基于大數據分析下最低能耗設計的新能源環衛車技術應用

【摘" 要】隨著國家頒布的各項推動新能源汽車發展政策的落地，以及近幾年新能源汽車技術突飛猛進的發展，從政策和技術層面進行雙向驅動，使得環衛車逐步由傳統燃油車向新能源車轉變。作為商用車客戶最關心的經濟效益，如何盡可能降低整車能耗成為各家環衛企業高度重視的問題。以某18t環衛車底盤開發為例，基于后臺數以百輛的環衛車運行數據，分析車輛行駛速度占比、能耗分布占比等，從車輛硬件、軟件兩方面進行優化，以便盡可能地降低車輛的運行能耗，從而為客戶創造更大的經濟效益。

【關鍵詞】大數據；能耗；硬件；軟件

中圖分類號：U469.72" " 文獻標識碼：A" " 文章編號：1003-8639（ 2024 ）04-0015-04

Technology Application of New Energy Sanitation Vehicle with

Minimum Energy Consumption Design Based on Big Data Analysis

ZHAO Binliang，YANG Weihao，XIA Jingwu，HE Xing，LI Qian

（Changsha Zoomlion Environmental Industry Co.，Ltd.，Changsha 410221，China）

【Abstract】With the implementation of various policies issued by the country to promote the development of new energy vehicles，as well as the rapid development of new energy vehicle technology in recent years，bi-directional driving has been carried out from the policy and technical levels，gradually transforming environmental sanitation vehicles from traditional fuel vehicles to new energy vehicles. As the most concerned economic benefit for commercial vehicle customers，how to minimize vehicle energy consumption has become a highly valued issue for various environmental sanitation enterprises. Taking the development of an 18 ton sanitation vehicle chassis as an example，based on the operation data of hundreds of sanitation vehicles in the background，this paper analyzes the proportion of vehicle driving speed and energy consumption distribution，and optimizes the vehicle hardware and software to minimize the operating energy consumption of the vehicle and create greater economic benefits for customers.

【Key words】big data；energy consumption；hardware；software

近幾年新能源汽車發展很快，在乘用車新車銷量中新能源汽車占比已經接近40%，作為商用車應用的一個細分市場，環衛車市場中新能源汽車銷售占比也已經達到7.7%。2023年2月3號工業和信息化部、交通部等8個部門正式印發《關于組織開展公共領域車輛全面電動化先行試點工作的通知》。隨著一系列政策的頒布，可以預見接下來新能源環衛車市場將擺脫前幾年緩慢增長態勢，將會成跨越式增長，因此各家環衛車企將會面臨越來越激烈的競爭，企業會更關注高性價比車輛的開發，而作為高性價比車輛很關鍵的一點，車輛使用能耗能夠降低多少將成為企業競爭的關鍵。現就我司一款18t純電環衛車底盤基于大數據分析下最低能耗設計方案進行歸納與分析，本研究從車輛硬軟件方面盡可能優化，降低車輛運行能耗，從而為客戶提供更具性價比的產品。

1" 大數據分析

1.1" 后臺車輛運行速度分析

通過調取后臺33個城市，104輛18t純電洗掃車，總計運行1361天數據進行大數據分析，得出純電動洗掃車在一整天運行過程中車輛速度占比分布，見表1。

根據表1，可以看出洗掃車普遍在低速下運行，30km/h以下車速運行時間占比達到90%，因此在洗掃車底盤設計，驅動電機的選取應該盡可能讓高效區間向低轉速偏移，以提高整體驅動運行效率，進而降低驅動電機運行能耗。

1.2" 后臺車輛電量消耗分析

通過調取后臺數據，對純電環衛車每日電量消耗統計如表2所示。

根據表2可以看出，按照季節來劃分，冬天運行耗電高，同一耗電量冬季占比最低，因此如果要滿足全國80%客戶不分春夏秋冬使用需求，與以前車輛相比在不考慮降低能耗技術應用前提下，車輛的電量匹配不能低于214×（1+10%）=235kW·h。其中，10%是每次工作完成后剩余最低電量，以保證車輛可以安全返回以及保證電池安全。

1.3" 后臺車輛每日工作距離及停車次數統計

通過后臺數據分析，洗掃車每日運行距離普遍都很短，但是停車次數很高，相關數據統計如表3所示。

從表3數據中可以得出：洗掃車運行車速低，停車多，相應制動會比較頻繁，因此需根據該工況優化打氣泵控制策略，保證安全條件下打氣泵盡可能少開啟；另停車等待比較多，轉向電機也需要進行優化，保證安全條件下盡可能少開啟。通過采用盡可能少量開啟主要用電器件的策略以達到降低能耗的目的。

