CN111231648B - 一种混合动力叉车的动力传动系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种混合动力叉车的动力传动系统及其控制方法，包括发动机总成、传动系统、行走系统、作业系统、整车控制器和操控系统；所述发动机总成包括燃油发动机总成、ISG电机总成和蓄电池总成，所述ISG电机总成驱动燃油发动机总成启动，同时通过传动系统分别驱动行走系统和作业系统；所述燃油发动机总成驱动ISG电机总成发电并且给蓄电池总成充电；所述操控系统通过整车控制器控制各离合器和制动器实现各控制模式的切换。有益效果：本发明能够使燃油发动机处于高效率区工作，ISG电机总成在恶劣工况下辅助燃油发动机工作，从而控制燃油发动机的排放和油耗，ISG电机总成在燃油发动机富余功率时，充当发电机给蓄电池总成充电。

Description

一种混合动力叉车的动力传动系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种工程车的动力传动系统及其控制方法，特别涉及一种混合动力叉车的动力传动系统及其控制方法，属于工程机械技术领域。
背景技术
工程车广泛应用在建筑工程、机械生产、物流运输等领域，按照动力来源划分电动和燃油这两种，电动类型的工程机械在制造、使用成本以及环境保护、使用期间维护成本都要优于燃油的工程车。目前工程车辆的电动化已经成为新的发展趋势，并且近期有着迅猛的发展势头。
伴随着近些年物流行业的快速发展，固定场内作业，短途运输装卸的叉车行业也蓬勃发展，叉车的需求快速增长。然而国家环保政策、法规日益增多以及人们对环境保护的意识增加，传统内燃机的排放问题受到越来越大的重视，管控日益严格。
叉车的常见工况是长时间在中低负荷工况运行，频繁短时间的大负荷甚至过载工况，因此传统燃油叉车的工作状况非常恶劣，无法长时间在发动机高效区工作，导致叉车污染物排放恶劣，油耗较高。纯电动叉车受到储能装置的限制，在高寒地区适应性极差，同时高效储能装置价格昂贵，充电时间长，连续高强度工作能力差。混合动力叉车，既有传统叉车工作能力强，可靠性高，适应性好的优点，同时可以保持较低排放污染，适当降低油耗的优点；但是混合动力叉车的动力系统的动力分配和能量管理一直是制约其发展的难点。
发明内容
发明目的：针对现有技术中存在的动力分配和能量管理问题，本发明提供了一种混合动力叉车的动力传动系统及其控制方法。
技术方案：一种混合动力叉车的动力传动系统，包括发动机总成、传动系统、行走系统、作业系统、整车控制器和操控系统，所述发动机总成通过传动系统分别驱动行走系统和作业系统；所述整车控制器根据操控系统输入的控制信号，同时结合行走系统和作业系统的负载，分别对发动机总成的输出功率和传动系统功率分配进行控制；所述发动机总成包括燃油发动机总成、ISG电机总成和蓄电池总成，所述蓄电池总成给ISG电机总成供电，ISG电机总成驱动燃油发动机总成启动，同时通过传动系统分别驱动行走系统和作业系统；所述燃油发动机总成驱动ISG电机总成发电并且给蓄电池总成充电。本发明以燃油发动机总成作为主要动力，ISG电机总成起到调节燃油发动机总成运行状况的作用，弥补燃油发动机总成在特殊工况下功率不足的问题，同时使得燃油发动机总成尽可能在高效率区工作，降低油耗降低排放。
优选项，为了适应各类工况的需要，所述传动系统包括动力输入离合器、行星排传动组件、行走输出离合器、作业输出离合器和液压泵；所述行星排传动组件包括太阳轮、行星架和齿圈，所述发动机总成的动力通过动力输入离合器输入至行星排传动组件的行星架，所述太阳轮经过作业输出离合器与液压泵连接，所述太阳轮与作业输出离合器之间设有作业制动器；所述齿圈经过行走输出离合器与行走系统连接，所述齿圈与行走输出离合器之间设有行走制动器；所述动力输入离合器、行走输出离合器、作业输出离合器、作业制动器和行走制动器同时由整车控制器控制。本发明通过整车控制器对各离合器和制动器的控制实现各类工况之间的切换，采用行星排传动组件使得传动系统布局更加紧凑合理，简化传动机构。
