CN107097632A - 一种自动档混合动力环卫车取力结构及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种自动档混合动力环卫车取力结构，包括：发动机、离合器和变速箱，所述发动机通过离合器与变速箱传动配合；所述离合器与变速箱之间设置有驱动电机，所述驱动电机传动轴的一端与离合器的动力输出轴传动配合，所述驱动电机传动轴的另一端与变速箱3传动配合；所述变速箱包括输入轴、动力输出轴、中间轴和取力输出轴，所述输入轴31的一端与驱动电机的传动轴传动配合，所述输入轴的另一端与中间轴传动配合，所述中间轴通过挡位同步器与动力输出轴传动配合，所述中间轴通过取力同步器与取力输出轴传动配合，所述取力输出轴与环卫车取力器传动配合。本设计不仅取力器挂挡快、输出功率大，而且无需加装取力器转速传感器、制造成本低。

Description

一种自动档混合动力环卫车取力结构及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种混合动力自动档环卫车取力结构，尤其涉及一种自动档混合动力环卫车取力结构及其控制方法，具体适用于提高环卫车取力器挂挡成功率，避免取力同步器磨损损坏。
背景技术
随着新能源技术的快速发展以及国家政策引导，混合动力型城市环卫车在城市清障、洒水等环卫作业领域得到了较大规模的示范运营。匹配AMT的混合动力环卫车辆与传统车动力***相比：在变速箱与离合器之间增加了驱动电机、并且电机输出轴与变速箱输入轴刚性同轴连接，取力器通过变速箱中间轴进行取力。其取力控制方法过程如下图2所示：作业人员通过控制离合器、取力开关、PTO调速开关，试探接合离合器进行取力挂挡判断。由于***增加了电机转动惯量且作业人员无法直观判断自动离合器的结合情况，其控制方法存在以下不足：1、易造成取力器同步器的啮合齿圈对齿、打齿以及挂挡失败造成的发动机转速飞车等不良情况；同时造成挂挡时间大幅度增加。2、由于取力器挂档过程需要频繁结合、分离离合器以试探取力器挂档完成情况，易造成车辆接合抖动等现象，影响驾乘舒适性；同时也加快了离合器磨损。
中国专利公开号为CN 104626963A，公开日为2015年5月20日的发明专利公开了本发明涉及一种混合动力环卫车动力***，包括行车动力***和车载作业装置，行车动力***为混合动力***，行车动力***包括一个与车载作业装置机械传动连接的电动机，电动机不直接与驱动桥连接。本发明能够实现在环卫车行驶时，同时进行环卫作业，不但节约了时间，同时也节省了能源。当动力电池的电量大于设定值时，此时该环卫车为纯电动模式，动力电池提供该环卫车行驶和作业所需的全部能量。当动力电池的电量小于设定值时，离合器结合，发动机也驱动车载作业装置。根据动力电池的电量的大小，控制环卫车在纯电动模式还是在混合动力模式，满足环卫车工作时的动力需求。虽然该发明能使够快速取力，但其仍存在以下缺陷：
1、该发明的环卫车取力器仅依靠电机供应动能，输出功率较小，造成环卫车仅能使用较小输出功率的设备，对于较大功率的设备，如大型垃圾回收车，则无法负载。
2、该发明的环卫车取力器热效率较低，将机械能转化为电能，再利用电能驱动取力器，能量转化的工程中造成了能量的浪费。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的取力器负载能力差、热效率低的问题，提供一种取力器负载性强、热效率高的自动档混合动力环卫车取力结构及其控制方法。
为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：
一种自动档混合动力环卫车取力结构，包括：发动机、离合器和变速箱，所述发动机通过离合器与变速箱传动配合；
所述离合器与变速箱之间设置有驱动电机，所述驱动电机传动轴的一端与离合器的动力输出轴传动配合，所述驱动电机传动轴的另一端与变速箱传动配合；
所述变速箱包括输入轴、动力输出轴、中间轴和取力输出轴，所述输入轴的一端与驱动电机的传动轴传动配合，所述输入轴的另一端与中间轴传动配合，所述中间轴通过挡位同步器与动力输出轴传动配合，所述中间轴通过取力同步器与取力输出轴传动配合，所述取力输出轴与环卫车取力器传动配合。
