洗掃車動(dòng)力傳動(dòng)技術(shù)路線分析

李溫鋒，郭佳鵬，王仁鵬

洗掃車動(dòng)力傳動(dòng)技術(shù)路線分析

李溫鋒，郭佳鵬，王仁鵬

（陜西汽車控股集團(tuán)有限公司 技術(shù)中心，陜西 西安 710200）

動(dòng)力傳動(dòng)技術(shù)是洗掃車的核心技術(shù)，節(jié)能與新能源汽車的發(fā)展對(duì)洗掃車傳動(dòng)技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。文章分類介紹了傳統(tǒng)雙發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)、單發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)、增程式混合動(dòng)力傳動(dòng)、純電動(dòng)傳動(dòng)幾種技術(shù)路線，分析了典型構(gòu)型方案的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了洗掃車的動(dòng)力傳動(dòng)路線發(fā)展?fàn)顩r。

動(dòng)力傳動(dòng)；雙發(fā)動(dòng)機(jī)；單發(fā)動(dòng)機(jī)；增程式混合動(dòng)力；純電動(dòng)

1 引言

面對(duì)日益嚴(yán)格的燃油消耗和排放法規(guī)，汽車工業(yè)正面臨著一場(chǎng)深刻的變革，在專用汽車行業(yè)，與城市管理息息相關(guān)的環(huán)衛(wèi)車首當(dāng)其沖。根據(jù)《GB17691-2018重型柴油車污染物排放限值及測(cè)量方法（中國(guó)第六階段）》，自2020年7月1日起，所有生產(chǎn)、進(jìn)口、銷售和注冊(cè)登記的城市車輛（包含環(huán)衛(wèi)車）應(yīng)符合國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)要求。為響應(yīng)“藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”，部分地區(qū)甚至已提前實(shí)施。

洗掃車是城市環(huán)衛(wèi)車的主力車型之一，屬于特種作業(yè)車，由于上裝工作部件功耗大，目前市場(chǎng)多為雙發(fā)動(dòng)機(jī)車型，而單獨(dú)驅(qū)動(dòng)上裝作業(yè)的輔助發(fā)動(dòng)機(jī)遵循非道路移動(dòng)機(jī)械內(nèi)燃機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)，目前均為工程三階段排放。2019年2月20日生態(tài)環(huán)境部發(fā)布了關(guān)于征求《非道路移動(dòng)機(jī)械用柴油機(jī)排氣污染物排放限值及測(cè)量方法（GB20891-2014）修改單（征求意見稿）》，要求2020年年底前，全國(guó)實(shí)施非道路移動(dòng)機(jī)械第四階段排放標(biāo)準(zhǔn)。這意味著傳統(tǒng)柴油洗掃車即將面臨底盤、上裝發(fā)動(dòng)機(jī)雙升級(jí)，由此對(duì)技術(shù)與成本都帶來了考驗(yàn)。為進(jìn)一步節(jié)能、環(huán)保，降低汽車油耗及排放，各環(huán)衛(wèi)廠家紛紛開始研發(fā)并推出單發(fā)洗掃車、純電動(dòng)洗掃車等，技術(shù)路線多樣。單發(fā)路線代表性的有煙臺(tái)海德的發(fā)動(dòng)機(jī)取力+機(jī)械分動(dòng)箱、福龍馬的油電解耦、中聯(lián)及徐工的靜液壓油液解耦式、陜汽的增程式混動(dòng)等路線。

2 傳統(tǒng)雙發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力傳動(dòng)技術(shù)

洗掃車工作時(shí)，一般通過液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)外擺掃盤旋轉(zhuǎn)，配以具有防撞避障功能的V型高壓噴桿噴水，組成一條大于3.5米的沖洗清掃帶，把含水垃圾驅(qū)趕到吸嘴口下方，通過風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)抽負(fù)壓，垃圾通過吸嘴及風(fēng)道抽吸到垃圾箱沉降，所吸入的氣流繼續(xù)流經(jīng)風(fēng)道通過風(fēng)機(jī)排出到大氣。通常，洗掃車還配備一套低壓大流量水路系統(tǒng)用于灑水作業(yè)，一套小流量低壓濕掃噴淋系統(tǒng)用于作業(yè)模式由“洗掃”切換到“濕掃”時(shí)噴水壓塵。由此，洗掃車除了用于底盤行走消耗動(dòng)力外，上裝直接功耗件包括風(fēng)機(jī)、油泵、高壓水泵、低壓水泵、濕掃灑水電磁泵。

