城市公交車液壓傳動系統設計分析

摘 要：城市公交車具有頻繁啟動和停止的特點，而且平均負荷率比較低，利用液壓啟動可以解決柴油機怠速的問題。根據研究分析，使用液壓傳動系統，能夠提高公交車燃油水平，減少尾氣排放。液壓馬達具有低速大扭矩特性，能夠滿足公交車的動力要求。在一些車輛中使用雙聯馬達，可以有效滿足公交車高速和中速行駛的動力要求。

關鍵詞：城市公交車；液壓傳動；設計

中圖分類號：U469.13；U463.2 文獻標識碼：A

一、公交車工況特點

近年來，很多專家學者對城市公交車工況特點進行了調查研究，涉及地區包括北京、天津、上海等。結合這些調查數據，筆者對河南省開封市8路、15路、42路等公交車進行調查，得到下表數據。從表中可以看出：公交車加減勻怠四種工況時間比相差不大；加、減速頻繁；負荷變化范圍大，平均功率遠遠小于最大功率。

二、液壓傳動系統性能分析

1.功率匹配與效率

采用液壓傳動時，發動機并非持續工作，而是間歇性的，蓄能器是其直接負載，其工作壓力是緩慢變化的，變量泵的排量與受到的壓力有關，與壓力成反比，因此，泵的輸入轉矩變化范圍小。控制發動機轉速由測速電機來完

成。發動機額定功率的計算公式：

Pr=Pmtt/∑tef

其Pr代表發動機額定功率；Pm代表發動機平均功率；tt代表車輛運行時間；∑tef代表同時段內發動機工作時間。對于液壓泵和馬達而言，其效率函數的比值都是n·v/△p，n為轉速，△p為工作壓力，二者都與工況存在關聯（v代表動力黏度），因此，無論是液壓泵還是馬達，都存在功率匹配問題。泵的匹配較為簡單，只需確保其高效區與發動機經濟區重合即可。對于馬達而言，其工況與負載變化直接相關，無法一直處于高效區，而且，在對工況敏感度方面，馬達遠遠不如液壓泵。

2.制動能回收

公交車制動需要消耗很大的能量，大約占總驅動能的50%，具有很大的節能潛力。在本系統中，液壓馬達通過阻力矩減速時，實現動能向液壓能的轉化。能量轉化效率受很多因素影響，這些效率與系統參數有關。系統參數主要包括泵排量（V）、蓄能器初始容積（v0）、上、下限壓力（p1、p2）；為提高效率，必須優化計算這些參數。馬達變量有三種控制方式，即恒扭矩、恒功率、恒轉速。恒扭矩制動：利用地面附著力，制動時間短，所以，系統損耗較少，而且，蓄能器熱效率高。恒功率制動：初期制動力小，后期制動力大，當速度較高時，制動穩定性高。但是，這種制動方式容易產生沖擊，且不利于能量回收。

3.動力性

在液壓驅動系統中，液壓馬達決定著低速動力性。本系統中的液壓馬達，選擇恒速變量控制，當低速行駛時，扭矩會急劇增大，因此，驅動系統的過載能力強，不會因過載而熄火，非常適合低速大負荷工況。為了節能，需要根據車輛平均功率確定發動機額定功率。因此，這種系統不適合持續高速行駛。

4.尾氣排放

汽車尾氣排放的主要工況：啟動、加速、爬坡、怠速。本系統中發動機并非持續性工作，而是間歇式的，只包含兩種工況，即啟動、經濟區運行。在經濟工況下，燃油得到充分燃燒，尾氣排放少。在啟動工況，因為間歇式運行，啟動頻次低，而且因為是液壓啟動，啟動性能得到改善，尾氣排放也較少。因此，液壓傳動系統有利于減少尾氣。

三、結束語

城市公交車中，液壓傳動系統節能途徑主要有三個方面：第一，實現發動機功率匹配，熱效率提高15%；第二，降低怠速功耗，可節能約5%；第三，制動能回收，可節能約25%。對于汽車液壓傳動技術來說，未來有兩大發展方向，即液壓自由活塞發動機、汽液兩相儲能。兩相蓄能技術可以利用發動機余熱，其節能效果會更好。

參考文獻：

[1]呂云嵩，鄒正耀.城市公交車液壓傳動系統設計研究[J].液壓與氣動，2007，（11）.

[2]孟秋紅，康輝英.基于液壓機械復合傳動公交車的液壓系統設計[J].科技展望，2016，（7）.