优选项，为了实现混合动力的控制，所述整车控制器同时获取行走系统和作业系统的功率；所述整车控制器通过发动机ECU控制燃油发动机总成；所述整车控制器通过电机控制器控制ISG电机总成；所述整车控制器通过电池控制器控制蓄电池总成。本发明通过整车控制器采集行走系统和作业系统的功率参数与燃油发动机总成的固定特征参数进行比较，同时控制燃油发动机总成和ISG电机总成的功率输出，提高了燃油发动机总成的效率，降低了油耗和尾气的排放。
一种混合动力叉车的动力传动系统的控制方法，所述操控系统输出控制信号给整车控制器，所述整车控制器通过控制各离合器和制动器实现启动模式、怠速模式和作业模式的切换；
启动模式：当操控系统输出启动信号给整车控制器，所述整车控制器电池控制器控制蓄电池总成给ISG电机总成供电，所述整车控制器同时通过电机控制器控制ISG电机总成工作，进而启动燃油发动机总成；所述ISG电机总成安装在燃油发动机总成的飞轮盘位置，原有飞轮盘被取消，ISG电机总成用来启停/发电/助力同时平衡燃油发动机的运作稳定性，ISG电机总成和燃油发动机共用一根动力输出轴。所述具有启停/发电/助力的ISG电机总成采用四象限运行的交流感应电机或者永磁同步电机。
怠速模式：启动完成后，所述操控系统未输出控制信号时，动力输入离合器处于断开状态，所述整车控制器通过电池控制器检测蓄电池总成的电量；当蓄电池总成的电量未充满时，所述整车控制器通过电机控制器控制ISG电机总成给蓄电池总成充电；当蓄电池总成的电量充满时，所述整车控制器通过电机控制器控制ISG电机总成停止工作，并且通过电池控制器切断蓄电池总成与ISG电机总成的连接；
作业模式：当操控系统输出作业信号时，整车控制器控制动力输入离合器接合；
当作业信号为行走信号时，行走输出离合器和作业制动器接合，同时作业输出离合器和行走制动器断开，动力经行星架、齿圈、行走输出离合器驱动行走系统工作；
当作业信号为升降信号时，作业输出离合器和行走制动器接合，同时行走输出离合器和作业制动器断开，动力经行星架、太阳轮、作业输出离合器驱动液压泵工作，进而驱动作业系统工作；
当作业信号同时包括行走和升降信号时，行走输出离合器和作业输出离合器接合，同时行走制动器和作业制动器断开，动力经行星架分别同时驱动齿圈和太阳轮，进而同时驱动行走系统和作业系统工作。
本发明使得燃油发动机能够长时间在高效率区工作，ISG电机总成在恶劣工况下辅助燃油发动机工作，从而控制燃油发动机的排放和油耗，ISG电机总成在燃油发动机富余功率时，充当发电机给蓄电池总成充电。
优选项，所述混合动力叉车的动力传动系统的控制方法，包括以下步骤：
步骤一、发动机参数录入：在整车控制器中录入燃油发动机总成的高效工作区域特性参数；
步骤二、启动检测：叉车启动前，整车控制器通过电池控制器检测蓄电池总成的电量；
当蓄电池总成的电量低于ISG电机总成启动燃油发动机总成所需电量时，报警；
当蓄电池总成的电量高于ISG电机总成启动燃油发动机总成所需电量，但低于设定的安全电量时，ISG电机总成启动燃油发动机总成，动力输入离合器断开，燃油发动机总成驱动ISG电机总成给蓄电池总成充电；
当蓄电池总成的电量高于设定的安全电量时，根据操控系统的控制信号由燃油发动机总成提供动力；
步骤三、获取实际功率：计算当前工况下所需的实际功率；
步骤四、发动机控制：将所需的实际功率与燃油发动机总成的高效工作区域能够提供的功率进行比较；