由于上裝功耗件較多，傳統(tǒng)洗掃車多采用雙發(fā)動(dòng)機(jī)為整車提供動(dòng)力。底盤發(fā)動(dòng)機(jī)除了用于整車行走外，通常還要從變速箱取力口為低壓水泵輸出動(dòng)力，通過蓄電池提供的低壓電帶動(dòng)濕掃灑水電磁泵。上裝輔助發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)、高壓水泵、油泵。通常，輔助發(fā)動(dòng)機(jī)直連油泵，飛輪端輸出長(zhǎng)軸通過皮帶輪連接“串葫蘆”式驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)、高壓水泵，而高壓水泵皮帶輪內(nèi)置氣動(dòng)離合器，可實(shí)現(xiàn)輔助發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)風(fēng)機(jī)與高壓水泵實(shí)現(xiàn)解耦。如圖1。

圖1

傳統(tǒng)洗掃車雙發(fā)傳動(dòng)方式已相當(dāng)成熟，故障率低，但副發(fā)動(dòng)機(jī)排放升級(jí)后成本增加，整車布置更加復(fù)雜。同時(shí)，兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)工作，尾氣排放高，對(duì)環(huán)境影響較大，同時(shí)雙發(fā)保養(yǎng)成本較高。

3 單發(fā)動(dòng)機(jī)洗掃車動(dòng)力傳動(dòng)技術(shù)

越來越多的洗掃車研發(fā)及生產(chǎn)企業(yè)漸漸將設(shè)備的研究方向向單發(fā)動(dòng)機(jī)的配置轉(zhuǎn)變，同時(shí)進(jìn)行底盤上裝的驅(qū)動(dòng)力研究，催生了多種單發(fā)路線。

單發(fā)路線一：發(fā)動(dòng)機(jī)取力+伸縮式傳動(dòng)軸+氣動(dòng)離合器+機(jī)械分動(dòng)箱分別驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)、高壓水泵、油泵。發(fā)動(dòng)機(jī)后端全功率取力，可為上裝提供充足動(dòng)力。清掃作業(yè)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)定轉(zhuǎn)速操作，上裝工作不受底盤離合及換擋影響。煙臺(tái)海德、石煤機(jī)等環(huán)衛(wèi)廠家采用此種單發(fā)方案，整體方案經(jīng)濟(jì)性好，市場(chǎng)反饋較好。該機(jī)械分動(dòng)箱不帶離合，需給解耦的動(dòng)力裝置單獨(dú)增加離合器。一般，氣動(dòng)離合器對(duì)整車布置要求較高，通常要求安裝仰角＜1.2°，同時(shí)高轉(zhuǎn)速的機(jī)械分動(dòng)箱發(fā)熱量較大，需要考慮夏季長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)的散熱問題。進(jìn)一步地，該傳動(dòng)方式可以取消機(jī)械分動(dòng)箱，發(fā)動(dòng)機(jī)取力后通過伸縮式傳動(dòng)軸+大軸承座，通過長(zhǎng)軸相連的皮帶輪分別驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)、水泵、油泵等，大軸承座的潤(rùn)滑，散熱效果要明顯優(yōu)于普通的機(jī)械式分動(dòng)箱。

