电机直驱上装技术在搅拌车上的应用

吴涛 陈俊平

摘要：根据多年的设计和市场营销经验，结合当前市场传统燃油搅拌车客户痛点，摸索出了新的搅拌车电机直驱上装的技术路线，和传统燃油底盘组成了混合动力搅拌车，并引入了并联混合动力控制策略。与传统搅拌车液压驱动技术路线相比，电机直驱技术路线提高了传动效率，搅拌车在行驶过程中罐体匀速转动，制动能回收，发动机熄火作业，最终形成相比传统搅拌车节油30%以上的明显优势。

关键词：搅拌车;电机直驱;技术路线;节油

中图分类号：U469.6*5

收稿日期：2021-11-13

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2022.03.006

1前言

搅拌车做为混凝土的运输工具，在基建的拉动下，这几年在专用车市场的占比越来越大。但随着国家对货车超载超限的治理，混凝土运输行业回归理性，当年的大方量搅拌车逐渐退出历史舞台，取而代之的是轻量化的标准车型。搅拌车车型标准化后，随着一些大中型城市对环保管控提升、柴油价格的进一步上涨及客户用车成本最优化的需求，促使着混凝土运输行业向节能减排的方向发展。

某企业的纯电动搅拌车在行业内首先推出并实现了销售，但纯电动搅拌车购买成本较高，在没有政府强制要求和补贴的情况下，成本和技术等是商业化的“绊脚石”。在充电或换电方面也需要花费大量的成本建设充电桩或换电站，需要配套进一步完善。即便是配套齐全，充满一次电基本也只能行驶160km（约3趟），纯电动搅拌车的行驶范围受到很大限制，这些都限制了纯电动搅拌车商业化的进程。

根据前期混合动力城市客车的研究数据，混合动力城市客车循环油耗仿真值为33.4L/100km，节油率达273%。但搅拌车与城市客车的使用工况存在很大差异，如搅拌车在工地等待卸料，塔吊卸料时间长等，这些时间都要求搅拌罐体一直处于搅拌状态，传统的发动机不能熄火。发动机长期处于怠速状态，油耗很高，且柴油不能充分燃烧，发动机容易积碳，尿素消耗加大，尾处理寿命减少。某专用汽车生产企业及时了解市场，抓住客户痛点，基于传统燃油底盘之上开发了电机直驱上装，和传统燃油底盘组成了混合动力搅拌车（图1），并引入了并联混合动力控制策略，该车型不改变传统二类底盘的任何结构，成本增加不多，但节油率可达30%以上，达到了真正意义上的节能减排。且该车型很容易实现商业化，该技术已申报国家重大发明专利。

2电机直驱上装技术原理

如图2所示，在传统搅拌车取力器和减速机之间装配发电机、电机控制器、蓄能装置、电机、中控屏、后控屏及遥控器。

在车辆行驶过程中遇到红绿灯或下坡需要减速时，轻踩制动踏板，发电机开始工作，将车辆的动能转化为电能，储存进储能装置，实现了制动能回收，直至储能装置被充满，充满后发电机不再进行发电，但是车辆在混凝土运输过程中，罐体持续转动，储能装置持续供电，属于随用随充，可以大幅提高能量回收效率。

在驻车熄火状态下该发电机由电机控制器进行控制，如果储能装置电量低于设定值，电机控制器控制储能装置给发电机供电，此时发电机就变成了一个电机，储能装置给该电机供电，反向带动全功率取力器，全功率取力器带动发动机启动，实现辅助启动功能。在车辆加速或上坡过程中，发动机输出功率和扭矩需要加大，按照以上控制策略，发电机此时也变成了电机，通过取力器给车辆一个除发动机以外的动力，让车辆加速或上坡更省力，更节油，实现辅助加速功能。

在驻车熄火状态下该发电机由电机控制器进行控制，发动机带动发电机开始工作给蓄能装置充电，当蓄能装置电量高于设定值，电机控制器控制发动机自动熄火，实现自动控制。

电机由电机控制器的电池管理系统控制，电池管理系统与整车控制器通讯，使蓄能装置给电机供电，电机驱动减速机并带动罐体转动;中控屏、后控面板和遥控器设置有按键和屏幕，可以控制罐体转向及罐体转速，中控屏、后控面板和遥控器屏幕可以数字化显示罐体转速，达到精准控制。同时该车还加装了驻车空调，在驻车状态下发动机熄火，驻车空调自动打开，给驾驶室降温，发动机点火后自动关闭，以达到最大化的节能效果。

该电机直驱系统能轻松实现罐体匀速转动，防止行车过程中罐体转动速度随车辆速度变化而加减速，节能的同时增加了行驶安全性，取消了传统的液压系统，提高了能量传递效率。

3整车优势

3.1综合节油30%以上

a.制动能回收。搅拌车走走停停，反复起步和反复刹车，通过混合动力的制动能回收功能节油6%～12%。

b.减少发动机怠速工作时间。装卸料和堵车时，发动机不能熄火，发动机仍旧在转动，通过怠速启停功能，实现驻车时罐体大部分转动时间发动机处于熄火状态，可以节油10%以上。

c.搅拌罐匀速转动功能。液压驱动搅拌罐，随着油门深浅和发动机转速快慢变化，搅拌罐转速忽高忽低很费油。电驱搅拌罐可以随时保持匀速转动，节油约10%。

d.电驱上装传动效率的提升。驱动搅拌罐的液压系统的传动效率只有30%～60%，这部分低效率损失转化为热量并从液压系统的散热器消耗掉，混合动力的电机直驱系统传动效率大于92%，节油约5%。

