本發(fā)明涉及環(huán)衛(wèi)機械領(lǐng)域，特指一種混聯(lián)式plug-in混合動力洗掃車的動力驅(qū)動系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)：

隨著我國經(jīng)濟高速發(fā)展，城市化水平不斷提高，城市道路里程迅速增加。與此同時，道路清掃的工作量和對清掃效果的要求也大幅提升，傳統(tǒng)的人力清掃已無法滿足需求。在此背景下，洗掃車作為一種集清掃、清洗、除污和清運于一體的高效道路清掃設(shè)備，以其作業(yè)功能豐富、作業(yè)效率高、作業(yè)效果好等獨特優(yōu)點在市政和環(huán)衛(wèi)部門取得了大量應(yīng)用。

傳統(tǒng)洗掃車通常是在二類汽車底盤上加裝洗掃組件以滿足作業(yè)要求，包括副車架、副發(fā)動機、風(fēng)機、水泵、洗水箱、垃圾箱、左右掃盤、吸嘴等部件。原車發(fā)動機負責(zé)驅(qū)動車輛行駛，副發(fā)動機負責(zé)在洗掃作業(yè)時為水泵、風(fēng)機、掃盤、吸嘴等部件提供動力，主、副發(fā)動機各自獨立工作。但在洗掃作業(yè)時，車輛的速度行駛多在20km/h以下，行駛速度較低，所需功率遠小于發(fā)動機最大功率，因而主發(fā)動機負荷率極低、油耗高、排放較差，同時副發(fā)動機高速運轉(zhuǎn)，會產(chǎn)生較大的噪聲，在清潔城市的同時給環(huán)境帶來二次污染，一定程度上違背了設(shè)計的初衷。隨著國家對環(huán)保要求越來越高，人們的環(huán)保意識越來越強，現(xiàn)有洗掃車已很難滿足要求，因此亟待開發(fā)一款混合動力洗掃車來取代傳統(tǒng)洗掃車。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于：為適應(yīng)城市發(fā)展的需要以及避免現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種傳動效率高、作業(yè)噪聲小、節(jié)能環(huán)保的混聯(lián)式plug-in混合動力洗掃車動力驅(qū)動系統(tǒng)及其控制方法，以實現(xiàn)發(fā)動機在轉(zhuǎn)場和清掃作業(yè)時均能高效工作，并實現(xiàn)清掃作業(yè)時上裝與下裝的動力解耦。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種混聯(lián)式plug-in混合動力洗掃車的動力驅(qū)動系統(tǒng)及其控制方法，包括有：洗掃動力驅(qū)動系統(tǒng)和行駛動力驅(qū)動系統(tǒng)，所述洗掃動力驅(qū)動系統(tǒng)用以驅(qū)動洗掃組件工作，其包括有：發(fā)動機、全功率取力器、分動箱、洗掃組件離合器以及洗掃組件；所述行駛動力驅(qū)動系統(tǒng)用以驅(qū)動車輛高速轉(zhuǎn)場和低速洗掃，其包括有：發(fā)動機、全功率取力器、發(fā)電機、動力電池組、驅(qū)動電機、電機控制器、變速箱、轉(zhuǎn)矩耦合器以及驅(qū)動橋。

在上述洗掃動力驅(qū)動系統(tǒng)中，所述發(fā)動機為洗掃組件或發(fā)電機提供動力；所述全功率取力器位于發(fā)動機曲軸及主離合器C0之間，用以傳遞發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩；所述分動箱與所述全功率取力器通過上裝傳動軸連接，分動箱有四根輸出軸，分別通過離合器與高壓水泵、發(fā)電機、風(fēng)機及液壓泵傳動連接，便于洗掃組件及發(fā)電機的獨立控制，以實現(xiàn)不同的洗掃組合；所述洗掃組件包括：高壓水泵、風(fēng)機、液壓泵、低壓水泵以及掃盤、吸嘴；所述低壓水泵通過變速器上的取力口取力，用于轉(zhuǎn)場模式時洗掃車灑水除塵。

在上述行駛動力驅(qū)動系統(tǒng)中，所述變速箱位于主離合器C0之后，變速箱與轉(zhuǎn)矩耦合器通過底盤傳動軸相連；所述轉(zhuǎn)矩耦合器在變速箱與驅(qū)動橋之間，并通過底盤傳動軸與驅(qū)動橋相連，用以傳遞發(fā)動機或驅(qū)動電機的動力；所述發(fā)電機在分動箱之后，通過一根傳動軸與分動箱連接，且傳動軸上設(shè)有離合器；所述動力電池可以為磷酸鐵鋰電池或三元鋰電池，且可通過交流電網(wǎng)和發(fā)電機充電。

