新能源公交车电气舱自动化除尘技术的应用研究

邵 强

（北京公共交通控股（集团）有限公司， 北京 100161）

0 引言

在国家相关政策的推动下，为护航首都蓝天，北京公交集团大力推进新能源和清洁能源驱动车辆的发展，2018 年、2019 年新购置车辆中， 电驱动公交车占比达到九成。按照规划，到2020 年，全部车辆将实现新能源和清洁能源，其中，全市电驱动公交车将超过公交车保有量的50%，主城区、城市副中心公交车全部实现电驱动[1，2]。

由于目前电驱动公交车已经成为新能源公交车的主体，本文主要讨论的是电动车电气舱除尘问题，以下涉及“新能源公交车”主要针对“电动公交车”。

新能源车的高压部分“严禁用水清洗”给我司维保人员增加了极大的工作难度， 目前仅能由人工使用高压气枪进行吹尘。这种在户外进行的粗放的生产方式，由于吹尘导致的粉尘弥漫对厂区周边环境也造成严重影响，缺乏有效的劳动保护也极大的影响员工的身体健康。 由于技术手段及专用设备的缺乏，除尘工作质量难以保证。因此电气舱除尘的问题已经严重影响公交的安全、 环保的企业形象， 开发一套专用的公交车自动化除尘清洁设备变得非常必要。

1 电动公交车除尘技术现状及实现自动化除尘关键问题

由于技术方案的局限性， 目前尚未形成在行业内达成共识的、可以全面推广的关于电动车除尘的解决办法。当然也因为之前的这些有益的实践， 让我们再次明确了实现“自动化除尘”的必要性，也明确了我们在过程中要解决的问题和痛点。

（1）如何形成一个密封的空间。 由于车辆结构的复杂性（舱门的尺寸、开合方式、方向、铰链形式等），车型的复杂多样性（一个公交往往具备多个车型），一个车型多个舱门的巨大差异（往往包括尾舱、侧舱及底部电池舱等，差异较大），希望通过一个固定结构与车体形成一个良好的密封性的确很难实现，同时需兼顾设备的耐用性、低成本将使得这一看似简单的问题难上加难。

（2）清洁方式要保证灰尘能够被吹得起来。

（3）灰尘应该能被收集。 由于车体结构的复杂性（开放区域较多），如何通过改善密封性，同时加大吸尘器功率来解决这一问题也是至关重要的。

（4）无人操作。 在密封的空间内要实现对机舱复杂结构的吹尘操作， 靠人工从一侧或开孔定点清除的方式很难实现。 只有选择能够自动规划轨迹的自动运动机构才有可能解决，同时需要考虑对于一些狭窄、角落甚至于背面如何覆盖的问题。

（5）生产效率问题。除尘工作作为车辆每次保养的一个必要环节必须与整个生产流程衔接， 如果因为除尘工作对于场地条件及操作人员的技术有太多限制， 显然将增加其融入整个保养流程的难度。 同时如果操作效率太低，每次耗费太多的时间，及会增加劳动强度，也会大大降低工人对新的生产方式的接受程度。

2 自动化除尘技术方案

2.1 技术路线

结合车辆保养的流程，我们设计了完整的操作流程，以提高操作效率，详见表1。

表1 操作流程

2.2 自动化机器人与智能运维系统

（1）复杂空间下六自由度机械臂的应用。在公共交通行业，同类产品大多采用固定设备进行维保。尚没有使用机械臂进行狭小空间灵活处理的案例， 本项目使用机械臂解决了多角度及狭窄空间的维保难题， 机械臂的应用为行业首创。

（2）移动底盘及机器人导航。本课题采用的移动方式为轮式机器人配合磁带导航方式，相比于其他同类产品，在后期升级维护方面具有极大的优势。

（3）远程控制及与信息系统的互动。 依据5G 建网标准与网络延迟低特性。 机器人可实现在远程操作与除尘数据实时更新，通过链接稳定低延迟网络通信，将设备操作面板控制信息实时与远程控制联动， 配合摄像头远程无延迟观看。 操作人员在远程操作室可实现控制移动与除尘。