当所需的实际功率小于燃油发动机总成的高效工作区域能够提供的最小功率时，燃油发动机总成满足实际功率需求的同时驱动ISG电机总成给蓄电池总成充电；
当所需的实际功率处于燃油发动机总成的高效工作区域能够提供的功率区间时，由燃油发动机总成提供动力；
当所需的实际功率大于燃油发动机总成的高效工作区域能够提供的最大功率时，由ISG电机总成和燃油发动机总成同时提供动力，燃油发动机总成输出高效工作区域能够提供的最大功率；
步骤五、停机检测：停机前检测蓄电池总成的电量；当蓄电池总成的电量低于设定的安全电量时，燃油发动机总成延迟熄火，驱动ISG电机总成给蓄电池总成充电，直至蓄电池总成电量大于等于设定的安全电量时燃油发动机总成熄火。
有益效果：本发明以燃油发动机总成作为主要动力，ISG电机总成起到调节燃油发动机总成运行状况的作用，弥补燃油发动机总成在特殊工况下功率不足的问题，同时使得燃油发动机总成尽可能在高效率区工作，降低油耗降低排放；本发明通过整车控制器对各离合器和制动器的控制实现各类工况之间的切换，采用行星排传动组件使得传动系统布局更加紧凑合理，简化传动机构；在行驶系统中，ISG电机总成取代飞轮机构，效率更高，ISG电机总成启动燃油发动机总成速度快，响应灵敏，可以随时启动燃油发动机总成，很大程度上节约燃油，改善使用经济性。同时，在爬坡，起升，加速等恶劣工况时，ISG电机总成提供额外的驱动力帮助缓解燃油发动机总成频繁变化工况导致燃油发动机总成燃烧恶化，排放恶劣，油耗升高的现象。
附图说明
图1为本发明的结构原理图；
图2为本发明的控制原理图。
具体实施方式
下面将参照附图详细地描述实施例。
如图1所示，一种混合动力叉车的动力传动系统，包括发动机总成1、传动系统2、行走系统3、作业系统4、整车控制器5和操控系统6，所述发动机总成1通过传动系统2分别驱动行走系统3和作业系统4；所述整车控制器5根据操控系统6输入的控制信号，同时结合行走系统3和作业系统4的负载，分别对发动机总成1的输出功率和传动系统2功率分配进行控制；所述发动机总成1包括燃油发动机总成11、ISG电机总成12和蓄电池总成13，所述蓄电池总成13给ISG电机总成12供电，ISG电机总成12驱动燃油发动机总成11启动，同时通过传动系统2分别驱动行走系统3和作业系统4；所述燃油发动机总成11驱动ISG电机总成12发电并且给蓄电池总成13充电。所述操控系统6通过整车控制器5实现对整车的控制，所述燃油发动机总成11通常为柴油机，所述整车控制器5采集各个部件的工作信号、信息，各个部件工作状况监控，以及向各个部件下达工作指令。整车控制器5控制柴油机启停、动力输出，并监控柴油机的实时状态。柴油机向传动系统2输出动力。
所述传动系统2包括动力输入离合器21、行星排传动组件22、行走输出离合器23、作业输出离合器24和液压泵25；所述行星排传动组件22包括太阳轮221、行星架222和齿圈223，所述发动机总成1的动力通过动力输入离合器21输入至行星排传动组件22的行星架222，所述太阳轮221经过作业输出离合器24与液压泵25连接，所述太阳轮221与作业输出离合器24之间设有作业制动器26；所述齿圈223经过行走输出离合器23与行走系统3连接，所述齿圈223与行走输出离合器23之间设有行走制动器27；所述动力输入离合器21、行走输出离合器23、作业输出离合器24、作业制动器26和行走制动器27同时由整车控制器5控制。
所述整车控制器5同时获取行走系统3和作业系统4的功率；所述整车控制器5通过发动机ECU14控制燃油发动机总成11；所述整车控制器5通过电机控制器15控制ISG电机总成12；所述整车控制器5通过电池控制器16控制蓄电池总成13。
如图2所示，一种混合动力叉车的动力传动系统的控制方法，所述操控系统6输出控制信号给整车控制器5，所述整车控制器5通过控制各离合器和制动器实现启动模式、怠速模式和作业模式的切换；
