混联式plug‑in混合动力洗扫车的动力驱动系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术涉及环卫机械领域，特指混联式plug‑in混合动力洗扫车的动力驱动系统及其控制策略，所述动力驱动系统包括有发动机、全功率取力器、分动箱、动力电池组、驱动电机、发电机和驱动电机控制器、变速箱、转矩耦合器、驱动桥、洗扫组件以及洗扫组件离合器，所述转矩耦合器是实现洗扫车转场模式和清扫作业模式切换的关键部件。洗扫车在清扫作业和低速转场时，由驱动电机牵引行驶，发动机可以带动发电机发电以提高洗扫车续驶里程；洗扫车在高速转场时，由发动机来驱动，充分改善了整车的NVH性能、排放和燃油经济性。洗扫车多在凌晨工作夜间充电，可对电网系统起到很好的“削峰填谷”作用，有利于维持电网系统的稳定，降低使用成本。

The hybrid plug in hybrid power washing sweeper, driving system and control method thereof

The present invention relates to the field of environmental sanitation machinery, in particular to the hybrid plug in hybrid power car wash sweep driving system and its control strategy, the power drive system comprises a motor, taking full power, transfer case, power battery, drive motor, generator and motor drive controller, gearbox, torque, coupler drive axle, washing assembly and washing assembly clutch, the torque coupler is the key components of realization of washing sweeper cleaning operation mode and transition mode switching. Sweeper in cleaning operation and low speed transitions, driven by motor driving, the engine can drive the generator to improve the washing vehicle mileage; washing vehicle in high speed transitions, from the engine to drive, fully improve vehicle NVH performance, emissions and fuel economy. The sweeper will work in the morning and charge at night. It will play a very good role in the power grid system. It will help maintain the stability of the power grid system and reduce the cost of use.