2" 方案設計

2.1" 動力總成選擇

依據大數據分析，4～30km/h范圍內車速作業時間占整個洗掃車作業時間的90%，因此期望動力總成高效區間可以覆蓋4～30km/h車速運行范圍，因10km/h運行車速作業時間占整個洗掃車作業時間的47%，故期望動力總成最高效轉速點落在10km/h運行車速附近。為了兼顧成本、動力與效率，選擇單電機+2擋變速器方案[1]，已有參數匯總如表4所示。

通過計算得：10km/h車速對應電機轉速為10×6.166×3.24/0.377/0.486=1090r/min；4km/h車速對應電機轉速為4×6.166×3.24/0.377/0.486=436r/min；30km/h車速對應電機轉速為30×6.166×3.24/0.377/0.486=3270r/min。因此驅動電機選擇可覆蓋轉速在400～3500r/min高效區間的電機，通過對選取的電機進行仿真分析，得出轉速與扭矩關系MAP圖，如圖1所示。

雖然最高效區間并未在1000r/min附近，若要使拐點進行偏移需更改電機電磁設計，時間長、代價高，考慮到整體高效區間落在400～3500r/min范圍內，因此該電機滿足要求。

2.2" 輕量化設計

電池包托架作為電池的安裝固定件對強度、可靠性要求很高，因此行業內普遍都設計得很結實，整個電池包托架做得很重。分析某競品18t純電動車電池包托架，不僅整個框架橫梁、縱梁用了60×60×5的冷彎空心方管，前后還加了斜撐，以提高制動、加速整體框架穩定性[2]。考慮到洗掃車運行車速低，道路平整，電池包托架可取消前后斜撐以及型材可以適當降低規格，因此新設計電池包托架采用60×60×4的冷彎空心方通。新設計電池包托架與競品電池包托架模型對比如圖2所示。

對2個電池包托架進行CAE仿真分析，分析如下所述。

1）2倍電池質量下，新設計與競品電池包托架應力、應變對比情況如圖3所示。結果表明：2倍電池質量下，2個電池包托架受力、變形數值相近。

2）行車方向提供0.65g的慣性加速度下應力、應變對比仿真分析如圖4所示。

在縱向受力和變形方面，競品要比新設計電池包托架小很多，綜合考慮洗掃車良好的工況特性，該受力跟變形能夠接受。電池包托架經過輕量化設計后，相比競品電池包托架，整體質量降低35%。

2.3" 軟件優化

2.3.1" 打氣泵、轉向電機控制策略優化

打氣泵、轉向電機控制策略優化見表5。拓寬氣泵啟停氣壓區間，避免氣泵頻繁啟動；只有松掉手剎或者掛在D、R擋，油泵才工作。

2.3.2nbsp; 水泵、風扇開關策略優化

水泵、風扇開關策略優化見表6。根據電機、電控散熱要求，在允許范圍內，水泵風扇開啟溫度提高5℃，避免水泵、散熱風扇頻繁開啟。

2.3.3" 能量回收策略優化

將能量回收取消的車速由8km/h降低至3km/h左右，通過策略優化實現所有擋位下均能回收，包括N、R、D以及擋位切換期間[3]。全工況回收策略如圖5所示。

3" 樣車對比測試

經過一系列軟硬件優化，新設計洗掃車底盤能耗相比競品能耗會有一定幅度的降低，為了驗證降低的比率，故生產了一臺樣車跟競品車輛做對比測試。

1）加配到相同車重條件下在試驗場相同工況下進行等速測試，測試數據見表7。

2）滿載條件下，在客戶實際作業道路按照客戶作業車速進行測試，其測試數據見表8。

在總質量相同的條件下，我司底盤比競品底盤能耗低12.1%，如果考慮到輕量設計，在滿載條件下，我司車要比競品車輕，整體能耗相比競品車低18.1%。

4" 總結

因新設計底盤能耗相比競品低18.1%，新一代洗掃車上裝加裝智能垃圾識別系統后，上裝能耗可降低約20%，因此整機能耗相比原先車型整體降低約20%，所以新款18t洗掃車配置的電池電量可減少至235×（1-20%）=188kW·h。電池成本占純電底盤成本近40%，電量的降低會帶來明顯的成本增效。依靠大數據分析，通過采用降低電量、降低質量、優化動力總成、軟件策略優化等方式，不僅能降低車輛成本，而且可以提升效率，能為客戶降低運營成本，從而提升了產品競爭力。

參考文獻：

[1] 夏靖武，郝明亮，梅周盛，等. 兩檔純電動汽車性能仿真與換擋策略優化[J]. 汽車電器，2020（7）：30-33.

[2] 張志遠，葉新偉，鄭樂堂. 某混動輕卡電池托架的結構的優化設計[J]. 電子世界，2021（1）：146-147.

[3] 王自強，嚴運兵. 純電動商用車能量回收策略優化[J]. 農業裝備與車輛工程，2024，62（1）：39-44.

（編輯" 凌" 波）