對微型電動垃圾車的設計理論進行了初步研究，建立了電動垃圾車基本計算的動力學模型，研制出了后開門式的電動垃圾車，并進行了整車性能試驗。試驗結果表明該車的各項性能指標都達到科技部的技術要求，說明整車的設計是合理的，電氣系統參數的匹配計算結果與試驗結果基本吻合。
關鍵詞：電動垃圾車；參數；設計；電動汽車
伴隨經濟的發展和環保意識的提高，使用清潔無污染源動力汽車替代燃油汽車將成為人們必然的選擇，電動車就是其中的一個方向。電動車的應用領域廣泛，常見的電動車有電動高爾夫車、電動游覽車、電動游船、電動割草機、電動掃地車、電動運輸車和電動叉車等。人們以往心目中又臟又臭的環衛垃圾車，在防止二次污染的同時也開始強調外形的美觀和排放的清潔。將綠色動力與特殊功能相結合，開拓新的產品——微型電動垃圾車，為電動車開辟了新的市場。相對于傳統的壓縮車和人力三輪垃圾車而言，新型的電動垃圾車具有機動性好，載質量僅為0.5t，整車外形尺寸小的特點，能在城市老區的窄巷小街、公園廣場、居民小區、旅游景點及城市步行街中穿梭使用。因此，設計符合市場需求的微型電動垃圾車，在安全、環保、性能、舒適、價優等方面均能滿足用戶需求，符合社會需求和技術發展的趨勢[1～2]。
1設計思路
1.1全新設計理念
電動垃圾車的全新設計是一項機電一體化的綜合科技工程，電動垃圾車高性能的獲得并不是簡單地將燃油汽車的發動機和油箱代之以電動機和蓄電池便可以實現。它必須通過對蓄電池、電動機和控制系統參數的合理匹配選擇，并且在總體方案布置時使其連接可靠、軸荷分配合理等才能獲得。同時還要滿足造型新穎，性能優越，降低各種阻力，實現輕量化，設計全新的專用底盤等多方面的要求，使其成為一種全新的車型。電動垃圾車的設計工藝流程圖如圖1所示。
1.2總體設計原則
1)設計專門的翻轉機構裝載，采用電動控制側面帶提桶機構的自裝卸式機構，靠車廂舉升傾卸垃圾。既減輕環衛工人的勞動強度，又提高工作效率。
2)根據電動車的特點進行系統總體設計，并不要求每個子系統最優，只求得各個子系統的最佳匹配。
3)電動垃圾車的形式：前輪轉向、后輪驅動。
4)主要技術性能指標達到國內先進水平。
5)優先選用能滿足性能參數要求、成熟可靠的汽配零部件，降低工藝設備投入。
6)注意工藝性、通用性和標準件互換性，降低制造成本，縮短試制周期，提高經濟效益。
7)電氣系統采用當今國際上比較先進的MOSFET電控技術。
1.3整車結構設計思路
1.3.1驅動控制系統的設計
能量系統采用高性能鉛酸蓄電池，整車的蓄電池共8塊。驅動電動機采用直流電動機，該電動機具有成本最低、易于平滑調速、控制器簡單、技術成熟等優點。采用的電子速度控制器不僅具有成本低，還可獲得比較高的轉矩，滿足電動垃圾車起步、爬坡的需要。
1.3.2底盤系統的設計
變速器采用兩擋變速器，手動換擋。由于采用了兩擋變速器，可以使其在低擋位時獲得較高的瞬間轉矩，在高擋位時獲得較高的行駛速度，并且能夠使電動機經常處于高效區運轉。變速器與電動機采用一體化設計，直接與驅動軸安裝連接在一起。轉向系統采用整體液壓式動力轉向系統，動力轉向系統可以減小駕駛員作用在轉向盤上的力，減輕駕駛員的勞動強度，使轉向輕便、靈活，而且提高了汽車行駛的安全性。本車的制動系統主要有行車制動系和駐車制動系組成，為了提高制動系統的工作可靠性，保證行車安全，液壓管路采用X型制動管路，以便當一個制動回路失效后，另一個制動回路仍能工作。
1.3.3車身系統的設計
車頭部分選擇玻璃鋼，可以做成不同形狀的復雜曲面；前風擋采用大尺寸景觀夾膠玻璃。
車廂部分的設計：采用標準垃圾桶，由提桶機構將垃圾裝入自裝卸式電動垃圾車車廂后再轉運；靠車廂舉升傾卸垃圾。其中，提桶機構由電動按鈕控制，有升、降兩個位置，操作方便，這樣可以大大減輕環衛工人的勞動強度。主要特點：直接收集、轉運，不壓縮，適用于特定人工方式，操作簡單，成本低。
1.3.4電氣及控制系統的設計
電氣及控制系統主要包括低壓電氣系統、高壓電氣系統和整車控制。該系統擔負著采集整車的各子系統的運行信息并進行監控與診斷，維持所有電池處于最佳狀態，提供剩余能量顯示等職責。具體實現以下功能。
1)整車信息檢測與顯示。包括加速踏板、制動踏板等模擬信號，以及車速、前進、后退、控制器開關、油泵開關等開關量。
2)動力電池組信息檢測與顯示。包括總電流、總電壓、動力電池充電狀態估計。
3)維護電池使用。包括放電欠壓報警、充電過壓報警、電池損壞報警。
通過DC/DC變換器將48V的直流電轉換為12V的低壓電流，為儀表、照明、控制系統和車身附件提供電能。
2數學模型