本發(fā)明進一步提供了混聯(lián)式plug-in混合動力洗掃車動力驅(qū)動系統(tǒng)用轉(zhuǎn)矩耦合器，所述轉(zhuǎn)矩耦合器是實現(xiàn)洗掃車轉(zhuǎn)場模式和清掃作業(yè)模式切換的關(guān)鍵部件，其包括有：一根輸入軸、一根貫通軸、接合齒圈和減速齒輪副，其中輸入軸連接電機和主動齒輪，貫通軸連接變速箱和驅(qū)動橋，從動齒輪空套在貫通軸上，并通過接合齒圈將動力傳遞到貫通軸，從而將發(fā)動機或驅(qū)動電機的動力傳遞到車輪牽引車輛行駛。具體控制方法為：

1)清掃作業(yè)模式：清掃作業(yè)時車速較低，由驅(qū)動電機驅(qū)動洗掃車整車低速行駛。此時接合齒圈右移，并配合變速箱空擋，電機的動力經(jīng)由減速齒輪副傳遞到貫通軸，以驅(qū)動車輛低速行駛。

2)轉(zhuǎn)場模式：當(dāng)洗掃車車速較低時(小于20km/h)，控制方法與清掃作業(yè)模式相同；車速較高時，接合齒圈左移，變速箱在擋，由發(fā)動機驅(qū)動整車高速行駛。

本發(fā)明進一步提供了混聯(lián)式plug-in混合動力洗掃車的動力驅(qū)動系統(tǒng)在轉(zhuǎn)場和清掃作業(yè)模式下的控制方法，具體為：

1)清掃作業(yè)模式：清掃作業(yè)時，洗掃車行駛速度通常低于20km/h，為保證整車燃油經(jīng)濟性由驅(qū)動電機牽引洗掃車行駛。此時，變速箱掛空擋，發(fā)動機動力依次經(jīng)過全功率取力器、分動箱，驅(qū)動洗掃組件工作；所述轉(zhuǎn)矩耦合器內(nèi)接合齒圈接合，動力電池組的能量經(jīng)由電機控制器、驅(qū)動電機、轉(zhuǎn)矩耦合器傳遞到驅(qū)動橋，驅(qū)動洗掃車低速行駛；行駛過程中，若所述動力電池組的SOC值低于預(yù)設(shè)最小值時，則發(fā)電機軸上離合器接合，發(fā)動機動力依次通過全功率取力器、分動箱帶動發(fā)電機運轉(zhuǎn)，為動力電池組充電，此時混合動力驅(qū)動系統(tǒng)為串聯(lián)式(亦稱增程式)結(jié)構(gòu)，以延長洗掃車作業(yè)續(xù)航里程。

2)轉(zhuǎn)場模式：當(dāng)洗掃車的車速低于20km/h時，為保證整車的燃油經(jīng)濟性，改善排放效果，由驅(qū)動電機牽引洗掃車低速行駛。此時控制方法與清掃作業(yè)模式相同；當(dāng)洗掃車的車速高于20km/h時，由發(fā)動機驅(qū)動整車高速行駛。此時，轉(zhuǎn)矩耦合器的接合齒圈分離，所述發(fā)動機的動力依次通過主離合器C0、變速箱、底盤傳動軸傳遞到驅(qū)動橋。洗掃組件中只有低壓水泵可以參與作業(yè)。

與現(xiàn)有的技術(shù)方案相比，本發(fā)明所具有的有益效果為：

1)只保留一臺發(fā)動機，由于避開了低速行駛、怠速、起步等低負荷區(qū)域，發(fā)動機在任何時候都具有較高的負荷率，降低了油耗，改善了尾氣排放及NVH性能；

2)對原車的底盤動力傳遞系統(tǒng)改動較小，有效地降低了整車的改裝成本，并且保證了原車的操縱穩(wěn)定性；

3)采用發(fā)動機和動力電池組兩種動力源，確保洗掃車上裝與下裝的解耦，驅(qū)動電機相比發(fā)動機效率較高，改善了整車的燃油經(jīng)濟性；

4)洗掃車的工作時段多為凌晨，其充電時間一般在夜間，對電網(wǎng)系統(tǒng)而言，可以起到非常好的“削峰填谷”作用，有利于維持電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定，避免電力浪費，同時降低使用成本；

5)發(fā)電機可以為動力電池組補充能量，有效延長了洗掃車的續(xù)航里程。

附圖說明

圖1為動力驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為洗掃動力驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為洗掃及轉(zhuǎn)場車速低于20km/h時行駛動力驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為轉(zhuǎn)場車速高于20km/h時行駛動力驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為動力電池組充電過程示意圖。