所述发动机、离合器、变速箱和驱动电机均通过CAN总线与整车控制器信号连通，所述整车控制器的取力信号输出端与取力电磁阀的信号输入端相连通；
所述取力结构还包括取力开关和PTO开关，所述取力开关与PTO开关的信号输出端均与整车控制器相连接。
所述取力开关和PTO开关均位于驾驶室内。
一种自动档混合动力环卫车取力机构的控制方法，包括以下步骤:
第一步：分离离合器，驾驶员将汽车切换到怠速状态，此时变速箱挂空档，驾驶员按下取力开关，整车控制器接收到取力信号，判断离合器是否分离，如未分离则控制离合器分离，待收到离合器分离信号后，设置驱动电机为扭矩控制模式，驱动电机目标扭矩输出控制为零，则第一步完成；
第二步：挂挡取力，控制驱动电机以小扭矩点动，同时接通取力电磁阀，使取力同步器动作取力挂挡，则第二步完成；
第三步：判断挂挡是否成功，整车控制器控制驱动电机以T1牛米的扭矩转动t1秒后，采集驱动电机的转速与设定转速n1进行比较，n1的初始值为200转每分钟，如驱动电机的转速大于n1则整车控制器输出挂挡失败信号，同时断开取力电磁阀，使取力同步器回位后重新进行第二步，如驱动电机的转速小于n1则挂挡成功，可以继续进行下一步；
第四步：提示挂挡成功，整车控制器输出挂挡成功信号，控制离合器结合，然后利用闭环反馈调节原理将发动机的转速提升到发动机怠速转速，等待取力器工作。
第五步：调速取力，当驾驶员按下PTO开关后，整车控制器收到PTO开关开启的信号，整车控制器判断取力开关闭合、离合器结合的状况下可以进行调速控制，以发动机的额定转速为目标对发动机转速进行闭环反馈调节：当发动机未达到额定转速时，判断发动机扭矩是否达到最大扭矩，如发动机未达到最大扭矩则继续增大发动机扭矩后，再次测速判断是否达到额定转速，如发动机达到额定转速则调速取力完成，如发动机持续增大扭矩，一直增大到发动机扭矩达到最大扭矩时，发动机转速仍然未达到其额定转速，则整车控制器发出信号控制驱动电机持续增大的输出扭矩，直到发动机转速达到额定转速则调速取力完成。
数据学***均数即可达到新的设定转速n1的值，整车控制器会记录下新的到的设定转速n1，并储存进存储空间中，此时数据学习更新完成。
所述控制方法第三步中的t1为设定值，t1的取值范围为0.4S至0.8s。
所述控制方法第三步中的T1为设定值，T1的取值范围为9牛米至12牛米。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明一种自动档混合动力环卫车取力结构中将驱动电机设置于离合器与变速箱之间，由于电机的可控性高于发动机，利用电机的动力来结合取力同步器， 能够提高取力器的结合成功率，同时能够有效保护取力同步器的啮合齿圈，确保同步器的啮合齿圈正确啮合同步后再进行后续的取力操作，减少了离合器的磨损，提高了取力同步器的使用寿命，缩短了取力器的同步时间。因此，本设计不仅能够使同步器快速挂挡，而且能够延长取力同步器的使用寿命。
2、本发明一种自动档混合动力环卫车取力结构中整车控制器分别通过CAN总线连接发动机、离合器、变速箱和驱动电机利用各部件本身具有的传感器反馈的数据对取力操作进行控制，无需加装取力器转速传感器，简化了底盘的电气结构，降低了生产成本。因此，本设计电气结构简单，无需加装取力器转速传感器即可判断取力器的结合情况。
3、本发明一种自动档混合动力环卫车取力结构的控制方法中，利用逻辑程序在离合器分离的情况下控制驱动电机转动促进取力同步器的结合，并能够判断取力器是否成功结合，实现了自动档环卫车取力器的自动挂挡，降低了挂挡操作难度，缩短了挂挡时间。因此，本设计挂的挡操作简单，能够实现自动挂挡。
4、本发明一种自动档混合动力环卫车取力结构的控制方法中利用反馈调节的方式增加发动机转速，同时在发动机动力不足的情况下利用电机输出扭矩，帮助发动机完成取力操作，提高了取力器的负载性能，增大了取力器的负载重量。因此，本设计的取力器输出功率高、负载重量大。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明控制方法的逻辑流程图。
