油电混合动力环卫车底盘开发的探讨

黄刚

摘要：随着当今汽车电气化、智能化、网联化和共享化的发展趋势，创新电动汽车的发展日新月异。汽车底盘由于车辆的动力学特性也需要实现技术创新。汽车是人们交通出行的重要支撑，在汽车生产过中，底盘设计至关重要。科学合理进行汽车底盘总体布局，能够有效的提升汽车出行效率和质量，满足人们生产生活需要。本文在简要概述油电混合动力车的基础上，对油电混合动力环卫车底盘控制系统展开一定分析。

关键词：油电混合动力;环卫车;底盘;技术

1 引言

作为最伟大的一项工程技术发明，汽车为社会经济与技术的发展，做出了极为重要的贡献。随着汽车产品需求的日益增长，其日益凸显出的严峻的交通、环境和能源问题，需要人们科学、合理、快速的解决。因此，混合动力电动汽车的发展，备受社会各界的关注。陕汽集团在2010年启动了SX5256DH434PHEV型混合动力环卫车研制项目，填补了国内混合动力重型汽车设计的空白，对国内以后的混合动力汽车发展有着重要的借鉴和推动作用。

2 混合动力电动汽车动力系统

目前国内混合动力电动汽车的分类大体上依据工信部2010年发布的汽车行业标准QC/T837-2010来进行分类。该标准分类的角度是从动力系统机构、混合度、以及外接充电能力进行分类。相关的论文有很多，在此只进行一些简单的讨论：

从动力系统机构上混合动力汽车分为三类，分别为串联式（SHEV）、并联式（PHEV）以及混联式（SPHEV），其中串联式是燃油发动机用于发电，由电动机驱动;并联式更接近于传统汽车，发动机可以直接通过机械传动系统驱动汽车，也可以由电动机驱动汽车。而混联式则是并联式结合了串联式，比并联式多了一个发电机。发动机的一部分功率传递给了驱动轮，另一部分传递给发电机用于发电。

而依据混合度进行分类在行业标准中分为微混、轻混、重混（强混）。而在车辆行业的论文以及文章中也有将混合度分为四类的，微混也常常被称为弱混。这些分类方式的依据是电机峰值功率和总功率的比值。行业标准指出：当电机峰值功率大于百分之30，且能够独立驱动汽车时，可以称为重度混合。

利用外接充电能力进行分类则是将混合动力汽车简单的分为外接充电型和非外接充电型。

值得一提的是，插电式混合动力系统的电机功率较高，比纯电动汽车略小，按照标准应该将其归于重度混合，而实际上往往分开讨论插电式混合动力汽车与普通混合动力汽车，所以重度混合动力汽车在一些文章里均代表了重度混合的普通混合动力汽车，并未包含插电式混合动力汽车。

3 轮毂电机

轮毂电机可以实现左右轮/前后轮独立控制，所以，可以通过控制电机扭矩来提升ABS、TCS、ESC的性能水平。并且由于电机的高响应性，接近零延迟响应的特性可以实现车辆敏锐的控制，轮毂电机给整车性能的影响也是巨大的。

3.1 缩短制动距离

由于采用电机控制几乎没有延迟，侧滑控制精度大大提升，可以缩短停止距离，在50km/h车速，摩擦系数μ≈0.1路面上时，集成轮毂电机的制动距离缩短了6m，占7%左右。

3.2 降低对制动器的需求

由于电机本身也能产生制动力，因此制动分担的部分也可以减小。并且，轮端的电机控制没有延迟，制动起效延迟也会减小。

3.3 轮毂电机对整车牵引力控制系统的影响

由于轮毂电机的高响应性特性以及能够区别与传统动力总成，可以左右轮分别控制的特征，在理论上可以提高低附路面的汽车加速性能。并且通过左右轮单独控制，可以使得整车的平摆变化减少，从而使车辆可以更加稳定的直线行驶。在0～100km/h加速过程中，在摩擦系数μ≈0.1路面上时，集成轮毂电机整车的所需时间少用0.5秒，占加速性能3%左右。

3.4 集成轮毂电机，可以补正不足转向和过度转向

在转向不足的过程中，整车控制系统通过给右后侧轮胎分配扭矩，可以驱动整车沿着右侧正确道路行驶。在转弯过度危险的过度转向过程中，给右后侧轮胎分配扭矩，可以驱动整车沿着左侧正确道路行驶。