启动模式：当操控系统6输出启动信号给整车控制器5，所述整车控制器5电池控制器16控制蓄电池总成13给ISG电机总成12供电，所述整车控制器5同时通过电机控制器15控制ISG电机总成12工作，进而启动燃油发动机总成11；
怠速模式：启动完成后，所述操控系统6未输出控制信号时，动力输入离合器21处于断开状态，所述整车控制器5通过电池控制器16检测蓄电池总成13的电量；当蓄电池总成13的电量未充满时，所述整车控制器5通过电机控制器15控制ISG电机总成12给蓄电池总成13充电；当蓄电池总成13的电量充满时，所述整车控制器5通过电机控制器15控制ISG电机总成12停止工作，并且通过电池控制器16切断蓄电池总成13与ISG电机总成12的连接；
作业模式：当操控系统6输出作业信号时，整车控制器5控制动力输入离合器21接合；
当作业信号为行走信号时，行走输出离合器23和作业制动器26接合，同时作业输出离合器24和行走制动器27断开，动力经行星架222、齿圈223、行走输出离合器23驱动行走系统3工作；
当作业信号为升降信号时，作业输出离合器24和行走制动器27接合，同时行走输出离合器23和作业制动器26断开，动力经行星架222、太阳轮221、作业输出离合器24驱动液压泵25工作，进而驱动作业系统4工作；
当作业信号同时包括行走和升降信号时，行走输出离合器23和作业输出离合器24接合，同时行走制动器27和作业制动器26断开，动力经行星架222分别同时驱动齿圈223和太阳轮221，进而同时驱动行走系统3和作业系统4工作。
所述混合动力叉车的动力传动系统的控制方法，包括以下步骤：
步骤一、发动机参数录入：在整车控制器5中录入燃油发动机总成11的高效工作区域特性参数；柴油机的高效工作区域是台架实验标定柴油机外特性曲线、效率曲线、油耗特性曲线为主要参考曲线，NOx和颗粒物(PM)曲线为辅助参考曲线。通过这些曲线耦合，可以得出柴油机最优的工作区域是柴油机的固定特征，将这个最优工作区域曲线输入整车控制器5中，成为柴油机工作的预设工作区域，预设工作区域是用来判断柴油机是否工作在高效率区的依据，当柴油机处于非高效工况工作时，通过调节ISG电机总成12的输出功率，使得柴油机能够在高效率区工作。
步骤二、启动检测：叉车启动前，整车控制器5通过电池控制器16检测蓄电池总成13的电量；
当蓄电池总成13的电量低于ISG电机总成12启动燃油发动机总成11所需电量时，报警；
当蓄电池总成13的电量高于ISG电机总成12启动燃油发动机总成11所需电量，但低于设定的安全电量时，ISG电机总成12启动燃油发动机总成11，动力输入离合器21断开，燃油发动机总成11驱动ISG电机总成12给蓄电池总成13充电；
当蓄电池总成13的电量高于设定的安全电量时，根据操控系统6的控制信号由燃油发动机总成11提供动力；
步骤三、获取实际功率：计算当前工况下所需的实际功率；通过传感器可以采集行走系统3和作业系统4的功率，从而计算出实际所需功率；
步骤四、发动机控制：将所需的实际功率与燃油发动机总成11的高效工作区域能够提供的功率进行比较；
当所需的实际功率小于燃油发动机总成11的高效工作区域能够提供的最小功率时，燃油发动机总成11满足实际功率需求的同时驱动ISG电机总成12给蓄电池总成13充电；
当所需的实际功率处于燃油发动机总成11的高效工作区域能够提供的功率区间时，由燃油发动机总成11提供动力；
当所需的实际功率大于燃油发动机总成11的高效工作区域能够提供的最大功率时，由ISG电机总成12和燃油发动机总成11同时提供动力，燃油发动机总成11输出高效工作区域能够提供的最大功率；