图中：发动机1、离合器2、变速箱3、输入轴31、动力输出轴32、中间轴33、取力输出轴34、取力同步器35、挡位同步器36、驱动电机4、环卫车取力器5、整车控制器6、取力信号输出端61、取力电磁阀62、取力开关7、PTO开关8。
具体实施方式
以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参见图1至图2，一种自动档混合动力环卫车取力结构，包括：发动机1、离合器2和变速箱3，所述发动机1通过离合器2与变速箱3传动配合；
所述离合器2与变速箱3之间设置有驱动电机4，所述驱动电机4传动轴的一端与离合器2的动力输出轴传动配合，所述驱动电机4传动轴的另一端与变速箱3传动配合；
所述变速箱3包括输入轴31、动力输出轴32、中间轴33和取力输出轴34，所述输入轴31的一端与驱动电机4的传动轴传动配合，所述输入轴31的另一端与中间轴33传动配合，所述中间轴33通过挡位同步器36与动力输出轴32传动配合，所述中间轴33通过取力同步器35与取力输出轴34传动配合，所述取力输出轴34与环卫车取力器5传动配合。
所述发动机1、离合器2、变速箱3和驱动电机4均通过CAN总线与整车控制器6信号连通，所述整车控制器6的取力信号输出端61与取力电磁阀62的信号输入端相连通；
所述取力结构还包括取力开关7和PTO开关8，所述取力开关7与PTO开关8的信号输出端均与整车控制器6相连接。
所述取力开关7和PTO开关8均位于驾驶室内。
一种自动档混合动力环卫车取力机构的控制方法，包括以下步骤:
第一步：分离离合器，驾驶员将汽车切换到怠速状态，此时变速箱4挂空档，驾驶员按下取力开关7，整车控制器6接收到取力信号，判断离合器2是否分离，如未分离则控制离合器分离，待收到离合器分离信号后，设置驱动电机4为扭矩控制模式，驱动电机4目标扭矩输出控制为零，则第一步完成；
第二步：挂挡取力，控制驱动电机4以小扭矩点动，同时接通取力电磁阀62，使取力同步器35动作取力挂挡，则第二步完成；
第三步：判断挂挡是否成功，整车控制器6控制驱动电机4以T1牛米的扭矩转动t1秒后，采集驱动电机4的转速与设定转速n1进行比较，n1的初始值为200转每分钟，如驱动电机4的转速大于n1则整车控制器输出挂挡失败信号，同时断开取力电磁阀62，使取力同步器35回位后重新进行第二步，如驱动电机4的转速小于n1则挂挡成功，可以继续进行下一步；
第四步：提示挂挡成功，整车控制器6输出挂挡成功信号，控制离合器2结合，然后利用闭环反馈调节原理将发动机1的转速提升到发动机怠速转速，等待取力器工作。
第五步：调速取力，当驾驶员按下PTO开关8后，整车控制器6收到PTO开关开启的信号，整车控制器6判断取力开关7闭合、离合器2结合的状况下可以进行调速控制，以发动机1的额定转速为目标对发动机转速进行闭环反馈调节：当发动机1未达到额定转速时，判断发动机1扭矩是否达到最大扭矩，如发动机未达到最大扭矩则继续增大发动机1扭矩后，再次测速判断是否达到额定转速，如发动机达1到额定转速则调速取力完成，如发动机1持续增大扭矩，一直增大到发动机扭矩达到最大扭矩时，发动机1转速仍然未达到其额定转速，则整车控制器6发出信号控制驱动电机4持续增大的输出扭矩，直到发动机1转速达到额定转速则调速取力完成。
数据学***均数即可达到新的设定转速n1的值，整车控制器6会记录下新的到的设定转速n1，并储存进存储空间中，此时数据学习更新完成。
所述控制方法第三步中的t1为设定值，t1的取值范围为0.4S至0.8s。
所述控制方法第三步中的T1为设定值，T1的取值范围为9牛米至12牛米。
本发明的原理说明如下：
第三步中，如果取力器5成功结合，则驱动电机4待负载运转，其转速小于驱动电机4空载运转的转速n1。数据学习模式采集的数据为电机空载运转的转速数据。
本设计中采集的发动机1和驱动电机4采集的转速扭矩数据均为机器自带传感器采集的数据，上述数据通过CAN总线传输给整车控制器6。
