混合動力專用車底盤的技術路線及前景分析

摘要：混合動力汽車結合了傳統驅動系統和能量存儲系統，利用內燃機和電機來驅動車輛，是傳統汽車向純電動汽車過渡的重要橋梁，在如今電動汽車全球大爆發的背景下[1]，電機、電池、電控系統配套資源逐漸完善，混合動力專用車底盤可以很好地解決專用車底盤改裝成本高、排放污染嚴重、專用車低速行走和發動機高速大功率取力的矛盾，因此其底盤會迎來高速增長期。

關鍵詞：混合動力汽車;混合動力專用車底盤;大功率取力

中圖分類號：U461 收稿日期：2024-02-15

DOI：1019999/jcnki1004-0226202408006

1 研究背景

隨著我國城鎮化快速發展，一線、二線和三線城市對專用車的需求量越來越大，如掃路車、洗掃車、除雪車、灑水車、道路污染清除車、道路標線車等。但隨著專用車輛的增加，尾氣污染的問題也日益突出，為此，國務院發布了《打贏藍天保衛戰三年行動計劃的通知》，要求加強非道路移動機械和船舶污染防治，生態環境部根據要求發布了《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（中國第三、四階段）》修改單，自2022年12月1日起，車載副發柴油機必須達到非道路IV階段的排放水平。非道路IV階段發動機較非道路Ш階段增加了尾處理系統，占用專用車上裝空間進一步增加，且發動機成本增加約2萬元。

目前，國內沒有針對專用車領域開發出一款成本低、油耗少、污染輕、不占用上裝空間且性能適合于專用車的底盤。以掃路車為例，掃路車工作時需要底盤低速行走且需要發動機高速大功率輸出動力，帶動風機、水泵等專用裝置工作。專用底盤低速行走和發動機高速大功率輸出是一對矛盾。

傳統解決方案是在駕駛室后邊增加一個非道路Ш階段副發動機驅動風機和水泵工作，但是兩個發動機油耗增大、環境污染嚴重，使用維護成本高；兩個發動機同時工作，噪音污染對駕駛員身體傷害較大；副發動機及散熱器等附件占據較大空間，使掃路車上裝布置空間緊張（圖1）。鑒于以上缺點，近年來出現了單發方案，其中以一軸取力和斷傳動軸取力為主，但一軸取力需要保持底盤發動機高轉速，油門不宜頻繁調整，因此車速不好控制，一擋換二擋時發動機高速旋轉，易導致離合器過早磨損，影響車輛使用性能；斷軸取力由于動力輸出靠后，影響整車布置，且改裝費用較高，需要6～7萬元。因此單發掃路車并未在市場上完全推廣開。

通過以上分析，專用車企業為了得到可邊低速行走邊大功率取力的底盤，都需要在采購之后對底盤進行改裝，但改裝存在諸多缺點，比如增加整車成本、增加整車質量、占用整車空間、降低整車可靠性等。

2 混合動力專用車底盤技術路線介紹

目前，國內電機、電池、電控等三電系統配套資源逐漸完善，電機有弗迪動力、方正電機等，電池有寧德時代和比亞迪等，電控有英博爾、華為等。根據國內新能源汽車如火如荼的發展趨勢和日趨成熟的配套體系，針對現有專用車底盤領域的技術不足，提出一種混合動力專用車底盤，僅用一臺發動機，不需要再安裝副發動機就可解決專用車底盤低速行走和發動機高速大功率取力問題。一臺發動機減小整車質量，降低油耗，減輕了環境污染，增加了上裝空間，同時改裝廠不需要改裝底盤，采購底盤后可直接用于安裝上裝。

混合動力專用車底盤由以下主要零部件組成：發動機1、兩擋分動箱2、傳動軸3、發電機4、鋰電池組電源和BMS智能管理系統5、永磁驅動電機6、前轉向驅動橋7、后驅動橋8、車架9等組成，見圖2。

1.發動機 2.兩擋分動箱 3.傳動軸 4.發電機 5.鋰電池組電源和BMS智能管理系統 6.永磁驅動電機 7.前轉向驅動橋 8.后驅動橋 9.車架

底盤布置方式：發動機1安裝于前轉向驅動橋上方的車架上，兩擋分動箱2內部集成離合器，安裝于發動機飛輪殼端，替換與傳統底盤（圖3）發動機相連接的變速箱。兩擋分動箱前端通過傳動軸3與前轉向驅動橋7連接，兩擋分擋箱后端與發電機4連接，發電機通過線束與鋰電池組電源和BMS智能管理系統5相連接，鋰電池組電源和BMS智能管理系統通過線束與永磁電機6連接，永磁電機與后驅動橋8連接。

