電動清掃車輛動力系統研究

摘? 要：清掃車作為眾多生活垃圾處理車中的一種，在當前已經得到了廣泛應用。我國在“十二五”規劃中明確提出“節能減排”要求，汽車行業的戰略重點向著新能源汽車方向不斷發展。作為新能源汽車的急先鋒，電動汽車無疑被社會各界給予了厚望，當前新能源車輛逐漸的在清掃車輛中得到應用。基于此，對電動清掃車開展研究具有重要意義，本文主要分析了電動清掃車輛動力系統，研究在主副電機驅動行走模式下，清掃車輛雙驅動的動力系統，以期為電動清掃車輛動力系統研究提供參考。

關鍵詞：電動清掃車輛;動力系統;分析

中圖分類號：U469.691? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：2096-6903（2020）02-0000-00

0 引言

隨著我國城市化進程的不斷加快，各地區公共場所大量增加，這導致環境清掃工作日趨繁重。當前我國的環衛清掃工作與發達國家相比，機械自動化程度低，甚至部分地區還停留在依靠“一把掃帚”的工作模式。因此，未來環衛清掃工作的發展趨勢必然是以機械化程度較高的清掃設備代替傳統人工。清掃車輛作為一種新型的高效清掃設備，在許多城市已經成為日常環境清掃的主力軍，清掃車經過多年的發展，已經從單一的清掃模式發展到多種形式共存的發展模式。基于動力系統不同，能夠將清掃車輛分成純電動模式、發動機模式、混合動力模式等。

1 電動清掃車輛動力系統

1.1 單電動機驅動

在清掃車輛的動力系統中，單電動機驅動主要是采用單電機來驅動車輛，進行日常的作業和行走，其電動機輸出動力是利用機械傳動裝置，將動力傳遞給作業系統和行走系統，該動力系統主要應用于行駛道路較為平穩的中小型電動清掃車輛。該驅動模式的清掃車輛的動力系統主要采用機械傳動[1]。研究發現作業系統執行結構與電動機轉速兩者之間呈現線性關系。清掃車輛在該作業系統下對于清掃車的工作效率將會產生嚴重影響，尤其是清掃車輛在復雜的路況進行作業和行走時，對于清掃效果影響更大，再加上分動裝置復雜，所以如果受到撞擊或是震動時，將會非常容易損壞，難以保證其可靠性[2]。

1.2 主、副電機分別驅動的動力系統

清掃車輛中的作業系統和行走系統分別由主、副電機的電力系統驅動，主電動機是為了驅動車輛行走，車輛的作業系統專門配備電機，用以驅動作業系統開展清掃工作。因此，車輛的主電機與副電機之間，分別驅動車輛的行走系統和作業系統，清掃車輛的兩個系統之間互相獨立，互不影響。如圖1所示的主、副電機分別驅動模式下的清掃車動力系統。

1.3 驅動電機參數

在非清掃狀態下，當電動清掃車以最高速度行駛時，忽略坡道阻力和加速阻力得到電動清掃車功率平衡方程如下：

式中，是最高車速行駛時驅動電機的功率，是機械傳動系統總效率，G是整車總重，f是滾動阻力系數，是風阻系數，A是迎風面積，是清掃車車速。通過計算得到電動清掃車在滿載時以最高車速行駛時，作業電機的額定功率為：。

當電動清掃車以某一恒定低速度爬坡時，忽略空氣阻力和加速阻力，得到電動清掃

車功率平衡方程如下：

式中，是低速爬坡時的功率，i是道路坡度。通過計算得到電動清掃車在滿載時以恒定低速洲爬坡度的坡時，作業電機的額定功率為。電動清掃車的行駛驅動電機，額定功率為4.0，額定轉速為2000，最高轉速為3800。

2 電動清掃車輛的使用

清掃車的使用工況可分為行走工況和作業行駛工況兩種。一輛電動清掃車，每天的車速隨時間變化。對曲線數據進行分析統計可知，在清掃車開展日常行走過程中，其車輛的行駛速度大約在30～60km/h，最高在70km/h，因此，為了滿足電動清掃車輛在日常行走時的需求，電動機的高效區需要選擇在高速區。但是因為在作業行駛工況時，電動清掃車的車速平均為14.2km/h，而此時的車輛行駛工況在電機低速區。所以，如果采用單電機驅動動力系統，將會出現電動清掃車輛動力系統無法同時兼顧行走和作業的情況[3]。

