油電混合動(dòng)力環(huán)衛(wèi)車(chē)底盤(pán)開(kāi)發(fā)的探討

黃剛

摘要：隨著當(dāng)今汽車(chē)電氣化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化和共享化的發(fā)展趨勢(shì)，創(chuàng)新電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展日新月異。汽車(chē)底盤(pán)由于車(chē)輛的動(dòng)力學(xué)特性也需要實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新。汽車(chē)是人們交通出行的重要支撐，在汽車(chē)生產(chǎn)過(guò)中，底盤(pán)設(shè)計(jì)至關(guān)重要。科學(xué)合理進(jìn)行汽車(chē)底盤(pán)總體布局，能夠有效的提升汽車(chē)出行效率和質(zhì)量，滿(mǎn)足人們生產(chǎn)生活需要。本文在簡(jiǎn)要概述油電混合動(dòng)力車(chē)的基礎(chǔ)上，對(duì)油電混合動(dòng)力環(huán)衛(wèi)車(chē)底盤(pán)控制系統(tǒng)展開(kāi)一定分析。

關(guān)鍵詞：油電混合動(dòng)力;環(huán)衛(wèi)車(chē);底盤(pán);技術(shù)

1 引言

作為最偉大的一項(xiàng)工程技術(shù)發(fā)明，汽車(chē)為社會(huì)經(jīng)濟(jì)與技術(shù)的發(fā)展，做出了極為重要的貢獻(xiàn)。隨著汽車(chē)產(chǎn)品需求的日益增長(zhǎng)，其日益凸顯出的嚴(yán)峻的交通、環(huán)境和能源問(wèn)題，需要人們科學(xué)、合理、快速的解決。因此，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展，備受社會(huì)各界的關(guān)注。陜汽集團(tuán)在2010年啟動(dòng)了SX5256DH434PHEV型混合動(dòng)力環(huán)衛(wèi)車(chē)研制項(xiàng)目，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)混合動(dòng)力重型汽車(chē)設(shè)計(jì)的空白，對(duì)國(guó)內(nèi)以后的混合動(dòng)力汽車(chē)發(fā)展有著重要的借鑒和推動(dòng)作用。

2 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)

目前國(guó)內(nèi)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的分類(lèi)大體上依據(jù)工信部2010年發(fā)布的汽車(chē)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T837-2010來(lái)進(jìn)行分類(lèi)。該標(biāo)準(zhǔn)分類(lèi)的角度是從動(dòng)力系統(tǒng)機(jī)構(gòu)、混合度、以及外接充電能力進(jìn)行分類(lèi)。相關(guān)的論文有很多，在此只進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的討論：

從動(dòng)力系統(tǒng)機(jī)構(gòu)上混合動(dòng)力汽車(chē)分為三類(lèi)，分別為串聯(lián)式（SHEV）、并聯(lián)式（PHEV）以及混聯(lián)式（SPHEV），其中串聯(lián)式是燃油發(fā)動(dòng)機(jī)用于發(fā)電，由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng);并聯(lián)式更接近于傳統(tǒng)汽車(chē)，發(fā)動(dòng)機(jī)可以直接通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)汽車(chē)，也可以由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車(chē)。而混聯(lián)式則是并聯(lián)式結(jié)合了串聯(lián)式，比并聯(lián)式多了一個(gè)發(fā)電機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分功率傳遞給了驅(qū)動(dòng)輪，另一部分傳遞給發(fā)電機(jī)用于發(fā)電。

而依據(jù)混合度進(jìn)行分類(lèi)在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中分為微混、輕混、重混（強(qiáng)混）。而在車(chē)輛行業(yè)的論文以及文章中也有將混合度分為四類(lèi)的，微混也常常被稱(chēng)為弱混。這些分類(lèi)方式的依據(jù)是電機(jī)峰值功率和總功率的比值。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)指出：當(dāng)電機(jī)峰值功率大于百分之30，且能夠獨(dú)立驅(qū)動(dòng)汽車(chē)時(shí)，可以稱(chēng)為重度混合。

利用外接充電能力進(jìn)行分類(lèi)則是將混合動(dòng)力汽車(chē)簡(jiǎn)單的分為外接充電型和非外接充電型。

值得一提的是，插電式混合動(dòng)力系統(tǒng)的電機(jī)功率較高，比純電動(dòng)汽車(chē)略小，按照標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該將其歸于重度混合，而實(shí)際上往往分開(kāi)討論插電式混合動(dòng)力汽車(chē)與普通混合動(dòng)力汽車(chē)，所以重度混合動(dòng)力汽車(chē)在一些文章里均代表了重度混合的普通混合動(dòng)力汽車(chē)，并未包含插電式混合動(dòng)力汽車(chē)。

