洗掃車動力傳動技術路線分析

李溫鋒，郭佳鵬，王仁鵬

洗掃車動力傳動技術路線分析

李溫鋒，郭佳鵬，王仁鵬

（陜西汽車控股集團有限公司 技術中心，陜西 西安 710200）

動力傳動技術是洗掃車的核心技術，節能與新能源汽車的發展對洗掃車傳動技術提出了新的挑戰。文章分類介紹了傳統雙發動機傳動、單發動機傳動、增程式混合動力傳動、純電動傳動幾種技術路線，分析了典型構型方案的優缺點，提出了洗掃車的動力傳動路線發展狀況。

動力傳動；雙發動機；單發動機；增程式混合動力；純電動

1 引言

面對日益嚴格的燃油消耗和排放法規，汽車工業正面臨著一場深刻的變革，在專用汽車行業，與城市管理息息相關的環衛車首當其沖。根據《GB17691-2018重型柴油車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》，自2020年7月1日起，所有生產、進口、銷售和注冊登記的城市車輛（包含環衛車）應符合國六標準要求。為響應“藍天保衛戰”，部分地區甚至已提前實施。

洗掃車是城市環衛車的主力車型之一，屬于特種作業車，由于上裝工作部件功耗大，目前市場多為雙發動機車型，而單獨驅動上裝作業的輔助發動機遵循非道路移動機械內燃機排放標準，目前均為工程三階段排放。2019年2月20日生態環境部發布了關于征求《非道路移動機械用柴油機排氣污染物排放限值及測量方法（GB20891-2014）修改單（征求意見稿）》，要求2020年年底前，全國實施非道路移動機械第四階段排放標準。這意味著傳統柴油洗掃車即將面臨底盤、上裝發動機雙升級，由此對技術與成本都帶來了考驗。為進一步節能、環保，降低汽車油耗及排放，各環衛廠家紛紛開始研發并推出單發洗掃車、純電動洗掃車等，技術路線多樣。單發路線代表性的有煙臺海德的發動機取力+機械分動箱、福龍馬的油電解耦、中聯及徐工的靜液壓油液解耦式、陜汽的增程式混動等路線。

2 傳統雙發動機動力傳動技術

洗掃車工作時，一般通過液壓馬達驅動外擺掃盤旋轉，配以具有防撞避障功能的V型高壓噴桿噴水，組成一條大于3.5米的沖洗清掃帶，把含水垃圾驅趕到吸嘴口下方，通過風機轉動抽負壓，垃圾通過吸嘴及風道抽吸到垃圾箱沉降，所吸入的氣流繼續流經風道通過風機排出到大氣。通常，洗掃車還配備一套低壓大流量水路系統用于灑水作業，一套小流量低壓濕掃噴淋系統用于作業模式由“洗掃”切換到“濕掃”時噴水壓塵。由此，洗掃車除了用于底盤行走消耗動力外，上裝直接功耗件包括風機、油泵、高壓水泵、低壓水泵、濕掃灑水電磁泵。

由于上裝功耗件較多，傳統洗掃車多采用雙發動機為整車提供動力。底盤發動機除了用于整車行走外，通常還要從變速箱取力口為低壓水泵輸出動力，通過蓄電池提供的低壓電帶動濕掃灑水電磁泵。上裝輔助發動機驅動風機、高壓水泵、油泵。通常，輔助發動機直連油泵，飛輪端輸出長軸通過皮帶輪連接“串葫蘆”式驅動風機、高壓水泵，而高壓水泵皮帶輪內置氣動離合器，可實現輔助發動機工作時風機與高壓水泵實現解耦。如圖1。

圖1

傳統洗掃車雙發傳動方式已相當成熟，故障率低，但副發動機排放升級后成本增加，整車布置更加復雜。同時，兩個發動機工作，尾氣排放高，對環境影響較大，同時雙發保養成本較高。

3 單發動機洗掃車動力傳動技術

越來越多的洗掃車研發及生產企業漸漸將設備的研究方向向單發動機的配置轉變，同時進行底盤上裝的驅動力研究，催生了多種單發路線。

單發路線一：發動機取力+伸縮式傳動軸+氣動離合器+機械分動箱分別驅動風機、高壓水泵、油泵。發動機后端全功率取力，可為上裝提供充足動力。清掃作業時發動機定轉速操作，上裝工作不受底盤離合及換擋影響。煙臺海德、石煤機等環衛廠家采用此種單發方案，整體方案經濟性好，市場反饋較好。該機械分動箱不帶離合，需給解耦的動力裝置單獨增加離合器。一般，氣動離合器對整車布置要求較高，通常要求安裝仰角＜1.2°，同時高轉速的機械分動箱發熱量較大，需要考慮夏季長時間作業的散熱問題。進一步地，該傳動方式可以取消機械分動箱，發動機取力后通過伸縮式傳動軸+大軸承座，通過長軸相連的皮帶輪分別驅動風機、水泵、油泵等，大軸承座的潤滑，散熱效果要明顯優于普通的機械式分動箱。

單發路線二：發動機全功率取力+帶動態離合分動箱分別驅動風機、高壓水泵、液壓油泵，分動箱1進3出：液壓齒輪泵直插一輸出軸；高壓離心風機、高壓水泵都通過皮帶輪、窄V帶驅動。分動箱輸出軸自帶濕式摩擦片離合器，通過電控氣實現動力的結合和分離，嚙合噪音較小。工作時發動機定轉速操作，上裝工作不受底盤離合及換擋影響。該方案集成分動箱成本較高，且可靠性有待市場驗證。