3.5 依靠接地面驱动力控制来进行车辆姿势的控制

由于轮毂电机与传统动力总成的驱动力作用点位置不同，轮毂电机驱动力作用点在轮胎的接地点。因此，通过上下分力的控制，如果活用在前后轮上的话就可以控制俯仰，如果活用在左右轮上的话就可以控制侧倾。因此，通过轮毂电机的转矩分配可以控制车辆姿势/舒适性。对于4轮驱动的整车构架，车辆姿态控制效果更加明显。

3.6 簧下质量上升给舒适性带来的影响

一般来说，簧下质量增加将导致舒适性恶化。虽然轮毂电机一个车轮相当于簧下配置了30～35kg的电机，但是实际上对舒适性的影响较小。

4 线控转向

制约轮毂电机推广的一个重大难点就在于，绝大多数轮毂电机，尤其是直驱轮毂电机为了满足整车正常行驶的驱动性能需求，在轮辋内占用过多空间。整车使用轮毂电机就必须移动一些传统悬架原本布置在轮辋内的结构位置，如下控制臂、转向拉杆等，而这些结构位置与悬架性能等密切相关。因此一些以传统悬架为基础的整车，由于无法找到既能够避让轮毂电机又能满足悬架性能需求的解决方案而放弃轮毂电机方案。线控转向是以轮毂电机为前提，去掉转向轴，通过配置在主销上的转向电机，实现轮胎转向的结构。

4.1 线控转向结构

4.1.1 方向盘与轮胎通过转向轴连接的现行系统。现行系统，转向输入力与轮胎反作用力（反馈）干涉，驾驶产生不协调感觉。另外，由于机械系统的扭曲和摩擦使得方向盘到轮胎转向产生延迟。

4.1.2 改善轉向感觉的线控转向。为了改善转向感觉，在现在转向系统基础上去掉转向轴，轮胎转向由机械式改为电子控制式。

4.1.3 依靠转向电机实现的转向线控化。依靠轮边转向电机实现的转向线控化，取消转向器，依靠主销上部的转向电机实现。通过这样，转向感觉改善，并且消除了应答延迟，车轴间完全空出空间，轮胎的限制也消失了。

4.2 线控结合轮边转向的创新技术

4.2.1 性能方面。通过轮毂电机和线控转向的组合，四轮独立扭矩控制与转向控制成为可能。与现在柴（汽）油车和集中式电机电动车相比，无论是干燥路面还是冰雪路面，更好的运动性能值得人们期待。另外，由于沉重的电池布置在地板下，车辆重心降低，行驶稳定性提升。

4.2.2 转向方式方面。由于集成轮毂电机的全新轮边转向取消了转向器，使得多种特殊的转向模式成为了可能，包括快速换道、侧方停车、小半径转弯和原地掉头。

4.2.3 拓展整车构型。①模块化实现多种尺寸车辆。集成轮毂电机系统可以模块化为配置在四角的集成模块，从而使得轮距和轴距自由变换，车辆尺寸可以自由改变，这一点对于商品规划和生产方面具有巨大好处。②作为多功能车的灵活应用。不仅仅是传统的车型，还可以作为移动、物流、售货车等多功能车辆扩展。由于没有驱动轴和转向轴，可以实现平而低的地板平台。

5 结语：

轮毂电机技术的出现颠覆了传统汽车底盘技术，为开发颠覆性的多用途汽车产品提供了广阔的空间，颠覆性的底盘技术为研发智慧城市需要的可扩展的智慧汽车提供了技术基础，但是颠覆性的轮毂电机匹配的底盘为底盘控制技术提出了挑战。虽然轮毂电机底盘技术面临诸多挑战，但是各汽车主机厂正在集结力量研究解决方法，期待不久的将来会有越来越多的基于轮毂电机的创新底盘技术的汽车产品投放市场。

参考文献：

[1] 李志栋.混合动力重型汽车电路设计及其可靠性研究[D].西安：西安石油大学  大学硕士论文，2012

[2] 岳治.并联式混合动力环卫车电控系统可靠性研究[J].汽车实用技术，2012（10）