摘要：混合動(dòng)力汽車結(jié)合了傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和能量存儲(chǔ)系統(tǒng)，利用內(nèi)燃機(jī)和電機(jī)來驅(qū)動(dòng)車輛，是傳統(tǒng)汽車向純電動(dòng)汽車過渡的重要橋梁，在如今電動(dòng)汽車全球大爆發(fā)的背景下[1]，電機(jī)、電池、電控系統(tǒng)配套資源逐漸完善，混合動(dòng)力專用車底盤可以很好地解決專用車底盤改裝成本高、排放污染嚴(yán)重、專用車低速行走和發(fā)動(dòng)機(jī)高速大功率取力的矛盾，因此其底盤會(huì)迎來高速增長(zhǎng)期。

關(guān)鍵詞：混合動(dòng)力汽車;混合動(dòng)力專用車底盤;大功率取力

中圖分類號(hào)：U461 收稿日期：2024-02-15

DOI：1019999/jcnki1004-0226202408006

1 研究背景

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化快速發(fā)展，一線、二線和三線城市對(duì)專用車的需求量越來越大，如掃路車、洗掃車、除雪車、灑水車、道路污染清除車、道路標(biāo)線車等。但隨著專用車輛的增加，尾氣污染的問題也日益突出，為此，國(guó)務(wù)院發(fā)布了《打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃的通知》，要求加強(qiáng)非道路移動(dòng)機(jī)械和船舶污染防治，生態(tài)環(huán)境部根據(jù)要求發(fā)布了《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（中國(guó)第三、四階段）》修改單，自2022年12月1日起，車載副發(fā)柴油機(jī)必須達(dá)到非道路IV階段的排放水平。非道路IV階段發(fā)動(dòng)機(jī)較非道路Ш階段增加了尾處理系統(tǒng)，占用專用車上裝空間進(jìn)一步增加，且發(fā)動(dòng)機(jī)成本增加約2萬元。

目前，國(guó)內(nèi)沒有針對(duì)專用車領(lǐng)域開發(fā)出一款成本低、油耗少、污染輕、不占用上裝空間且性能適合于專用車的底盤。以掃路車為例，掃路車工作時(shí)需要底盤低速行走且需要發(fā)動(dòng)機(jī)高速大功率輸出動(dòng)力，帶動(dòng)風(fēng)機(jī)、水泵等專用裝置工作。專用底盤低速行走和發(fā)動(dòng)機(jī)高速大功率輸出是一對(duì)矛盾。

傳統(tǒng)解決方案是在駕駛室后邊增加一個(gè)非道路Ш階段副發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)和水泵工作，但是兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)油耗增大、環(huán)境污染嚴(yán)重，使用維護(hù)成本高；兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)工作，噪音污染對(duì)駕駛員身體傷害較大；副發(fā)動(dòng)機(jī)及散熱器等附件占據(jù)較大空間，使掃路車上裝布置空間緊張（圖1）。鑒于以上缺點(diǎn)，近年來出現(xiàn)了單發(fā)方案，其中以一軸取力和斷傳動(dòng)軸取力為主，但一軸取力需要保持底盤發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速，油門不宜頻繁調(diào)整，因此車速不好控制，一擋換二擋時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)，易導(dǎo)致離合器過早磨損，影響車輛使用性能；斷軸取力由于動(dòng)力輸出靠后，影響整車布置，且改裝費(fèi)用較高，需要6～7萬元。因此單發(fā)掃路車并未在市場(chǎng)上完全推廣開。

通過以上分析，專用車企業(yè)為了得到可邊低速行走邊大功率取力的底盤，都需要在采購(gòu)之后對(duì)底盤進(jìn)行改裝，但改裝存在諸多缺點(diǎn)，比如增加整車成本、增加整車質(zhì)量、占用整車空間、降低整車可靠性等。

2 混合動(dòng)力專用車底盤技術(shù)路線介紹

目前，國(guó)內(nèi)電機(jī)、電池、電控等三電系統(tǒng)配套資源逐漸完善，電機(jī)有弗迪動(dòng)力、方正電機(jī)等，電池有寧德時(shí)代和比亞迪等，電控有英博爾、華為等。根據(jù)國(guó)內(nèi)新能源汽車如火如荼的發(fā)展趨勢(shì)和日趨成熟的配套體系，針對(duì)現(xiàn)有專用車底盤領(lǐng)域的技術(shù)不足，提出一種混合動(dòng)力專用車底盤，僅用一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，不需要再安裝副發(fā)動(dòng)機(jī)就可解決專用車底盤低速行走和發(fā)動(dòng)機(jī)高速大功率取力問題。一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)減小整車質(zhì)量，降低油耗，減輕了環(huán)境污染，增加了上裝空間，同時(shí)改裝廠不需要改裝底盤，采購(gòu)底盤后可直接用于安裝上裝。

