油電混合動力環衛車底盤開發的探討

黃剛

摘要：隨著當今汽車電氣化、智能化、網聯化和共享化的發展趨勢，創新電動汽車的發展日新月異。汽車底盤由于車輛的動力學特性也需要實現技術創新。汽車是人們交通出行的重要支撐，在汽車生產過中，底盤設計至關重要。科學合理進行汽車底盤總體布局，能夠有效的提升汽車出行效率和質量，滿足人們生產生活需要。本文在簡要概述油電混合動力車的基礎上，對油電混合動力環衛車底盤控制系統展開一定分析。

關鍵詞：油電混合動力;環衛車;底盤;技術

1 引言

作為最偉大的一項工程技術發明，汽車為社會經濟與技術的發展，做出了極為重要的貢獻。隨著汽車產品需求的日益增長，其日益凸顯出的嚴峻的交通、環境和能源問題，需要人們科學、合理、快速的解決。因此，混合動力電動汽車的發展，備受社會各界的關注。陜汽集團在2010年啟動了SX5256DH434PHEV型混合動力環衛車研制項目，填補了國內混合動力重型汽車設計的空白，對國內以后的混合動力汽車發展有著重要的借鑒和推動作用。

2 混合動力電動汽車動力系統

目前國內混合動力電動汽車的分類大體上依據工信部2010年發布的汽車行業標準QC/T837-2010來進行分類。該標準分類的角度是從動力系統機構、混合度、以及外接充電能力進行分類。相關的論文有很多，在此只進行一些簡單的討論：

從動力系統機構上混合動力汽車分為三類，分別為串聯式（SHEV）、并聯式（PHEV）以及混聯式（SPHEV），其中串聯式是燃油發動機用于發電，由電動機驅動;并聯式更接近于傳統汽車，發動機可以直接通過機械傳動系統驅動汽車，也可以由電動機驅動汽車。而混聯式則是并聯式結合了串聯式，比并聯式多了一個發電機。發動機的一部分功率傳遞給了驅動輪，另一部分傳遞給發電機用于發電。

而依據混合度進行分類在行業標準中分為微混、輕混、重混（強混）。而在車輛行業的論文以及文章中也有將混合度分為四類的，微混也常常被稱為弱混。這些分類方式的依據是電機峰值功率和總功率的比值。行業標準指出：當電機峰值功率大于百分之30，且能夠獨立驅動汽車時，可以稱為重度混合。

利用外接充電能力進行分類則是將混合動力汽車簡單的分為外接充電型和非外接充電型。

值得一提的是，插電式混合動力系統的電機功率較高，比純電動汽車略小，按照標準應該將其歸于重度混合，而實際上往往分開討論插電式混合動力汽車與普通混合動力汽車，所以重度混合動力汽車在一些文章里均代表了重度混合的普通混合動力汽車，并未包含插電式混合動力汽車。

3 輪轂電機

輪轂電機可以實現左右輪/前后輪獨立控制，所以，可以通過控制電機扭矩來提升ABS、TCS、ESC的性能水平。并且由于電機的高響應性，接近零延遲響應的特性可以實現車輛敏銳的控制，輪轂電機給整車性能的影響也是巨大的。

3.1 縮短制動距離

由于采用電機控制幾乎沒有延遲，側滑控制精度大大提升，可以縮短停止距離，在50km/h車速，摩擦系數μ≈0.1路面上時，集成輪轂電機的制動距離縮短了6m，占7%左右。

3.2 降低對制動器的需求

由于電機本身也能產生制動力，因此制動分擔的部分也可以減小。并且，輪端的電機控制沒有延遲，制動起效延遲也會減小。

3.3 輪轂電機對整車牽引力控制系統的影響

由于輪轂電機的高響應性特性以及能夠區別與傳統動力總成，可以左右輪分別控制的特征，在理論上可以提高低附路面的汽車加速性能。并且通過左右輪單獨控制，可以使得整車的平擺變化減少，從而使車輛可以更加穩定的直線行駛。在0～100km/h加速過程中，在摩擦系數μ≈0.1路面上時，集成輪轂電機整車的所需時間少用0.5秒，占加速性能3%左右。

3.4 集成輪轂電機，可以補正不足轉向和過度轉向

在轉向不足的過程中，整車控制系統通過給右后側輪胎分配扭矩，可以驅動整車沿著右側正確道路行駛。在轉彎過度危險的過度轉向過程中，給右后側輪胎分配扭矩，可以驅動整車沿著左側正確道路行駛。

