因此它可能是更重要的是引入杂交HMMWV比艾布拉姆斯,如果有一个选择的问题。同样,其他标准提出以上也很重要。第三列在表中,涉及权重因子(即。,这个标准是很重要在1 - 10的范围内),相当重要。通常所有这些物品必须最初定居后由于讨论各种人与车辆的应用经验和问题相关的项目在不同的表的行。
标准化和权重因素的概念引入这一章没有appearedin文学最好的作者的知识。因此它可能是杂交军用车辆其中的l过程。有更多的经验可能需要修改这个指标评价过程和条目在表7.1。虽然军用车辆的概念介绍,度量可能同样重要的应用在常规商业民用车辆。它可能在决定是有用的关于搬到一个混合平台而不是
一个常规的标价。
表7.1马金杂交权衡机制决定
|
标准 |
归一化因子 |
权重因子等级1(不重要)到10(最重要的) |
|
N(车辆的数量) |
1 |
1 |
|
C(每辆车的初始成本) |
500000 |
6 |
|
f(英里/加仑):使用1 / f |
8 |
7 |
|
P(额定功率) |
300kW |
5 |
|
M生命周期(英里) |
米(定义基于车辆的类型) |
5 |
|
K(类型的车辆:战斗,支持等)。 |
5 |
5 |
|
T(可移植性) |
5 |
5 |
|
M(易于维护) |
5 |
7 |
|
S(生存能力的重要性) |
5 |
8 |
|
Q(长期生存能力没有加油) |
5 |
6 |
|
H(杂交额外费用):用1 / H |
20000 |
2 |
|
R(由于杂交获得的可靠性) |
0.5 |
8 |
总T = [{E11}/{E12}times;{E13}] times; [sum;{Ei1}/{Ei2}times;{Ei3}i=2,3...12], Eij =元素i行,第j列在上面的表中,与i = 1,2hellip;12和j = 1、2、3。
7.3 非地面的车辆军事应用
军用车辆包括非汽车应用程序。这可以包括空气和水源性车辆,也就是说,船和飞机。此外,一些应用程序没有直接车辆。例如,一辆汽车可以使用枪支或其他类似的设备,其中一些可能更好的电操作。一个例子可能是一个电磁枪。其中一些设备可能需要一个内燃发动机,或燃料电池,等等,可充电电池或电容。设备(枪或其它)本身可以直接激活以后通过使用内燃发动机和燃料电池可以补充的电力。
图7.2一个通用的混合动力系统的架构
杂交,虽然不是意义上的车辆,包括重要的像与公用电网或微型智能电网',许多的汽车可以通过一些常见的总线交换能量。原则上这是可能有内燃发动机的发电机,燃料电池,汽车所有正确同步,然后交换能量。这种情况下的系统级图如图7.2所示。
注意,HEV只是一个特例上面的混合动力系统在内部车辆的水平。这里的杂交是系统扩展到一个更高的水平。车辆在图1和图2
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