CN104527403A - 一种大型油电混合动力道路清扫车动力驱动系统及其控制策略 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型油电混合动力道路清扫车的动力驱动系统及其控制策略。一种大型油电混合动力清扫车的动力驱动系统为：发动机动力经变速器传递后，由动力切换装置使其动力在作业系统和行驶系统之间进行切换，动力电池组一端与220V充电器相连，另一端连接电机，电机通过转矩耦合器与发动机经动力切换装置切换至行驶系统的动力进行耦合，输出至驱动轮。采用本动力系统驱动系统后，动力系统只需一台相当于原车副发动机功率大小的发动机，在清扫和转场两种模式下发动机均能工作在较高负荷率下，燃油经济性和排放都得到明显改善。

Description

一种大型油电混合动力道路清扫车动力驱动系统及其控制策略

技术领域

本发明涉及道路清扫车领域，是一种大型油电混合动力道路清扫车的动力驱动系统及其控制策略。

背景技术

道路清扫车作为一种环卫设备，是一种集路面清扫、垃圾回收及运输为一体的高效清扫设备。随着我国城市道路的快速发展，道路清扫车市场前景广阔。传统清扫车多在二类汽车底盘上面进行改装，配备两台发动机。转场运输时只有主发动机工作，副发动机闲置；清扫作业时，主发动机负荷率很低，燃油经济性和排放都很差，两台发动机同时工作，噪声大。在大型道路清扫车上，两台发动机功率都很大，整车使用成本高，给底盘布置也带来了一定的困难。

纯电动清扫车作为一种新能源环卫车，在一些城市得到了应用，它在工作过程中由电池组提供能量，不消耗燃油，可实现零排放，噪声小，但由于成本高及持续工作时间短等问题，目前仅局限于小型清扫车或纯扫式清扫车上。

增程式电动清扫车与纯电动清扫车相比，虽然能在一定程度上降低整车的制造成本并延长持续工作时间，能够在中小型清扫车上得到应用，但大型道路清扫车对清扫能力要求比较高，作业系统(尤其是风机)功率需求很大，若采用增程技术，实施起来成本仍然很高。针对以上情况，本文通过采用一套新型的应用于大型道路清扫车的混合动力驱动系统，在成本得到控制的情况下，有效地降低清扫车的能耗和排放。

发明内容

本发明提供一种大型油电混合动力道路清扫车的动力驱动系统及其控制策略，可实现发动机在转场运输和清扫时都能高效率地工作，并尽可能多地发挥电池电能，达到节能减排的目的。

结合附图，说明如下：

一种大型油电混合动力道路清扫车动力驱动系统，发动机1通过变速器2与动力切换装置4相连，动力切换装置4的两个输出端分别与清扫装置3及离合器5相连，离合器5另一端通过转矩耦合器6与驱动轮7相连；另一方面，动力电池组9一端与220V充电器8相连，另一端与电机10相连，电机10输出端通过转矩耦合器6与驱动轮7相连，在动力切换装置处放置一个位置传感器检测清扫车的工作模式；在车轮处安装一个行驶里程传感器，记录从车库开出后第一次清扫工况到当前时刻时间内的清扫里程Sq和从本次转场开始到当前时刻时间内的转场里程Sz；在厢体与车架接触处安装一个压力传感器检测厢体是否与车架脱离。

一种大型油电混合动力道路清扫车动力驱动系统控制策略，

当在清扫模式下，发动机与电机分别驱动清扫系统和行驶系统，电池电量保证所要求的每天工作时长的耗电量需求，当在清扫模式时检测到电池SOC达到允许放电的下限时报警，强制结束当天清扫任务；

当在转场运输模式下，发动机与电机以并联混合动力方式驱动行驶系统：

1)当行驶里程传感器检测到Sq大于Lq，Sz大于Lz时，

Lq：为每天的最短清扫里程，Lz：为相距最远的两个清扫场地之间的距离

认为当天清扫任务完成，若此时检测到电池电量状态SOC大于0.4，则进入“耗电模式”，控制策略保证发动机尽可能在经济工作区间的低负荷区工作，少发电多用电，尽量将多余的电量用完，充分利用电池所储存的电能，减少燃油的消耗；

2)若在检测到Sq大于Lq，并且Sz大于Lz时转入“耗电模式”后，位置传感器又检测到动力切换装置置于清扫档位，此时退出“耗电模式”，进入清扫模式，每次转入清扫模式后，Sz自动清零，Sq继续增加；

3)若Sq大于Lq和Sz大于Lz不同时成立，则转场时的控制策略为“保电模式”，控制策略保证发动机尽可能在经济工作区间的高负荷区工作，少用电多充电，尽量给电池多保存电量，为清扫工况提供保障；