【技术实现步骤摘要】
混联式plug-in混合动力洗扫车的动力驱动系统及其控制方法
本专利技术涉及环卫机械领域，特指一种混联式plug-in混合动力洗扫车的动力驱动系统及其控制方法。
技术介绍
随着我国经济高速发展，城市化水平不断提高，城市道路里程迅速增加。与此同时，道路清扫的工作量和对清扫效果的要求也大幅提升，传统的人力清扫已无法满足需求。在此背景下，洗扫车作为一种集清扫、清洗、除污和清运于一体的高效道路清扫设备，以其作业功能丰富、作业效率高、作业效果好等独特优点在市政和环卫部门取得了大量应用。传统洗扫车通常是在二类汽车底盘上加装洗扫组件以满足作业要求，包括副车架、副发动机、风机、水泵、洗水箱、垃圾箱、左右扫盘、吸嘴等部件。原车发动机负责驱动车辆行驶，副发动机负责在洗扫作业时为水泵、风机、扫盘、吸嘴等部件提供动力，主、副发动机各自独立工作。但在洗扫作业时，车辆的速度行驶多在20km/h以下，行驶速度较低，所需功率远小于发动机最大功率，因而主发动机负荷率极低、油耗高、排放较差，同时副发动机高速运转，会产生较大的噪声，在清洁城市的同时给环境带来二次污染，一定程度上违背了设计的初衷。随着国家对环保要求越来越高，人们的环保意识越来越强，现有洗扫车已很难满足要求，因此亟待开发一款混合动力洗扫车来取代传统洗扫车。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于：为适应城市发展的需要以及避免现有技术存在的不足，提供一种传动效率高、作业噪声小、节能环保的混联式plug-in混合动力洗扫车动力驱动系统及其控制方法，以实现发动机在转场和清扫作业时均能高效工作，并实现清扫作业时上装与下装的动力解耦。本专利技术采用的技术方案是：一种混联式plug-in混合动力洗扫车的动力驱动系统及其控制方法，包括有：洗扫动力驱动系统和行驶动力驱动系统，所述洗扫动力驱动系统用以驱动洗扫组件工作，其包括有：发动机、全功率取力器、分动箱、洗扫组件离合器以及洗扫组件；所述行驶动力驱动系统用以驱动车辆高速转场和低速洗扫，其包括有：发动机、全功率取力器、发电机、动力电池组、驱动电机、电机控制器、变速箱、转矩耦合器以及驱动桥。在上述洗扫动力驱动系统中，所述发动机为洗扫组件或发电机提供动力；所述全功率取力器位于发动机曲轴及主离合器C0之间，用以传递发动机的转矩；所述分动箱与所述全功率取力器通过上装传动轴连接，分动箱有四根输出轴，分别通过离合器与高压水泵、发电机、风机及液压泵传动连接，便于洗扫组件及发电机的独立控制，以实现不同的洗扫组合；所述洗扫组件包括：高压水泵、风机、液压泵、低压水泵以及扫盘、吸嘴；所述低压水泵通过变速器上的取力口取力，用于转场模式时洗扫车洒水除尘。在上述行驶动力驱动系统中，所述变速箱位于主离合器C0之后，变速箱与转矩耦合器通过底盘传动轴相连；所述转矩耦合器在变速箱与驱动桥之间，并通过底盘传动轴与驱动桥相连，用以传递发动机或驱动电机的动力；所述发电机在分动箱之后，通过一根传动轴与分动箱连接，且传动轴上设有离合器；所述动力电池可以为磷酸铁锂电池或三元锂电池，且可通过交流电网和发电机充电。本专利技术进一步提供了混联式plug-in混合动力洗扫车动力驱动系统用转矩耦合器，所述转矩耦合器是实现洗扫车转场模式和清扫作业模式切换的关键部件，其包括有：一根输入轴、一根贯通轴、接合齿圈和减速齿轮副，其中输入轴连接电机和主动齿轮，贯通轴连接变速箱和驱动桥，从动齿轮空套在贯通轴上，并通过接合齿圈将动力传递到贯通轴，从而将发动机或驱动电机的动力传递到车轮牵引车辆行驶。具体控制方法为：1)清扫作业模式：清扫作业时车速较低，由驱动电机驱动洗扫车整车低速行驶。此时接合齿圈右移，并配合变速箱空挡，电机的动力经由减速齿轮副传递到贯通轴，以驱动车辆低速行驶。2)转场模式：当洗扫车车速较低时(小于20km/h)，控制方法与清扫作业模式相同；车速较高时，接合齿圈左移，变速箱在挡，由发动机驱动整车高速行驶。本专利技术进一步提供了混联式plug-in混合动力洗扫车的动力驱动系统在转场和清扫作业模式下的控制方法，具体为：1)清扫作业模式：清扫作业时，洗扫车行驶速度通常低于20km/h，为保证整车燃油经济性由驱动电机牵引洗扫车行驶。此时，变速箱挂空挡，发动机动力依次经过全功率取力器、分动箱，驱动洗扫组件工作；所述转矩耦合器内接合齿圈接合，动力电池组的能量经由电机控制器、驱动电机、转矩耦合器传递到驱动桥，驱动洗扫车低速行驶；行驶过程中，若所述动力电池组的SOC值低于预设最小值时，则发电机轴上离合器接合，发动机动力依次通过全功率取力器、分动箱带动发电机运转，为动力电池组充电，此时混合动力驱动系统为串联式(亦称增程式)结构，以延长洗扫车作业续航里程。2)转场模式：当洗扫车的车速低于20km/h时，为保证整车的燃油经济性，改善排放效果，由驱动电机牵引洗扫车低速行驶。此时控制方法与清扫作业模式相同；当洗扫车的车速高于20km/h时，由发动机驱动整车高速行驶。此时，转矩耦合器的接合齿圈分离，所述发动机的动力依次通过主离合器C0、变速箱、底盘传动轴传递到驱动桥。洗扫组件中只有低压水泵可以参与作业。与现有的技术方案相比，本专利技术所具有的有益效果为：1)只保留一台发动机，由于避开了低速行驶、怠速、起步等低负荷区域，发动机在任何时候都具有较高的负荷率，降低了油耗，改善了尾气排放及NVH性能；2)对原车的底盘动力传递系统改动较小，有效地降低了整车的改装成本，并且保证了原车的操纵稳定性；3)采用发动机和动力电池组两种动力源，确保洗扫车上装与下装的解耦，驱动电机相比发动机效率较高，改善了整车的燃油经济性；4)洗扫车的工作时段多为凌晨，其充电时间一般在夜间，对电网系统而言，可以起到非常好的“削峰填谷”作用，有利于维持电网系统的稳定，避免电力浪费，同时降低使用成本；5)发电机可以为动力电池组补充能量，有效延长了洗扫车的续航里程。附图说明图1为动力驱动系统结构示意图。图2为洗扫动力驱动系统结构示意图。图3为洗扫及转场车速低于20km/h时行驶动力驱动系统结构示意图。图4为转场车速高于20km/h时行驶动力驱动系统结构示意图。图5为动力电池组充电过程示意图。图1—图5中：1—发动机；2—全功率取力器；3—变速箱；4—底盘传动轴；5—低压水泵；6—转矩耦合器；7—接合齿圈；8—驱动桥；9—减速齿轮副；10—驱动电机；11—电机控制器(MCU)；12—动力电池组；13—发电机；14—高压水泵；15—风机；16—液压泵；17—分动箱；18—上装传动轴；20—洗扫动力驱动系统；30—行驶动力驱动系统；C0—主离合器；C2—发电机轴离合器；C1、C3、C4、C5—洗扫组件离合器；图中的箭头表示能量流动方向。具体实施方式以下将结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。图1为本专利技术公开的洗扫车动力驱动系统结构示意图，包括有：洗扫动力驱动系统20和行驶动力驱动系统30，其特征在于：所述洗扫动力驱动系统20用以驱动洗扫组件工作，其包括有：发动机1、全功率取力器2、分动箱17、洗扫组件离合器C1、C3、C4、C5以及洗扫组件；所述行驶动力驱动系统30用以驱动车辆高速转场和低速洗扫，其包括有：发动机1、全功率取力器2、发电机13、动力电池组12、驱动电机10、电机控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混联式plug‑in混合动力洗扫车的动力驱动系统，包括有：洗扫动力驱动系统和行驶动力驱动系统，其特征在于：所述洗扫动力驱动系统用以驱动洗扫组件工作，其包括有：发动机、全功率取力器、分动箱、洗扫组件以及洗扫组件离合器；所述行驶动力驱动系统用以驱动车辆行驶，其包括有：发动机、全功率取力器、发电机、动力电池组、驱动电机、电机控制器、变速箱、转矩耦合器以及驱动桥。