底盤工作模式：兩擋分動箱2動力輸入軸27與發動機的動力輸出軸（飛輪盤）相連，發動機動力直接輸入分動箱。分動箱內設有兩個離合器25和26，根據不同工況，離合器分離或結合輸出動力，見圖4。當發動機起動時，變速箱兩個離合器25、26分離，發動機與分動箱負載斷開，發動機可在無負載狀態下起動。當專用車專用裝置工作時，此時車輛需要低速行駛，發動機需要大扭矩輸出，離合器25結合，輸出口22驅動設備（風機）工作，輸出口23驅動發電機發電，給鋰電池組電源充電，鋰電池組電源給永磁電機供電，驅動后驅動橋行駛，輸出口25作為輔助動力輸出口。當專用裝置不工作時，專用車在公路快速行駛，離合器25和離合器26均斷開，由鋰電池組電源驅動電機帶動后驅動橋行駛，當車速達到60 km/h時，或者鋰電池組饋電時，離合器26結合，分動箱通過傳動軸7直接驅動前轉向驅動橋，增加傳遞效率，降低油耗。

21～24.四個動力輸出口 25、26.兩個分動箱離合器 27.分動箱輸入軸

28.飛輪殼連接盤 29.分動箱殼體 30～36.傳動齒輪

3 混合動力專用車底盤具體實施方案

a.實施例1。如圖3所示，傳統專用車底盤由發動機、變速箱、傳動軸、前轉向橋、后驅動橋、車架等組成，上裝工作時，底盤只負責低速行駛，不能為上裝提供大功率動力輸出，因此專用車廠家采購回底盤后，必須對底盤進行改造，如加裝副發動機或者斷開傳動軸增加分動箱，通過以上方式為上裝工作提供大功率動力輸出。

b.實施例2。如圖1所示，以傳統專用車以掃路車為例，掃路車在原專用車底盤上增加了副發動機驅動工作裝置（風機）工作。工作時，底盤發動機以低轉速小功率驅動車輛行走，副發動機以高轉速大功率驅動工作裝置（風機）工作。兩臺發動機同時工作噪音大，底盤發動機沒有在最佳油耗工作區間工作，百公里行駛里程油耗大，副發動機和相應的散熱系統侵占了上裝空間，降低了整車空間利用率，增加了整車重量。

c.實施例3。本技術提供的混合動力專用車底盤如圖2所示。

發動機1安裝在車架9前方，兩擋分動箱2內部集成離合器，安裝于發動機飛輪殼端，替換與傳統底盤發動機相連接的變速箱。

如圖4所示，兩擋分動箱由以下部分組成：21、22、23、24四個動力輸出口，25、26兩個分動箱離合器，27分動箱輸入軸，28飛輪殼連接盤，29分動箱殼體，30、31、32、33、34、35、36等傳動齒輪。

飛輪殼連接盤28直接與發動機1的飛輪殼相連，分動箱2動力輸入軸27與發動機1的動力輸出軸相連，發動機1動力直接輸入分動箱2，帶動齒輪30、31、35、36旋轉，離合器25、26，根據不同工況分離或結合，為專用裝置和車輛行走提供動力。

發動機1起動時，僅齒輪30、31、35、36旋轉，變速箱兩個離合器25、26分離，發動機與分動箱負載斷開，發動機無負載起動。

如表1所示，以某型發動機外特性表為例，此發動機在1 500～1 900 r/min為最佳工作區間，此時油耗較低輸出的扭矩和功率較大。當專用車輛（如掃路車）在工作模式時，專用車底盤的發動機標定在1 500～1 900 r/min區間工作，可最大程度發揮本款柴油機的燃油經濟性，而傳統專用車輛由于存在升擋和降擋，發動機轉速忽高忽低，油耗較高，燃油經濟性較差。

以換裝混合動力專用車底盤的掃路車為例，當掃路車清掃作業時，按下工作按鈕，離合器25結合，發動機轉速調至1 800 r/min，齒輪32、33、34被帶動旋轉，相應的22、23、24動力輸出口輸出動力，輸出口22驅動設備（風機）工作，輸出口23驅動發電機4發電給鋰電池組電源5充電，鋰電池組電源5給永磁電機6供電，驅動后驅動橋8行駛，輸出口24作為輔助動力輸出口，可連接液壓泵等動力源，為其他專用裝置提供動力，如掃刷、滾刷、高壓水泵等。

當換裝混合動力專用車底盤的掃路車結束清掃作業，進入公路行駛模式時，清掃作業時儲存在鋰電池組電源5里的電能可以給永磁電機6供電，驅動后驅動橋8使車輛行駛，此時發動機熄火，離合器斷開，車輛以純電模式行駛。

當鋰電池組電源5電量剩余50%時，發動機1重新起動為鋰電池組電源5充電（為降低動力浪費，風機等專用裝置需要設置離合器，非工作狀態，離合器斷開）。當車速達到60 km/h，離合器25斷開，離合器26結合，分動箱輸出口21輸出動力，通過傳動軸3直接驅動前驅動橋7，使車輛行駛。此模式提高了傳遞效率，降低了油耗。遇到特殊工況也可實現四輪驅動。

工作模式和控制邏輯圖見圖5。

4 結語

本文的實施案例說明了混合動力專用車底盤的技術路線構思及特點，其目的是在于讓本領域內的技術人員能夠了解此技術路線的內容，并展開實施。技術人員可根據實際工況對此技術路線進行優化改進，使混合動力專用車底盤得到更好的發展。

參考文獻：

[1]吳梅林，吳天元，劉志宏混合動力汽車產業發展現狀及趨勢[J]汽車實用技術，2022（3）：191-195

作者簡介：

任浩，男，1989年生，工程師，研究方向為汽車設計。