对微型电动垃圾车的设计理论进行了初步研究，建立了电动垃圾车基本计算的动力学模型，研制出了后开门式的电动垃圾车，并进行了整车性能试验。试验结果表明该车的各项性能指标都达到科技部的技术要求，说明整车的设计是合理的，电气系统参数的匹配计算结果与试验结果基本吻合。
关键词：电动垃圾车；参数；设计；电动汽车
伴随经济的发展和环保意识的提高，使用清洁无污染源动力汽车替代燃油汽车将成为人们必然的选择，电动车就是其中的一个方向。电动车的应用领域广泛，常见的电动车有电动高尔夫车、电动游览车、电动游船、电动割草机、电动扫地车、电动运输车和电动叉车等。人们以往心目中又脏又臭的环卫垃圾车，在防止二次污染的同时也开始强调外形的美观和排放的清洁。将绿色动力与特殊功能相结合，开拓新的产品——微型电动垃圾车，为电动车开辟了新的市场。相对于传统的压缩车和人力三轮垃圾车而言，新型的电动垃圾车具有机动性好，载质量仅为0.5t，整车外形尺寸小的特点，能在城市老区的窄巷小街、公园广场、居民小区、旅游景点及城市步行街中穿梭使用。因此，设计符合市场需求的微型电动垃圾车，在安全、环保、性能、舒适、价优等方面均能满足用户需求，符合社会需求和技术发展的趋势[1～2]。
1设计思路
1.1全新设计理念
电动垃圾车的全新设计是一项机电一体化的综合科技工程，电动垃圾车高性能的获得并不是简单地将燃油汽车的发动机和油箱代之以电动机和蓄电池便可以实现。它必须通过对蓄电池、电动机和控制系统参数的合理匹配选择，并且在总体方案布置时使其连接可靠、轴荷分配合理等才能获得。同时还要满足造型新颖，性能优越，降低各种阻力，实现轻量化，设计全新的专用底盘等多方面的要求，使其成为一种全新的车型。电动垃圾车的设计工艺流程图如图1所示。
1.2总体设计原则
1)设计专门的翻转机构装载，采用电动控制侧面带提桶机构的自装卸式机构，靠车厢举升倾卸垃圾。既减轻环卫工人的劳动强度，又提高工作效率。
2)根据电动车的特点进行系统总体设计，并不要求每个子系统最优，只求得各个子系统的最佳匹配。
3)电动垃圾车的形式：前轮转向、后轮驱动。
4)主要技术性能指标达到国内先进水平。
5)优先选用能满足性能参数要求、成熟可靠的汽配零部件，降低工艺设备投入。
6)注意工艺性、通用性和标准件互换性，降低制造成本，缩短试制周期，提高经济效益。
7)电气系统采用当今国际上比较先进的MOSFET电控技术。
1.3整车结构设计思路
1.3.1驱动控制系统的设计
能量系统采用高性能铅酸蓄电池，整车的蓄电池共8块。驱动电动机采用直流电动机，该电动机具有成本最低、易于平滑调速、控制器简单、技术成熟等优点。采用的电子速度控制器不仅具有成本低，还可获得比较高的转矩，满足电动垃圾车起步、爬坡的需要。
1.3.2底盘系统的设计
变速器采用两挡变速器，手动换挡。由于采用了两挡变速器，可以使其在低挡位时获得较高的瞬间转矩，在高挡位时获得较高的行驶速度，并且能够使电动机经常处于高效区运转。变速器与电动机采用一体化设计，直接与驱动轴安装连接在一起。转向系统采用整体液压式动力转向系统，动力转向系统可以减小驾驶员作用在转向盘上的力，减轻驾驶员的劳动强度，使转向轻便、灵活，而且提高了汽车行驶的安全性。本车的制动系统主要有行车制动系和驻车制动系组成，为了提高制动系统的工作可靠性，保证行车安全，液压管路采用X型制动管路，以便当一个制动回路失效后，另一个制动回路仍能工作。
1.3.3车身系统的设计
车头部分选择玻璃钢，可以做成不同形状的复杂曲面；前风挡采用大尺寸景观夹胶玻璃。
车厢部分的设计：采用标准垃圾桶，由提桶机构将垃圾装入自装卸式电动垃圾车车厢后再转运；靠车厢举升倾卸垃圾。其中，提桶机构由电动按钮控制，有升、降两个位置，操作方便，这样可以大大减轻环卫工人的劳动强度。主要特点：直接收集、转运，不压缩，适用于特定人工方式，操作简单，成本低。
1.3.4电气及控制系统的设计
电气及控制系统主要包括低压电气系统、高压电气系统和整车控制。该系统担负着采集整车的各子系统的运行信息并进行监控与诊断，维持所有电池处于最佳状态，提供剩余能量显示等职责。具体实现以下功能。
1)整车信息检测与显示。包括加速踏板、制动踏板等模拟信号，以及车速、前进、后退、控制器开关、油泵开关等开关量。

