CN107554281B - 清洁车混合动力系统及清洁车 - Google Patents

Abstract

一种清洁车油电混合动力系统及清洁车，其中清洁车包括发动机(17)、发电机(16)、发电机控制器(15)、变速箱(13)、电机控制器(9)、驱动电机(10)，所述发动机(17)连接发电机(16)，发电机控制器(15)用于控制发电机(16)，电机控制器用于控制驱动电机，发电机(16)与变速箱(13)连接，所述发电机(16)发电与驱动电机(10)供电连接，所述驱动电机(10)与上装作业系统连接，所述发电机控制器与自放电电路连接，所述自放电电路还与电机控制器连接。解决整车获得良好的作业状态和使用性能的问题。

Description

清洁车混合动力系统及清洁车

技术领域

本发明涉及环卫清洁设备领域，尤其涉及一种新型的油电混合动力系统及应用该系统的清洁车。

背景技术

城市道路清洁车辆，含扫路车、吸尘车、清洗车和洗扫车普遍采用的是底盘行驶与上装工作装置分别采用主发动机和副发动机提供动力。主发动机用于驱动整车行驶，所需功率大，但由于清扫保洁类车作业速度一般在20km/h以下，因此长期在低转速工况下作业，主发动机无法在最佳功率状态下工作，工作效率低。加上副发动机同时运作，整车排放和噪音难以得到有效的控制，整车能耗效率低下。

随着国家对环卫车的排放要求越来越严格，市面上推出不少纯电动类道路清洁车辆，但是存在采购和使用维护成本高昂、底盘行驶动力不足，电池充电设备暂不完善，充电耗时长且续航时间短等不足。

也有很多企业为了解决以上问题在研发单发动机清洁车辆，大体分为两种，一种是主发动机后接分动箱或是上装从底盘变速箱后的全功率取力器获得动力，其缺点是车辆在不同工况下行驶时，分动箱(全功率取力器)的转速会随底盘发动机转速的变化而变化，分动箱(全功率取力器)输出功率与扭矩上装所需的不匹配致作业效果不佳。如专利“CN105544449A一种带有单发动机驱动机构的洗扫车”、专利“CN 104044456 A一种单发动机洗扫车”和专利“CN 102011370 B一种单发动机洗扫车及其洗扫车作业方法”等均采用分动箱或者全功率取力器的形式。

另一种方案如专利“CN 105291828 A一种环保车单发动机系统”公布的方案是发动机接取力器装置后分别接变速箱和发电机，发电机再带动专用装置，该方案的缺点在于变速箱与发电机为并联布置，发动机带动发电机的动力输出端同样需具有分动装置，且离合器与发动机间增加了取力装置，整车的性能容易受到该取力装置性能影响，布置结构复杂。此外，该系统还增加了蓄电池，占用空间大，有悖于整车轻量化的设计，整车系统复杂，且其即使在整车不工作时也带有蓄电池的常高压电，安全可靠性能大大降低。

发明内容

本发明要解决的技术问题，在于提供一种新型的混合动力系统的清洁车辆，解决整车获得良好的作业状态和使用性能的问题。

本发明是这样实现的：一种清洁车油电混合动力系统，包括发动机、发电机、发电机控制器、变速箱、电机控制器、驱动电机，所述发动机连接发电机，发电机控制器用于控制发电机，电机控制器用于控制驱动电机，发电机与变速箱连接，所述发电机发电与驱动电机供电连接，所述驱动电机与上装作业系统连接，所述发电机控制器与自放电电路连接，所述自放电电路还与电机控制器连接。

进一步地，所述发动机与发电机通过柔性联轴器连接。

具体地，发电机通过车用离合器与变速箱连接。

优选地，还包括混合动力系统控制器，所述混合动力系统控制器与发电机控制器连接。

可选地，所述混合动力系统控制器还与电机控制器连接。

可选地，所述所述混合动力系统控制器还与发动机连接。

具体地，所述自放电电路包括电容，，所述自放电电路包括电容，所述电容连接在发电机控制器的输出端或电机控制器的输出端。

具体地，所述自放电电路还包括三极管与正温度系数热敏电阻，所述三极管与放电电阻连接在发电机控制器的输出端或电机控制器的输出端。

一种油电混合动力清洁车，包括上述的油电混合动力系统，其中上装作业系统包括吸嘴及高压清洗系统、后扫盘总成、风机总成；所述吸嘴及高压清洗系统安装于车体两侧，吸嘴朝向路面设置，所述后扫盘总成设置于车底的两侧，吸嘴的前端；所述风机总成与吸嘴通气连接。