3 主副電機驅動行走模式下，清掃車輛雙驅動的動力系統

通過分析上述情況，對一種新的電動清掃車輛的動力系統進行分析。

3.1 動力系統的機械構成

電動清掃車輛的動力系統的行走電機以及作業電機，分別驅動著作業系統和行走系統，同時還在車輛中增加了分動箱。其主要目的是為了在車輛作業電機休息時，可以通過耦合裝置將行走電機和作業電機的動力進行耦合。以此來共同驅動行走系統，使得電動清掃車輛的行走速度得到良好提升。電動清掃車輛的控制系統協調兩臺電機，使電動清掃車輛能夠具備同時行走和作業能力。當選擇清掃車輛的電機時，其行走電機只需滿足日常作業時的低檔車速即可。如果電動清掃車輛處于純行走狀態下，那么高擋車速的動力差可以利用作業電機來進行補充，因此行走電機使用較小的電機，這樣成本會更低，如圖2所示：

該清掃車輛在作業模式下，分動箱不會選擇從作業電機中取力，在此模式下，力傳遞裝置將會關閉，此時作業電機會帶動電動清掃車輛的作業系統進行工作。行走電機帶動行走系統進行行走。所以，該電動清掃車輛的兩個系統在此時呈現出獨立狀態，分別驅動兩個系統進行運作。在行走模式下，作業系統會停止工作。分動箱取出作業電機的動力后，電動清掃車輛會通過耦合裝置與行走電機相耦合，并利用變速箱促使行走系統開展行走[4]。

3.2 驅動系統的機械結構

電動清掃車輛動力系統采取齒輪箱的機械結構如圖3所示。作業電機的14分動箱齒輪呈現為連接狀態，13分動箱齒輪、2分動箱齒輪以及4、11分動箱兩輸出軸則是通過軸承來進行連接，11分動箱輸出軸、5耦合裝置齒輪則是利用耦合7齒輪來進行連接，利用離合器驅動行走系統。除此之外，該電動車輛的機械結構中，還包含了潤滑系統、冷卻系統、軸承以及密封等，以此來實現電動清掃車輛的眾多系統功能。

3.3 驅動系統的控制策略

如圖4所示，該圖是搭載本動力系統的電動清掃車輛系統圖。該系統可以將其分為控制系統子系統、能量供給子系統以及電力驅動子系統三個系統。其中的電力驅動子系統是該電動清掃車輛的動力系統中的核心部件，其主要由驅動電機、電子控制系統、機械傳動裝置、功率轉換器等部件組成。而本動力系統的控制策略，則是以原有的控制策略為基礎，清掃車的控制單元VCU要控制作業電機的行走和行走電機的轉速，以此來使兩者之間能夠匹配，實現其耦合后，來驅動行走系統。該控制方法已成為當前新能源汽車控制策略中的一項十分成熟的技術。除此之外，VCU除了可以依據駕駛員的駕駛意圖，將動力電池中的能量向電機驅動車輛的作業系統、行走系統進行轉移，還可以在電動清掃制動時，實現再生制動[5]。

4 結語

綜上所述，本文對電動清掃車動力系統進行深入分析，并介紹一種新型動力系統。該新型動力系統在以往的電動清掃車輛的動力系統下增加分動箱，在不作業時將動力取出，并通過耦合裝置將行走電機和作業電機動力進行耦合，實現行走系統的共同驅動。在該電動清掃車輛的動力系統中，行走電機只需滿足車輛的低車速工況，而在車輛進行高速行走時，可以利用作業電機補充動力差，相較于已有電動清掃車輛的動力系統，該新型動力系統更加易于實現，且總成本更低。

參考文獻

[1] 馬春生，王寬，紀清鑫.基于ADVISOR的純電動清掃車動力系統的仿真研究[J].裝備制造技術，2018（9）：228-230.

[2] 白剛.某小型電動清掃車動力系統的設計與仿真分析研究[J].科技創新與應用，2016（36）：21-22.

[3] 曹金龍.太陽能空調系統在純電動清掃車上的應用探討[J].汽車工業研究，2017（1）：60-63.

[4] 李冰，劉娜，王登強.電動清掃車輛動力系統的研究[J].職大學報，2017（2）：79-81+92.

[5] 嚴萍華.電動清掃車的總體設計以及動力系統的研究[D].南京：南京理工大學，2012.

收稿日期：2020-01-06

作者簡介：石銀宏（1999—），男，寧夏石嘴山人，本科在讀，研究方向：車輛工程。