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摘要：為了進一步提高新能源環(huán)衛(wèi)車底盤與上裝的契合度與兼容性，實現(xiàn)在結(jié)構(gòu)、控制、冷卻等方面的互聯(lián)互通，進而改變以往環(huán)衛(wèi)車上裝需對底盤進行多維度改制才能完成整車生產(chǎn)的現(xiàn)狀。本文通過對路面保潔、垃圾收運兩大類環(huán)衛(wèi)車上裝需求及其全運行工況的分析，開展了“底盤+上裝”的一體化設計研究。該設計旨在實現(xiàn)整車結(jié)構(gòu)一體化、高壓系統(tǒng)一體化、熱管理系統(tǒng)一體化、控制系統(tǒng)一體化以及終端一體化，從而打造底盤上裝域控核心技術(shù)，不斷提升環(huán)衛(wèi)車輛的產(chǎn)品質(zhì)量和性能，進而增強其在終端市場的競爭力和影響力。 關(guān)鍵詞：新能源環(huán)衛(wèi)車；契合度；兼容性；一體化設計；上裝域控核心技術(shù)；產(chǎn)品質(zhì)量性能 中圖分類號：U462 DOI：10.20042/j.cnki.1009-4903.2024.06.008 近年來，在“雙碳”目標的引領下，我國能源結(jié)構(gòu)持續(xù)優(yōu)化升級，社會環(huán)保意識顯著增強。綠色低碳已成為我國商用車行業(yè)發(fā)展的主旋律。其中，純電動環(huán)衛(wèi)車作為商用車行業(yè)的新風口，已成為各地區(qū)重點推廣使用的對象，呈現(xiàn)出迅猛發(fā)展的態(tài)勢，市場滲透率持續(xù)提高。目前，新能源環(huán)衛(wèi)車主要分為路面保潔和垃圾收運兩大類。產(chǎn)品種類涵蓋純電動洗掃車、壓縮式垃圾車、高壓清洗車、低壓灑水車、多功能抑塵車等，整車品類多樣，不同上裝需求差異大、裝配結(jié)構(gòu)復雜。但由于環(huán)衛(wèi)車上裝廠家缺乏底盤資源，多從主機廠采購底盤進行改裝，這涉及多個公司或部門間的業(yè)務合作，信息共享存在困難，導致在結(jié)構(gòu)、通訊、監(jiān)控等方面無法實現(xiàn)互聯(lián)互通，進而引起底盤與上裝契合度低、兼容性不足等問題。為充分發(fā)揮底盤資源優(yōu)勢，主機廠基于上裝需求及全運行工況分析，開展“底盤+上裝”整車一體化設計，搭建整車結(jié)構(gòu)一體化、高壓系統(tǒng)一體化、熱管理系統(tǒng)一體化、控制系統(tǒng)一體化、終端系統(tǒng)一體化配套架構(gòu)，實現(xiàn)底盤、上裝結(jié)構(gòu)、控制、冷卻等方面互聯(lián)互通，打造特色一體化環(huán)衛(wèi)車產(chǎn)品。隨著我國汽車行業(yè)排放法規(guī)的日益嚴格、新能源汽車各項利好政策的實施、人口紅利的消失以及運營成本的增長，市政環(huán)衛(wèi)車行業(yè)首當其沖受到影響。數(shù)據(jù)顯示，2021—2023年，環(huán)衛(wèi)車總體銷量從10萬輛下降至7.8萬輛，呈逐年下降趨勢；而純電車型銷量則從不到4 000輛提升到超過6 000輛，顯示出純電環(huán)衛(wèi)車的市場潛力。同時，在18 t車型市場中，總體銷量從1.82萬輛增長至2.76萬輛，占比從18.2%提升至35.38%；其中，純電車型銷量從1 327輛提升至2 567輛。特別是18 t純電車型中，洗掃車、壓縮車、高壓清洗車、綠化噴灑車4款車型銷量占比超過85%，占據(jù)了主導地位，如圖1、圖2所示。
圖1 2021—2023年環(huán)衛(wèi)車銷量
