吳濤 陳俊平

摘要：根據(jù)多年的設(shè)計(jì)和市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合當(dāng)前市場(chǎng)傳統(tǒng)燃油攪拌車(chē)客戶痛點(diǎn)，摸索出了新的攪拌車(chē)電機(jī)直驅(qū)上裝的技術(shù)路線，和傳統(tǒng)燃油底盤(pán)組成了混合動(dòng)力攪拌車(chē)，并引入了并聯(lián)混合動(dòng)力控制策略。與傳統(tǒng)攪拌車(chē)液壓驅(qū)動(dòng)技術(shù)路線相比，電機(jī)直驅(qū)技術(shù)路線提高了傳動(dòng)效率，攪拌車(chē)在行駛過(guò)程中罐體勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，制動(dòng)能回收，發(fā)動(dòng)機(jī)熄火作業(yè)，最終形成相比傳統(tǒng)攪拌車(chē)節(jié)油30%以上的明顯優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：攪拌車(chē);電機(jī)直驅(qū);技術(shù)路線;節(jié)油

中圖分類(lèi)號(hào)：U469.6*5

收稿日期：2021-11-13

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2022.03.006

1前言

攪拌車(chē)做為混凝土的運(yùn)輸工具，在基建的拉動(dòng)下，這幾年在專(zhuān)用車(chē)市場(chǎng)的占比越來(lái)越大。但隨著國(guó)家對(duì)貨車(chē)超載超限的治理，混凝土運(yùn)輸行業(yè)回歸理性，當(dāng)年的大方量攪拌車(chē)逐漸退出歷史舞臺(tái)，取而代之的是輕量化的標(biāo)準(zhǔn)車(chē)型。攪拌車(chē)車(chē)型標(biāo)準(zhǔn)化后，隨著一些大中型城市對(duì)環(huán)保管控提升、柴油價(jià)格的進(jìn)一步上漲及客戶用車(chē)成本最優(yōu)化的需求，促使著混凝土運(yùn)輸行業(yè)向節(jié)能減排的方向發(fā)展。

某企業(yè)的純電動(dòng)攪拌車(chē)在行業(yè)內(nèi)首先推出并實(shí)現(xiàn)了銷(xiāo)售，但純電動(dòng)攪拌車(chē)購(gòu)買(mǎi)成本較高，在沒(méi)有政府強(qiáng)制要求和補(bǔ)貼的情況下，成本和技術(shù)等是商業(yè)化的“絆腳石”。在充電或換電方面也需要花費(fèi)大量的成本建設(shè)充電樁或換電站，需要配套進(jìn)一步完善。即便是配套齊全，充滿一次電基本也只能行駛160km（約3趟），純電動(dòng)攪拌車(chē)的行駛范圍受到很大限制，這些都限制了純電動(dòng)攪拌車(chē)商業(yè)化的進(jìn)程。

根據(jù)前期混合動(dòng)力城市客車(chē)的研究數(shù)據(jù)，混合動(dòng)力城市客車(chē)循環(huán)油耗仿真值為33.4L/100km，節(jié)油率達(dá)273%。但攪拌車(chē)與城市客車(chē)的使用工況存在很大差異，如攪拌車(chē)在工地等待卸料，塔吊卸料時(shí)間長(zhǎng)等，這些時(shí)間都要求攪拌罐體一直處于攪拌狀態(tài)，傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)不能熄火。發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期處于怠速狀態(tài)，油耗很高，且柴油不能充分燃燒，發(fā)動(dòng)機(jī)容易積碳，尿素消耗加大，尾處理壽命減少。某專(zhuān)用汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)及時(shí)了解市場(chǎng)，抓住客戶痛點(diǎn)，基于傳統(tǒng)燃油底盤(pán)之上開(kāi)發(fā)了電機(jī)直驅(qū)上裝，和傳統(tǒng)燃油底盤(pán)組成了混合動(dòng)力攪拌車(chē)（圖1），并引入了并聯(lián)混合動(dòng)力控制策略，該車(chē)型不改變傳統(tǒng)二類(lèi)底盤(pán)的任何結(jié)構(gòu)，成本增加不多，但節(jié)油率可達(dá)30%以上，達(dá)到了真正意義上的節(jié)能減排。且該車(chē)型很容易實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，該技術(shù)已申報(bào)國(guó)家重大發(fā)明專(zhuān)利。