进一步地，所述上装作业系统还包括清水箱、前扫盘总成、低压清洗总成、清淤总成。

本发明清洁车动力采用单发动机的油电混合动力系统，省却了蓄电池的设计，并具有节能、减排功效，在低速运行上装作业系统工作状态切换的时候能够有效防止反电动势的冲击从而对系统造成损害。而本发明的油电混合动力清洁车，通过一系列的上装作业系统的设计，能够更好地完成扫路功能，洗扫功能，洒水、路面冲洗功能，洗车枪自动卷管功能，料箱自动清淤功能，作业收拢的垃圾及作业产生的污水可以自动收到垃圾箱中。

附图说明

图1为本发明具体实施方式所述的混合动力系统连接图；

图2为本发明具体实施方式所述的混合动力系统自放电电路示意图；

图3为本发明具体实施方式所述的清洁车结构示意图；

图4为本发明具体实施方式所述的清洁车结构俯视图。

附图标记说明：

1、垃圾箱后门；

2、自动洗车枪系统；

3、垃圾箱；

4、吸嘴总成及高压清洗系统；

5、料箱清淤总成；

6、后扫盘总成；

7、风机；

8、混合动力冷却系统；

9、电机控制器；

10、驱动电机及动力输出装置；

11、混合动力绝缘检测装置；

12、独立清水箱；

13、变速箱；

14、前扫盘总成；

15、发电机控制器总成；

16、发电机；

17、发动机；

18、混合动力系统控制器；

19、清洁车辆专用底盘；

20、低压清洗总成；

21、单点清淤总成。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

请参阅图1，为本发明的一种清洁车油电混合动力系统，包括发动机17、发电机16、发电机控制器15、变速箱13、电机控制器9、驱动电机10，所述发动机17连接发电机16，发电机控制器15用于控制发电机16，电机控制器用于控制驱动电机，发电机16与变速箱13连接，所述发电机16发电与驱动电机10供电连接，所述驱动电机10与上装作业系统连接，所述发电机控制器与自放电电路连接，所述自放电电路还与电机控制器连接。自放电电路用于吸收电机通(用于吸收系统)断电瞬间、或整个系统在转场过程中产生的电动势，减小清扫车在使用时的内部损耗，提高寿命，自放电电路的具体设计在下文说明，本发明通过在清洁车辆底盘发动机与变速箱之间加装一个大功率发电机，通过发电机控制器控制发电机，发电机通过连接驱动电机及变速箱进行两套动力输出。图中我们还可以看到，变速箱与发电机之间可以通过离合器连接，通过离合器的离合来控制变速箱的动力输出，另一方面驱动电机通过电机控制器进行功率控制，这样一来，发电机的动力输出可以通过离合器以及电机控制器有效整合及控制，使得发电机的输出电能与整车能耗始终保持在微妙的平衡中，省却了设计大型蓄电池带来的高负载、空间小、不环保的问题。通过上述方法设计的清洁车辆在上装作业时由发电机发电驱动上装驱动电机从而为上装工作装置提供动力，在低速行驶时由主发动机通过传动轴、变速箱提供底盘行驶动力，能够更加节能地胜任城市环境清洁的任务。

在其他一些进一步的实施例中，所述发动机17与发电机16通过柔性联轴器连接。柔性联轴器又称弹性联轴器，是利用弹性元件的弹性变形以补偿两轴相对位移,缓和冲击和吸收振动的联轴器，可以补偿角向、径向、轴向偏差，在这里，设置联轴器具有吸收冲击、震动、过载保护等功能以保护发电机减少发电机的磨损及损耗。