混合動(dòng)力專用車底盤由以下主要零部件組成：發(fā)動(dòng)機(jī)1、兩擋分動(dòng)箱2、傳動(dòng)軸3、發(fā)電機(jī)4、鋰電池組電源和BMS智能管理系統(tǒng)5、永磁驅(qū)動(dòng)電機(jī)6、前轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋7、后驅(qū)動(dòng)橋8、車架9等組成，見圖2。

1.發(fā)動(dòng)機(jī) 2.兩擋分動(dòng)箱 3.傳動(dòng)軸 4.發(fā)電機(jī) 5.鋰電池組電源和BMS智能管理系統(tǒng) 6.永磁驅(qū)動(dòng)電機(jī) 7.前轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋 8.后驅(qū)動(dòng)橋 9.車架

底盤布置方式：發(fā)動(dòng)機(jī)1安裝于前轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋上方的車架上，兩擋分動(dòng)箱2內(nèi)部集成離合器，安裝于發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪殼端，替換與傳統(tǒng)底盤（圖3）發(fā)動(dòng)機(jī)相連接的變速箱。兩擋分動(dòng)箱前端通過傳動(dòng)軸3與前轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋7連接，兩擋分擋箱后端與發(fā)電機(jī)4連接，發(fā)電機(jī)通過線束與鋰電池組電源和BMS智能管理系統(tǒng)5相連接，鋰電池組電源和BMS智能管理系統(tǒng)通過線束與永磁電機(jī)6連接，永磁電機(jī)與后驅(qū)動(dòng)橋8連接。

底盤工作模式：兩擋分動(dòng)箱2動(dòng)力輸入軸27與發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出軸（飛輪盤）相連，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力直接輸入分動(dòng)箱。分動(dòng)箱內(nèi)設(shè)有兩個(gè)離合器25和26，根據(jù)不同工況，離合器分離或結(jié)合輸出動(dòng)力，見圖4。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，變速箱兩個(gè)離合器25、26分離，發(fā)動(dòng)機(jī)與分動(dòng)箱負(fù)載斷開，發(fā)動(dòng)機(jī)可在無負(fù)載狀態(tài)下起動(dòng)。當(dāng)專用車專用裝置工作時(shí)，此時(shí)車輛需要低速行駛，發(fā)動(dòng)機(jī)需要大扭矩輸出，離合器25結(jié)合，輸出口22驅(qū)動(dòng)設(shè)備（風(fēng)機(jī)）工作，輸出口23驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，給鋰電池組電源充電，鋰電池組電源給永磁電機(jī)供電，驅(qū)動(dòng)后驅(qū)動(dòng)橋行駛，輸出口25作為輔助動(dòng)力輸出口。當(dāng)專用裝置不工作時(shí)，專用車在公路快速行駛，離合器25和離合器26均斷開，由鋰電池組電源驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)后驅(qū)動(dòng)橋行駛，當(dāng)車速達(dá)到60 km/h時(shí)，或者鋰電池組饋電時(shí)，離合器26結(jié)合，分動(dòng)箱通過傳動(dòng)軸7直接驅(qū)動(dòng)前轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋，增加傳遞效率，降低油耗。

21～24.四個(gè)動(dòng)力輸出口 25、26.兩個(gè)分動(dòng)箱離合器 27.分動(dòng)箱輸入軸

28.飛輪殼連接盤 29.分動(dòng)箱殼體 30～36.傳動(dòng)齒輪

3 混合動(dòng)力專用車底盤具體實(shí)施方案

a.實(shí)施例1。如圖3所示，傳統(tǒng)專用車底盤由發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、傳動(dòng)軸、前轉(zhuǎn)向橋、后驅(qū)動(dòng)橋、車架等組成，上裝工作時(shí)，底盤只負(fù)責(zé)低速行駛，不能為上裝提供大功率動(dòng)力輸出，因此專用車廠家采購(gòu)回底盤后，必須對(duì)底盤進(jìn)行改造，如加裝副發(fā)動(dòng)機(jī)或者斷開傳動(dòng)軸增加分動(dòng)箱，通過以上方式為上裝工作提供大功率動(dòng)力輸出。

b.實(shí)施例2。如圖1所示，以傳統(tǒng)專用車以掃路車為例，掃路車在原專用車底盤上增加了副發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)工作裝置（風(fēng)機(jī)）工作。工作時(shí)，底盤發(fā)動(dòng)機(jī)以低轉(zhuǎn)速小功率驅(qū)動(dòng)車輛行走，副發(fā)動(dòng)機(jī)以高轉(zhuǎn)速大功率驅(qū)動(dòng)工作裝置（風(fēng)機(jī)）工作。兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)工作噪音大，底盤發(fā)動(dòng)機(jī)沒有在最佳油耗工作區(qū)間工作，百公里行駛里程油耗大，副發(fā)動(dòng)機(jī)和相應(yīng)的散熱系統(tǒng)侵占了上裝空間，降低了整車空間利用率，增加了整車重量。

c.實(shí)施例3。本技術(shù)提供的混合動(dòng)力專用車底盤如圖2所示。

發(fā)動(dòng)機(jī)1安裝在車架9前方，兩擋分動(dòng)箱2內(nèi)部集成離合器，安裝于發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪殼端，替換與傳統(tǒng)底盤發(fā)動(dòng)機(jī)相連接的變速箱。

