電機直驅上裝技術在攪拌車上的應用

吳濤 陳俊平

摘要：根據多年的設計和市場營銷經驗，結合當前市場傳統燃油攪拌車客戶痛點，摸索出了新的攪拌車電機直驅上裝的技術路線，和傳統燃油底盤組成了混合動力攪拌車，并引入了并聯混合動力控制策略。與傳統攪拌車液壓驅動技術路線相比，電機直驅技術路線提高了傳動效率，攪拌車在行駛過程中罐體勻速轉動，制動能回收，發動機熄火作業，最終形成相比傳統攪拌車節油30%以上的明顯優勢。

關鍵詞：攪拌車;電機直驅;技術路線;節油

中圖分類號：U469.6*5

收稿日期：2021-11-13

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2022.03.006

1前言

攪拌車做為混凝土的運輸工具，在基建的拉動下，這幾年在專用車市場的占比越來越大。但隨著國家對貨車超載超限的治理，混凝土運輸行業回歸理性，當年的大方量攪拌車逐漸退出歷史舞臺，取而代之的是輕量化的標準車型。攪拌車車型標準化后，隨著一些大中型城市對環保管控提升、柴油價格的進一步上漲及客戶用車成本最優化的需求，促使著混凝土運輸行業向節能減排的方向發展。

某企業的純電動攪拌車在行業內首先推出并實現了銷售，但純電動攪拌車購買成本較高，在沒有政府強制要求和補貼的情況下，成本和技術等是商業化的“絆腳石”。在充電或換電方面也需要花費大量的成本建設充電樁或換電站，需要配套進一步完善。即便是配套齊全，充滿一次電基本也只能行駛160km（約3趟），純電動攪拌車的行駛范圍受到很大限制，這些都限制了純電動攪拌車商業化的進程。

根據前期混合動力城市客車的研究數據，混合動力城市客車循環油耗仿真值為33.4L/100km，節油率達273%。但攪拌車與城市客車的使用工況存在很大差異，如攪拌車在工地等待卸料，塔吊卸料時間長等，這些時間都要求攪拌罐體一直處于攪拌狀態，傳統的發動機不能熄火。發動機長期處于怠速狀態，油耗很高，且柴油不能充分燃燒，發動機容易積碳，尿素消耗加大，尾處理壽命減少。某專用汽車生產企業及時了解市場，抓住客戶痛點，基于傳統燃油底盤之上開發了電機直驅上裝，和傳統燃油底盤組成了混合動力攪拌車（圖1），并引入了并聯混合動力控制策略，該車型不改變傳統二類底盤的任何結構，成本增加不多，但節油率可達30%以上，達到了真正意義上的節能減排。且該車型很容易實現商業化，該技術已申報國家重大發明專利。

2電機直驅上裝技術原理

如圖2所示，在傳統攪拌車取力器和減速機之間裝配發電機、電機控制器、蓄能裝置、電機、中控屏、后控屏及遙控器。

在車輛行駛過程中遇到紅綠燈或下坡需要減速時，輕踩制動踏板，發電機開始工作，將車輛的動能轉化為電能，儲存進儲能裝置，實現了制動能回收，直至儲能裝置被充滿，充滿后發電機不再進行發電，但是車輛在混凝土運輸過程中，罐體持續轉動，儲能裝置持續供電，屬于隨用隨充，可以大幅提高能量回收效率。

在駐車熄火狀態下該發電機由電機控制器進行控制，如果儲能裝置電量低于設定值，電機控制器控制儲能裝置給發電機供電，此時發電機就變成了一個電機，儲能裝置給該電機供電，反向帶動全功率取力器，全功率取力器帶動發動機啟動，實現輔助啟動功能。在車輛加速或上坡過程中，發動機輸出功率和扭矩需要加大，按照以上控制策略，發電機此時也變成了電機，通過取力器給車輛一個除發動機以外的動力，讓車輛加速或上坡更省力，更節油，實現輔助加速功能。

在駐車熄火狀態下該發電機由電機控制器進行控制，發動機帶動發電機開始工作給蓄能裝置充電，當蓄能裝置電量高于設定值，電機控制器控制發動機自動熄火，實現自動控制。

電機由電機控制器的電池管理系統控制，電池管理系統與整車控制器通訊，使蓄能裝置給電機供電，電機驅動減速機并帶動罐體轉動;中控屏、后控面板和遙控器設置有按鍵和屏幕，可以控制罐體轉向及罐體轉速，中控屏、后控面板和遙控器屏幕可以數字化顯示罐體轉速，達到精準控制。同時該車還加裝了駐車空調，在駐車狀態下發動機熄火，駐車空調自動打開，給駕駛室降溫，發動機點火后自動關閉，以達到最大化的節能效果。