3 輪轂電機(jī)

輪轂電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)左右輪/前后輪獨(dú)立控制，所以，可以通過(guò)控制電機(jī)扭矩來(lái)提升ABS、TCS、ESC的性能水平。并且由于電機(jī)的高響應(yīng)性，接近零延遲響應(yīng)的特性可以實(shí)現(xiàn)車(chē)輛敏銳的控制，輪轂電機(jī)給整車(chē)性能的影響也是巨大的。

3.1 縮短制動(dòng)距離

由于采用電機(jī)控制幾乎沒(méi)有延遲，側(cè)滑控制精度大大提升，可以縮短停止距離，在50km/h車(chē)速，摩擦系數(shù)μ≈0.1路面上時(shí)，集成輪轂電機(jī)的制動(dòng)距離縮短了6m，占7%左右。

3.2 降低對(duì)制動(dòng)器的需求

由于電機(jī)本身也能產(chǎn)生制動(dòng)力，因此制動(dòng)分擔(dān)的部分也可以減小。并且，輪端的電機(jī)控制沒(méi)有延遲，制動(dòng)起效延遲也會(huì)減小。

3.3 輪轂電機(jī)對(duì)整車(chē)牽引力控制系統(tǒng)的影響

由于輪轂電機(jī)的高響應(yīng)性特性以及能夠區(qū)別與傳統(tǒng)動(dòng)力總成，可以左右輪分別控制的特征，在理論上可以提高低附路面的汽車(chē)加速性能。并且通過(guò)左右輪單獨(dú)控制，可以使得整車(chē)的平擺變化減少，從而使車(chē)輛可以更加穩(wěn)定的直線行駛。在0～100km/h加速過(guò)程中，在摩擦系數(shù)μ≈0.1路面上時(shí)，集成輪轂電機(jī)整車(chē)的所需時(shí)間少用0.5秒，占加速性能3%左右。

3.4 集成輪轂電機(jī)，可以補(bǔ)正不足轉(zhuǎn)向和過(guò)度轉(zhuǎn)向

在轉(zhuǎn)向不足的過(guò)程中，整車(chē)控制系統(tǒng)通過(guò)給右后側(cè)輪胎分配扭矩，可以驅(qū)動(dòng)整車(chē)沿著右側(cè)正確道路行駛。在轉(zhuǎn)彎過(guò)度危險(xiǎn)的過(guò)度轉(zhuǎn)向過(guò)程中，給右后側(cè)輪胎分配扭矩，可以驅(qū)動(dòng)整車(chē)沿著左側(cè)正確道路行駛。

3.5 依靠接地面驅(qū)動(dòng)力控制來(lái)進(jìn)行車(chē)輛姿勢(shì)的控制

由于輪轂電機(jī)與傳統(tǒng)動(dòng)力總成的驅(qū)動(dòng)力作用點(diǎn)位置不同，輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)力作用點(diǎn)在輪胎的接地點(diǎn)。因此，通過(guò)上下分力的控制，如果活用在前后輪上的話(huà)就可以控制俯仰，如果活用在左右輪上的話(huà)就可以控制側(cè)傾。因此，通過(guò)輪轂電機(jī)的轉(zhuǎn)矩分配可以控制車(chē)輛姿勢(shì)/舒適性。對(duì)于4輪驅(qū)動(dòng)的整車(chē)構(gòu)架，車(chē)輛姿態(tài)控制效果更加明顯。

3.6 簧下質(zhì)量上升給舒適性帶來(lái)的影響

一般來(lái)說(shuō)，簧下質(zhì)量增加將導(dǎo)致舒適性惡化。雖然輪轂電機(jī)一個(gè)車(chē)輪相當(dāng)于簧下配置了30～35kg的電機(jī)，但是實(shí)際上對(duì)舒適性的影響較小。

4 線控轉(zhuǎn)向

制約輪轂電機(jī)推廣的一個(gè)重大難點(diǎn)就在于，絕大多數(shù)輪轂電機(jī)，尤其是直驅(qū)輪轂電機(jī)為了滿(mǎn)足整車(chē)正常行駛的驅(qū)動(dòng)性能需求，在輪輞內(nèi)占用過(guò)多空間。整車(chē)使用輪轂電機(jī)就必須移動(dòng)一些傳統(tǒng)懸架原本布置在輪輞內(nèi)的結(jié)構(gòu)位置，如下控制臂、轉(zhuǎn)向拉桿等，而這些結(jié)構(gòu)位置與懸架性能等密切相關(guān)。因此一些以傳統(tǒng)懸架為基礎(chǔ)的整車(chē)，由于無(wú)法找到既能夠避讓輪轂電機(jī)又能滿(mǎn)足懸架性能需求的解決方案而放棄輪轂電機(jī)方案。線控轉(zhuǎn)向是以輪轂電機(jī)為前提，去掉轉(zhuǎn)向軸，通過(guò)配置在主銷(xiāo)上的轉(zhuǎn)向電機(jī)，實(shí)現(xiàn)輪胎轉(zhuǎn)向的結(jié)構(gòu)。