发动机1怠速转速和发动机1额定转速根据发动机的不同而产生变化，发动机1怠速转速和额定转速均在车辆出厂前写入整车控制器6的存储单元中。
本技术通过避免增加了取力器转速传感器的使用，使每台混合动力环卫车降低成本700元，同时减少了离合器2的磨损、延长了取力同步器35的使用寿命。
PTO开关8为动力输出调速开关。
实施例1：
一种自动档混合动力环卫车取力结构，包括：发动机1、离合器2和变速箱3，所述发动机1通过离合器2与变速箱3传动配合；所述离合器2与变速箱3之间设置有驱动电机4，所述驱动电机4传动轴的一端与离合器2的动力输出轴传动配合，所述驱动电机4传动轴的另一端与变速箱3传动配合；所述变速箱3包括输入轴31、动力输出轴32、中间轴33和取力输出轴34，所述输入轴31的一端与驱动电机4的传动轴传动配合，所述输入轴31的另一端与中间轴33传动配合，所述中间轴33通过挡位同步器36与动力输出轴32传动配合，所述中间轴33通过取力同步器35与取力输出轴34传动配合，所述取力输出轴34与环卫车取力器5传动配合；所述发动机1、离合器2、变速箱3和驱动电机4均通过CAN总线与整车控制器6信号连通，所述整车控制器6的取力信号输出端61与取力电磁阀62的信号输入端相连通；所述取力结构还包括取力开关7和PTO开关8，所述取力开关7与PTO开关8的信号输出端均与整车控制器6相连接。
一种自动档混合动力环卫车取力机构的控制方法，包括以下步骤:
第一步：分离离合器，驾驶员将汽车切换到怠速状态，此时变速箱4挂空档，驾驶员按下取力开关7，整车控制器6接收到取力信号，判断离合器2是否分离，如未分离则控制离合器分离，待收到离合器分离信号后，设置驱动电机4为扭矩控制模式，驱动电机4目标扭矩输出控制为零，则第一步完成；
第二步：挂挡取力，控制驱动电机4以小扭矩点动，同时接通取力电磁阀62，使取力同步器35动作取力挂挡，则第二步完成；
第三步：判断挂挡是否成功，整车控制器6控制驱动电机4以T1牛米的扭矩转动t1秒后，采集驱动电机4的转速与设定转速n1进行比较，T1和t1为设定值，T1的取值范围为9牛米至12牛米，t1的取值范围为0.4S至0.8s，n1的初始值为200转每分钟，如驱动电机4的转速大于n1则整车控制器输出挂挡失败信号，同时断开取力电磁阀62，使取力同步器35回位后重新进行第二步，如驱动电机4的转速小于n1则挂挡成功，可以继续进行下一步；
第四步：提示挂挡成功，整车控制器6输出挂挡成功信号，控制离合器2结合，然后利用闭环反馈调节原理将发动机1的转速提升到发动机怠速转速，等待取力器工作；
实施例2：
实施例2与实施例1基本相同其不同之处在于：
所述取力开关7和PTO开关8均位于驾驶室内。
所述控制方法第三步中的t1为0.5s。
所述控制方法第三步中的T1为10牛米。
所述控制方法还包括：第五步：调速取力，当驾驶员按下PTO开关8后，整车控制器6收到PTO开关开启的信号，整车控制器6判断取力开关7闭合、离合器2结合的状况下可以进行调速控制，以发动机1的额定转速为目标对发动机转速进行闭环反馈调节：当发动机1未达到额定转速时，判断发动机1扭矩是否达到最大扭矩，如发动机未达到最大扭矩则继续增大发动机1扭矩后，再次测速判断是否达到额定转速，如发动机达1到额定转速则调速取力完成，如发动机1持续增大扭矩，一直增大到发动机扭矩达到最大扭矩时，发动机1转速仍然未达到其额定转速，则整车控制器6发出信号控制驱动电机4持续增大的输出扭矩，直到发动机1转速达到额定转速则调速取力完成。
实施例3：
实施例3与实施例2基本相同其不同之处在于：
所述控制方法还包括：数据学***均数即可达到新的设定转速n1的值，整车控制器6会记录下新的到的设定转速n1，并储存进存储空间中，此时数据学习更新完成。

Claims (8)

1.一种自动档混合动力环卫车取力结构，包括：发动机（1）、离合器（2）和变速箱（3），所述发动机（1）通过离合器（2）与变速箱（3）传动配合，其特征在于：
