淺析純電動環衛車底盤、上裝一體化開發的總體設計與研究

關鍵詞：新能源環衛車；契合度；兼容性；一體化設計；上裝域控核心技術；產品質量性能

中圖分類號：U462 DOI ：10.20042/j.cnki.1009-4903.2024.06.008

Preliminary Analysis of the Overall Design and Research on the Integrated Development of Chassis and Upper Assembly ofPure Electric Sanitation Vehicles

Abstract： In order to further improve the low fit and compatibility between the upper and lower chassis of new energy sanitationvehicles， and to achieve interconnection between the chassis and upper chassis in terms of structure， control， cooling， etc.， it isnecessary to effectively change the situation where the upper chassis of sanitation vehicles is passively modified in multiple dimensionsto complete the production of the entire vehicle. By analyzing the installation requirements and full operating conditions of two majortypes of sanitation vehicles， namely road cleaning and garbage collection， an integrated design of “chassis+installation” is carriedout to achieve the integration of the entire vehicle structure， high-voltage system， thermal management system， control， and terminal.The core technology of chassis installation domain control is created to continuously improve the quality and performance of sanitationproducts， enhance market competitiveness and influence at the terminal.

Key words： New energy sanitation vehicles；Fit；Compatibility；Integrated design；Install domain control core technology；Productquality performance

0引言

近年來，在“雙碳”目標的引領下，我國能源結構持續優化升級，社會環保意識顯著增強。綠色低碳已成為我國商用車行業發展的主旋律。其中，純電動環衛車作為商用車行業的新風口，已成為各地區重點推廣使用的對象，呈現出迅猛發展的態勢，市場滲透率持續提高。目前，新能源環衛車主要分為路面保潔和垃圾收運兩大類[1]。產品種類涵蓋純電動洗掃車、壓縮式垃圾車、高壓清洗車、低壓灑水車、多功能抑塵車等，整車品類多樣，不同上裝需求差異大、裝配結構復雜。但由于環衛車上裝廠家缺乏底盤資源，多從主機廠采購底盤進行改裝，這涉及多個公司或部門間的業務合作，信息共享存在困難，導致在結構、通訊、監控等方面無法實現互聯互通，進而引起底盤與上裝契合度低、兼容性不足等問題。

為充分發揮底盤資源優勢，主機廠基于上裝需求及全運行工況分析，開展“底盤+上裝”整車一體化設計，搭建整車結構一體化、高壓系統一體化、熱管理系統一體化、控制系統一體化、終端系統一體化配套架構，實現底盤、上裝結構、控制、冷卻等方面互聯互通，打造特色一體化環衛車產品。

1環衛車上裝需求分析

隨著我國汽車行業排放法規的日益嚴格、新能源汽車各項利好政策的實施、人口紅利的消失以及運營成本的增長，市政環衛車行業首當其沖受到影響[2]。數據顯示，2021—2023年，環衛車總體銷量從10萬輛下降至7.8萬輛，呈逐年下降趨勢；而純電車型銷量則從不到4000輛提升到超過6000輛，顯示出純電環衛車的市場潛力。同時，在18t車型市場中，總體銷量從1.82萬輛增長至2.76萬輛，占比從18.2%提升至35.38%；其中，純電車型銷量從1327輛提升至2567輛。特別是18t純電車型中，洗掃車、壓縮車、高壓清洗車、綠化噴灑車4款車型銷量占比超過85%，占據了主導地位，如圖1、圖2所示。

在系列環衛車中，有2個典型車型可作為環衛工況分析的代表，即用于路面保潔的洗掃車和用于垃圾收運的后裝式壓縮垃圾車。因此，我們以市場為導向，首先選擇18t級產品作為切入點，以洗掃車和壓縮車為先導車型。我們與上裝廠家從技術源頭開始進行全系統對接，共同開展底盤與上裝一體化設計，并進行推廣。

1.1結構改裝需求

為便于上裝安裝，避免上裝被動改裝帶來的風險，環衛上裝對底盤的通用要求如下：底盤車架需采用直通式大梁，并配置標準孔位；車架上翼面應無鉚釘，且底盤附件應低于車架上翼面平面。為保證車架強度，需對上裝固定點處進行局部加強。同時，為滿足上裝改裝空間的要求，需根據上裝長度來確定底盤的軸距和后懸長度。此外，還需根據上裝部件的布置形式來確定電池包的布置形式。以洗掃車和壓縮車為例：

18t洗掃車（以中置雙掃盤+寬吸嘴為例，如圖3所示）底盤電池包需采用后背形式布置。

18t級壓縮式垃圾車（如圖4所示）箱體容積通常在13～15m³。由于其上裝尾部有特殊裝填機構，要求底盤后懸較短，一般要求底盤后懸＜1100mm。同時，車架大梁左側或右側需預留污水箱位置。因此，上裝可利用空間一般要求≥3600mm，軸距要求≥4500mm。

1.2底盤配置需求

為滿足上裝的特殊需求，便于客戶操作及使用，在底盤配置方面還需進行一系列定制化設置。具體來說，需加裝上裝取電、取氣、取力、電控功能等相關配置。

以18t純電動洗掃車為例，其上裝電機驅動系統方案架構為單電機驅動風機、液壓油泵及高壓水泵。該系統的工作轉速范圍為1300～2200r/min，扭矩需求≥250Nm，取電功率需求≥50kW。此外，環衛車上裝還會根據用戶的實際需求單獨配備了高壓水槍，這些水槍多從底盤取氣。在實際改裝過程中，部分改裝廠直接剪斷輔助氣管路并安裝三通接頭以取氣，而有些則采用分氣閥統一接入。