步骤五、停机检测：停机前检测蓄电池总成13的电量；当蓄电池总成13的电量低于设定的安全电量时，燃油发动机总成11延迟熄火，驱动ISG电机总成12给蓄电池总成13充电，直至蓄电池总成13电量大于等于设定的安全电量时燃油发动机总成11熄火。
启动模式时：当电池电量足够时，整车控制器5向发动机ECU14发出启动信号，向电机控制器15发出启动柴油发动机总成11的信号，电机控制器15控制ISG电机总成12启动并带动柴油发动机总成11的曲轴转动，当柴油机曲轴转速大于1000r/min后，柴油机喷油工作。当电池的电量不足时，采用传统启动方式启动柴油发动机总成11。
驱动模式时：当加速踏板由位移时，叉车进入驱动模式。在驱动模式中，主要考虑电池电量、汽车速度、加速踏板行程、柴油发动机总成11和ISG电机总成12的状态。动力输入离合器21接合，作业输出离合器24脱开，行走输出离合器23接合，作业制动器26接合，行走制动器27脱开，使得柴油发动机总成11和ISG电机总成12的动力传送到行星排传动组件22，太阳轮221被作业制动器26固定不发生跟转，动力不输出至液压泵25，行星架222接收来自柴油发动机总成11和ISG电机总成12输出的动力，再将动力传递给齿圈223，齿圈223将动力输送到行走系统3驱动叉车移动。
当叉车运行状态满足(1)式的条件时，叉车由柴油发动机总成11单独驱动，控制方式按照式(2)设计：
Figure BDA0002380505590000061
式中，SOC表示蓄电池总成13的电量、Temax为柴油机最大转矩(N.m)、Treq为整车需求转矩(N.m)、Toptmax为柴油发动机总成11最大优化转矩(N.m)、Toptmin为柴油机最小优化转矩(N.m)；
当电池电量和叉车行驶需求转矩满足式(1)时，柴油发动机总成11单独驱动叉车移动，柴油发动机总成11输出转矩式(2)所示：
Figure BDA0002380505590000071
式中，Te为飞轮电机转矩(N.m)；Tm为柴油机转矩输出(N.m)；
当叉车运行状况趋向恶劣，或者柴油发动机总成11可以提供的驱动力不足时，ISG电机总成12启动并和柴油发动机总成11一起输出驱动力驱动叉车移动。
由式(3-1)第一个公式所示为叉车运行需求转矩介于最大优化转矩和最大转矩之间状况，对应柴油发动机总成11和ISG电机总成12对外输出转矩由式(3-2)确定。由式(3-1)第二个公式所示为叉车运行需求转矩大于柴油发动机总成11的最大转矩的工作状况，对应柴油发动机总成11和ISG电机总成12提供的转矩由式(3-3)确定。
Figure BDA0002380505590000072
Figure BDA0002380505590000073
Figure BDA0002380505590000074
当叉车在行驶过程中，电池控制器16检测到蓄电池总成13剩余电量不足时，进入行走充电模式。
Figure BDA0002380505590000075
行车充电工况1：行车转矩需求大于设定的最大优化转矩小于柴油机最大转矩时，且当电池SOC值低于0.2时，如式(4-1)第一个公式所述情况，柴油发动机总成11全功率输出动力，同时驱动ISG电机总成12给电池充电。避免蓄电池总成13电量过低，导致不可恢复的损伤，同时保持电量可以持续支持叉车工作，控制算法依据式(4-2)设计：
Figure BDA0002380505590000076
行车充电工况2：行车转矩需求大于设定的最小优化转矩小于设定的最大优化转矩时，且当电池SOC值低于0.6时，式(4-1)第二个公式所述情况，柴油发动机总成11输出最大优化转矩,驱动叉车移动，同时驱动ISG电机总成12给电池充电，保证叉车续航时间，控制算法依据式(4-3)设计：
Figure BDA0002380505590000081