所述离合器（2）与变速箱（3）之间设置有驱动电机（4），所述驱动电机（4）传动轴的一端与离合器（2）的动力输出轴传动配合，所述驱动电机（4）传动轴的另一端与变速箱（3）传动配合；
所述变速箱（3）包括输入轴（31）、动力输出轴（32）、中间轴（33）和取力输出轴（34），所述输入轴（31）的一端与驱动电机（4）的传动轴传动配合，所述输入轴（31）的另一端与中间轴（33）传动配合，所述中间轴（33）通过挡位同步器（36）与动力输出轴（32）传动配合，所述中间轴（33）通过取力同步器（35）与取力输出轴（34）传动配合，所述取力输出轴（34）与环卫车取力器（5）传动配合。
2.根据权利要求1所述的一种自动档混合动力环卫车取力结构，其特征在于：
所述发动机（1）、离合器（2）、变速箱（3）和驱动电机（4）均通过CAN总线与整车控制器（6）信号连通，所述整车控制器（6）的取力信号输出端（61）与取力电磁阀（62）的信号输入端相连通；
所述取力结构还包括取力开关（7）和PTO开关（8），所述取力开关（7）与PTO开关（8）的信号输出端均与整车控制器（6）相连接。
3.根据权利要求2所述的一种自动档混合动力环卫车取力结构，其特征在于：
所述取力开关（7）和PTO开关（8）均位于驾驶室内。
4.一种权利要求2或3所述的自动档混合动力环卫车取力机构的控制方法，其特征在于：所述控制方法包括以下步骤:
第一步：分离离合器，驾驶员将汽车切换到怠速状态，此时变速箱（4）挂空档，驾驶员按下取力开关（7），整车控制器（6）接收到取力信号，判断离合器（2）是否分离，如未分离则控制离合器分离，待收到离合器分离信号后，设置驱动电机（4）为扭矩控制模式，驱动电机（4）目标扭矩输出控制为零，则第一步完成；
第二步：挂挡取力，控制驱动电机（4）以小扭矩点动，同时接通取力电磁阀（62），使取力同步器（35）动作取力挂挡，则第二步完成；
第三步：判断挂挡是否成功，整车控制器（6）控制驱动电机（4）以T1牛米的扭矩转动t1秒后，采集驱动电机（4）的转速与设定转速n1进行比较，n1的初始值为200转每分钟，如驱动电机（4）的转速大于n1则整车控制器输出挂挡失败信号，同时断开取力电磁阀（62），使取力同步器（35）回位后重新进行第二步，如驱动电机（4）的转速小于n1则挂挡成功，可以继续进行下一步；
第四步：提示挂挡成功，整车控制器（6）输出挂挡成功信号，控制离合器（2）结合，然后利用闭环反馈调节原理将发动机（1）的转速提升到发动机怠速转速，等待取力器工作。
5.根据权利要求4所述的一种自动档混合动力环卫车取力机构的控制方法，其特征在于：所述控制方法还包括：
第五步：调速取力，当驾驶员按下PTO开关（8）后，整车控制器（6）收到PTO开关开启的信号，整车控制器（6）判断取力开关（7）闭合、离合器（2）结合的状况下可以进行调速控制，以发动机（1）的额定转速为目标对发动机转速进行闭环反馈调节：当发动机（1）未达到额定转速时，判断发动机（1）扭矩是否达到最大扭矩，如发动机未达到最大扭矩则继续增大发动机（1）扭矩后，再次测速判断是否达到额定转速，如发动机达（1）到额定转速则调速取力完成，如发动机（1）持续增大扭矩，一直增大到发动机扭矩达到最大扭矩时，发动机（1）转速仍然未达到其额定转速，则整车控制器（6）发出信号控制驱动电机（4）持续增大的输出扭矩，直到发动机（1）转速达到额定转速则调速取力完成。
6.根据权利要求4或5所述的一种自动档混合动力环卫车取力机构的控制方法，其特征在于：所述控制方法还包括：
数据学***均数即可达到新的设定转速n1的值，整车控制器（6）会记录下新的到的设定转速n1，并储存进存储空间中，此时数据学习更新完成。
7.根据权利要求4或5所述的一种自动档混合动力环卫车取力机构的控制方法，其特征在于：所述控制方法第三步中的t1为设定值，t1的取值范围为0.4S至0.8s。
8.根据权利要求4或5所述的一种自动档混合动力环卫车取力机构的控制方法，其特征在于：所述控制方法第三步中的T1为设定值，T1的取值范围为9牛米至12牛米。
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