基于主軸轉速的并聯混合動力環衛車驅動方案設計探究
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摘 要：環衛車是營造良好城市環境的重要組成部分。該文闡述了并聯混合動力系統的結構和原理，探討了主軸轉速并聯混合動力系統支持下環衛車的驅動方案，旨在為相關工作人員提供理論性的參考意見，確保方案的可行性和實用性，為環衛車的創新和發展奠定良好的基礎。
關鍵詞：并聯混合動力 環衛車 驅動方案
中圖分類號：U46 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）03（c）-0031-02
隨著資源的消耗和利用，環境日益惡化，因此開發綠色能源，降低汽車能耗是新時期發展的必然要求?；旌蟿恿Νh衛車相較傳統車輛能耗低、性能好，噪聲值能控制在允許范圍內，而且對環境造成的污染較少，性能優良。良好的驅動方案是促進環衛車創新的前提，所以應優化方案設計，確保環衛車的實用性。
1 并聯混合動力系統概述
并聯混合動力驅動下的環衛車輸出動力的裝置分為電機組和發動機，變速箱負責將動力分配傳遞到液壓設備和車輪上，推動各單元模塊的協調運作。這種混合動力系統可存在于3種模式中，即為純電動模式、純發動機模式以及二者混合動力模式。一般來講，混合動力模式被應用的頻率較多，所以發動機和電機組選擇小功率即可適用。在運行過程中，兩種動力源分工明確，發動機用于在平坦路面上正常行駛，電機組可以增強爬坡或加速狀態下的動力，而且為確保車輛的持續運行，還預留了純發動機冗余驅動模式，當電氣設備出現故障或者動力源難以維持汽車正常活動時，冗余模式啟動能確保車輛運行環境的穩定性[1]。
2 基于主軸轉速的驅動方案
驅動方案要將節省能源作為設計的主要參考標準，保證驅動的穩定性。該文結合傳統驅動的特點和混合驅動的優勢提出了一種簡單的主軸轉速并聯方法，利用轉矩復合式驅動系統并聯動力源，要求電機組的轉子要與發動機的曲軸轉速達到協調一致，二者共同組建成扭矩驅動型汽車，動力源中心的轉子軸和曲軸作為整個驅動系統的主軸。將電機/發動機離合器設置為C1，發動機/電機離合器設置為C2，則實際的驅動方法如下。
首先，啟動環衛車時要將C1閉合，若發動機轉速高于電機轉速，則發動機不啟動，利用電機的低轉速帶動汽車運行，若發動機的最優轉速小于或等于電機轉速，此時將C2閉合，在0.2s的時間內將發動機控制在標準轉速范圍內驅動汽車前進。
其次，啟動發動機后，要將其控制在最佳轉速區，而且相對穩定，保證能源消耗成本的最低化。在爬坡或者加速階段，需要利用踏板控制電機提升功率水平，生成加速度帶動汽車運行。變速箱能切換檔位，所以可在提升車速的前提下保證發動機在最佳轉速環境內工作。
再次，主軸的轉速過大，已經超過最佳工作標準時需要盡量控制電機運行，暫停輸出扭矩，將動力源完全轉換為發動機，由發動機驅動環衛車運行，電機負責電池組充電，如果電池的電量難以滿足使用需求，電機則要保持在發電狀態。
然后，當汽車需要減速行駛時，不考慮主軸的運轉情況，減少發動機的供油量，電機在車輪的帶動下實現電能的儲存，當主軸的轉速開始慢慢減小，低于最優轉速區的最低點時，C2斷開，發動機關閉。
最后，當環衛車在小區內部工作時，為降低噪音避免影響居民正常休息，此時的驅動應切換成純電機，停駐后變速箱需要掛空擋，進行垃圾壓縮，然后打開取力器，由電機負責液壓設備的驅動和供能。
3 動力單元特性及參數選擇
動力單元由發動機和電機組兩部分組成，二者特性的研究及參數的確定是確保設計方案可行性的前提。
3.1 發動機特點和應用功率