如圖4所示，兩擋分動(dòng)箱由以下部分組成：21、22、23、24四個(gè)動(dòng)力輸出口，25、26兩個(gè)分動(dòng)箱離合器，27分動(dòng)箱輸入軸，28飛輪殼連接盤，29分動(dòng)箱殼體，30、31、32、33、34、35、36等傳動(dòng)齒輪。

飛輪殼連接盤28直接與發(fā)動(dòng)機(jī)1的飛輪殼相連，分動(dòng)箱2動(dòng)力輸入軸27與發(fā)動(dòng)機(jī)1的動(dòng)力輸出軸相連，發(fā)動(dòng)機(jī)1動(dòng)力直接輸入分動(dòng)箱2，帶動(dòng)齒輪30、31、35、36旋轉(zhuǎn)，離合器25、26，根據(jù)不同工況分離或結(jié)合，為專用裝置和車輛行走提供動(dòng)力。

發(fā)動(dòng)機(jī)1起動(dòng)時(shí)，僅齒輪30、31、35、36旋轉(zhuǎn)，變速箱兩個(gè)離合器25、26分離，發(fā)動(dòng)機(jī)與分動(dòng)箱負(fù)載斷開，發(fā)動(dòng)機(jī)無負(fù)載起動(dòng)。

如表1所示，以某型發(fā)動(dòng)機(jī)外特性表為例，此發(fā)動(dòng)機(jī)在1 500～1 900 r/min為最佳工作區(qū)間，此時(shí)油耗較低輸出的扭矩和功率較大。當(dāng)專用車輛（如掃路車）在工作模式時(shí)，專用車底盤的發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定在1 500～1 900 r/min區(qū)間工作，可最大程度發(fā)揮本款柴油機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性，而傳統(tǒng)專用車輛由于存在升擋和降擋，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速忽高忽低，油耗較高，燃油經(jīng)濟(jì)性較差。

以換裝混合動(dòng)力專用車底盤的掃路車為例，當(dāng)掃路車清掃作業(yè)時(shí)，按下工作按鈕，離合器25結(jié)合，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)至1 800 r/min，齒輪32、33、34被帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，相應(yīng)的22、23、24動(dòng)力輸出口輸出動(dòng)力，輸出口22驅(qū)動(dòng)設(shè)備（風(fēng)機(jī)）工作，輸出口23驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)4發(fā)電給鋰電池組電源5充電，鋰電池組電源5給永磁電機(jī)6供電，驅(qū)動(dòng)后驅(qū)動(dòng)橋8行駛，輸出口24作為輔助動(dòng)力輸出口，可連接液壓泵等動(dòng)力源，為其他專用裝置提供動(dòng)力，如掃刷、滾刷、高壓水泵等。

當(dāng)換裝混合動(dòng)力專用車底盤的掃路車結(jié)束清掃作業(yè)，進(jìn)入公路行駛模式時(shí)，清掃作業(yè)時(shí)儲(chǔ)存在鋰電池組電源5里的電能可以給永磁電機(jī)6供電，驅(qū)動(dòng)后驅(qū)動(dòng)橋8使車輛行駛，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，離合器斷開，車輛以純電模式行駛。

當(dāng)鋰電池組電源5電量剩余50%時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)1重新起動(dòng)為鋰電池組電源5充電（為降低動(dòng)力浪費(fèi)，風(fēng)機(jī)等專用裝置需要設(shè)置離合器，非工作狀態(tài)，離合器斷開）。當(dāng)車速達(dá)到60 km/h，離合器25斷開，離合器26結(jié)合，分動(dòng)箱輸出口21輸出動(dòng)力，通過傳動(dòng)軸3直接驅(qū)動(dòng)前驅(qū)動(dòng)橋7，使車輛行駛。此模式提高了傳遞效率，降低了油耗。遇到特殊工況也可實(shí)現(xiàn)四輪驅(qū)動(dòng)。

工作模式和控制邏輯圖見圖5。

4 結(jié)語(yǔ)

本文的實(shí)施案例說明了混合動(dòng)力專用車底盤的技術(shù)路線構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的是在于讓本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員能夠了解此技術(shù)路線的內(nèi)容，并展開實(shí)施。技術(shù)人員可根據(jù)實(shí)際工況對(duì)此技術(shù)路線進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，使混合動(dòng)力專用車底盤得到更好的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳梅林，吳天元，劉志宏混合動(dòng)力汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)[J]汽車實(shí)用技術(shù)，2022（3）：191-195

作者簡(jiǎn)介：

任浩，男，1989年生，工程師，研究方向?yàn)槠囋O(shè)計(jì)。