为了更好地让发电机的工况与底盘行驶单元的工况独立开来，在本发明的实施例中，如图1所示，发电机16通过车用离合器与变速箱13连接。变速箱能够调整底盘行驶单元的输出功率，通过设计离合器，能够使得当底盘不需要行驶时，将离合器脱开，发电机的能量输出只需要供给驱动电机，对上装作业系统进行供能，并在底盘需要行驶时，将离合器连接，发电机及发动机的能量输出能够部分通过离合器、变速箱输出到底盘行驶单元上，更好地完成了根据动力输出需求进行发电机的能耗分配、节能减排的效果。

在其他一些优选的实施例中，还包括混合动力系统控制器18，如图1所示，所述混合动力系统控制器18与发电机控制器15连接。同时所述混合动力系统控制器18还可以与电机控制器9连接，同时与发动机17连接。为了更好地对发电机的输出能耗进行调配，我们还通过混合动力系统控制器对本两组动力输出进行信息采集，具体的，所述发电机控制器15为AC/DC控制器，其内部结构能够将输入的交流电整流成直流电输出，同时还将电流有关的信息反馈到混合动力系统控制器18，所述电机控制器9为DC/AC控制器，其内部结构能够将输入的直流电逆变成交流电输出给驱动电机，同时将电流相关的信息反馈到混合动力系统控制器18；混合动力系统控制器18接收到发动机17、AC/DC控制器总成15和DC/AC控制器总成9反馈的信息后作出判断并对整个混合动力系统进行控制，合理分配发动机17的工作功率、发电机16的输出功率以及驱动电机10的输入电量等，从而确保了在极端路况下清洁车辆能正常行驶和工作。更好地达到了调配清洁车工作效率的问题。

在一些实施例中，AC/DC可以通过三相多开关boost整流型电路实现恒压控制，DC/AC通过三相逆变电路实现电机的控制。系统工作时，通过AC/DC整流电压环的闭环稳定控制实现上装系统能量的按需分配供给。例如当电机的需求能量增加时会将母线电压拉低，使实际母线电压低于目标电压，发电机控制器便会利用该负反馈信号调整其自身的PWM信号进而提高其输出的电压，控制发电机发出更多的能量，直至将目标电压控制在目标误差范围内，进而实现电机能量的提升供给。反之当上装的需求转速降低时即需求能量减小时，电机的输出扭矩、电流会减小，即需求能量减少，而如果发电机还是发出与原来一样的电量便会导致母线电压升高，发电机控制器便会利用该反馈信号调整其自身的PWM信号进而降低其输出的电压，减少发电机的发电量，直至将目标电压控制在目标误差范围内，进而实现电机能量的降低供给。通过该实施该控制过程与原理，实现无电池单发洗扫车上装能量的按需供给，保证系统的正常可靠稳定运行。

在图2所示的具体的实施例中，我们可以看到，所述自放电电路包括电容，所述电容连接在发电机控制器的输出端以及电机控制器的圈两端，电容还可以跟三极管以及PTC电阻配合使用，所述三极管与PTC电阻连接在发电机控制器的输出端或电机控制器的输出端。

在具体的应用例中，为了电气化系统的安全，在底盘发动机熄火以后，通过主动放电执行下电流程实现快速释放电容里的储存的电能，即可以通过电机控制器9向电机施加一个弱磁d轴电流来消耗电容存电，将储存的电能在系统内部消耗掉，达到主动放电的目的。

另一些应用例中，电机控制器低压电源被切断时，系统通过接通发电机及电机控制器的内部三极管与内部的PTC电阻形成自放电回路，该电阻是一个PTC热敏电阻，PTC电阻放电会引起温度上升，同时，在温度升高以后，该电阻阻值会上升，降低放电功率，防止温度过高烧毁电阻。从而实现电气化系统的放电与保护。