圖1—圖5中：1—發(fā)動機；2—全功率取力器；3—變速箱；4—底盤傳動軸；5—低壓水泵；6—轉(zhuǎn)矩耦合器；7—接合齒圈；8—驅(qū)動橋；9—減速齒輪副；10—驅(qū)動電機；11—電機控制器(MCU)；12—動力電池組；13—發(fā)電機；14—高壓水泵；15—風(fēng)機；16—液壓泵；17—分動箱；18—上裝傳動軸；20—洗掃動力驅(qū)動系統(tǒng)；30—行駛動力驅(qū)動系統(tǒng)；C0—主離合器；C2—發(fā)電機軸離合器；C1、C3、C4、C5—洗掃組件離合器；圖中的箭頭表示能量流動方向。

具體實施方式

以下將結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。

圖1為本發(fā)明公開的洗掃車動力驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，包括有：洗掃動力驅(qū)動系統(tǒng)20和行駛動力驅(qū)動系統(tǒng)30，其特征在于：所述洗掃動力驅(qū)動系統(tǒng)20用以驅(qū)動洗掃組件工作，其包括有：發(fā)動機1、全功率取力器2、分動箱17、洗掃組件離合器C1、C3、C4、C5以及洗掃組件；所述行駛動力驅(qū)動系統(tǒng)30用以驅(qū)動車輛高速轉(zhuǎn)場和低速洗掃，其包括有：發(fā)動機1、全功率取力器2、發(fā)電機13、動力電池組12、驅(qū)動電機10、電機控制器11、變速箱3、轉(zhuǎn)矩耦合器6以及驅(qū)動橋8；其中，所述洗掃組件主要包括：高壓水泵14、風(fēng)機15、液壓泵16、低壓水泵5以及掃盤、吸嘴等。

本發(fā)明進一步提供了混聯(lián)式plug-in混合動力洗掃車的動力驅(qū)動系統(tǒng)在轉(zhuǎn)場和清掃作業(yè)模式下的控制方法，具體為：

1)清掃作業(yè)模式：清掃作業(yè)時，洗掃車行駛速度通常在20km/h以下，為保證整車燃油經(jīng)濟性由驅(qū)動電機牽引洗掃車行駛。此時，變速箱3掛空擋，發(fā)動機1動力依次經(jīng)過全功率取力器2、分動箱17，驅(qū)動洗掃組件工作；所述轉(zhuǎn)矩耦合器6內(nèi)接合齒圈7接合，動力電池組12的能量經(jīng)由電機控制器11、驅(qū)動電機10、轉(zhuǎn)矩耦合器6傳遞到驅(qū)動橋，驅(qū)動洗掃車低速行駛；行駛過程中，若所述動力電池組的SOC值低于預(yù)設(shè)最小值時，則發(fā)電機軸上離合器C2接合，發(fā)動機1動力依次通過全功率取力器2、分動箱17帶動發(fā)電機13運轉(zhuǎn)，為動力電池組12充電，以延長洗掃車作業(yè)續(xù)航里程。

2)轉(zhuǎn)場模式：當(dāng)洗掃車的車速低于20km/h時，為保證整車的燃油經(jīng)濟性，改善排放效果，由驅(qū)動電機10牽引洗掃車低速行駛。此時控制方法與清掃作業(yè)模式相同；當(dāng)洗掃車的車速高于20km/h時，由發(fā)動機1驅(qū)動整車高速行駛。此時，轉(zhuǎn)矩耦合器6的接合齒圈7分離，所述發(fā)動機1的動力依次通過主離合器C0、變速箱3、底盤傳動軸4傳遞到驅(qū)動橋8。洗掃組件中只有低壓水泵5可以參與作業(yè)。

相較于傳統(tǒng)的雙發(fā)動機方案，本發(fā)明的動力驅(qū)動系統(tǒng)減少了一個發(fā)動機，取而代之的是驅(qū)動電機10和動力電池組12，采用所述的動力驅(qū)動系統(tǒng)的布置和連接方式不僅能保證洗掃車的行駛和洗掃功能，還避開了發(fā)動機的低負荷運轉(zhuǎn)區(qū)間，再者電動機10本身的特性使其在振動與噪聲等方面明顯優(yōu)于內(nèi)燃機1，因而該發(fā)明可極大改善洗掃車的NVH性能、燃油經(jīng)濟性和尾氣排放。

圖2是本實施例的洗掃車作業(yè)時洗掃動力驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。發(fā)動機1的動力經(jīng)全功率取力器2、上裝傳動軸18、分動箱17傳遞到洗掃組件和發(fā)電機13，離合器C2、C3、C4、C5按需接合，分動箱17將動力分別傳遞至發(fā)電機13、高壓水泵14、風(fēng)機15、液壓泵16，高壓水泵14、風(fēng)機15、液壓泵16與掃盤、吸嘴等相關(guān)洗掃組件協(xié)作，完成清掃、高壓清洗和垃圾、污水的收集。

