關(guān)鍵詞：自卸車(chē)；混合動(dòng)力；燃油耗；限值

0前言

自卸車(chē)是工程用車(chē)中較為普遍的運(yùn)輸工具，其燃油耗水平較高，而混合動(dòng)力汽車(chē)（HEV）可以充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)的工作特性，通過(guò)協(xié)調(diào)發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)的能量分配，保證發(fā)動(dòng)機(jī)在高效低能耗區(qū)工作。在制動(dòng)和滑行工況下，可利用電機(jī)的再生制動(dòng)功能回收能量并將其儲(chǔ)存在動(dòng)力電池中，用于后續(xù)工況的電機(jī)驅(qū)動(dòng)輸出。此外，HEV 可針對(duì)整車(chē)在擁堵、怠速等車(chē)等工況下發(fā)動(dòng)機(jī)頻繁啟停、燃油耗經(jīng)濟(jì)性差等問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化。

自卸車(chē)主要用于砂石料等短途運(yùn)輸，多行駛于二級(jí)及以下公路或非公路地區(qū)，該路況下的道路坡度通常較大。因此，自卸車(chē)的空駛率高、怠速占比高，且啟停頻繁。筆者從自卸車(chē)特點(diǎn)入手，研究混合動(dòng)力配置在自卸車(chē)上的可行性，以及在燃油耗優(yōu)化方面的貢獻(xiàn)。

1整車(chē)動(dòng)力性能需求

一般來(lái)說(shuō)，在整車(chē)設(shè)計(jì)階段會(huì)定義所期望的整車(chē)動(dòng)力性能指標(biāo)［1］，包括最高車(chē)速、最大爬坡度及加速性能等。

（3） 根據(jù)加速時(shí)間計(jì)算所需功率。以百公里加速時(shí)間計(jì)算所需功率時(shí)，不考慮爬坡度，功率應(yīng)滿足：

2匹配選型

2. 1整車(chē)參數(shù)

整車(chē)參數(shù)及動(dòng)力性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

2. 2阻力參數(shù)

針對(duì)原車(chē)和改制車(chē)分別進(jìn)行整車(chē)阻力滑行試驗(yàn)，具體結(jié)果如圖1所示。

2. 3變速箱參數(shù)

選用一款針對(duì)自卸車(chē)工況而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的變速箱，其參數(shù)見(jiàn)表2。

2. 4 滿足動(dòng)力性能需求的功率計(jì)算

根據(jù)整車(chē)信息及整車(chē)技術(shù)規(guī)范（VTS）的定義，首先進(jìn)行不同動(dòng)力工況性能指標(biāo)下的功率需求計(jì)算，然后取最大功率下的動(dòng)力性能需求來(lái)覆蓋所有工況下的動(dòng)力性能需求［2］。滿足整車(chē)需求的功率曲線如圖2 所示。

動(dòng)力系統(tǒng)的功率不低于350 kW，且最高車(chē)速下的扭矩不小于470 N·m。依據(jù)相關(guān)理論分析，結(jié)合整車(chē)的VTS 指標(biāo)，選擇額定功率為80 kW 的軸向磁通電機(jī)。

3整車(chē)仿真

從自卸車(chē)實(shí)際運(yùn)行工況及中國(guó)重型車(chē)商用車(chē)測(cè)試工況-自卸車(chē)（CHTC-D）分析入手，針對(duì)自卸車(chē)工況燃油耗高的痛點(diǎn)制定混動(dòng)策略。另外，需要從客戶的角度出發(fā)，進(jìn)行整車(chē)全生命周期成本分析法（TCO）分析。

3. 1混合動(dòng)力對(duì)整車(chē)經(jīng)濟(jì)動(dòng)力性的貢獻(xiàn)分析

從能耗角度考慮，使用場(chǎng)景對(duì)整車(chē)燃油耗起到?jīng)Q定性影響。

3. 1. 1整車(chē)運(yùn)行工況對(duì)燃油耗的影響

影響燃油耗的最直接因素是整車(chē)負(fù)荷，負(fù)荷在時(shí)間維度進(jìn)行累計(jì)即為燃油耗。發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行工況也是影響整車(chē)燃油耗的重要因素?？刂瓢l(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行工況點(diǎn)，使發(fā)動(dòng)機(jī)盡量在燃油消耗率相對(duì)較低的區(qū)域運(yùn)行，以降低整車(chē)的燃油消耗量［3］。

3. 1. 2混合動(dòng)力對(duì)整車(chē)燃油耗的優(yōu)化

重載爬坡會(huì)導(dǎo)致整車(chē)燃油耗高。通常，在高轉(zhuǎn)速下發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗率表現(xiàn)不會(huì)很好；加減速頻繁會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷率變化很大；此外，怠速時(shí)間長(zhǎng)，也會(huì)影響到整體燃油耗水平。

混合動(dòng)力系統(tǒng)中的電池和電機(jī)可以有效應(yīng)對(duì)整車(chē)燃油耗的優(yōu)化需求，使得發(fā)動(dòng)機(jī)盡量在經(jīng)濟(jì)性較好的區(qū)域運(yùn)行；此外，電機(jī)還可以回收自卸車(chē)在減速、下坡工況下的制動(dòng)能量。

3. 1. 3 動(dòng)力性角度下混合動(dòng)力對(duì)特殊工況的貢獻(xiàn)分析

在低轉(zhuǎn)速下電機(jī)扭矩最大，且表現(xiàn)為恒扭矩模式時(shí)，電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩疊加，整車(chē)在低速爬坡以及加速時(shí)的性能得到提高。

