一种单行星排纯电动环卫车及其动力系统的制作方法

本发明涉及一种单行星排纯电动环卫车及其动力系统。

背景技术：

目前全球面临着能源危机以及环境污染的困境，汽车动力电动化、混合化成为大势所趋。环卫车是城市里的“清道夫”，作为优化城市环境的重要力量，再加上受政策和市场的双重影响，采用新能源动力系统是必然趋势。纯电动环卫车目前驱动行驶系统构型主要为电机直驱的结构，上装系统则采用单独一个辅助电机为动力。所谓上装系统是指执行环卫作业的系统，即清扫机构或者称为清扫子系统，具体是指执行吸尘、洒水、清扫等作业的上装系统，主要由带轮传动或液压传动。不管是何种上装系统，均将其称为清扫机构或者称为清扫子系统，由于环卫作业的种类很多，因此，清扫子系统并非限于清扫作业，任何环卫作业均为清扫子系统的功能，即清扫子系统为能够实现任意环卫作业的作业系统。

虽然上述系统构型结构简单，同时控制难度小，但是，电机直驱系统为满足爬坡需求则对电机有较大的功率和扭矩需求，设计电机规格较高，电机往往体格较笨重，不利于整车轻量化。因此，目前市场上的纯电动保洁类环卫车系统不足之处在于：①电机直驱系统为满足爬坡需求则对电机有较大的功率和扭矩需求，设计电机规格较高，电机往往体格较笨重，不利于整车轻量化，系统效率不高；②环卫车作业时间中，主要是低速作业工况，驱动电机大部分在低转速区工作，同时辅助电机运行在高转速区域，系统效率较低。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种单行星排纯电动环卫车动力系统，用以解决传统的电机直驱系统的运行效率较低的问题。本发明同时提供一种单行星排纯电动环卫车。

为实现上述目的，本发明包括以下技术方案。

系统方案一：本方案提供一种单行星排纯电动环卫车动力系统，包括第一电机、第二电机和清扫子系统，还包括行星排，所述行星排中的太阳轮、行星架和齿圈中有一个是第一端，一个是第二端，一个是第三端，所述第一电机通过第一离合器连接所述第一端，所述第二端输出连接系统输出轴，所述第二电机连接所述第三端，所述第三端通过锁止离合器连接壳体，所述第一电机通过第一传动机构连接第二离合器的一端，所述第二离合器的另一端连接所述清扫子系统，所述第二电机通过第二传动机构连接第三离合器的一端，所述第三离合器的另一端连接所述清扫子系统。

首先，在车辆只行驶、不作业时，利用第一离合器和锁止离合器能够实现两种正常行驶工作模式的切换，选择是一个电机单独驱动整车还是双电机联合驱动，提升系统的动力性，在车辆动力需求较大时能够保证有一个可靠的动力输出，而且，在两个电机同时运行时，还可以通过调节第二电机的工作转速使第一电机的工作转速在高效区内，即通过第二电机的调速使第一电机工作在高效区，提升系统运行效率。并且，系统在作业时，两个电机同时工作，并且通过协调两个电机的输出，能够使两个电机，尤其是第一电机运行在高效区，保证系统运行效率以及清扫效率。因此，利用离合器和锁止离合器能够实现各种工作模式的切换。更重要的是，行星排可以提供较大的传动比，并且，利用行星排的转速解耦特性，在作业时通过调节两个电机的转速，比如提高第一电机的工作转速同时降低第二电机的工作转速，使两个电机的运行区域更接近高效区，而且利用行星排无极变速的工作特点，避免了有变速箱时换挡带来的动力中断，行星排还有减速增扭的作用，系统动力性得到提升。还可以使电机小型化，在达到相同的动力性能的情况下，第一电机的重量、尺寸和成本可以有效降低。

系统方案二：在系统方案一的基础上，所述第一传动机构包括第一过渡轴，所述第二传动机构包括第二过渡轴，所述第二端通过第一过渡轴连接所述第二离合器的一端，所述第三端通过所述第二过渡轴连接所述第三离合器的一端。

系统方案三：在系统方案一或二的基础上，所述第一端为太阳轮，所述第二端为行星架，所述第三端为齿圈。

系统方案四：在系统方案二的基础上，所述第一过渡轴与第二过渡轴同轴装配，且第二过渡轴转动装配在第一过渡轴的支撑端面上。

系统方案五：在系统方案一或二或四的基础上，所述动力系统包括以下运行模式：

第一正常行驶模式，其中，清扫子系统不工作，第一电机驱动整车，控制方式是：第一离合器处于结合状态，锁止离合器处于锁止状态，第二离合器和第三离合器处于分离状态；

第二正常行驶模式，其中，清扫子系统不工作，第一电机和第二电机共同驱动整车，控制方式是：第一离合器处于结合状态，锁止离合器处于非锁止状态，第二离合器和第三离合器处于分离状态；