行车充电工况3：行车转矩需求大于柴油机最小转矩时，且当电池SOC值低于0.8时，式(4-1)第三个公式所述情况，柴油发动机总成11输出最小优化转矩，驱动叉车移动，同时带动ISG电机总成12给电池充电。这即能保证电池电量充裕，同时又能减小低负荷时，柴油发动机总成11负荷变小造成的排放恶化的尴尬。控制算法依据式(4-4)所示设计：
Figure BDA0002380505590000082
Treq整车需求转矩(N.m)；Temax柴油机最大转矩(N.m)；Tmmax电机最大转矩(N.m)；Tm柴油机转矩输出(N.m)；Te飞轮电机转矩(N.m)；Toptmax柴油发动机总成11最大优化转矩(N.m)；Toptmin柴油机最小优化转矩(N.m)。
以上控制方法为叉车在行驶状态下时，为蓄电池总成13充电的控制方法。通过以上方法可以合理组合柴油发动机总成11和ISG电机总成12工作状况，充分利用柴油发动机总成11的工作能力，同时降低油耗、控制排放，同时保证行驶状态下，蓄电池总成13电量稳定充裕，ISG电机总成12可以更好的参与工作。
驻车模式：车速为零，工作装置不工作时，进入驻车工作模式。电池控制器16判断蓄电池总成13电量SOC是否低于0.4且当柴油发动机总成11转速大于700r/min，叉车进入怠速充电工作。如果不满足电池电量条件，进入停机模式。
工作模式时：叉车主要工作是通过举升油缸驱动货叉举升货物。当叉车处于工作模式时，动力输入离合器21接合，作业输出离合器24接合，行走输出离合器23脱开；作业制动器26脱开，行走制动器27接合。柴油发动机总成11和ISG电机总成12产生的动力，通过轴传送至行星排传动组件22中的行星架222，行星架222将动力传至太阳轮，太阳轮驱动液压泵25，将液压油传送至多路换向阀，多路换向阀将部分液压油输送举升油缸，驱动货叉工作。
工作状态时，液压系统所需的驱动功率根据需要的压力以及管道中的流量确定，整个液压系统需要起升的重量有负载确定，整个液压系统承受的负载力由压力传感器检测，系统提供最大压力按照式(5-1)确定，液压油缸中的流量由流量传感器检测，最大功率按照式(5-2)设计：
Figure BDA0002380505590000083
Pt＝pS.qi/η (5-2)
式中，FL工作负载；PS工作压力；Ar有效工作面积；qi液压油实际流量；η液压泵效率；Pt实际需求功率。
根据安装在货叉上的压力传感器采集到货叉收到压力FL，将压力信息发送至整车控制器5，再依据叉车举升油缸中活塞杆顶部的横截面面积，由式(5-1)计算举升油缸工作所需的实际压力。根据安装在举升油缸中的流量传感器，可以采集到实时的流量需求，将需求信息发送到整车控制器5，依据实际需求功率公式(5-2)可以得出实际工况下整个动力系统需要输出的总的功率。依据存储在整车控制器5的柴油发动机总成11高效工作区域，根据柴油发动机总成11高效工作区域功率，动态调节ISG电机总成12的功率输出，使柴油发动机总成11尽可能在高效工作区域工作。
当叉车的举升工作需求功率满足式(6)的条件时，叉车举升工作有柴油发动机总成11单独提供动力驱动完成，控制算法按照式(7)设计。
Figure BDA0002380505590000091
Figure BDA0002380505590000092
当叉车举升货物时运行工况趋向于恶化，或者柴油发动机总成11可以提供的驱动力不足时，ISG电机总成12启动并输出驱动力，驱动液压泵25工作。由式(8-1)第一个公式所示为叉车工作需求功率介于额定功率和最大功率之间状况，对应柴油发动机总成11和ISG电机总成12对外输出功率由式(8-2)确定。由式(8-1)第二个公式所示为叉车运行需求功率大于柴油发动机总成11的最大功率的工作状况，对应柴油发动机总成11和ISG电机总成12提供的功率由式(8-3)确定。
