混联式plug‑in混合动力洗扫车的动力驱动系统的制作方法

本实用新型涉及环卫机械领域，特指一种混联式plug-in混合动力洗扫车的动力驱动系统。

背景技术：

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。

技术实现要素：

本实用新型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，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。

本实用新型采用的技术方案是：一种混联式plug-in混合动力洗扫车的动力驱动系统，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。

本实用新型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。

本实用新型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，本实用新型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实用新型作进一步详细说明。

图1为本实用新型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、电机控制器11、变速箱3、转矩耦合器6以及驱动桥8；其中，所述洗扫组件主要包括：高压水泵14、风机15、液压泵16、低压水泵5以及扫盘、吸嘴等。

本实用新型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在20km/h以下，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3挂空挡，发动机1动力依次经过全功率取力器2、分动箱17，驱动洗扫组件工作；所述转矩耦合器6内接合齿圈7接合，动力电池组12的能量经由电机控制器11、驱动电机10、转矩耦合器6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C2接合，发动机1动力依次通过全功率取力器2、分动箱17带动发电机13运转，为动力电池组12充电，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10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1驱动整车高速行驶。此时，转矩耦合器6的接合齿圈7分离，所述发动机1的动力依次通过主离合器C0、变速箱3、底盘传动轴4传递到驱动桥8。洗扫组件中只有低压水泵5可以参与作业。

相较于传统的双发动机方案，本实用新型的动力驱动系统减少了一个发动机，取而代之的是驱动电机10和动力电池组12，采用所述的动力驱动系统的布置和连接方式不仅能保证洗扫车的行驶和洗扫功能，还避开了发动机的低负荷运转区间，再者电动机10本身的特性使其在振动与噪声等方面明显优于内燃机1，因而该实用新型可极大改善洗扫车的NVH性能、燃油经济性和尾气排放。

图2是本实施例的洗扫车作业时洗扫动力驱动系统结构示意图。发动机1的动力经全功率取力器2、上装传动轴18、分动箱17传递到洗扫组件和发电机13，离合器C2、C3、C4、C5按需接合，分动箱17将动力分别传递至发电机13、高压水泵14、风机15、液压泵16，高压水泵14、风机15、液压泵16与扫盘、吸嘴等相关洗扫组件协作，完成清扫、高压清洗和垃圾、污水的收集。

进一步，所述发动机1是洗扫驱动系统的唯一动力源；所述全功率取力器2位于发动机1曲轴末端和主离合器C0之间，用以从发动机取力；所述分动箱17包含有一根输入轴和四根输出轴，输入轴为上装传动轴18，用以与全功率取力器2传动相连，四根输出轴分别通过离合器C2、C3、C4、C5与发电机13、高压水泵14、风机15、液压泵16相连，以便对各部件进行独立控制。

图3是本实施例的洗扫车作业及转场速度低于20km/h时行驶动力驱动系统结构示意图。洗扫作业时，行驶速度多在20km/h以下，此时若采用发动机1驱动，则其负荷率极低，导致发动机1燃油经济性和排放变差。为改善作业环境，降低油耗，采用电动机10驱动车辆低速行驶。

参见图3，本实施例中，所述转矩耦合器6是实现洗扫车转场模式和清扫作业模式切换的关键部件，所述转矩耦合器6安装在变速箱3与驱动桥8之间的底盘传动轴上，其包括有：一根输入轴、一根贯通轴4、接合齿圈7和减速齿轮副9，其中输入轴连接电机10和主动齿轮，贯通轴连接变速箱3和驱动桥8，从动齿轮空套在贯通轴4上，并通过接合齿圈7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。

进一步，所述转矩耦合器有两种动力输出方式：一种是转场车速高于20km/h时直接输出发动机1动力，即保持原车的传动系统；另一种是洗扫及转场车速低于20km/h时，切断原传动轴的动力，由驱动电机10驱动洗扫车低速行驶。

进一步，本实施例的洗扫车作业及转场车速低于20km/h时行驶部分具体实施过程及控制方法为：洗扫车低速行驶时，变速器3位于空挡位置，发动机1动力被隔断，仅通过驱动电机10来驱动车辆行驶。更进一步，所述动力耦合器6内接合齿圈7接合，动力电池组12的能量经电机控制器11、驱动电机10、动力耦合器6传递到驱动桥8，驱动洗扫车低速行驶。

图4为转场车速高于20km/h时洗扫车行驶动力驱动系统结构示意图。本实施例中的具体实施过程及控制方法为：当洗扫车转场车速高于20km/h时，洗扫组件离合器C3、C4、C5及发电机离合器C2均断开，洗扫组件中高压水泵14、风机15、液压泵16以及发电机13均不工作，发动机1的动力经主离合器C0传递给变速器3，在变速器3上设有取力口，发动机1部分动力用以带动低压水泵5运转，以便转场时洗扫车洒水除尘。发动机1大部分动力变速箱3及传动轴4传递给驱动桥8，驱动洗扫车高速转场。此时，转矩耦合器6中接合齿圈7分离，驱动电机10不参与工作。进一步，低压水泵5和取力口可通过带传动连接。

图5是本实施例的洗扫车作业时充电过程示意图。洗扫作业或低速行驶时，若动力电池组12的SOC值低于预设最小值时，则离合器C2接合，发动机1的动力经全功率取力器2、分动箱17传递到发电机13，发电机12发出的电经电机控制器11调制后输入到动力电池组12中，以维持动力电池组5的SOC值在一定水平上，延长洗扫车续航里程，此时混合动力驱动系统为串联式(亦称增程式)结构。

以上所举实例仅为本实用新型的优选实例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。