圖2 2021—2023年18 t環(huán)衛(wèi)車銷量在系列環(huán)衛(wèi)車中，有2個典型車型可作為環(huán)衛(wèi)工況分析的代表，即用于路面保潔的洗掃車和用于垃圾收運的后裝式壓縮垃圾車。因此，我們以市場為導向，首先選擇18 t級產(chǎn)品作為切入點，以洗掃車和壓縮車為先導車型。我們與上裝廠家從技術(shù)源頭開始進行全系統(tǒng)對接，共同開展底盤與上裝一體化設計，并進行推廣。為便于上裝安裝，避免上裝被動改裝帶來的風險，環(huán)衛(wèi)上裝對底盤的通用要求如下：底盤車架需采用直通式大梁，并配置標準孔位；車架上翼面應無鉚釘，且底盤附件應低于車架上翼面平面。為保證車架強度，需對上裝固定點處進行局部加強。同時，為滿足上裝改裝空間的要求，需根據(jù)上裝長度來確定底盤的軸距和后懸長度。此外，還需根據(jù)上裝部件的布置形式來確定電池包的布置形式。以洗掃車和壓縮車為例：18 t洗掃車(以中置雙掃盤+寬吸嘴為例，如圖3所示)底盤電池包需采用后背形式布置。18 t級壓縮式垃圾車(如圖4所示)箱體容積通常在13~ 15 m3。由于其上裝尾部有特殊裝填機構(gòu)，要求底盤后懸較短，一般要求底盤后懸＜1 100 mm。同時，車架大梁左側(cè)或右側(cè)需預留污水箱位置。因此，上裝可利用空間一般要求≥3 600 mm，軸距要求≥4 500 mm。 
為滿足上裝的特殊需求，便于客戶操作及使用，在底盤配置方面還需進行一系列定制化設置。具體來說，需加裝上裝取電、取氣、取力、電控功能等相關(guān)配置。以18 t純電動洗掃車為例，其上裝電機驅(qū)動系統(tǒng)方案架構(gòu)為單電機驅(qū)動風機、液壓油泵及高壓水泵。該系統(tǒng)的工作轉(zhuǎn)速范圍為1 300~2 200 r/min，扭矩需求≥250 Nm，取電功率需求≥50 kW。此外，環(huán)衛(wèi)車上裝還會根據(jù)用戶的實際需求單獨配備了高壓水槍，這些水槍多從底盤取氣。在實際改裝過程中，部分改裝廠直接剪斷輔助氣管路并安裝三通接頭以取氣，而有些則采用分氣閥統(tǒng)一接入。對于壓縮式垃圾車而言，其上裝動力系統(tǒng)通常由液壓油泵驅(qū)動。該系統(tǒng)的恒扭矩區(qū)間轉(zhuǎn)速一般為800~1 600 r/min，最大輸出扭矩可達1 150 Nm。動力通過底盤變速器的取力器輸出，并通過傳動軸連接至油泵進行動力傳輸，這種方式可能會帶來較大的振動和噪聲。為此，部分上裝廠家已開始采用花鍵式取力器以降低噪聲影響。同時，為方便客戶清洗，壓縮式垃圾車同樣需要配置水槍并從底盤取氣，這與清掃車的需求相似。在低壓取電方面，底盤需要預留上裝CAN接口。根據(jù)不同上裝的需求，各車型底盤需預留1~2路30 A(或指定電流范圍如15~40 A)的電源。為方便上裝接線，這些電源接口大多被放置在駕駛室中央電器板附近。此外，底盤還需要增加相關(guān)電器信號以滿足上裝電氣系統(tǒng)與底盤之間的通信需求。最后，對于采用通用底盤的環(huán)衛(wèi)車改裝廠而言，上裝的電控單元往往是在后期進行改裝的，且獨立于駕駛內(nèi)飾或儀表臺之外。這可能會導致駕駛室內(nèi)部空間減小并影響操作便利性。為解決這一問題，底盤廠家可考慮通過中控顯示大屏來集成洗掃車、壓縮式垃圾車等不同種類環(huán)衛(wèi)車的標準作業(yè)顯示、操作及控制等各項功能界面，從而取消上裝單獨的操控平臺，提升駕駛室的舒適性和操作便捷性。洗掃車的日常運行涵蓋了多個關(guān)鍵工況，主要包括加水出車工況、清掃作業(yè)工況、轉(zhuǎn)場排污加水工況以及返回卸料工況。洗掃車作業(yè)工況分析如表1 所示。壓縮式垃圾車的基本工況包括垃圾收集、半載運輸、滿載轉(zhuǎn)運、卸料以及空載返回。壓縮式垃圾車作業(yè)工況分析如表 2 所示。根據(jù)環(huán)衛(wèi)車上裝需求及作業(yè)工況，進行底盤與整車的一體化設計，以 18 t級環(huán)衛(wèi)車為例，具體從以下方面展開。