在图3所示的实施例中，包括了一种油电混合动力清洁车，在图中清楚地显示了一些上装作业系统的设计，在图中可以看到，我们的清洁车还包括吸嘴及高压清洗系统4、后扫盘总成6、风机总成7；从图4中可以看到，所述吸嘴及高压清洗系统安装于车体两侧，吸嘴朝向路面设置，所述后扫盘总成设置于车底的两侧，吸嘴的前端；所述风机总成与吸嘴通气连接。风机总成7抽吸垃圾箱3在垃圾箱3内的封闭腔体内形成一点的负压，在负压的作用下通过吸筒在吸嘴总成4与地面之间的空隙之间形成高速的气流，在高速气流作用下将后扫盘总成6和前扫盘总成14扫路作业收集的垃圾或者后扫盘总成6和前扫盘总成14及吸嘴总成高压喷水清洗收集的垃圾及产生的污水收到垃圾箱中。由油电混合动力系统中的驱动电机10通过输出装置驱动高压水泵，在吸嘴总成及高压清洗系统4中的高压管路中形成高压水，高压水通过喷管上的喷嘴形成高压水线，高压水线打击、冲击路面实现路面的清洗，在本实施例中喷管由固定喷管和摆动喷管组成，摆动喷管与固定喷管在清洗作业或洗扫作业时成V字形布置，能有效地将垃圾及产生的污水向吸嘴方向汇集，保证吸嘴能高效率地收回垃圾。自动洗车枪系统2在需要用洗车枪清洗本车或完成特定清洗作业时，先将洗车枪上的快速阳接头插入自动卷盘高压软管的快速阴接头。再打开手动高压球阀就可实现作业。具有自动卷管功能第一次拉出高压软管时，高压软管会自动锁止在拉出长度，再次拉出时高压软管会自动收回。再拉又将锁止，如此锁止、收回交替变换。扫路作业或者洗扫作业模式下通过油电混合动力系统中驱动电机10的无级调速实现根据路面污染程度调整作业模式——保洁模式、标准洗扫模式、强力洗扫模式。后扫盘总成6和前扫盘总成14在扫盘前倾调节杆、扫刷触地高度调节杆、扫盘外倾调节螺栓的调节下可以实现最佳的扫地角度，同时在扫地工作时通过扫盘浮动系统根据扫盘的触地压力自动调整扫刷的触地高度。吸嘴总成3中两侧的摆动喷管具有自动避障功能，避免遇到障碍物时遭到撞击损坏。

进一步的实施例中，如图3所示，所述上装作业系统还包括清水箱12、前扫盘总成14、低压清洗总成20、清淤总成21，增加上述设计的具备扫路功能，洗扫功能，洒水、路面冲洗功能，洗车枪自动卷管功能，料箱自动清淤功能，作业收拢的垃圾及作业产生的污水可以自动收到垃圾箱中。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明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，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种清洁车混合动力系统，其特征在于，包括发动机(17)、发电机(16)、发电机控制器(15)、变速箱(13)、电机控制器(9)、驱动电机(10)，其特征在于，所述发动机(17)连接发电机(16)，发电机控制器(15)用于控制发电机(16)，电机控制器用于控制驱动电机，发电机(16)与变速箱(13)连接，所述发电机(16)发电与驱动电机(10)供电连接，所述驱动电机(10)与上装作业系统连接，

还包括混合动力系统控制器(18)，所述混合动力系统控制器(18)与发电机控制器(15)连接，所述混合动力系统控制器(18)还与电机控制器(9)连接，所述混合动力系统控制器(18)还与发动机(17)连接，

还包括自放电电路，所述自放电电路包括电容、三极管与正温度系数热敏电阻，所述三极管与正温度系数热敏电阻串联后，与电容并联；所述自放电电路包括第一自放电电路和第二自放电电路，所述第一自放电电路并联设置在发电机控制器的输出端，所述第二自放电电路并联设置在电机控制器的输入端。

2.根据权利要求1所述的清洁车混合动力系统，其特征在于，所述发动机(17)与发电机(16)通过柔性联轴器连接。

3.根据权利要求1所述的清洁车混合动力系统，其特征在于，发电机(16)通过离合器与变速箱(13)连接。

4.一种混合动力清洁车，其特征在于，包括权利要求1-3任一项所述的油电混合动力系统，其中上装作业系统包括吸嘴及高压清洗系统(4)、后扫盘总成(6)、风机总成(7)；所述吸嘴及高压清洗系统安装于车体两侧，吸嘴朝向路面设置，所述后扫盘总成设置于车底的两侧，吸嘴的前端；所述风机总成与吸嘴通气连接。

5.根据权利要求4所述的混合动力清洁车，其特征在于，所述上装作业系统还包括清水箱(12)、前扫盘总成(14)、低压清洗总成(20)、清淤总成(2)，清洁车动力采用单发动机的油电混合动力系统。