對于壓縮式垃圾車而言，其上裝動力系統通常由液壓油泵驅動。該系統的恒扭矩區間轉速一般為800～1600r/min，最大輸出扭矩可達1150Nm。動力通過底盤變速器的取力器輸出，并通過傳動軸連接至油泵進行動力傳輸，這種方式可能會帶來較大的振動和噪聲。為此，部分上裝廠家已開始采用花鍵式取力器以降低噪聲影響。同時，為方便客戶清洗，壓縮式垃圾車同樣需要配置水槍并從底盤取氣，這與清掃車的需求相似。

在低壓取電方面，底盤需要預留上裝CAN接口。根據不同上裝的需求，各車型底盤需預留1～2路30A（或指定電流范圍如15～40A）的電源。為方便上裝接線，這些電源接口大多被放置在駕駛室中央電器板附近。此外，底盤還需要增加相關電器信號以滿足上裝電氣系統與底盤之間的通信需求。

最后，對于采用通用底盤的環衛車改裝廠而言，上裝的電控單元往往是在后期進行改裝的，且獨立于駕駛內飾或儀表臺之外。這可能會導致駕駛室內部空間減小并影響操作便利性。為解決這一問題，底盤廠家可考慮通過中控顯示大屏來集成洗掃車、壓縮式垃圾車等不同種類環衛車的標準作業顯示、操作及控制等各項功能界面，從而取消上裝單獨的操控平臺，提升駕駛室的舒適性和操作便捷性。

2環衛車運行工況分析

2.1洗掃車作業工況分析

洗掃車的日常運行涵蓋了多個關鍵工況，主要包括加水出車工況、清掃作業工況、轉場排污加水工況以及返回卸料工況。洗掃車作業工況分析如表1所示。

2.2壓縮式垃圾車作業工況分析

壓縮式垃圾車的基本工況包括垃圾收集、半載運輸、滿載轉運、卸料以及空載返回[3]。壓縮式垃圾車作業工況分析如表2所示。

3底盤、上裝一體化整車設計

根據環衛車上裝需求及作業工況，進行底盤與整車的一體化設計，以18t級環衛車為例，具體從以下方面展開。

3.1結構一體化

針對洗掃車和壓縮式垃圾車不同的上裝需求，進行車架的模塊化設計，并對后懸長度進行系列化開發。洗掃車底盤的后懸長度為1640mm，而壓縮式垃圾車底盤的后懸長度為1080mm。同時，根據上裝部件的安裝位置預留了車架孔位，并采用綠控TZ370XS-LKM1114電機為上裝配備了法蘭式取力器，預留了G3/8螺紋取氣口用于取電。在輔助氣罐上，預留了同規格的取氣接口，并確保氣缸、氣動離合器等所需氣壓大于0.8MPa。此外，還預留了2路CAN接口用于上裝取電，從而實現了底盤到廠即可直接安裝，減少了打孔、切割、焊接等作業流程，避免了改裝風險，提高了生產效率并降低了人工成本。洗掃車和壓縮式垃圾車的底盤設計分別如圖5和圖6所示。

3.2熱管理一體化

充分利用底盤的開發能力及配套資源優勢，統籌考慮底盤電機、電控和上裝電機電控的熱負荷需求。根據洗掃車上裝電機的散熱功率（12～13kW）、電機控制器工作溫度（≤55℃）以及電機工作溫度（≤65℃）等要求，底盤匹配300W大功率電子水泵。通過一個水泵和一個三通閥直接混水的方式，上裝工作的三通閥按照預設開度運轉，水泵按照預設功率運轉。冷凝器總成被集成到散熱器中，從而實現了底盤和上裝共用一套熱管理系統，實現了同步冷卻，減少了上裝單獨匹配冷卻模塊的要求。

3.3高壓系統一體化

上裝電機、電控系統與底盤高壓系統進行協同設計，借助底盤三電系統的優勢，底盤集成了上裝電機和電控系統。通過深度挖掘上裝系統的工作模式及工況，并根據上裝系統的運行數據，確定上裝系統的常用轉速區間及扭矩區間。采用新型扁線電機，其最大轉速在1900r/min附近，系統最大持續輸出扭矩可達300Nm以上。

3.4控制一體化

上裝控制系統與底盤控制系統進行協同設計，取消上裝的標準作業顯示、操作、控制操縱臺。底盤匹配了15.6in的中控顯示屏，并運用中控顯示一體化控制程序，集成洗掃車、壓縮式垃圾車等不同種類環衛車的標準作業整車顯示、操作、控制等各項功能界面。通過集成界面選擇對應車型，可以實現上裝作業各項動作的一體化操控，并實時了解整車作業和運行工況。傳統的上裝操控裝置如圖7所示，而控制一體化的操控界面如圖8所示。洗掃車的標準作業控制頁面如圖9所示，壓縮式垃圾車的標準作業控制頁面如圖10所示[4]。

4結論

開展純電動環衛車底盤與上裝一體化開發的總體設計與研究工作，在一定程度上扭轉了上裝只能被動適應底盤進行改裝的局面。這一改變避免了上裝在打孔、切割、焊接等作業流程中可能引發的操作隱患、承載隱患及功能隱患等問題。同時，它減少了底盤資源的浪費，降低了上裝的人工安裝成本，顯著提升了整車的生產效率及車輛品質。通過高壓系統一體化、熱管理系統一體化以及控制一體化，實現了底盤與上裝的高度集成，使得整車的綜合能耗可提升20%以上，人機交互變得更加便捷、智能和高效。