2電機(jī)直驅(qū)上裝技術(shù)原理

如圖2所示，在傳統(tǒng)攪拌車(chē)取力器和減速機(jī)之間裝配發(fā)電機(jī)、電機(jī)控制器、蓄能裝置、電機(jī)、中控屏、后控屏及遙控器。

在車(chē)輛行駛過(guò)程中遇到紅綠燈或下坡需要減速時(shí)，輕踩制動(dòng)踏板，發(fā)電機(jī)開(kāi)始工作，將車(chē)輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，儲(chǔ)存進(jìn)儲(chǔ)能裝置，實(shí)現(xiàn)了制動(dòng)能回收，直至儲(chǔ)能裝置被充滿，充滿后發(fā)電機(jī)不再進(jìn)行發(fā)電，但是車(chē)輛在混凝土運(yùn)輸過(guò)程中，罐體持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，儲(chǔ)能裝置持續(xù)供電，屬于隨用隨充，可以大幅提高能量回收效率。

在駐車(chē)熄火狀態(tài)下該發(fā)電機(jī)由電機(jī)控制器進(jìn)行控制，如果儲(chǔ)能裝置電量低于設(shè)定值，電機(jī)控制器控制儲(chǔ)能裝置給發(fā)電機(jī)供電，此時(shí)發(fā)電機(jī)就變成了一個(gè)電機(jī)，儲(chǔ)能裝置給該電機(jī)供電，反向帶動(dòng)全功率取力器，全功率取力器帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)輔助啟動(dòng)功能。在車(chē)輛加速或上坡過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率和扭矩需要加大，按照以上控制策略，發(fā)電機(jī)此時(shí)也變成了電機(jī)，通過(guò)取力器給車(chē)輛一個(gè)除發(fā)動(dòng)機(jī)以外的動(dòng)力，讓車(chē)輛加速或上坡更省力，更節(jié)油，實(shí)現(xiàn)輔助加速功能。

在駐車(chē)熄火狀態(tài)下該發(fā)電機(jī)由電機(jī)控制器進(jìn)行控制，發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)開(kāi)始工作給蓄能裝置充電，當(dāng)蓄能裝置電量高于設(shè)定值，電機(jī)控制器控制發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)熄火，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

電機(jī)由電機(jī)控制器的電池管理系統(tǒng)控制，電池管理系統(tǒng)與整車(chē)控制器通訊，使蓄能裝置給電機(jī)供電，電機(jī)驅(qū)動(dòng)減速機(jī)并帶動(dòng)罐體轉(zhuǎn)動(dòng);中控屏、后控面板和遙控器設(shè)置有按鍵和屏幕，可以控制罐體轉(zhuǎn)向及罐體轉(zhuǎn)速，中控屏、后控面板和遙控器屏幕可以數(shù)字化顯示罐體轉(zhuǎn)速，達(dá)到精準(zhǔn)控制。同時(shí)該車(chē)還加裝了駐車(chē)空調(diào)，在駐車(chē)狀態(tài)下發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，駐車(chē)空調(diào)自動(dòng)打開(kāi)，給駕駛室降溫，發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火后自動(dòng)關(guān)閉，以達(dá)到最大化的節(jié)能效果。

該電機(jī)直驅(qū)系統(tǒng)能輕松實(shí)現(xiàn)罐體勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，防止行車(chē)過(guò)程中罐體轉(zhuǎn)動(dòng)速度隨車(chē)輛速度變化而加減速，節(jié)能的同時(shí)增加了行駛安全性，取消了傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)，提高了能量傳遞效率。

3整車(chē)優(yōu)勢(shì)