2)动力电池组信息检测与显示。包括总电流、总电压、动力电池充电状态估计。
3)维护电池使用。包括放电欠压报警、充电过压报警、电池损坏报警。
通过DC/DC变换器将48V的直流电转换为12V的低压电流，为仪表、照明、控制系统和车身附件提供电能。
2数学模型
电动垃圾车由于采用电动机作动力，且以蓄电池作能源，故其结构与内燃机汽车有所不同。电动垃圾车驱动系统的组成如图2所示。

同内燃机汽车相似，电动垃圾车不是封闭的系统，在行驶过程中必然伴随着与周围环境的能量交换与能量损失，从能量的观点来看，电动垃圾车的能量传递特性可用图3所示。

2.1电动机参数选择[3～5]
电动机的主要参数包括电动机类型、电动机额定功率和额定转速等。笔者以直流电动机为研究对象，其功率由电动垃圾车的最高车速来确定，以保证电动机的效率。若给出了期望的最高车速，选择的电动机功率应大体上等于但不小于以最高车速行驶时的行驶阻力功率之和。即

式中PN——电动机额定功率，kW
m——最大整车质量，kg
f——滚动摩擦系数
A——车辆迎风面积，m2
umax——最高车速，km/h
ηT——传动效率
CD——风阻系数
以常规车速确定电动机的额定转速

式中nN——电动机额定转速，r/min
ig——变速器的传动比
i0——主减速器的传动比
uN——常规车速
r——车轮滚动半径，m
以额定功率/转速确定电动机的额定转矩

2.2传动比选择
车辆传动比包括变速器传动比和主减速器传动比。电动垃圾车以最高车速行驶时，用最小传动比的挡位工作，在最大爬坡度时用最大传动比的挡位工作。由于直流电动机的起动转矩很大，并且易实现无级调速，传动比只需满足最高车速和最大爬坡度的要求即可，因此可选择两挡变速器。最小传动比挡位为直接挡，因此，主减速器的传动比可以由最高车速求取，即

式中，nmax为电动机的最高转速。
变速器的最大传动比由电动垃圾车的最大爬坡度确定，即

式中igmax——变速器的最大传动比
αmax——最大爬坡角度
Mmax——电动机的最大转矩
2.3蓄电池参数的选择
选择蓄电池的参数时主要考虑蓄电池类型、蓄电池电压与蓄电池容量3个方面。
1)电池组数量的选择
动力电池串联起来为电动机供电，动力电池模块的最小数目为

式中NBmin——动力电池模块的最小数目
Ummin——电动机的最小工作电压，V
Ubmin——动力电池模块的最小电压，V
动力电池需向电动机提供足够的功率以满足电动机的峰值功率要求，故动力电池模块数目的最大值为

式中NBmax——动力电池模块的最大数目
Pmmax——电动机的最大功率，kW
Dpower——动力电池的功率密度，W/kg
ηm——电动机及其控制系统的效率

mmod——动力电池模块的质量，kg
2)电池组容量的选择
动力电池的容量主要是由电动垃圾车的续驶里程决定，故动力电池容量的限值可由设计的电动垃圾车的续驶里程范围得到

式中Cb——动力电池组的容量，A•h
L——续驶里程，km
e——单位距离消耗的能量，kJ/km
Ub——动力电池模块的工作电压，V
DOD——放电深度
在选择电池的容量时，既要满足汽车的续驶里程的设计要求，又要考虑整车的空间结构和底盘承载能力。因为选择电池容量越大，电池组所贮存的电能越多，续驶里程相应延长，但电池组的质量增加，整车的整备质量增加，导致行驶阻力也增加，反过来又影响电动垃圾车的续驶里程。
3参数设计
3.1动力性能设计指标的确立
根据设计任务书，此微型电动垃圾车的动力性能指标为：
1)最高时速25km/h。
2)最大爬坡度20%。
3)续驶里程80km。
3.2整车参数的确定
结合设计任务书，参考相关资料得出电动垃圾车的整车参数如表1所示。
表1基本参数

根据以上原则，由动力驱动系统基本参数的动力学方程，得到动力驱动系统的参数如表2所示。
表2动力性能参数计算结果

电动机调速控制系统的选择首先要能满足电动机功率的要求。此外，应能根据整车的行驶要求，按照预定的调速逻辑，对电动机进行控制。选用2.2kW/48V进口电子速度控制器。
4整车性能试验
该车已经经过国家工程机械质量监督检验中心试验，检测结果如表3所示。
表3微型电动垃圾车检测结果

试验结果表明该车的各项性能指标都达到科技部的技术要求，说明整车的结构设计是合理的。
5结论
该微型电动垃圾车采用高性能的铅酸动力电池作为能量源，机动性好，整备质量仅为0.8t，并且整车外形尺寸小，能在城市老区的窄巷小街、公园广场、居民小区、旅游景点及城市步行街中穿梭使用；价格便宜，目前市场价格在5万元以下；环保，无污染排放，噪音低，效率相对高，可以替代原先人力三轮车、板车的使用，降低环卫工人劳动强度的同时，提高工作效率，与现有中转站配合使用更能发挥其作用；该车投放市场后，获得了较好的经济效益和社会效益。