纯电动洗扫车动力系统的参数匹配

张彦明

(远大汽车制造有限公司，河北 衡水 053500)

0 前言

随着能源和环境危机的加剧，很多公司和学者较早地对纯电动环卫车辆进行了研究，但是在目前电池技术条件下，相比于传统燃油车辆，有限的作业时间和高昂电池成本仍然制约着纯电动环卫车辆的发展[1]。因此，合理设计纯电动环卫车辆的动力系统显得尤为重要，本文以独立自主研发的纯电动洗扫车为研究对象，对其动力系统参数进行参数设计，同时对样车进行试验及数据分析，为纯电动环卫车辆动力系统上装电机的选型提供参考。

1 纯电动洗扫车动力系统基本结构

纯电动洗扫车动力系统主要由上装电机、电机控制器、传动装置及上装控制系统等组成，其构成如图1所示。

图1 纯电动洗扫车动力系统构成

现有的上装电机驱动负载方式有3种型式，单电机、双电机和三单机型式，如图2所示。

图2 上装电机驱动型式

单电机驱动负载，结构简单，节省空间，电机控制相对简单且成本较低，但不容易实现负载单独控制当电机启动后，3个负载会同时工作，若实现独立控制，需要增加离合器控制负载的启停。双电机驱动负载，实现了油泵的单独控制，在进行液压系统操作时，只需启动油泵电机即可，提高了整个系统的工作效率。三电机驱动负载，每个电机都需要独立的控制器，虽然实现了各负载的单独工作，但所需的空间大，控制相对复杂，成本较高。本文将对单电机驱动负载的纯电动洗扫车动力系统进行研究。

2 动力系统各部件功率的计算

纯电动洗扫车动力系统主要部件包括上装电机、风机、水泵、液压油泵等。纯电动洗扫车的作业状态有标准作业和强力洗扫作业模式，所对应的上装电机转速分别为1650r/min和1850r/min。关于风机、水泵、油泵的参数选择和选型很多学者都进行了长期研究，本文的选型是基于市场成熟的传统燃油洗扫车的配置方案进行功率匹配计算，至于具体的部件选型原则本文不再赘述。

2.1 风机功率的计算

风机装置是纯电动洗扫车动力系统的主要部件，风机性能的好坏直接影响洗扫效果和清扫效率。本文的纯电动洗扫车选择转速2700r/min，流量Q1=4.44m3/s，风机全压p风=8600Pa的离心式通风机，则其所需的最大功率P风max为：

式中ηm为传动效率，皮带传动取ηm=0.92，η为风机效率，根据风机特性取值η=0.9，计算得风机所需最大功率46.12kW。若进行单电机控制，可选择功率为50～55kW的电机。

2.2 水泵功率的计算

水泵用于实现路面的清洗功能，本文采用某品牌的高压柱塞泵，流量为Q2=137L/min，系统设定压力p水=6MPa，则所需功率P水max为：

式中ηn为功率系数，取值0.95，计算得水泵所需功率为14.42kW。若进行单电机控制，可选择功率为20kW的电机。

2.3 油泵功率的计算

液压油泵为上装的箱体举升、马达旋转、后门开启和吸盘升降等提供动力。本文的纯电动洗扫车选用的齿轮油泵，排量v=10ml/r，设定液压系统最高压力p油=16MPa，则所需的功率P油max为：

Q3=v·nηv·10-3

式中n为转速，取1850r/min，ηv为泵的容积效率，取0.9，ηt为功率系数取0.85，计算得所需功率为5.12kW。若进行单电机控制，可选择功率为7.5kW的电机。

2.4 上装电机功率的确定

本文纯电动洗扫车上装动力系统采用单电机驱动，则上装电机功率P应满足以下关系式：

P≥K(P风max+P水maxP油max)

式中K为电机安全系数，取值1.2，计算得P≥78.79kW，故选择电机功率Pj=80kW，额定转速2000r/min，根据该电机的特性曲线图，得知其在1850r/min时可输出功率为78kW，在1650r/min时可输出功率为69kW，满足使用要求。

3 样车试验数据分析

为验证纯电动洗扫车动力系统参数匹配是否合理，首先要了解各部件在各种工况下的功率情况，其方法是电机控制器的CAN总线采集各个工况下电机的输出功率情况[2]。

在全洗扫模式，即风机、水泵、油泵同时工作的情况下，电机功率输出如表1所示。

表1 全洗扫工况电机功率输出

在干扫模式，即风机、油泵工作，水泵不工作的情况下，电机功率输出如表2所示。

表2 干扫工况电机功率输出

在清洗模式，即风机、水泵工作，油泵不工作的情况下，电机功率输出如表3所示。

表3 清洗工况电机功率输出

全洗扫模式下的最大功率为56kW左右，和设计功率80kW，有较大的差距，原因有2点：一是在全洗扫作业模式下，油泵和水泵都未在最大设定压力状态下工作，只有当液压系统和水路系统的系统压力达到设定的最高压力值时才会出现相对应的最大功率，所以风机、水泵、油泵的最大功率消耗不会在同一工况下同时出现；二是洗扫车运行工况稳定，因此无需预留一定比例的富余上装功率。综上原因，我们将电机选择公式里面的电机安全系数K=1.2修正为K=1，则我们可选择60kW以上的风机即可满足使用要求。

4 结语

动力系统是纯电动洗扫车的重要部件，其功率匹配是整车设计的基础。本文首先对纯电动洗扫车上装动力系统的传动方式进行了介绍，然后根据动力系统各部件的参数计算，为动力系统上装电机功率的选择提供了理论基础，最后根据样车的试验数据分析，对前期电机的选择进行了修正优化，为以后纯电动洗扫车上装电机的选型及动力参数匹配提供了一定的设计参考。