基于主軸轉(zhuǎn)速的并聯(lián)混合動力環(huán)衛(wèi)車驅(qū)動方案設(shè)計探究

胡波

摘? 要：環(huán)衛(wèi)車是營造良好城市環(huán)境的重要組成部分。該文闡述了并聯(lián)混合動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理，探討了主軸轉(zhuǎn)速并聯(lián)混合動力系統(tǒng)支持下環(huán)衛(wèi)車的驅(qū)動方案，旨在為相關(guān)工作人員提供理論性的參考意見，確保方案的可行性和實用性，為環(huán)衛(wèi)車的創(chuàng)新和發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：并聯(lián)混合動力? 環(huán)衛(wèi)車? 驅(qū)動方案

中圖分類號：U46? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1672-3791（2019）03（c）-0031-02

隨著資源的消耗和利用，環(huán)境日益惡化，因此開發(fā)綠色能源，降低汽車能耗是新時期發(fā)展的必然要求。混合動力環(huán)衛(wèi)車相較傳統(tǒng)車輛能耗低、性能好，噪聲值能控制在允許范圍內(nèi)，而且對環(huán)境造成的污染較少，性能優(yōu)良。良好的驅(qū)動方案是促進環(huán)衛(wèi)車創(chuàng)新的前提，所以應優(yōu)化方案設(shè)計，確保環(huán)衛(wèi)車的實用性。

1? 并聯(lián)混合動力系統(tǒng)概述

并聯(lián)混合動力驅(qū)動下的環(huán)衛(wèi)車輸出動力的裝置分為電機組和發(fā)動機，變速箱負責將動力分配傳遞到液壓設(shè)備和車輪上，推動各單元模塊的協(xié)調(diào)運作。這種混合動力系統(tǒng)可存在于3種模式中，即為純電動模式、純發(fā)動機模式以及二者混合動力模式。一般來講，混合動力模式被應用的頻率較多，所以發(fā)動機和電機組選擇小功率即可適用。在運行過程中，兩種動力源分工明確，發(fā)動機用于在平坦路面上正常行駛，電機組可以增強爬坡或加速狀態(tài)下的動力，而且為確保車輛的持續(xù)運行，還預留了純發(fā)動機冗余驅(qū)動模式，當電氣設(shè)備出現(xiàn)故障或者動力源難以維持汽車正常活動時，冗余模式啟動能確保車輛運行環(huán)境的穩(wěn)定性[1]。

2? 基于主軸轉(zhuǎn)速的驅(qū)動方案

驅(qū)動方案要將節(jié)省能源作為設(shè)計的主要參考標準，保證驅(qū)動的穩(wěn)定性。該文結(jié)合傳統(tǒng)驅(qū)動的特點和混合驅(qū)動的優(yōu)勢提出了一種簡單的主軸轉(zhuǎn)速并聯(lián)方法，利用轉(zhuǎn)矩復合式驅(qū)動系統(tǒng)并聯(lián)動力源，要求電機組的轉(zhuǎn)子要與發(fā)動機的曲軸轉(zhuǎn)速達到協(xié)調(diào)一致，二者共同組建成扭矩驅(qū)動型汽車，動力源中心的轉(zhuǎn)子軸和曲軸作為整個驅(qū)動系統(tǒng)的主軸。將電機/發(fā)動機離合器設(shè)置為C1，發(fā)動機/電機離合器設(shè)置為C2，則實際的驅(qū)動方法如下。

首先，啟動環(huán)衛(wèi)車時要將C1閉合，若發(fā)動機轉(zhuǎn)速高于電機轉(zhuǎn)速，則發(fā)動機不啟動，利用電機的低轉(zhuǎn)速帶動汽車運行，若發(fā)動機的最優(yōu)轉(zhuǎn)速小于或等于電機轉(zhuǎn)速，此時將C2閉合，在0.2s的時間內(nèi)將發(fā)動機控制在標準轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)驅(qū)動汽車前進。