Figure BDA0002380505590000093
Figure BDA0002380505590000094
Figure BDA0002380505590000095
式中，Preq整车需求功率(Kw)；Pemax柴油机峰值功率(Kw)；Pmmax电机峰值功率(Kw)；Pm柴油机功率(Kw)；Pe飞轮电机功率(Kw)；Pera柴油机额定功率(Kw)；Poptmin柴油机最小优化功率(Kw)。
由于叉车在处于工作模式时，柴油发动机总成11和ISG电机总成12长时间处于协同工作状态，通过动态调节两者的工作时间，可以高效的使用柴油发动机总成11和ISG电机总成12的优势，同时可以很好的弥补两者工作时短处。
该种混合动力系统简化了系统内的结构，通过利用行星排传动组件22调解在不同系统状态下的应用，大大降低了系统硬件的复杂程度，同时通过混合动力的控制方法实现了根据柴油发动机总成11的运行状态，ISG电机总成12动态调节，并使得柴油发动机总成11达到最佳的工作效率，从而实现节能减油的作用，避免了功率的浪费，同时相对于传统的车辆动力系统，该系统节约了电机的使用数量，从而降低了整车的制造成本。
以上所述仅仅为本发明优选的实施例，并不用于限定本发明的保护范围，应当理解，在不违背本发明实质内容和精神的前提下，本领域技术人员所作任何修改、改进或等同替换等都将落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种混合动力叉车的动力传动系统，包括发动机总成(1)、传动系统(2)、行走系统(3)、作业系统(4)、整车控制器(5)和操控系统(6)，所述发动机总成(1)通过传动系统(2)分别驱动行走系统(3)和作业系统(4)；所述整车控制器(5)根据操控系统(6)输入的控制信号，同时结合行走系统(3)和作业系统(4)的负载，分别对发动机总成(1)的输出功率和传动系统(2)功率分配进行控制；其特征在于：所述发动机总成(1)包括燃油发动机总成(11)、ISG电机总成(12)和蓄电池总成(13)，所述蓄电池总成(13)给ISG电机总成(12)供电，ISG电机总成(12)驱动燃油发动机总成(11)启动，同时通过传动系统(2)分别驱动行走系统(3)和作业系统(4)；所述燃油发动机总成(11)驱动ISG电机总成(12)发电并且给蓄电池总成(13)充电；
所述传动系统(2)包括动力输入离合器(21)、行星排传动组件(22)、行走输出离合器(23)、作业输出离合器(24)和液压泵(25)；所述行星排传动组件(22)包括太阳轮(221)、行星架(222)和齿圈(223)，所述发动机总成(1)的动力通过动力输入离合器(21)输入至行星排传动组件(22)的行星架(222)，所述太阳轮(221)经过作业输出离合器(24)与液压泵(25)连接，所述太阳轮(221)与作业输出离合器(24)之间设有作业制动器(26)；所述齿圈(223)经过行走输出离合器(23)与行走系统(3)连接，所述齿圈(223)与行走输出离合器(23)之间设有行走制动器(27)；所述动力输入离合器(21)、行走输出离合器(23)、作业输出离合器(24)、作业制动器(26)和行走制动器(27)同时由整车控制器(5)控制。
2.根据权利要求1所述的混合动力叉车的动力传动系统，其特征在于：所述整车控制器(5)同时获取行走系统(3)和作业系统(4)的功率；所述整车控制器(5)通过发动机ECU(14)控制燃油发动机总成(11)；所述整车控制器(5)通过电机控制器(15)控制ISG电机总成(12)；所述整车控制器(5)通过电池控制器(16)控制蓄电池总成(13)。
