基于主轴转速的并联混合动力环卫车驱动方案设计探究
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摘 要：环卫车是营造良好城市环境的重要组成部分。该文阐述了并联混合动力系统的结构和原理，探讨了主轴转速并联混合动力系统支持下环卫车的驱动方案，旨在为相关工作人员提供理论性的参考意见，确保方案的可行性和实用性，为环卫车的创新和发展奠定良好的基础。
关键词：并联混合动力 环卫车 驱动方案
中图分类号：U46 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）03（c）-0031-02
随着资源的消耗和利用，环境日益恶化，因此开发绿色能源，降低汽车能耗是新时期发展的必然要求。混合动力环卫车相较传统车辆能耗低、性能好，噪声值能控制在允许范围内，而且对环境造成的污染较少，性能优良。良好的驱动方案是促进环卫车创新的前提，所以应优化方案设计，确保环卫车的实用性。
1 并联混合动力系统概述
并联混合动力驱动下的环卫车输出动力的装置分为电机组和发动机，变速箱负责将动力分配传递到液压设备和车轮上，推动各单元模块的协调运作。这种混合动力系统可存在于3种模式中，即为纯电动模式、纯发动机模式以及二者混合动力模式。一般来讲，混合动力模式被应用的频率较多，所以发动机和电机组选择小功率即可适用。在运行过程中，两种动力源分工明确，发动机用于在平坦路面上正常行驶，电机组可以增强爬坡或加速状态下的动力，而且为确保车辆的持续运行，还预留了纯发动机冗余驱动模式，当电气设备出现故障或者动力源难以维持汽车正常活动时，冗余模式启动能确保车辆运行环境的稳定性[1]。
2 基于主轴转速的驱动方案
驱动方案要将节省能源作为设计的主要参考标准，保证驱动的稳定性。该文结合传统驱动的特点和混合驱动的优势提出了一种简单的主轴转速并联方法，利用转矩复合式驱动系统并联动力源，要求电机组的转子要与发动机的曲轴转速达到协调一致，二者共同组建成扭矩驱动型汽车，动力源中心的转子轴和曲轴作为整个驱动系统的主轴。将电机/发动机离合器设置为C1，发动机/电机离合器设置为C2，则实际的驱动方法如下。
首先，启动环卫车时要将C1闭合，若发动机转速高于电机转速，则发动机不启动，利用电机的低转速带动汽车运行，若发动机的最优转速小于或等于电机转速，此时将C2闭合，在0.2s的时间内将发动机控制在标准转速范围内驱动汽车前进。
其次，启动发动机后，要将其控制在最佳转速区，而且相对稳定，保证能源消耗成本的最低化。在爬坡或者加速阶段，需要利用踏板控制电机提升功率水平，生成加速度帶动汽车运行。变速箱能切换档位，所以可在提升车速的前提下保证发动机在最佳转速环境内工作。
再次，主轴的转速过大，已经超过最佳工作标准时需要尽量控制电机运行，暂停输出扭矩，将动力源完全转换为发动机，由发动机驱动环卫车运行，电机负责电池组充电，如果电池的电量难以满足使用需求，电机则要保持在发电状态。
然后，当汽车需要减速行驶时，不考虑主轴的运转情况，减少发动机的供油量，电机在车轮的带动下实现电能的储存，当主轴的转速开始慢慢减小，低于最优转速区的最低点时，C2断开，发动机关闭。
最后，当环卫车在小区内部工作时，为降低噪音避免影响居民正常休息，此时的驱动应切换成纯电机，停驻后变速箱需要挂空挡，进行垃圾压缩，然后打开取力器，由电机负责液压设备的驱动和供能。
3 动力单元特性及参数选择
动力单元由发动机和电机组两部分组成，二者特性的研究及参数的确定是确保设计方案可行性的前提。
3.1 发动机特点和应用功率