其次，啟動發(fā)動機后，要將其控制在最佳轉(zhuǎn)速區(qū)，而且相對穩(wěn)定，保證能源消耗成本的最低化。在爬坡或者加速階段，需要利用踏板控制電機提升功率水平，生成加速度帶動汽車運行。變速箱能切換檔位，所以可在提升車速的前提下保證發(fā)動機在最佳轉(zhuǎn)速環(huán)境內(nèi)工作。

再次，主軸的轉(zhuǎn)速過大，已經(jīng)超過最佳工作標準時需要盡量控制電機運行，暫停輸出扭矩，將動力源完全轉(zhuǎn)換為發(fā)動機，由發(fā)動機驅(qū)動環(huán)衛(wèi)車運行，電機負責電池組充電，如果電池的電量難以滿足使用需求，電機則要保持在發(fā)電狀態(tài)。

然后，當汽車需要減速行駛時，不考慮主軸的運轉(zhuǎn)情況，減少發(fā)動機的供油量，電機在車輪的帶動下實現(xiàn)電能的儲存，當主軸的轉(zhuǎn)速開始慢慢減小，低于最優(yōu)轉(zhuǎn)速區(qū)的最低點時，C2斷開，發(fā)動機關(guān)閉。

最后，當環(huán)衛(wèi)車在小區(qū)內(nèi)部工作時，為降低噪音避免影響居民正常休息，此時的驅(qū)動應切換成純電機，停駐后變速箱需要掛空擋，進行垃圾壓縮，然后打開取力器，由電機負責液壓設(shè)備的驅(qū)動和供能。

3? 動力單元特性及參數(shù)選擇

動力單元由發(fā)動機和電機組兩部分組成，二者特性的研究及參數(shù)的確定是確保設(shè)計方案可行性的前提。

3.1 發(fā)動機特點和應用功率

該文主要研究對象為WP10型號的發(fā)動機，經(jīng)過調(diào)查和統(tǒng)計可知：發(fā)動機在800r/min時出現(xiàn)怠速情況，此時的耗油量在3.78L左右。一般應用于公交車中，發(fā)動機的怠速情況占用的時間占總循環(huán)時間的30%～40%左右。對于環(huán)衛(wèi)車而言，其工作內(nèi)容是處理生活環(huán)境中的垃圾，由于垃圾分區(qū)域集中，所以環(huán)衛(wèi)車運輸?shù)奶攸c為停靠時間長且頻率高，公交車也具有相似的特點，如果環(huán)衛(wèi)車每天的總工作時長為4h，怠速期間內(nèi)的油耗量在4.5～6L之間，當需要提速時，發(fā)動機轉(zhuǎn)速達到1250～1600r/min時，此時的耗油量最低而且轉(zhuǎn)矩最佳，要控制在范圍內(nèi)才能達到效果，若超過1600r/min對曲軸和活塞缸的內(nèi)壁都有損害，會嚴重縮短設(shè)備的使用壽命，增加成本[2]。需要注意的是變速箱工作模式固定，如果發(fā)動機保持在1250～1600r/min轉(zhuǎn)速間則需要頻繁換擋，導致系統(tǒng)不夠平穩(wěn)安全，因此轉(zhuǎn)速的范圍進可酌情擴大到1100～1750r/min之間，為模式切換提供良好的過渡環(huán)境。

混合動力做驅(qū)動的環(huán)衛(wèi)車最大的優(yōu)勢在于需要的燃油量較少，利用率較高，能滿足現(xiàn)代社會人與自然和諧發(fā)展的理念需求，還能達到環(huán)保車原有的環(huán)境保護目的。在選擇發(fā)動機的功率時滿足行駛作業(yè)的最低要求即可，也就是說在平坦的路面上能滿足車速要求，在爬坡或加速過程使用電機作為補充驅(qū)動能源皆可。發(fā)動機的功率可以表現(xiàn)為公式：