針對洗掃車和壓縮式垃圾車不同的上裝需求，進行車架的模塊化設計，并對后懸長度進行系列化開發(fā)。洗掃車底盤的后懸長度為1 640 mm，而壓縮式垃圾車底盤的后懸長度為1 080 mm。同時，根據(jù)上裝部件的安裝位置預留了車架孔位，并采用綠控TZ370XS-LKM1114電機為上裝配備了法蘭式取力器，預留了G3/8螺紋取氣口用于取電。在輔助氣罐上，預留了同規(guī)格的取氣接口，并確保氣缸、氣動離合器等所需氣壓大于0.8 MPa。此外，還預留了2路CAN接口用于上裝取電，從而實現(xiàn)了底盤到廠即可直接安裝，減少了打孔、切割、焊接等作業(yè)流程，避免了改裝風險，提高了生產(chǎn)效率并降低了人工成本。洗掃車和壓縮式垃圾車的底盤設計分別如圖5和圖6所示。
充分利用底盤的開發(fā)能力及配套資源優(yōu)勢，統(tǒng)籌考慮底盤電機、電控和上裝電機電控的熱負荷需求。根據(jù)洗掃車上裝電機的散熱功率(12~13 kW)、電機控制器工作溫度(≤55 ℃)以及電機工作溫度(≤65 ℃)等要求，底盤匹配300 W大功率電子水泵。通過一個水泵和一個三通閥直接混水的方式，上裝工作的三通閥按照預設開度運轉(zhuǎn)，水泵按照預設功率運轉(zhuǎn)。冷凝器總成被集成到散熱器中，從而實現(xiàn)了底盤和上裝共用一套熱管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了同步冷卻，減少了上裝單獨匹配冷卻模塊的要求。上裝電機、電控系統(tǒng)與底盤高壓系統(tǒng)進行協(xié)同設計，借助底盤三電系統(tǒng)的優(yōu)勢，底盤集成了上裝電機和電控系統(tǒng)。通過深度挖掘上裝系統(tǒng)的工作模式及工況，并根據(jù)上裝系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)，確定上裝系統(tǒng)的常用轉(zhuǎn)速區(qū)間及扭矩區(qū)間。采用新型扁線電機，其最大轉(zhuǎn)速在1 900 r/min附近，系統(tǒng)最大持續(xù)輸出扭矩可達300 Nm以上。上裝控制系統(tǒng)與底盤控制系統(tǒng)進行協(xié)同設計，取消上裝的標準作業(yè)顯示、操作、控制操縱臺。底盤匹配了15.6 in的中控顯示屏，并運用中控顯示一體化控制程序，集成洗掃車、壓縮式垃圾車等不同種類環(huán)衛(wèi)車的標準作業(yè)整車顯示、操作、控制等各項功能界面。通過集成界面選擇對應車型，可以實現(xiàn)上裝作業(yè)各項動作的一體化操控，并實時了解整車作業(yè)和運行工況。傳統(tǒng)的上裝操控裝置如圖7所示，而控制一體化的操控界面如圖8所示。洗掃車的標準作業(yè)控制頁面如圖9所示，壓縮式垃圾車的標準作業(yè)控制頁面如圖10所示。圖7 傳統(tǒng)上裝操控裝置 開展純電動環(huán)衛(wèi)車底盤與上裝一體化開發(fā)的總體設計與研究工作，在一定程度上扭轉(zhuǎn)了上裝只能被動適應底盤進行改裝的局面。這一改變避免了上裝在打孔、切割、焊接等作業(yè)流程中可能引發(fā)的操作隱患、承載隱患及功能隱患等問題。同時，它減少了底盤資源的浪費，降低了上裝的人工安裝成本，顯著提升了整車的生產(chǎn)效率及車輛品質(zhì)。通過高壓系統(tǒng)一體化、熱管理系統(tǒng)一體化以及控制一體化，實現(xiàn)了底盤與上裝的高度集成，使得整車的綜合能耗可提升20%以上，人機交互變得更加便捷、智能和高效。雜志原文????? 
作者:陳運軍 李 斌 謝顯晨 孫 濤 徐新棟 孟 暢 張乾坤 張永龍 一審:杜紅武/二審:王作函/三審:于晶 ——轉(zhuǎn)載請注明來源：商用汽車雜志——
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