3. 2 自卸車(chē)動(dòng)力傳動(dòng)路線

傳統(tǒng)自卸車(chē)的動(dòng)力轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、后橋等組成。發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力經(jīng)過(guò)變速箱的變速變扭作用，自卸車(chē)起步、爬坡階段的扭矩輸出增大；同時(shí)，利用不同檔位的速比變化，使得發(fā)動(dòng)機(jī)盡量在經(jīng)濟(jì)性較好的轉(zhuǎn)速區(qū)間運(yùn)行［4］。傳統(tǒng)車(chē)型動(dòng)力傳動(dòng)示意圖如圖3 所示。

混合動(dòng)力自卸車(chē)的動(dòng)力電池可以輔助發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)整車(chē)，或者以純電驅(qū)動(dòng)整車(chē)行駛。根據(jù)電機(jī)布置位置，并聯(lián)結(jié)構(gòu)可分為P0、P1、P2、P3、P4 共5 種架構(gòu)方式，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖4 所示。其中，P1 架構(gòu)中的發(fā)動(dòng)機(jī)不能停機(jī)；P3 架構(gòu)中電機(jī)無(wú)法用到變速箱的增扭作用，對(duì)于電機(jī)的規(guī)格要求較高；P2 架構(gòu)則同時(shí)解決了上述2 種架構(gòu)存在的問(wèn)題，因此更具優(yōu)勢(shì)。

P2 架構(gòu)混合動(dòng)力的電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)均可將動(dòng)力直接輸出到輪端。本文以并聯(lián)結(jié)構(gòu)自卸車(chē)為研究對(duì)象，探索P2 架構(gòu)混合動(dòng)力在整車(chē)節(jié)油方面的貢獻(xiàn)。

3. 3仿真分析

從混動(dòng)優(yōu)化及其他參數(shù)優(yōu)化2 個(gè)方面對(duì)整車(chē)的動(dòng)力性能和燃油耗表現(xiàn)進(jìn)行混合動(dòng)力自卸車(chē)仿真計(jì)算。針對(duì)影響整車(chē)燃油消耗的因素，從整車(chē)運(yùn)行的實(shí)際負(fù)荷及發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行工況2 個(gè)方面進(jìn)行整車(chē)仿真分析。不同因素對(duì)整車(chē)燃油耗的貢獻(xiàn)如圖5 所示。

在不考慮附著率的前提下，傳統(tǒng)動(dòng)力和混合動(dòng)力的性能對(duì)比見(jiàn)表3。

4能量分配策略優(yōu)化

并聯(lián)P2 混動(dòng)由發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)電池2 個(gè)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)單元組成。本文選用大發(fā)動(dòng)機(jī)和小電機(jī)電池組成混合動(dòng)力系統(tǒng)。

4. 1發(fā)動(dòng)機(jī)工況點(diǎn)的優(yōu)化

傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行受整車(chē)運(yùn)行工況的影響，其工況點(diǎn)分散而低效?；旌蟿?dòng)力可以很好地將發(fā)動(dòng)機(jī)的工況點(diǎn)集中在燃油耗較低的范圍內(nèi)。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況點(diǎn)優(yōu)化示意圖如圖6 所示。

4. 2混合動(dòng)力系統(tǒng)電機(jī)運(yùn)行工況

在混動(dòng)模式下，不僅要考慮發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況點(diǎn)的經(jīng)濟(jì)性，還要考慮電機(jī)的工況點(diǎn)，使電機(jī)盡量在高效區(qū)間運(yùn)行?；靹?dòng)車(chē)型電機(jī)運(yùn)行工況點(diǎn)示意圖如圖7 所示。

5實(shí)車(chē)驗(yàn)證

在整車(chē)改制完成后，先進(jìn)行較全面的安全和通信檢查，然后進(jìn)行整車(chē)策略下的道路調(diào)試和數(shù)據(jù)標(biāo)定。完成整車(chē)道路調(diào)試標(biāo)定后，進(jìn)行整車(chē)的標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)燃油耗測(cè)試。轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)時(shí)間為2 d，最終完成整車(chē)CHTC-D 轉(zhuǎn)轂標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)燃油耗試驗(yàn)。通過(guò)在空載和滿載工況下進(jìn)行的整車(chē)道路調(diào)試標(biāo)定，最終完成整車(chē)的轉(zhuǎn)轂燃油耗測(cè)試驗(yàn)證。結(jié)果表明，相對(duì)傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)，混合動(dòng)力的節(jié)油率達(dá)25%，實(shí)測(cè)百公里燃油耗為34.75 L，遠(yuǎn)低于整車(chē)CHTC-D 第四階段百公里燃油耗要求（38.2 L）。

6結(jié)語(yǔ)

本文從自卸車(chē)的使用場(chǎng)景入手，分析了其使用特點(diǎn)及痛點(diǎn)；從節(jié)油的角度闡述了混合動(dòng)力對(duì)整車(chē)燃油耗的貢獻(xiàn)。以此為基礎(chǔ)，進(jìn)行整車(chē)零部件選型和仿真計(jì)算，進(jìn)行混動(dòng)實(shí)車(chē)設(shè)計(jì)；通過(guò)道路調(diào)試，完成整車(chē)CHTC-D第四階段的燃油耗消耗試驗(yàn)。實(shí)測(cè)試驗(yàn)結(jié)果和仿真結(jié)果接近，滿足設(shè)計(jì)要求。