單發(fā)路線二：發(fā)動(dòng)機(jī)全功率取力+帶動(dòng)態(tài)離合分動(dòng)箱分別驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)、高壓水泵、液壓油泵，分動(dòng)箱1進(jìn)3出：液壓齒輪泵直插一輸出軸；高壓離心風(fēng)機(jī)、高壓水泵都通過皮帶輪、窄V帶驅(qū)動(dòng)。分動(dòng)箱輸出軸自帶濕式摩擦片離合器，通過電控氣實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的結(jié)合和分離，嚙合噪音較小。工作時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)定轉(zhuǎn)速操作，上裝工作不受底盤離合及換擋影響。該方案集成分動(dòng)箱成本較高，且可靠性有待市場(chǎng)驗(yàn)證。

單發(fā)路線三：底盤發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪端直連發(fā)電機(jī)，上裝由驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)的油電解耦式傳動(dòng)路線。工作時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)定轉(zhuǎn)速，發(fā)電機(jī)恒功率輸出，上裝工作穩(wěn)定，不受底盤離合、換擋影響。以驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)上裝，動(dòng)力艙布置可操作空間大，布置更方便。但油電解耦式單發(fā)較雙發(fā)車成本增加較多。福龍馬采用該油電解耦方案做過實(shí)車，車上沒有裝動(dòng)力電池，存在一定的停車起步工作缺陷。

單發(fā)路線四：斷軸取力+機(jī)械液壓式分動(dòng)箱方案。通過斷軸取力，經(jīng)機(jī)械液壓復(fù)合傳動(dòng)箱傳動(dòng)，輸出軸帶動(dòng)上裝（機(jī)械傳動(dòng)）可實(shí)現(xiàn)全功率取力。通過靜液壓箱傳動(dòng)，底盤可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速且變速范圍大，可實(shí)現(xiàn)超低速作業(yè)。高速轉(zhuǎn)場(chǎng)與低速作業(yè)時(shí)操作差異大，行走作業(yè)時(shí)操作復(fù)雜。該方案成本較雙發(fā)車型增加較大，在歐洲比較流行，國(guó)內(nèi)中聯(lián)、徐工等也在研發(fā)該傳動(dòng)方式，但需要針對(duì)國(guó)情作進(jìn)一步的改進(jìn)。

總之，綜合考慮市場(chǎng)接受度、經(jīng)濟(jì)性及法規(guī)政策，洗掃車雙發(fā)跟單發(fā)路線一段時(shí)間內(nèi)還需同步考慮，以滿足不同客戶需求，在國(guó)六排放升級(jí)及公告更新時(shí)統(tǒng)籌考慮。洗掃車需要連續(xù)穩(wěn)定作業(yè)，工作時(shí)應(yīng)不受底盤離合及掛檔等影響，上裝高功耗的單發(fā)洗掃車在傳動(dòng)路線選擇時(shí)需要統(tǒng)籌考慮，多方論證。

4 增程式混合動(dòng)力傳動(dòng)技術(shù)

圖2

考慮洗掃車主要在城市運(yùn)行，紅綠燈較多、走走停停，底盤采用電動(dòng)行駛，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能、減排。發(fā)動(dòng)機(jī)作為上裝動(dòng)力，同時(shí)作為增程器動(dòng)力，由整車控制器與上裝控制器通過CAN總線協(xié)同控制，可實(shí)現(xiàn)整車的高效，節(jié)能，環(huán)保。傳動(dòng)路線見圖2。

陜汽開創(chuàng)性地采用底盤純電驅(qū)動(dòng)及上裝增程系統(tǒng)，配合先進(jìn)的整車能源管理系統(tǒng)，大幅度提高了多種工況下的整車效率，在轉(zhuǎn)場(chǎng)、作業(yè)、運(yùn)輸?shù)榷喾N工況下均具有出色的經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性、可靠性和適應(yīng)性。具體控制原理見圖3。

圖3

由于環(huán)衛(wèi)車多為政府招標(biāo)采購(gòu)，增程式洗掃車能否發(fā)展仍受政策導(dǎo)向影響，其技術(shù)路線比較復(fù)雜，但工況適應(yīng)性好。

5 純電動(dòng)力傳動(dòng)技術(shù)