3.1綜合節(jié)油30%以上

a.制動(dòng)能回收。攪拌車(chē)走走停停，反復(fù)起步和反復(fù)剎車(chē)，通過(guò)混合動(dòng)力的制動(dòng)能回收功能節(jié)油6%～12%。

b.減少發(fā)動(dòng)機(jī)怠速工作時(shí)間。裝卸料和堵車(chē)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)不能熄火，發(fā)動(dòng)機(jī)仍舊在轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)怠速啟停功能，實(shí)現(xiàn)駐車(chē)時(shí)罐體大部分轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間發(fā)動(dòng)機(jī)處于熄火狀態(tài)，可以節(jié)油10%以上。

c.攪拌罐勻速轉(zhuǎn)動(dòng)功能。液壓驅(qū)動(dòng)攪拌罐，隨著油門(mén)深淺和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速快慢變化，攪拌罐轉(zhuǎn)速忽高忽低很費(fèi)油。電驅(qū)攪拌罐可以隨時(shí)保持勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，節(jié)油約10%。

d.電驅(qū)上裝傳動(dòng)效率的提升。驅(qū)動(dòng)攪拌罐的液壓系統(tǒng)的傳動(dòng)效率只有30%～60%，這部分低效率損失轉(zhuǎn)化為熱量并從液壓系統(tǒng)的散熱器消耗掉，混合動(dòng)力的電機(jī)直驅(qū)系統(tǒng)傳動(dòng)效率大于92%，節(jié)油約5%。

3.2綜合節(jié)省費(fèi)用40%以上

除了以上節(jié)油節(jié)省下來(lái)的成本外，制動(dòng)能回收階段可以減少剎車(chē)片和輪胎的磨損，延長(zhǎng)剎車(chē)片和輪胎的使用壽命;取消了液壓系統(tǒng)，每年減少液壓系統(tǒng)的保養(yǎng)換油費(fèi)用約800元;減少了發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)間，可以延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)保養(yǎng)時(shí)間，減少使用尿素量，同時(shí)增加了發(fā)動(dòng)機(jī)尾處理的使用壽命。

3.3車(chē)輛智能控制，更省力、更精準(zhǔn)

與傳統(tǒng)機(jī)械式控制方式相比，該車(chē)型的控制系統(tǒng)更省力，附帶屏幕顯示，同時(shí)加裝了遙控控制，讓控制更為方便。

3.4車(chē)輛附帶基于車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的車(chē)輛管理系統(tǒng)

該系統(tǒng)覆蓋裝卸料監(jiān)控系統(tǒng)、遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)、綜合能耗分析、駕駛員駕駛行為能力分析等功能，可以隨時(shí)地查看和管理車(chē)輛，精準(zhǔn)掌握車(chē)輛情況，掌握駕駛員駕駛習(xí)慣，及時(shí)糾正不良駕駛習(xí)慣。

4主要優(yōu)化部位介紹

4.1集成化設(shè)計(jì)和水冷系統(tǒng)

該系統(tǒng)采用了集成化的設(shè)計(jì)，將控制器、散熱系統(tǒng)和蓄能裝置集成到一個(gè)安裝架上，節(jié)省了不必要的連接線，使得整車(chē)外形和線路布置更方便、更美觀;中控屏、后控面板和遙控器，采用模塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊且操作精準(zhǔn)，出問(wèn)題后只換不修，大大降低了維修服務(wù)成本，提高效率;散熱系統(tǒng)采用了水冷散熱，散熱效率更高，保證系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

4.2中控屏、后控面板和遙控器

該車(chē)型對(duì)中控屏、后控面板和遙控器進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，從駕駛室到后機(jī)架再到遙控器，從逐級(jí)授權(quán)、聯(lián)動(dòng)等幾個(gè)維度，防水性能達(dá)到了IP67級(jí)以上，考慮實(shí)用性和可靠性的同時(shí)兼顧美觀，從而使得該控制系統(tǒng)在行業(yè)內(nèi)成為標(biāo)桿（圖3）。

由于混凝土本身會(huì)凝固，就要求攪拌車(chē)的執(zhí)行系統(tǒng)和控制系統(tǒng)可靠并且有應(yīng)急措施。該電驅(qū)上裝采用大扭矩盤(pán)式電機(jī)驅(qū)動(dòng)罐體，采取電控系統(tǒng)雙回路設(shè)計(jì)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)本身自帶救援口的方案，這相當(dāng)于給整車(chē)上了雙保險(xiǎn)，即使出問(wèn)題也可利用電機(jī)本身的救援口進(jìn)行快速救援，救援便捷性比傳統(tǒng)攪拌車(chē)更高（圖4）。