該電機直驅系統能輕松實現罐體勻速轉動，防止行車過程中罐體轉動速度隨車輛速度變化而加減速，節能的同時增加了行駛安全性，取消了傳統的液壓系統，提高了能量傳遞效率。

3整車優勢

3.1綜合節油30%以上

a.制動能回收。攪拌車走走停停，反復起步和反復剎車，通過混合動力的制動能回收功能節油6%～12%。

b.減少發動機怠速工作時間。裝卸料和堵車時，發動機不能熄火，發動機仍舊在轉動，通過怠速啟停功能，實現駐車時罐體大部分轉動時間發動機處于熄火狀態，可以節油10%以上。

c.攪拌罐勻速轉動功能。液壓驅動攪拌罐，隨著油門深淺和發動機轉速快慢變化，攪拌罐轉速忽高忽低很費油。電驅攪拌罐可以隨時保持勻速轉動，節油約10%。

d.電驅上裝傳動效率的提升。驅動攪拌罐的液壓系統的傳動效率只有30%～60%，這部分低效率損失轉化為熱量并從液壓系統的散熱器消耗掉，混合動力的電機直驅系統傳動效率大于92%，節油約5%。

3.2綜合節省費用40%以上

除了以上節油節省下來的成本外，制動能回收階段可以減少剎車片和輪胎的磨損，延長剎車片和輪胎的使用壽命;取消了液壓系統，每年減少液壓系統的保養換油費用約800元;減少了發動機怠速時間，可以延長發動機保養時間，減少使用尿素量，同時增加了發動機尾處理的使用壽命。

3.3車輛智能控制，更省力、更精準

與傳統機械式控制方式相比，該車型的控制系統更省力，附帶屏幕顯示，同時加裝了遙控控制，讓控制更為方便。

3.4車輛附帶基于車聯網技術的車輛管理系統

該系統覆蓋裝卸料監控系統、遠程故障診斷系統、綜合能耗分析、駕駛員駕駛行為能力分析等功能，可以隨時地查看和管理車輛，精準掌握車輛情況，掌握駕駛員駕駛習慣，及時糾正不良駕駛習慣。

4主要優化部位介紹

4.1集成化設計和水冷系統

該系統采用了集成化的設計，將控制器、散熱系統和蓄能裝置集成到一個安裝架上，節省了不必要的連接線，使得整車外形和線路布置更方便、更美觀;中控屏、后控面板和遙控器，采用模塊化設計，結構緊湊且操作精準，出問題后只換不修，大大降低了維修服務成本，提高效率;散熱系統采用了水冷散熱，散熱效率更高，保證系統的可靠性和穩定性。

4.2中控屏、后控面板和遙控器

該車型對中控屏、后控面板和遙控器進行創新設計，從駕駛室到后機架再到遙控器，從逐級授權、聯動等幾個維度，防水性能達到了IP67級以上，考慮實用性和可靠性的同時兼顧美觀，從而使得該控制系統在行業內成為標桿（圖3）。

由于混凝土本身會凝固，就要求攪拌車的執行系統和控制系統可靠并且有應急措施。該電驅上裝采用大扭矩盤式電機驅動罐體，采取電控系統雙回路設計和驅動電機本身自帶救援口的方案，這相當于給整車上了雙保險，即使出問題也可利用電機本身的救援口進行快速救援，救援便捷性比傳統攪拌車更高（圖4）。

4.3駐車空調的加裝

為了解決特殊工況發動機停止后駕駛室環境溫度的問題，工程技術人員為該車加裝了駐車空調，有效解決了發動機停機等待時間內駕駛室內溫度的問題，增加了發動機熄火等待的時間，達到節能減排的目的（圖5）。

5使用實例

某公司從2019年已經開始研發ETM電動上裝系統，截至目前已完成數輪樣車試制開發和驗證優化，成功開發了低成本、高可靠、高節油率的攪拌車電驅上裝系統。其中第三輪、第四輪樣車從2020年7月開始在重慶、成都、自貢、西安、滑南、咸陽、鄭州、安陽、武漢、長沙、貴陽、梧州等省市推廣試運行，取得了良好的節油效果，得到了廣大試用客戶的認可。該產品經過五代優化改進后，2021年5月底進行了上市發布會，正式面向全國進行銷售，截至目前已經有很多客戶在使用該產品（圖6）。表1是使用傳統車和混動車的記錄數據，從表中數據計算平均每k油耗，傳統車比混動車高0.19L，這就說明混動車節油約31.2%，加上節約尿素、發動機保養、剎車蹄片、液壓油更換、延長輪胎使用壽命等費用，輕松節省40%以上的費用。綜合單公里運營成本可降低1.2～1.3元，按照一輛車每個月跑100趟，來回50km/趟，每公里按照節省1.2元計算，每個月輕松節省6000元，一年按照10個月計算就能節省60000元。

6結語

在國家碳排放目標和碳達峰整體戰略驅動下，攪拌車行業一方面受到國家交通運輸行業燃料消耗量限值約束，其對31t攪拌車第四階段的燃油限值為36.2L/100km，不引入混動等新能源技術很難達到標準。另一方面國內環保管控不斷升級，加之油價逐步攀升，在可預見的未來，油價將維持高位，這將會成為運輸車輛最大的可變成本?？蛻羝扔谶\營壓力，會改變觀念，優先選擇節油率高的車型。該電驅上裝配合傳統底盤組成的混合動力攪拌車將逐步被市場接受，在純電攪拌車技術尚不完善及其成本居高不下的情況下，該車可以達到讓客戶節能降本增產的目的。因此該車型和傳統車型相比，具有很強的競爭力。

參考文獻

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[2]辛世界，隆武強，范立云，等并聯混合動力城市客車控制策略研究[J].大連理工大學學報，2007（4）：515-520.

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作者簡介：

吳濤，男，1979年生，工程師，研究方向為專用車技術和銷售管理。