4)若检测到SOC小于0.4，则在转场时始终处于“保电模式”；

5)若压力传感器检测到厢体与车架分离，说明举升机构在进行垃圾清倒，倾倒完成后准备开回车库，此时转入“耗电模式”。

本发明的有益效果：

1、减小了发动机的尺寸和质量，有利于底盘布置，发动机在两种模式下都具有较高的负荷率，改善了整车的油耗和排放；

2、转场时为并联混合驱动，可利用电池组的充放电实现发动机高效工作，进一步改善燃油经济性；

3、该控制策略使得既能保证有足够的电量供清扫时行驶系统使用，又能保证完成当天清扫任务时将电池多余电量用完，充分利用电池电能，减少燃油消耗。

附图说明

图1是本发明的动力驱动系统结构示意图；

图2是转场模式下控制策略图；

图3是发动机经济工作区间图。

其中：1、发动机；2、变速器；3、清扫装置；4、动力切换装置；5、离合器；6、转矩耦合器；7、驱动轮；8、220V充电器；9、动力电池组；10、电机

具体实施方式

以下结合附图对本发明作详细的说明。

本发明所述动力驱动系统的模式切换方式是通过所述动力切换装置实现扫路车转场运输和清扫两种工况之间的切换；其中：

所述转场工况为：动力切换装置通过模式选择手柄将发动机动力接入行驶系统，通过转矩耦合器与电机进行动力耦合，以并联混合动力的方式驱动车辆行驶；

所述清扫工况为：动力切换装置通过模式选择手柄将发动机动力接入清扫装置，离合器分离，由电机单独驱动行驶系统，发动机单独驱动清扫装置。

在图1中，转场运输时，发动机动力经变速器传入动力切换装置，通过操作手柄将动力接入行驶系统，此时离合器接合，发动机动力传至转矩耦合器，另一方面，动力电池组给电机供电，使其与发动机传递过来的动力通过转矩耦合器耦合，共同使驱动轮行驶。在图1中，清扫作业时，发动机动力经变速器传入动力切换装置，通过操作手柄将动力接入清扫装置，由发动机驱动清扫装置，此时离合器分离，由电机单独驱动驱动轮行驶。动力切换装置将发动机经变速器传递来的动力接入清扫装置，锁止装置锁止，电机接收动力电池组的能量经行星齿轮机构单独驱动驱动轮。

在图1中，在清扫车不工作时，动力电池组可通过220V充电器进行充电。

在图2中，在动力切换装置处放置一位置传感器检测清扫车的工作模式，在车轮处安装一个行驶里程传感器，记录从车库开出后第一次清扫工况到当前时刻时间内的清扫里程Sq和从本次转场开始到当前时刻时间内的转场里程Sz，在厢体与车架接触处安装一个压力传感器检测厢体是否与车架脱离。1)当行驶里程传感器检测到Sq大于Lq(Lq为每天的最短清扫里程)，Sz大于Lz(Lz为相距最远的两个清扫场地之间的距离)时，认为当天清扫任务完成，若此时检测到电池电量状态SOC大于0.4，则进入“耗电模式”，控制策略保证发动机尽可能在经济工作区间的低负荷区工作，少发电多用电，尽量将多余的电量用完，充分利用电池所储存的电能，减少燃油的消耗；2)若在检测到Sq大于Lq，并且Sz大于Lz时转入“耗电模式”后位置传感器又检测到动力切换装置置于清扫档位，此时退出“耗电模式”，进入清扫模式，每次转入清扫模式后，Sz自动清零，Sq继续增加；3)若Sq大于Lq和Sz大于Lz不同时成立，则转场时的控制策略为“保电模式”，控制策略保证发动机尽可能在经济工作区间的高负荷区工作，少用电多充电，尽量给电池多保存电量，为清扫工况提供保障；4)若检测到SOC小于0.4，则在转场时始终处于“保电模式”；5)若压力传感器检测到厢体与车架分离，说明举升机构在进行垃圾清倒，倾倒完成后准备开回车库，此时转入“耗电模式”。

在图3中，发动机工作在最大转矩曲线和经济工作区下限曲线之间时，燃油经济性较好。结合图3，“保电模式”下的控制策略如表1：1)电池SOC大于允许充电的上限soc_hi时，若整车需求转矩T大于发动机在该转速下所能达到的最大转矩Te_max，电机提供该转速下的所能达到的最大转矩Tm_max，发动机提供剩余需求转矩，若整车需求转矩T小于该转速下发动机经济工作区的下限Te_min，发动机提供所需转矩T，电机不工作，若整车需求转矩介于Te_min与Te_max之间，发动机提供转矩为(T-Tm_max)与Te_min中的较大值，电机提供剩余需求转矩；2)电池SOC小于允许充电上限soc_hi下一个次高值soc_cg时，若整车需求转矩T大于发动机在该转速下所能达到的最大转矩Te_max，发动机提供最大转矩Te_max，电机助力，若整车需求转矩T小于该转速下发动机经济工作区的下限Te_min，发动机提供转矩为(T+Tsoc)与Te_min中的较大值(Tsoc用于电池充电，Tchg为充电系数，soc_lo为电池允许放电下限)，若整车需求转矩T介于Te_min与Te_max之间，发动机提供转矩为(T+Tsoc)与Te_max中较小值，电池充电；3)电池SOC介于soc_hi与soc_cg之间时，若整车需求转矩T大于发动机在该转速下所能达到的最大转矩Te_max，发动机提供最大转矩Te_max，电机助力，若整车需求转矩T小于该转速下发动机经济工作区的下限Te_min，发动机转矩为Te_min，同时给电池充电，若整车需求转矩T介于Te_min与Te_max之间，发动机单独提供整车所需转矩。