4.3駐車(chē)空調(diào)的加裝

為了解決特殊工況發(fā)動(dòng)機(jī)停止后駕駛室環(huán)境溫度的問(wèn)題，工程技術(shù)人員為該車(chē)加裝了駐車(chē)空調(diào)，有效解決了發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)等待時(shí)間內(nèi)駕駛室內(nèi)溫度的問(wèn)題，增加了發(fā)動(dòng)機(jī)熄火等待的時(shí)間，達(dá)到節(jié)能減排的目的（圖5）。

5使用實(shí)例

某公司從2019年已經(jīng)開(kāi)始研發(fā)ETM電動(dòng)上裝系統(tǒng)，截至目前已完成數(shù)輪樣車(chē)試制開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證優(yōu)化，成功開(kāi)發(fā)了低成本、高可靠、高節(jié)油率的攪拌車(chē)電驅(qū)上裝系統(tǒng)。其中第三輪、第四輪樣車(chē)從2020年7月開(kāi)始在重慶、成都、自貢、西安、滑南、咸陽(yáng)、鄭州、安陽(yáng)、武漢、長(zhǎng)沙、貴陽(yáng)、梧州等省市推廣試運(yùn)行，取得了良好的節(jié)油效果，得到了廣大試用客戶的認(rèn)可。該產(chǎn)品經(jīng)過(guò)五代優(yōu)化改進(jìn)后，2021年5月底進(jìn)行了上市發(fā)布會(huì)，正式面向全國(guó)進(jìn)行銷(xiāo)售，截至目前已經(jīng)有很多客戶在使用該產(chǎn)品（圖6）。表1是使用傳統(tǒng)車(chē)和混動(dòng)車(chē)的記錄數(shù)據(jù)，從表中數(shù)據(jù)計(jì)算平均每k油耗，傳統(tǒng)車(chē)比混動(dòng)車(chē)高0.19L，這就說(shuō)明混動(dòng)車(chē)節(jié)油約31.2%，加上節(jié)約尿素、發(fā)動(dòng)機(jī)保養(yǎng)、剎車(chē)蹄片、液壓油更換、延長(zhǎng)輪胎使用壽命等費(fèi)用，輕松節(jié)省40%以上的費(fèi)用。綜合單公里運(yùn)營(yíng)成本可降低1.2～1.3元，按照一輛車(chē)每個(gè)月跑100趟，來(lái)回50km/趟，每公里按照節(jié)省1.2元計(jì)算，每個(gè)月輕松節(jié)省6000元，一年按照10個(gè)月計(jì)算就能節(jié)省60000元。

6結(jié)語(yǔ)

在國(guó)家碳排放目標(biāo)和碳達(dá)峰整體戰(zhàn)略驅(qū)動(dòng)下，攪拌車(chē)行業(yè)一方面受到國(guó)家交通運(yùn)輸行業(yè)燃料消耗量限值約束，其對(duì)31t攪拌車(chē)第四階段的燃油限值為36.2L/100km，不引入混動(dòng)等新能源技術(shù)很難達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。另一方面國(guó)內(nèi)環(huán)保管控不斷升級(jí)，加之油價(jià)逐步攀升，在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，油價(jià)將維持高位，這將會(huì)成為運(yùn)輸車(chē)輛最大的可變成本?？蛻羝扔谶\(yùn)營(yíng)壓力，會(huì)改變觀念，優(yōu)先選擇節(jié)油率高的車(chē)型。該電驅(qū)上裝配合傳統(tǒng)底盤(pán)組成的混合動(dòng)力攪拌車(chē)將逐步被市場(chǎng)接受，在純電攪拌車(chē)技術(shù)尚不完善及其成本居高不下的情況下，該車(chē)可以達(dá)到讓客戶節(jié)能降本增產(chǎn)的目的。因此該車(chē)型和傳統(tǒng)車(chē)型相比，具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

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作者簡(jiǎn)介：

吳濤，男，1979年生，工程師，研究方向?yàn)閷?zhuān)用車(chē)技術(shù)和銷(xiāo)售管理。