3.2综合节省费用40%以上

除了以上节油节省下来的成本外，制动能回收阶段可以减少刹车片和轮胎的磨损，延长刹车片和轮胎的使用寿命;取消了液壓系统，每年减少液压系统的保养换油费用约800元;减少了发动机怠速时间，可以延长发动机保养时间，减少使用尿素量，同时增加了发动机尾处理的使用寿命。

3.3车辆智能控制，更省力、更精准

与传统机械式控制方式相比，该车型的控制系统更省力，附带屏幕显示，同时加装了遥控控制，让控制更为方便。

3.4车辆附带基于车联网技术的车辆管理系统

该系统覆盖装卸料监控系统、远程故障诊断系统、综合能耗分析、驾驶员驾驶行为能力分析等功能，可以随时地查看和管理车辆，精准掌握车辆情况，掌握驾驶员驾驶习惯，及时纠正不良驾驶习惯。

4主要优化部位介绍

4.1集成化设计和水冷系统

该系统采用了集成化的设计，将控制器、散热系统和蓄能装置集成到一个安装架上，节省了不必要的连接线，使得整车外形和线路布置更方便、更美觀;中控屏、后控面板和遥控器，采用模块化设计，结构紧凑且操作精准，出问题后只换不修，大大降低了维修服务成本，提高效率;散热系统采用了水冷散热，散热效率更高，保证系统的可靠性和稳定性。

4.2中控屏、后控面板和遥控器

该车型对中控屏、后控面板和遥控器进行创新设计，从驾驶室到后机架再到遥控器，从逐级授权、联动等几个维度，防水性能达到了IP67级以上，考虑实用性和可靠性的同时兼顾美观，从而使得该控制系统在行业内成为标杆（图3）。

由于混凝土本身会凝固，就要求搅拌车的执行系统和控制系统可靠并且有应急措施。该电驱上装采用大扭矩盘式电机驱动罐体，采取电控系统双回路设计和驱动电机本身自带救援口的方案，这相当于给整车上了双保险，即使出问题也可利用电机本身的救援口进行快速救援，救援便捷性比传统搅拌车更高（图4）。

4.3驻车空调的加装

为了解决特殊工况发动机停止后驾驶室环境温度的问题，工程技术人员为该车加装了驻车空调，有效解决了发动机停机等待时间内驾驶室内温度的问题，增加了发动机熄火等待的时间，达到节能减排的目的（图5）。

5使用实例

某公司从2019年已经开始研发ETM电动上装系统，截至目前已完成数轮样车试制开发和验证优化，成功开发了低成本、高可靠、高节油率的搅拌车电驱上装系统。其中第三轮、第四轮样车从2020年7月开始在重庆、成都、自贡、西安、滑南、咸阳、郑州、安阳、武汉、长沙、贵阳、梧州等省市推广试运行，取得了良好的节油效果，得到了广大试用客户的认可。该产品经过五代优化改进后，2021年5月底进行了上市发布会，正式面向全国进行销售，截至目前已经有很多客户在使用该产品（图6）。表1是使用传统车和混动车的记录数据，从表中数据计算平均每k油耗，传统车比混动车高0.19L，这就说明混动车节油约31.2%，加上节约尿素、发动机保养、刹车蹄片、液压油更换、延长轮胎使用寿命等费用，轻松节省40%以上的费用。综合单公里运营成本可降低1.2～1.3元，按照一辆车每个月跑100趟，来回50km/趟，每公里按照节省1.2元计算，每个月轻松节省6000元，一年按照10个月计算就能节省60000元。

6结语

在国家碳排放目标和碳达峰整体战略驱动下，搅拌车行业一方面受到国家交通运输行业燃料消耗量限值约束，其对31t搅拌车第四阶段的燃油限值为36.2L/100km，不引入混动等新能源技术很难达到标准。另一方面国内环保管控不断升级，加之油价逐步攀升，在可预见的未来，油价将维持高位，这将会成为运输车辆最大的可变成本。客户迫于运营压力，会改变观念，优先选择节油率高的车型。该电驱上装配合传统底盘组成的混合动力搅拌车将逐步被市场接受，在纯电搅拌车技术尚不完善及其成本居高不下的情况下，该车可以达到让客户节能降本增产的目的。因此该车型和传统车型相比，具有很强的竞争力。

参考文献

[1]王保华混合动力城市客车控制策略与试验研究[D].上海：上海交通大学，2008年

[2]辛世界，隆武强，范立云，等并联混合动力城市客车控制策略研究[J].大连理工大学学报，2007（4）：515-520.

[3]JTT719-2016营运货车燃料消耗量限制及测量方法[S]

作者简介：

吴涛，男，1979年生，工程师，研究方向为专用车技术和销售管理。