结合图3，“耗电模式”下的控制策略如表2：1)电池SOC大于soc_lo以上一个次低值soc_cd时，若整车需求转矩T大于发动机在该转速下所能达到的最大转矩Te_max，电机提供该转速下所能达到的最大转矩Tm_max，发动机提供剩余需求转矩，若整车需求转矩T小于该转速下发动机经济工作区的下限Te_min，发动机提供转矩为Te_min，同时给电池充电，若整车需求转矩T介于Te_min与Te_max之间，发动机提供转矩为Te_min与(T-Tm_max)中的较大值，电机提供剩余需求转矩；2)电池SOC小于放电下限soc_lo(设为0.25)时，若整车需求转矩T大于发动机在该转速下所能达到的最大转矩Te_max，发动机提供最大转矩Te_max，电机不工作，若整车需求转矩T小于该转速下发动机经济工作区的下限Te_min，发动机提供转矩为(T+Tsoc’)与Te_min中的较大值(Tsoc’用于电池充电，Tchg为充电系数)，若整车需求转矩T介于Te_min与Te_max之间，发动机提供转矩为(T+Tsoc’)与Te_max中的较小值，同时给电池充电；3)电池SOC介于soc_lo与soc_cd之间时，若整车需求转矩T大于发动机在该转速下所能达到的最大转矩Te_max，发动机提供最大转矩Te_max，电机助力，若整车需求转矩T小于该转速下发动机经济工作区的下限Te_min，发动机提供转矩Te_min，同时给电池充电，若整车需求转矩T介于Te_min与Te_max之间，发动机单独提供所需转矩T。

表1是“保电模式”下的控制策略

表2时“耗电模式”下的控制策略

Claims (2)

1.一种大型油电混合动力道路清扫车动力驱动系统，发动机(1)通过变速器(2)与动力切换装置(4)相连，动力切换装置(4)的两个输出端分别与清扫装置(3)及离合器(5)相连，离合器(5)另一端通过转矩耦合器(6)与驱动轮(7)相连；另一方面，动力电池组(9)一端与220V充电器(8)相连，另一端与电机(10)相连，电机(10)输出端通过转矩耦合器(6)与驱动轮(7)相连，其特征在于：在动力切换装置处放置一个位置传感器检测清扫车的工作模式；在车轮处安装一个行驶里程传感器，记录从车库开出后第一次清扫工况到当前时刻时间内的清扫里程Sq和从本次转场开始到当前时刻时间内的转场里程Sz；在厢体与车架接触处安装一个压力传感器检测厢体是否与车架脱离。

2.如权利要求1所述的一种大型油电混合动力道路清扫车动力驱动系统控制策略，其特征在于：

当在清扫模式下，发动机与电机分别驱动清扫系统和行驶系统，电池电量保证所要求的每天工作时长的耗电量需求，当在清扫模式时检测到电池SOC达到允许放电的下限时报警，强制结束当天清扫任务；

当在转场运输模式下，发动机与电机以并联混合动力方式驱动行驶系统：

1)当行驶里程传感器检测到Sq大于Lq，Sz大于Lz时，

Lq：为每天的最短清扫里程，Lz：为相距最远的两个清扫场地之间的距离

认为当天清扫任务完成，若此时检测到电池电量状态SOC大于0.4，则进入“耗电模式”，控制策略保证发动机尽可能在经济工作区间的低负荷区工作，少发电多用电，尽量将多余的电量用完，充分利用电池所储存的电能，减少燃油的消耗；

2)若在检测到Sq大于Lq，并且Sz大于Lz时转入“耗电模式”后，位置传感器又检测到动力切换装置置于清扫档位，此时退出“耗电模式”，进入清扫模式，每次转入清扫模式后，Sz自动清零，Sq继续增加；

3)若Sq大于Lq和Sz大于Lz不同时成立，则转场时的控制策略为“保电模式”，控制策略保证发动机尽可能在经济工作区间的高负荷区工作，少用电多充电，尽量给电池多保存电量，为清扫工况提供保障；

4)若检测到SOC小于0.4，则在转场时始终处于“保电模式”；

5)若压力传感器检测到厢体与车架分离，说明举升机构在进行垃圾清倒，倾倒完成后准备开回车库，此时转入“耗电模式”。