電動垃圾車由于采用電動機作動力，且以蓄電池作能源，故其結構與內燃機汽車有所不同。電動垃圾車驅動系統的組成如圖2所示。
同內燃機汽車相似，電動垃圾車不是封閉的系統，在行駛過程中必然伴隨著與周圍環境的能量交換與能量損失，從能量的觀點來看，電動垃圾車的能量傳遞特性可用圖3所示。
2.1電動機參數選擇[3～5]
電動機的主要參數包括電動機類型、電動機額定功率和額定轉速等。筆者以直流電動機為研究對象，其功率由電動垃圾車的最高車速來確定，以保證電動機的效率。若給出了期望的最高車速，選擇的電動機功率應大體上等于但不小于以最高車速行駛時的行駛阻力功率之和。即
式中PN——電動機額定功率，kW
m——最大整車質量，kg
f——滾動摩擦系數
A——車輛迎風面積，m2
umax——最高車速，km/h
ηT——傳動效率
CD——風阻系數
以常規車速確定電動機的額定轉速
式中nN——電動機額定轉速，r/min
ig——變速器的傳動比
i0——主減速器的傳動比
uN——常規車速
r——車輪滾動半徑，m
以額定功率/轉速確定電動機的額定轉矩
2.2傳動比選擇
車輛傳動比包括變速器傳動比和主減速器傳動比。電動垃圾車以最高車速行駛時，用最小傳動比的擋位工作，在最大爬坡度時用最大傳動比的擋位工作。由于直流電動機的起動轉矩很大，并且易實現無級調速，傳動比只需滿足最高車速和最大爬坡度的要求即可，因此可選擇兩擋變速器。最小傳動比擋位為直接擋，因此，主減速器的傳動比可以由最高車速求取，即
式中，nmax為電動機的最高轉速。
變速器的最大傳動比由電動垃圾車的最大爬坡度確定，即
式中igmax——變速器的最大傳動比
αmax——最大爬坡角度
Mmax——電動機的最大轉矩
2.3蓄電池參數的選擇
選擇蓄電池的參數時主要考慮蓄電池類型、蓄電池電壓與蓄電池容量3個方面。
1)電池組數量的選擇
動力電池串聯起來為電動機供電，動力電池模塊的最小數目為
式中NBmin——動力電池模塊的最小數目
Ummin——電動機的最小工作電壓，V
Ubmin——動力電池模塊的最小電壓，V
動力電池需向電動機提供足夠的功率以滿足電動機的峰值功率要求，故動力電池模塊數目的最大值為
式中NBmax——動力電池模塊的最大數目
Pmmax——電動機的最大功率，kW
Dpower——動力電池的功率密度，W/kg
ηm——電動機及其控制系統的效率
mmod——動力電池模塊的質量，kg
2)電池組容量的選擇
動力電池的容量主要是由電動垃圾車的續駛里程決定，故動力電池容量的限值可由設計的電動垃圾車的續駛里程范圍得到
式中Cb——動力電池組的容量，A•h
L——續駛里程，km
e——單位距離消耗的能量，kJ/km
Ub——動力電池模塊的工作電壓，V
DOD——放電深度
在選擇電池的容量時，既要滿足汽車的續駛里程的設計要求，又要考慮整車的空間結構和底盤承載能力。因為選擇電池容量越大，電池組所貯存的電能越多，續駛里程相應延長，但電池組的質量增加，整車的整備質量增加，導致行駛阻力也增加，反過來又影響電動垃圾車的續駛里程。
3參數設計
3.1動力性能設計指標的確立
根據設計任務書，此微型電動垃圾車的動力性能指標為：
1)最高時速25km/h。
2)最大爬坡度20%。
3)續駛里程80km。
3.2整車參數的確定
結合設計任務書，參考相關資料得出電動垃圾車的整車參數如表1所示。
表1基本參數
根據以上原則，由動力驅動系統基本參數的動力學方程，得到動力驅動系統的參數如表2所示。
表2動力性能參數計算結果
電動機調速控制系統的選擇首先要能滿足電動機功率的要求。此外，應能根據整車的行駛要求，按照預定的調速邏輯，對電動機進行控制。選用2.2kW/48V進口電子速度控制器。
4整車性能試驗
該車已經經過國家工程機械質量監督檢驗中心試驗，檢測結果如表3所示。
表3微型電動垃圾車檢測結果
試驗結果表明該車的各項性能指標都達到科技部的技術要求，說明整車的結構設計是合理的。
5結論
該微型電動垃圾車采用高性能的鉛酸動力電池作為能量源，機動性好，整備質量僅為0.8t，并且整車外形尺寸小，能在城市老區的窄巷小街、公園廣場、居民小區、旅游景點及城市步行街中穿梭使用；價格便宜，目前市場價格在5萬元以下；環保，無污染排放，噪音低，效率相對高，可以替代原先人力三輪車、板車的使用，降低環衛工人勞動強度的同時，提高工作效率，與現有中轉站配合使用更能發揮其作用；該車投放市場后，獲得了較好的經濟效益和社會效益。
關鍵詞：電動垃圾車 垃圾車 技術 |
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