2.3 智能系统综合设计

（1）环保负压集尘系统。环保负压集尘系统用于收集清洁维护过程中产生的扬尘。 利用负压风机，收集扬尘空气，进行过滤后再排放至城市大气中，避免二次污染环境。本方案采用大功率工业集尘器，考虑到总体结构尺寸，包括操作视线影响，采用定制的卧式结构。过滤单元的滤筒横插式安装，可以有效减少机器的总体高度，特别适合空间受限制的区域使用； 滤筒采用东丽聚酯纤维防油防水滤材，具有抗油水及抗污功能，粉尘不宜粘附，清灰更容易，防止粉尘对滤筒的堵塞；滤筒对3μm 以上的粉尘过滤效率达99%以上。为保证良好的除尘效率，设备设计负压1200Pa，风量2100m3/h。

（2）吹尘执行机构。 通过多次的选型比较，我们最终选择了定制高速涡轮风机的解决方案，风量高达800m3/h，气流速度高达20km/h。 在实际测试中具有效率高、 效果好、功耗低的优点。

（3）升降式车型适应机构。为了解决不同车型舱门高矮不同的问题， 以及部分车型后舱具有上下两个舱门的问题。我们使用液压剪叉式机械升降机构，在处理较矮的舱门时，我们将剪叉液压放低，实现机械臂在低处位置的自由移动。当舱门较高时，控制程序自动升高机械臂到相应的高度，来弥补机械臂在长度上的不足，使机械臂能够处理高处的灰尘清洁问题。

3 自动化除尘方案评估

3.1 课题目标的实现

（1）清洁质量。 由于高速风机的引入，其大流量高风速的特点对于机舱灰尘的清理效果较好， 特别是对于较远距离的机舱深处（超过1m 距离）也有明显的吹除效果。同时避免了压缩空气吹尘带来的灰尘粘附问题。

（2）吸尘效果。 由于定制的集尘罩结构设计，基本与车体形成相对的密封空间， 工业集尘器产生的负压吸尘效果显现， 从吹尘过程中扬起的灰尘向后运动的轨迹及集灰盘中落入的灰尘数量来看，吸尘效果明显，避免了单纯吹尘灰尘回落带来的二次污染问题。

（3）车型兼容性的问题大部分得到解决。通过集尘罩的软硬结合的特别设计，及升降机构的作用，实现了对于对于主流车型大部分舱门的覆盖， 能够实现相对的密封空间。

（4）环境保护的目标。整个除尘工作中没有明显的灰尘外溢现象， 使得除尘工作在没有专用密封车间的情况下可以实现露天除尘操作。 同时颗粒物浓度的监测与累计，将直接体现环保贡献的价值。

（5）劳动保护的目标。 操作过程中，操作人员只需要将设备移动到目标舱门位置， 通过操作界面选择目标舱门吹尘轨迹，过程中操作人员与弥漫的灰尘完全隔离，是一种健康友好的生产方式。

（6）保养数据的数字化目标。 每次除尘操作，系统自动生成除尘日志，包含目标车辆/目标舱门/工作时间/颗粒物浓度等信息。 这些维保数据的自动生成并通过WIFI 进行数据交互，为未来维保大数据价值的挖掘提供了条件。

3.2 维保技术创新的贡献

通过本方案的实施， 我们不单是探索了有效的公交车“除尘”的解决方案，更是开创了“智能机器人”技术在维保智能化发展的先河，在企业内部形成鼓励全员创新、创造的氛围，树立了北京公交在同行业技术领先的地位。具体创新点包含：

（1）机械臂控制方法及除尘路径规划。

（2）密封集尘罩设计及多种舱门定位方案。

（3）不同清洗源的交替/组合工作。

（4）环保业绩统计方法。

（5）维保场景下的自主行走机器人。

本项目的实施共申请知识产权5 项， 其中发明专利2 项，实用新型专利3 项。

4 结束语

按照我司目前近8000 台电动车每5000 公里一次保养计算， 该方案每年能够有效避免7 万余次由于除尘导致的扬尘对于环境的污染，为守护首都蓝天做出贡献。同时避免对于保修厂周边市民生活环境的影响， 树立公交企业“环境友好”的企业形象。

该方案真正实现了除尘工作的智能化/自动化操作，让员工从恶劣的操作环境中解放出来，避免了粉尘、油污对于员工的身体伤害。 营造企业关爱员工、 员工认同企业、员工尊重乘客、乘客认可企业的文化氛围。