【技术特征摘要】
1.一种混联式plug-in混合动力洗扫车的动力驱动系统，包括有：洗扫动力驱动系统和行驶动力驱动系统，其特征在于：所述洗扫动力驱动系统用以驱动洗扫组件工作，其包括有：发动机、全功率取力器、分动箱、洗扫组件以及洗扫组件离合器；所述行驶动力驱动系统用以驱动车辆行驶，其包括有：发动机、全功率取力器、发电机、动力电池组、驱动电机、电机控制器、变速箱、转矩耦合器以及驱动桥。2.根据权利要求1所述的混联式plug-in混合动力洗扫车的动力驱动系统，其特征在于：所述洗扫组件包括：高压水泵、风机、液压泵、低压水泵以及扫盘、吸嘴。3.根据权利要求1所述的混联式plug-in混合动力洗扫车的动力驱动系统，其特征在于：所述动力电池可以为磷酸铁锂电池或三元锂电池，且交流电网或发电机均可为动力电池组充电。4.根据权利要求1所述的混联式plug-in混合动力洗扫车的动力驱动系统，其特征在于：所述分动箱与所述全功率取力器通过上装传动轴连接，分动箱有四根输出轴，四根输出轴分别通过离合器与高压水泵、发电机、风机及液压泵传动连接，便于洗扫组件及发电机的独立控制，以实现不同的洗扫组合。5.根据权利要求1所述的混联式plug-in混合动力...

【专利技术属性】
技术研发人员：张邦基，陈志强，周石磊，王明，张农，徐鑫，盛继新，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43