3.5 依靠接地面驅動力控制來進行車輛姿勢的控制

由于輪轂電機與傳統動力總成的驅動力作用點位置不同，輪轂電機驅動力作用點在輪胎的接地點。因此，通過上下分力的控制，如果活用在前后輪上的話就可以控制俯仰，如果活用在左右輪上的話就可以控制側傾。因此，通過輪轂電機的轉矩分配可以控制車輛姿勢/舒適性。對于4輪驅動的整車構架，車輛姿態控制效果更加明顯。

3.6 簧下質量上升給舒適性帶來的影響

一般來說，簧下質量增加將導致舒適性惡化。雖然輪轂電機一個車輪相當于簧下配置了30～35kg的電機，但是實際上對舒適性的影響較小。

4 線控轉向

制約輪轂電機推廣的一個重大難點就在于，絕大多數輪轂電機，尤其是直驅輪轂電機為了滿足整車正常行駛的驅動性能需求，在輪輞內占用過多空間。整車使用輪轂電機就必須移動一些傳統懸架原本布置在輪輞內的結構位置，如下控制臂、轉向拉桿等，而這些結構位置與懸架性能等密切相關。因此一些以傳統懸架為基礎的整車，由于無法找到既能夠避讓輪轂電機又能滿足懸架性能需求的解決方案而放棄輪轂電機方案。線控轉向是以輪轂電機為前提，去掉轉向軸，通過配置在主銷上的轉向電機，實現輪胎轉向的結構。

4.1 線控轉向結構

4.1.1 方向盤與輪胎通過轉向軸連接的現行系統。現行系統，轉向輸入力與輪胎反作用力（反饋）干涉，駕駛產生不協調感覺。另外，由于機械系統的扭曲和摩擦使得方向盤到輪胎轉向產生延遲。

4.1.2 改善轉向感覺的線控轉向。為了改善轉向感覺，在現在轉向系統基礎上去掉轉向軸，輪胎轉向由機械式改為電子控制式。

4.1.3 依靠轉向電機實現的轉向線控化。依靠輪邊轉向電機實現的轉向線控化，取消轉向器，依靠主銷上部的轉向電機實現。通過這樣，轉向感覺改善，并且消除了應答延遲，車軸間完全空出空間，輪胎的限制也消失了。

4.2 線控結合輪邊轉向的創新技術

4.2.1 性能方面。通過輪轂電機和線控轉向的組合，四輪獨立扭矩控制與轉向控制成為可能。與現在柴（汽）油車和集中式電機電動車相比，無論是干燥路面還是冰雪路面，更好的運動性能值得人們期待。另外，由于沉重的電池布置在地板下，車輛重心降低，行駛穩定性提升。

4.2.2 轉向方式方面。由于集成輪轂電機的全新輪邊轉向取消了轉向器，使得多種特殊的轉向模式成為了可能，包括快速換道、側方停車、小半徑轉彎和原地掉頭。

4.2.3 拓展整車構型。①模塊化實現多種尺寸車輛。集成輪轂電機系統可以模塊化為配置在四角的集成模塊，從而使得輪距和軸距自由變換，車輛尺寸可以自由改變，這一點對于商品規劃和生產方面具有巨大好處。②作為多功能車的靈活應用。不僅僅是傳統的車型，還可以作為移動、物流、售貨車等多功能車輛擴展。由于沒有驅動軸和轉向軸，可以實現平而低的地板平臺。

5 結語：

輪轂電機技術的出現顛覆了傳統汽車底盤技術，為開發顛覆性的多用途汽車產品提供了廣闊的空間，顛覆性的底盤技術為研發智慧城市需要的可擴展的智慧汽車提供了技術基礎，但是顛覆性的輪轂電機匹配的底盤為底盤控制技術提出了挑戰。雖然輪轂電機底盤技術面臨諸多挑戰，但是各汽車主機廠正在集結力量研究解決方法，期待不久的將來會有越來越多的基于輪轂電機的創新底盤技術的汽車產品投放市場。

參考文獻：

[1] 李志棟.混合動力重型汽車電路設計及其可靠性研究[D].西安：西安石油大學? 大學碩士論文，2012

[2] 岳治.并聯式混合動力環衛車電控系統可靠性研究[J].汽車實用技術，2012（10）