4.1 線控轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)

4.1.1 方向盤(pán)與輪胎通過(guò)轉(zhuǎn)向軸連接的現(xiàn)行系統(tǒng)?，F(xiàn)行系統(tǒng)，轉(zhuǎn)向輸入力與輪胎反作用力（反饋）干涉，駕駛產(chǎn)生不協(xié)調(diào)感覺(jué)。另外，由于機(jī)械系統(tǒng)的扭曲和摩擦使得方向盤(pán)到輪胎轉(zhuǎn)向產(chǎn)生延遲。

4.1.2 改善轉(zhuǎn)向感覺(jué)的線控轉(zhuǎn)向。為了改善轉(zhuǎn)向感覺(jué)，在現(xiàn)在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基礎(chǔ)上去掉轉(zhuǎn)向軸，輪胎轉(zhuǎn)向由機(jī)械式改為電子控制式。

4.1.3 依靠轉(zhuǎn)向電機(jī)實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)向線控化。依靠輪邊轉(zhuǎn)向電機(jī)實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)向線控化，取消轉(zhuǎn)向器，依靠主銷(xiāo)上部的轉(zhuǎn)向電機(jī)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)這樣，轉(zhuǎn)向感覺(jué)改善，并且消除了應(yīng)答延遲，車(chē)軸間完全空出空間，輪胎的限制也消失了。

4.2 線控結(jié)合輪邊轉(zhuǎn)向的創(chuàng)新技術(shù)

4.2.1 性能方面。通過(guò)輪轂電機(jī)和線控轉(zhuǎn)向的組合，四輪獨(dú)立扭矩控制與轉(zhuǎn)向控制成為可能。與現(xiàn)在柴（汽）油車(chē)和集中式電機(jī)電動(dòng)車(chē)相比，無(wú)論是干燥路面還是冰雪路面，更好的運(yùn)動(dòng)性能值得人們期待。另外，由于沉重的電池布置在地板下，車(chē)輛重心降低，行駛穩(wěn)定性提升。

4.2.2 轉(zhuǎn)向方式方面。由于集成輪轂電機(jī)的全新輪邊轉(zhuǎn)向取消了轉(zhuǎn)向器，使得多種特殊的轉(zhuǎn)向模式成為了可能，包括快速換道、側(cè)方停車(chē)、小半徑轉(zhuǎn)彎和原地掉頭。

4.2.3 拓展整車(chē)構(gòu)型。①模塊化實(shí)現(xiàn)多種尺寸車(chē)輛。集成輪轂電機(jī)系統(tǒng)可以模塊化為配置在四角的集成模塊，從而使得輪距和軸距自由變換，車(chē)輛尺寸可以自由改變，這一點(diǎn)對(duì)于商品規(guī)劃和生產(chǎn)方面具有巨大好處。②作為多功能車(chē)的靈活應(yīng)用。不僅僅是傳統(tǒng)的車(chē)型，還可以作為移動(dòng)、物流、售貨車(chē)等多功能車(chē)輛擴(kuò)展。由于沒(méi)有驅(qū)動(dòng)軸和轉(zhuǎn)向軸，可以實(shí)現(xiàn)平而低的地板平臺(tái)。

5 結(jié)語(yǔ)：

輪轂電機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)顛覆了傳統(tǒng)汽車(chē)底盤(pán)技術(shù)，為開(kāi)發(fā)顛覆性的多用途汽車(chē)產(chǎn)品提供了廣闊的空間，顛覆性的底盤(pán)技術(shù)為研發(fā)智慧城市需要的可擴(kuò)展的智慧汽車(chē)提供了技術(shù)基礎(chǔ)，但是顛覆性的輪轂電機(jī)匹配的底盤(pán)為底盤(pán)控制技術(shù)提出了挑戰(zhàn)。雖然輪轂電機(jī)底盤(pán)技術(shù)面臨諸多挑戰(zhàn)，但是各汽車(chē)主機(jī)廠正在集結(jié)力量研究解決方法，期待不久的將來(lái)會(huì)有越來(lái)越多的基于輪轂電機(jī)的創(chuàng)新底盤(pán)技術(shù)的汽車(chē)產(chǎn)品投放市場(chǎng)。

參考文獻(xiàn)：

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