進一步，所述發(fā)動機1是洗掃驅(qū)動系統(tǒng)的唯一動力源；所述全功率取力器2位于發(fā)動機1曲軸末端和主離合器C0之間，用以從發(fā)動機取力；所述分動箱17包含有一根輸入軸和四根輸出軸，輸入軸為上裝傳動軸18，用以與全功率取力器2傳動相連，四根輸出軸分別通過離合器C2、C3、C4、C5與發(fā)電機13、高壓水泵14、風(fēng)機15、液壓泵16相連，以便對各部件進行獨立控制。

圖3是本實施例的洗掃車作業(yè)及轉(zhuǎn)場速度低于20km/h時行駛動力驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。洗掃作業(yè)時，行駛速度多在20km/h以下，此時若采用發(fā)動機1驅(qū)動，則其負荷率極低，導(dǎo)致發(fā)動機1燃油經(jīng)濟性和排放變差。為改善作業(yè)環(huán)境，降低油耗，采用電動機10驅(qū)動車輛低速行駛。

參見圖3，本實施例中，所述轉(zhuǎn)矩耦合器6是實現(xiàn)洗掃車轉(zhuǎn)場模式和清掃作業(yè)模式切換的關(guān)鍵部件，所述轉(zhuǎn)矩耦合器6安裝在變速箱3與驅(qū)動橋8之間的底盤傳動軸上，其包括有：一根輸入軸、一根貫通軸4、接合齒圈7和減速齒輪副9，其中輸入軸連接電機10和主動齒輪，貫通軸連接變速箱3和驅(qū)動橋8，從動齒輪空套在貫通軸4上，并通過接合齒圈7將動力傳遞到貫通軸，從而將發(fā)動機或驅(qū)動電機的動力傳遞到車輪牽引車輛行駛。

進一步，所述轉(zhuǎn)矩耦合器有兩種動力輸出方式：一種是轉(zhuǎn)場車速高于20km/h時直接輸出發(fā)動機1動力，即保持原車的傳動系統(tǒng)；另一種是洗掃及轉(zhuǎn)場車速低于20km/h時，切斷原傳動軸的動力，由驅(qū)動電機10驅(qū)動洗掃車低速行駛。

進一步，本實施例的洗掃車作業(yè)及轉(zhuǎn)場車速低于20km/h時行駛部分具體實施過程及控制方法為：洗掃車低速行駛時，變速器3位于空擋位置，發(fā)動機1動力被隔斷，僅通過驅(qū)動電機10來驅(qū)動車輛行駛。更進一步，所述動力耦合器6內(nèi)接合齒圈7接合，動力電池組12的能量經(jīng)電機控制器11、驅(qū)動電機10、動力耦合器6傳遞到驅(qū)動橋8，驅(qū)動洗掃車低速行駛。

圖4為轉(zhuǎn)場車速高于20km/h時洗掃車行駛動力驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。本實施例中的具體實施過程及控制方法為：當(dāng)洗掃車轉(zhuǎn)場車速高于20km/h時，洗掃組件離合器C3、C4、C5及發(fā)電機離合器C2均斷開，洗掃組件中高壓水泵14、風(fēng)機15、液壓泵16以及發(fā)電機13均不工作，發(fā)動機1的動力經(jīng)主離合器C0傳遞給變速器3，在變速器3上設(shè)有取力口，發(fā)動機1部分動力用以帶動低壓水泵5運轉(zhuǎn)，以便轉(zhuǎn)場時洗掃車灑水除塵。發(fā)動機1大部分動力變速箱3及傳動軸4傳遞給驅(qū)動橋8，驅(qū)動洗掃車高速轉(zhuǎn)場。此時，轉(zhuǎn)矩耦合器6中接合齒圈7分離，驅(qū)動電機10不參與工作。進一步，低壓水泵5和取力口可通過帶傳動連接。

圖5是本實施例的洗掃車作業(yè)時充電過程示意圖。洗掃作業(yè)或低速行駛時，若動力電池組12的SOC值低于預(yù)設(shè)最小值時，則離合器C2接合，發(fā)動機1的動力經(jīng)全功率取力器2、分動箱17傳遞到發(fā)電機13，發(fā)電機12發(fā)出的電經(jīng)電機控制器11調(diào)制后輸入到動力電池組12中，以維持動力電池組5的SOC值在一定水平上，延長洗掃車?yán)m(xù)航里程，此時混合動力驅(qū)動系統(tǒng)為串聯(lián)式(亦稱增程式)結(jié)構(gòu)。

以上所舉實例僅為本發(fā)明的優(yōu)選實例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。