單發路線三：底盤發動機飛輪端直連發電機，上裝由驅動電機帶動的油電解耦式傳動路線。工作時發動機定轉速，發電機恒功率輸出，上裝工作穩定，不受底盤離合、換擋影響。以驅動電機帶動上裝，動力艙布置可操作空間大，布置更方便。但油電解耦式單發較雙發車成本增加較多。福龍馬采用該油電解耦方案做過實車，車上沒有裝動力電池，存在一定的停車起步工作缺陷。

單發路線四：斷軸取力+機械液壓式分動箱方案。通過斷軸取力，經機械液壓復合傳動箱傳動，輸出軸帶動上裝（機械傳動）可實現全功率取力。通過靜液壓箱傳動，底盤可以實現無級變速且變速范圍大，可實現超低速作業。高速轉場與低速作業時操作差異大，行走作業時操作復雜。該方案成本較雙發車型增加較大，在歐洲比較流行，國內中聯、徐工等也在研發該傳動方式，但需要針對國情作進一步的改進。

總之，綜合考慮市場接受度、經濟性及法規政策，洗掃車雙發跟單發路線一段時間內還需同步考慮，以滿足不同客戶需求，在國六排放升級及公告更新時統籌考慮。洗掃車需要連續穩定作業，工作時應不受底盤離合及掛檔等影響，上裝高功耗的單發洗掃車在傳動路線選擇時需要統籌考慮，多方論證。

4 增程式混合動力傳動技術

圖2

考慮洗掃車主要在城市運行，紅綠燈較多、走走停停，底盤采用電動行駛，可以實現節能、減排。發動機作為上裝動力，同時作為增程器動力，由整車控制器與上裝控制器通過CAN總線協同控制，可實現整車的高效，節能，環保。傳動路線見圖2。

陜汽開創性地采用底盤純電驅動及上裝增程系統，配合先進的整車能源管理系統，大幅度提高了多種工況下的整車效率，在轉場、作業、運輸等多種工況下均具有出色的經濟性、環保性、可靠性和適應性。具體控制原理見圖3。

圖3

由于環衛車多為政府招標采購，增程式洗掃車能否發展仍受政策導向影響，其技術路線比較復雜，但工況適應性好。

5 純電動力傳動技術

隨著城市環境的提升、藍天保衛戰打響、人民群眾對美好環境的訴求，結合新能源技術發展以及環衛車工作特點（城市工況、有充電時間），純電動環衛車市場潛力巨大。目前，純電動洗掃車占整體洗掃車銷量比重3%且逐年快速增加，多城市密集出臺關于新能源環衛車的推廣政策，深圳、鄭州等城市要求2020年環衛車全部切換為純電動。

目前，各環衛廠家的純電動洗掃車上裝技術路線類同，皆為上裝電機驅動風機、高壓水泵、液壓油泵等。底盤技術路線差別在于電驅橋的使用，行業內比亞迪率先采用電驅橋，這就使得其整車布置更加緊湊，軸距與整車長度比同類廠家短，但犧牲了部分上裝容積。而多數底盤廠家的路線均為“電機+AMT變速箱+傳動軸+傳統后橋驅動”的方式，該方式能實現與傳統底盤的較大通用化率。較特殊的，宇通的純電動底盤電機后置驅動后橋，同樣為整車節省了空間，整車軸距較短。

而作為未來環衛的發展方向—無人駕駛，純電動控制向無人駕駛方向轉化更容易。用5G+AI創新變革傳統環衛行業成為未來大趨，基于5G+環衛機器人AI大腦，將具備超強的智慧力和安全性、超快的信息響應與數據交互能力、超高的集群協同效率和作業能效。

6 結語

在市場與技術發展的雙向作用下，未來幾年，受政策導向、各地政府財政情況差別等影響，環衛車技術路線將呈現“百花齊放”的態勢，柴油單/雙發、純電動都有其各自市場，混合動力有其技術優越性，但能否發展仍受政策及各廠家推廣力度影響。而面向未來，公共服務的洗掃車必然是率先孵化的無人駕駛領域之一，行業的創新變革正在發生，且將影響每個人的未來生活。

[1] 徐達.專用汽車構造與設計[M].北京:人民交通出版社,2008.

[2] 徐向陽.節能與新能源汽車傳動技術的發展[J].汽車安全與節能學報,第8卷第4期,2017年.

Analysis of the technical route of the power transmission of the sweeper-washer vehicle

Li Wenfeng, Guo Jiapeng, Wang Renpeng

( Shaanxi Automobile Holding group co. LTD., Technology center, Shaanxi Xi'an 710021 )

The power transmission technology is the core technology of the sweeper-washer vehicle,the development of energy-saving and new energy vehicles presents a new challenge to the transmission technology of the sweeper-washer vehicle. This paper introduces several technical routes of traditional double-engine drive、single- engine drive、hybrid drive and pure electric transmission,the advantages and disadvantages of typical configuration schemes are analyzed,the development status of the power transmission route of the sweeper-washer vehicle is presented.

Power transmission; Double-engine drive; Single- engine drive; Hybrid drive; Pure electric transmission

U462.1

A

1671-7988(2019)18-117-03

U462.1

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1671-7988(2019)18-117-03

李溫鋒，就職于陜西汽車控股集團有限公司技術中心。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.18.039