第一行驶作业模式，其中，清扫子系统工作，第一电机单独驱动，控制方式是：第一离合器处于结合状态，锁止离合器处于锁止状态，第二离合器处于结合状态，第三离合器处于分离状态；

第二行驶作业模式，其中，清扫子系统工作，第一电机和第二电机同时工作，控制方式是：第一离合器处于结合状态，锁止离合器处于非锁止状态，第二离合器处于分离状态，第三离合器处于结合状态；

停车作业模式，其中，清扫子系统工作，第二电机单独驱动，控制方式是：第一离合器处于分离状态，锁止离合器处于非锁止状态，第二离合器处于分离状态，第三离合器处于结合状态；

制动能量回收模式，其中，清扫子系统不工作，第一电机和第二电机共同参与制动，控制方式是：第一离合器处于结合状态，锁止离合器处于非锁止状态，第二离合器和第三离合器处于分离状态。

环卫车方案一：本方案提供一种单行星排纯电动环卫车，包括一种环卫车动力系统，所述环卫车动力系统包括第一电机、第二电机和清扫子系统，还包括行星排，所述行星排中的太阳轮、行星架和齿圈中有一个是第一端，一个是第二端，一个是第三端，所述第一电机通过第一离合器连接所述第一端，所述第二端输出连接系统输出轴，所述第二电机连接所述第三端，所述第三端通过锁止离合器连接壳体，所述第一电机通过第一传动机构连接第二离合器的一端，所述第二离合器的另一端连接所述清扫子系统，所述第二电机通过第二传动机构连接第三离合器的一端，所述第三离合器的另一端连接所述清扫子系统。

环卫车方案二：在环卫车方案一的基础上，所述第一传动机构包括第一过渡轴，所述第二传动机构包括第二过渡轴，所述第二端通过第一过渡轴连接所述第二离合器的一端，所述第三端通过所述第二过渡轴连接所述第三离合器的一端。

环卫车方案三：在环卫车方案一或二的基础上，所述第一端为太阳轮，所述第二端为行星架，所述第三端为齿圈。

环卫车方案四：在环卫车方案二的基础上，所述第一过渡轴与第二过渡轴同轴装配，且第二过渡轴转动装配在第一过渡轴的支撑端面上。

环卫车方案五：在环卫车方案一或二或四的基础上，所述动力系统包括以下运行模式：

第一正常行驶模式，其中，清扫子系统不工作，第一电机驱动整车，控制方式是：第一离合器处于结合状态，锁止离合器处于锁止状态，第二离合器和第三离合器处于分离状态；

第二正常行驶模式，其中，清扫子系统不工作，第一电机和第二电机共同驱动整车，控制方式是：第一离合器处于结合状态，锁止离合器处于非锁止状态，第二离合器和第三离合器处于分离状态；

第一行驶作业模式，其中，清扫子系统工作，第一电机单独驱动，控制方式是：第一离合器处于结合状态，锁止离合器处于锁止状态，第二离合器处于结合状态，第三离合器处于分离状态；

第二行驶作业模式，其中，清扫子系统工作，第一电机和第二电机同时工作，控制方式是：第一离合器处于结合状态，锁止离合器处于非锁止状态，第二离合器处于分离状态，第三离合器处于结合状态；

停车作业模式，其中，清扫子系统工作，第二电机单独驱动，控制方式是：第一离合器处于分离状态，锁止离合器处于非锁止状态，第二离合器处于分离状态，第三离合器处于结合状态；

制动能量回收模式，其中，清扫子系统不工作，第一电机和第二电机共同参与制动，控制方式是：第一离合器处于结合状态，锁止离合器处于非锁止状态，第二离合器和第三离合器处于分离状态。

附图说明

图1是单行星排纯电动环卫车动力系统结构图。

具体实施方式

单行星排纯电动环卫车实施例

本实施例提供一种纯电动环卫车，包括环卫车动力系统以及其他的组成部分，由于其他的组成部分并非本发明的发明点，本实施例就不再具体说明，以下重点说明环卫车动力系统。

环卫车动力系统包括第一电机、第二电机、行星排和清扫子系统，其中，第一电机和第二电机均既可以作为发电机使用，也可以作为电动机使用，而且，本实施例中，第一电机为驱动电机1，如图1所示，为系统的主电机，第二电机为辅助电机7。

行星排包括三个端，分别称为第一端、第二端和第三端，由于行星排的三个端分别是太阳轮、行星架和齿圈，因此，第一端、第二端和第三端分别与太阳轮、行星架和齿圈中的其中一个一一对应。驱动电机1通过第一离合器(对应图1中的驱动离合器2，以下将第一离合器称为驱动离合器2)连接第一端，第二端输出连接系统输出轴14，辅助电机7连接第三端，第三端通过锁止离合器8连接壳体。第一端、第二端和第三端与太阳轮、行星架和齿圈的对应关系并不唯一，原则上总共有六种对应关系，不同的对应关系代表机械传动变比不同，因此，在满足运行要求的前提下，具体的对应关系可以根据实际需要进行设定，本实施例中，给出一种具体的对应关系：第一端为太阳轮5，第二端为行星架，第三端为齿圈6。那么，如图1所示，驱动电机1通过驱动离合器2连接太阳轮5，行星架输出连接系统输出轴14，辅助电机7连接齿圈6，齿圈6通过锁止离合器8连接壳体，系统输出轴14通过主减速器15连接车轮16。另外，由于行星架输出连接系统输出轴14，所以，行星架和系统输出轴可以使用同一标号“14”进行表示。