P1=

公式中的各項參數(shù)為：整車整備質(zhì)量為17300kg;CD為風阻系數(shù)，取值0.7;f為滾動阻力系數(shù)，取值0.01～0.02;ηT為傳動效率，為0.85;A為迎風面積，為9.28m2;最高車速為umax，為90km/h。

3.2 電機特點和應用功率

現(xiàn)代化技術(shù)的發(fā)展改進了調(diào)速方法，優(yōu)化了電機性能，成為了電動類汽車的首選動力系統(tǒng)，其優(yōu)勢主要為體積小、調(diào)速快且成本低。通過調(diào)查和資料查閱發(fā)現(xiàn)電機的特點為：轉(zhuǎn)速為零時，電機啟動轉(zhuǎn)矩，克服負載力，推動電機加速運轉(zhuǎn)，當電機的轉(zhuǎn)速逐漸增強時，扭矩隨之增加然后在轉(zhuǎn)速的臨界點處達到最大值，而后轉(zhuǎn)速增強，轉(zhuǎn)矩則持續(xù)下降，最后穩(wěn)定在一個固定值點，此點轉(zhuǎn)矩即為負載轉(zhuǎn)矩。當電源頻率減小時，轉(zhuǎn)速大于初始轉(zhuǎn)速，能量便出現(xiàn)了回饋，所以環(huán)衛(wèi)車常先起步，然后加速，再減速，進入到滑行階段，然后停車，這種行駛模式能在反饋中獲取更多能量，確保節(jié)能降耗，動力充足。

轉(zhuǎn)矩公式為T=，公式中的各項參數(shù)為：K是一個常數(shù)，與電源頻率相關(guān)，屬于電機結(jié)構(gòu)參數(shù);U為電源的電壓，也是定子繞組的相電壓;R為轉(zhuǎn)子每相繞組的電阻值;X為電機保持不動狀態(tài)時轉(zhuǎn)子每相繞組的感抗。轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)所之間并無直接聯(lián)系，但是轉(zhuǎn)差率公式是S=，其中n0指電機在運行時的同步轉(zhuǎn)速，所以可以通過調(diào)節(jié)n0來實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)和應用。若使用的電機為變頻調(diào)速異步型，則表示可以通過控制n與n0之間的關(guān)系達到轉(zhuǎn)換發(fā)動機和電機組的目的。當n大于n0時，使用發(fā)電機;當n小于n0時，使用電機，實現(xiàn)同步轉(zhuǎn)速[3]。在啟動電機時，S=1，此時的轉(zhuǎn)矩為Ts=，所以電源電壓與轉(zhuǎn)矩之間成正比關(guān)系，當增加電阻時，轉(zhuǎn)矩也會隨之增大。當n=0時，轉(zhuǎn)矩達到最小值，因此電機的啟動轉(zhuǎn)矩要不小于起步阻力的扭矩值。為確保實用性，要盡量選擇變頻調(diào)速型電機，其參數(shù)能滿足工作最佳需求，與發(fā)電機更好的配合作業(yè)，達到預期設(shè)計的效果。

4? 結(jié)語

總而言之，環(huán)衛(wèi)車節(jié)能降耗，使用成本有所降低，而且驅(qū)動方案可行性較強，能適用于車輛驅(qū)動，確保其安全性和穩(wěn)定性。為滿足人與自然和諧相處的發(fā)展理念，在未來的汽車驅(qū)動研究中還將使用更多創(chuàng)新性技術(shù)，在增強動力、提高性能的基礎(chǔ)上節(jié)能減排，保證行駛效率，為城市建設(shè)提供保障。

參考文獻

[1] 張磊.基于AMESim-simulink的混合動力載重汽車控制策略仿真研究[D].陜西理工學院，2016.

[2] 許靖.混合動力扒渣車參數(shù)匹配與控制策略研究[D].合肥工業(yè)大學，2016.

[3] 陳霞瓊.某純電動環(huán)衛(wèi)車動力傳動系統(tǒng)參數(shù)匹配及仿真優(yōu)化[D].湖南大學，2018.