该文主要研究对象为WP10型号的发动机，经过调查和统计可知：发动机在800r/min时出现怠速情况，此时的耗油量在3.78L左右。一般应用于公交车中，发动机的怠速情况占用的时间占总循环时间的30%～40%左右。对于环卫车而言，其工作内容是处理生活环境中的垃圾，由于垃圾分区域集中，所以环卫车运输的特点为停靠时间长且频率高，公交车也具有相似的特点，如果环卫车每天的总工作时长为4h，怠速期间内的油耗量在4.5～6L之间，当需要提速时，发动机转速达到1250～1600r/min时，此时的耗油量最低而且转矩最佳，要控制在范围内才能达到效果，若超过1600r/min对曲轴和活塞缸的内壁都有损害，会严重缩短设备的使用寿命，增加成本[2]。需要注意的是变速箱工作模式固定，如果发动机保持在1250～1600r/min转速间则需要频繁换挡，导致系统不够平稳安全，因此转速的范围进可酌情扩大到1100～1750r/min之间，为模式切换提供良好的过渡环境。
混合动力做驱动的环卫车最大的优势在于需要的燃油量较少，利用率较高，能满足现代社会人与自然和谐发展的理念需求，还能达到环保车原有的环境保护目的。在选择发动机的功率时满足行驶作业的最低要求即可，也就是说在平坦的路面上能满足车速要求，在爬坡或加速过程使用电机作为补充驱动能源皆可。发动机的功率可以表现为公式：
P1=
公式中的各项参数为：整车整备质量为17300kg;CD为风阻系数，取值0.7;f为滚动阻力系数，取值0.01～0.02;ηT为传动效率，为0.85;A为迎风面积，为9.28m2;最高车速为umax，为90km/h。 3.2 电机特点和应用功率
现代化技术的发展改进了调速方法，优化了电机性能，成为了电动类汽车的首选动力系统，其优势主要为体积小、调速快且成本低。通过调查和资料查阅发现电机的特点为：转速为零时，电机启动转矩，克服负载力，推动电机加速运转，当电机的转速逐渐增强时，扭矩随之增加然后在转速的临界点处达到最大值，而后转速增强，转矩则持续下降，最后稳定在一个固定值点，此点转矩即为负载转矩。当电源频率减小时，转速大于初始转速，能量便出现了回馈，所以环卫车常先起步，然后加速，再减速，进入到滑行阶段，然后停车，这种行驶模式能在反馈中获取更多能量，确保节能降耗，动力充足。
转矩公式为T=，公式中的各项参数为：K是一个常数，与电源频率相关，属于电机结构参数;U为电源的电压，也是定子绕组的相电压;R为转子每相绕组的电阻值;X为电机保持不动状态时转子每相绕组的感抗。转矩与转所之间并无直接联系，但是转差率公式是S=，其中n0指电机在运行时的同步转速，所以可以通过调节n0来实现转矩的调节和应用。若使用的电机为变频调速异步型，则表示可以通过控制n与n0之间的关系达到转换发动机和电机组的目的。当n大于n0时，使用发电机;当n小于n0时，使用电机，实现同步转速[3]。在啟动电机时，S=1，此时的转矩为Ts=，所以电源电压与转矩之间成正比关系，当增加电阻时，转矩也会随之增大。当n=0时，转矩达到最小值，因此电机的启动转矩要不小于起步阻力的扭矩值。为确保实用性，要尽量选择变频调速型电机，其参数能满足工作最佳需求，与发电机更好的配合作业，达到预期设计的效果。
4 结语
总而言之，环卫车节能降耗，使用成本有所降低，而且驱动方案可行性较强，能适用于车辆驱动，确保其安全性和稳定性。为满足人与自然和谐相处的发展理念，在未来的汽车驱动研究中还将使用更多创新性技术，在增强动力、提高性能的基础上节能减排，保证行驶效率，为城市建设提供保障。
参考文献
[1] 张磊.基于AMESim-simulink的混合动力载重汽车控制策略仿真研究[D].陕西理工学院，2016.
[2] 许靖.混合动力扒渣车参数匹配与控制策略研究[D].合肥工业大学，2016.
[3] 陈霞琼.某纯电动环卫车动力传动系统参数匹配及仿真优化[D].湖南大学，2018.
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