本实施例中，为了与权利要求书照应，将其中的清扫子系统称为上装系统11，将第二离合器称为上装第一离合器12，将第三离合器称为上装第二离合器10。驱动电机1和辅助电机7均能够单独带动上装系统11运行，因此，驱动电机1和辅助电机7均通过相应的传动机构直接或者间接机械传动连接上装系统11，那么，驱动电机1通过第一传动机构连接上装第一离合器12的一端，上装第一离合器12的另一端连接上装系统11，辅助电机7通过第二传动机构连接上装第二离合器10的一端，上装第二离合器10的另一端连接上装系统11。因此，驱动电机1和和辅助电机7可以通过相应的传动机构直接连接上装系统11，也可以通过行星排间接连接上装系统11，本实施例中，提供一种具体的实施方式：第一传动机构包括第一过渡轴13，第二传动机构包括第二过渡轴9，行星架14通过第一过渡轴13连接上装第一离合器12的一端，齿圈6通过第二过渡轴9连接上装第二离合器10的一端。因此，上装系统11的动力来源有两条路经，一条是驱动电机1依次通过太阳轮5、行星架14、第一过渡轴13齿轮和上装第一离合器12输出给上装系统11；另一条是辅助电机7依次通过齿圈6、第二过渡轴9齿轮和上装第二离合器10输出给上装系统11，实现驱动电机1和辅助电机7间接连接上装系统11。

第一过渡轴13与第二过渡轴9同轴装配，且第二过渡轴9转动装配在第一过渡轴13的支撑端面上。

另外，动力电池3通过电机控制器4连接驱动电机1和辅助电机7。

环卫车动力系统包括以下工作模式。

(1)正常行驶模式1(也称为单电机驱动行驶模式)：

环卫车在中高速运行过程中，上装系统11为不工作状态，驱动电机1驱动整车。此时也可以根据驾驶员需求，启动辅助电机7辅助驱动。具体工作模式为：驱动电机1工作，辅助电机7不工作，驱动离合器2处于结合状态，锁止离合器8处于锁止状态，上装第一离合器12和上装第二离合器10处于分离状态。

(2)正常行驶模式2(也称为双电机驱动行驶模式)：

当整车急加速或者爬坡时，动力需求较大，辅助电机7参与驱动，此时驱动电机1和辅助电机7共同驱动车辆，驱动离合器2处于结合状态，锁止离合器8处于非锁止状态，上装第一离合器12和上装第二离合器10处于分离状态。另外当两电机同时工作时，还可以通过调节辅助电机7的工作转速使驱动电机1工作在高效区内。

(3)低速行驶作业模式1(也称为单电机工作作业模式)：

当整车匀速行驶时或平直公路上行驶时，需求功率较小，驱动电机1单独驱动，并带动上装系统11完成作业，辅助电机7不工作，此时，驱动离合器2处于结合状态，锁止离合器8处于锁止状态，上装第一离合器12处于结合状态，上装第二离合器10处于分离状态。

(4)低速行驶作业模式2(也称为双电机工作作业模式)：

当整车爬坡时，需求功率较大时，驱动电机1和辅助电机7同时工作，此时，驱动离合器2处于结合状态，锁止离合器8处于非锁止状态，上装第一离合器12处于分离状态，上装第二离合器10处于结合状态，由驱动电机1驱动车辆行驶，由辅助电机7带动上装系统11完成作业。这种工作模式比较适用于低速爬坡作业等工况。

(5)停车作业模式：

此时车辆处于静止状态，辅助电机7工作，驱动电机1停止工作，驱动离合器2处于分离状态，锁止离合器8处于非锁止状态，上装第一离合器12处于分离状态，上装第二离合器10处于结合状态。由辅助电机7单独带动上装系统11完成作业。

(6)制动能量回收模式：

当车辆制动时，电机可参与制动，回收制动能量到电池，提升能耗利用率。此时，驱动电机1和辅助电机7同时参与制动，上装系统11不工作，驱动离合器2处于结合状态，锁止离合器8处于非锁止状态，上装第一离合器12和上装第二离合器10处于分离状态。

上述各工作模式所对应的各零部件的工作状态见表1。

表1

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于纯电动环卫车动力系统的结构，并不局限于该系统的工作模式。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

单行星排纯电动环卫车动力系统实施例

本实施例提供一种单行星排纯电动环卫车动力系统，由于该动力系统在上述环卫车实施例中已给出了详细地描述，本实施例就不再赘述。