隨著城市環(huán)境的提升、藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)打響、人民群眾對(duì)美好環(huán)境的訴求，結(jié)合新能源技術(shù)發(fā)展以及環(huán)衛(wèi)車工作特點(diǎn)（城市工況、有充電時(shí)間），純電動(dòng)環(huán)衛(wèi)車市場(chǎng)潛力巨大。目前，純電動(dòng)洗掃車占整體洗掃車銷量比重3%且逐年快速增加，多城市密集出臺(tái)關(guān)于新能源環(huán)衛(wèi)車的推廣政策，深圳、鄭州等城市要求2020年環(huán)衛(wèi)車全部切換為純電動(dòng)。

目前，各環(huán)衛(wèi)廠家的純電動(dòng)洗掃車上裝技術(shù)路線類同，皆為上裝電機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)、高壓水泵、液壓油泵等。底盤技術(shù)路線差別在于電驅(qū)橋的使用，行業(yè)內(nèi)比亞迪率先采用電驅(qū)橋，這就使得其整車布置更加緊湊，軸距與整車長(zhǎng)度比同類廠家短，但犧牲了部分上裝容積。而多數(shù)底盤廠家的路線均為“電機(jī)+AMT變速箱+傳動(dòng)軸+傳統(tǒng)后橋驅(qū)動(dòng)”的方式，該方式能實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)底盤的較大通用化率。較特殊的，宇通的純電動(dòng)底盤電機(jī)后置驅(qū)動(dòng)后橋，同樣為整車節(jié)省了空間，整車軸距較短。

而作為未來環(huán)衛(wèi)的發(fā)展方向—無人駕駛，純電動(dòng)控制向無人駕駛方向轉(zhuǎn)化更容易。用5G+AI創(chuàng)新變革傳統(tǒng)環(huán)衛(wèi)行業(yè)成為未來大趨，基于5G+環(huán)衛(wèi)機(jī)器人AI大腦，將具備超強(qiáng)的智慧力和安全性、超快的信息響應(yīng)與數(shù)據(jù)交互能力、超高的集群協(xié)同效率和作業(yè)能效。

6 結(jié)語

在市場(chǎng)與技術(shù)發(fā)展的雙向作用下，未來幾年，受政策導(dǎo)向、各地政府財(cái)政情況差別等影響，環(huán)衛(wèi)車技術(shù)路線將呈現(xiàn)“百花齊放”的態(tài)勢(shì)，柴油單/雙發(fā)、純電動(dòng)都有其各自市場(chǎng)，混合動(dòng)力有其技術(shù)優(yōu)越性，但能否發(fā)展仍受政策及各廠家推廣力度影響。而面向未來，公共服務(wù)的洗掃車必然是率先孵化的無人駕駛領(lǐng)域之一，行業(yè)的創(chuàng)新變革正在發(fā)生，且將影響每個(gè)人的未來生活。

[1] 徐達(dá).專用汽車構(gòu)造與設(shè)計(jì)[M].北京:人民交通出版社,2008.

[2] 徐向陽(yáng).節(jié)能與新能源汽車傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展[J].汽車安全與節(jié)能學(xué)報(bào),第8卷第4期,2017年.

Analysis of the technical route of the power transmission of the sweeper-washer vehicle

Li Wenfeng, Guo Jiapeng, Wang Renpeng

( Shaanxi Automobile Holding group co. LTD., Technology center, Shaanxi Xi'an 710021 )

The power transmission technology is the core technology of the sweeper-washer vehicle,the development of energy-saving and new energy vehicles presents a new challenge to the transmission technology of the sweeper-washer vehicle. This paper introduces several technical routes of traditional double-engine drive、single- engine drive、hybrid drive and pure electric transmission,the advantages and disadvantages of typical configuration schemes are analyzed,the development status of the power transmission route of the sweeper-washer vehicle is presented.

Power transmission; Double-engine drive; Single- engine drive; Hybrid drive; Pure electric transmission

U462.1

A

1671-7988(2019)18-117-03

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1671-7988(2019)18-117-03

李溫鋒，就職于陜西汽車控股集團(tuán)有限公司技術(shù)中心。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.18.039