該文主要研究對象為WP10型號的發動機，經過調查和統計可知：發動機在800r/min時出現怠速情況，此時的耗油量在3.78L左右。一般應用于公交車中，發動機的怠速情況占用的時間占總循環時間的30%～40%左右。對于環衛車而言，其工作內容是處理生活環境中的垃圾，由于垃圾分區域集中，所以環衛車運輸的特點為?？繒r間長且頻率高，公交車也具有相似的特點，如果環衛車每天的總工作時長為4h，怠速期間內的油耗量在4.5～6L之間，當需要提速時，發動機轉速達到1250～1600r/min時，此時的耗油量最低而且轉矩最佳，要控制在范圍內才能達到效果，若超過1600r/min對曲軸和活塞缸的內壁都有損害，會嚴重縮短設備的使用壽命，增加成本[2]。需要注意的是變速箱工作模式固定，如果發動機保持在1250～1600r/min轉速間則需要頻繁換擋，導致系統不夠平穩安全，因此轉速的范圍進可酌情擴大到1100～1750r/min之間，為模式切換提供良好的過渡環境。
混合動力做驅動的環衛車最大的優勢在于需要的燃油量較少，利用率較高，能滿足現代社會人與自然和諧發展的理念需求，還能達到環保車原有的環境保護目的。在選擇發動機的功率時滿足行駛作業的最低要求即可，也就是說在平坦的路面上能滿足車速要求，在爬坡或加速過程使用電機作為補充驅動能源皆可。發動機的功率可以表現為公式：
P1=
公式中的各項參數為：整車整備質量為17300kg;CD為風阻系數，取值0.7;f為滾動阻力系數，取值0.01～0.02;ηT為傳動效率，為0.85;A為迎風面積，為9.28m2;最高車速為umax，為90km/h。 3.2 電機特點和應用功率
現代化技術的發展改進了調速方法，優化了電機性能，成為了電動類汽車的首選動力系統，其優勢主要為體積小、調速快且成本低。通過調查和資料查閱發現電機的特點為：轉速為零時，電機啟動轉矩，克服負載力，推動電機加速運轉，當電機的轉速逐漸增強時，扭矩隨之增加然后在轉速的臨界點處達到最大值，而后轉速增強，轉矩則持續下降，最后穩定在一個固定值點，此點轉矩即為負載轉矩。當電源頻率減小時，轉速大于初始轉速，能量便出現了回饋，所以環衛車常先起步，然后加速，再減速，進入到滑行階段，然后停車，這種行駛模式能在反饋中獲取更多能量，確保節能降耗，動力充足。
轉矩公式為T=，公式中的各項參數為：K是一個常數，與電源頻率相關，屬于電機結構參數;U為電源的電壓，也是定子繞組的相電壓;R為轉子每相繞組的電阻值;X為電機保持不動狀態時轉子每相繞組的感抗。轉矩與轉所之間并無直接聯系，但是轉差率公式是S=，其中n0指電機在運行時的同步轉速，所以可以通過調節n0來實現轉矩的調節和應用。若使用的電機為變頻調速異步型，則表示可以通過控制n與n0之間的關系達到轉換發動機和電機組的目的。當n大于n0時，使用發電機;當n小于n0時，使用電機，實現同步轉速[3]。在啟動電機時，S=1，此時的轉矩為Ts=，所以電源電壓與轉矩之間成正比關系，當增加電阻時，轉矩也會隨之增大。當n=0時，轉矩達到最小值，因此電機的啟動轉矩要不小于起步阻力的扭矩值。為確保實用性，要盡量選擇變頻調速型電機，其參數能滿足工作最佳需求，與發電機更好的配合作業，達到預期設計的效果。
4 結語
總而言之，環衛車節能降耗，使用成本有所降低，而且驅動方案可行性較強，能適用于車輛驅動，確保其安全性和穩定性。為滿足人與自然和諧相處的發展理念，在未來的汽車驅動研究中還將使用更多創新性技術，在增強動力、提高性能的基礎上節能減排，保證行駛效率，為城市建設提供保障。
參考文獻
[1] 張磊.基于AMESim-simulink的混合動力載重汽車控制策略仿真研究[D].陜西理工學院，2016.
[2] 許靖.混合動力扒渣車參數匹配與控制策略研究[D].合肥工業大學，2016.
[3] 陳霞瓊.某純電動環衛車動力傳動系統參數匹配及仿真優化[D].湖南大學，2018.
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