3.根据权利要求2所述的混合动力叉车的动力传动系统的控制方法，其特征在于：所述操控系统(6)输出控制信号给整车控制器(5)，所述整车控制器(5)通过控制各离合器和制动器实现启动模式、怠速模式和作业模式的切换；
启动模式：当操控系统(6)输出启动信号给整车控制器(5)，所述整车控制器(5)电池控制器(16)控制蓄电池总成(13)给ISG电机总成(12)供电，所述整车控制器(5)同时通过电机控制器(15)控制ISG电机总成(12)工作，进而启动燃油发动机总成(11)；
怠速模式：启动完成后，所述操控系统(6)未输出控制信号时，动力输入离合器(21)处于断开状态，所述整车控制器(5)通过电池控制器(16)检测蓄电池总成(13)的电量；当蓄电池总成(13)的电量未充满时，所述整车控制器(5)通过电机控制器(15)控制ISG电机总成(12)给蓄电池总成(13)充电；当蓄电池总成(13)的电量充满时，所述整车控制器(5)通过电机控制器(15)控制ISG电机总成(12)停止工作，并且通过电池控制器(16)切断蓄电池总成(13)与ISG电机总成(12)的连接；
作业模式：当操控系统(6)输出作业信号时，整车控制器(5)控制动力输入离合器(21)接合；
当作业信号为行走信号时，行走输出离合器(23)和作业制动器(26)接合，同时作业输出离合器(24)和行走制动器(27)断开，动力经行星架(222)、齿圈(223)、行走输出离合器(23)驱动行走系统(3)工作；
当作业信号为升降信号时，作业输出离合器(24)和行走制动器(27)接合，同时行走输出离合器(23)和作业制动器(26)断开，动力经行星架(222)、太阳轮(221)、作业输出离合器(24)驱动液压泵(25)工作，进而驱动作业系统(4)工作；
当作业信号同时包括行走和升降信号时，行走输出离合器(23)和作业输出离合器(24)接合，同时行走制动器(27)和作业制动器(26)断开，动力经行星架(222)分别同时驱动齿圈(223)和太阳轮(221)，进而同时驱动行走系统(3)和作业系统(4)工作。
4.根据权利要求2或3所述的混合动力叉车的动力传动系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、发动机参数录入：在整车控制器(5)中录入燃油发动机总成(11)的高效工作区域特性参数；
步骤二、启动检测：叉车启动前，整车控制器(5)通过电池控制器(16)检测蓄电池总成(13)的电量；
当蓄电池总成(13)的电量低于ISG电机总成(12)启动燃油发动机总成(11)所需电量时，报警；
当蓄电池总成(13)的电量高于ISG电机总成(12)启动燃油发动机总成(11)所需电量，但低于设定的安全电量时，ISG电机总成(12)启动燃油发动机总成(11)，动力输入离合器(21)断开，燃油发动机总成(11)驱动ISG电机总成(12)给蓄电池总成(13)充电；当蓄电池总成(13)的电量高于设定的安全电量时，根据操控系统(6)的控制信号由燃油发动机总成(11)提供动力；
步骤三、获取实际功率：计算当前工况下所需的实际功率；
步骤四、发动机控制：将所需的实际功率与燃油发动机总成(11)的高效工作区域能够提供的功率进行比较；
当所需的实际功率小于燃油发动机总成(11)的高效工作区域能够提供的最小功率时，燃油发动机总成(11)满足实际功率需求的同时驱动ISG电机总成(12)给蓄电池总成(13)充电；
当所需的实际功率处于燃油发动机总成(11)的高效工作区域能够提供的功率区间时，由燃油发动机总成(11)提供动力；
当所需的实际功率大于燃油发动机总成(11)的高效工作区域能够提供的最大功率时，由ISG电机总成(12)和燃油发动机总成(11)同时提供动力，燃油发动机总成(11)输出高效工作区域能够提供的最大功率；
步骤五、停机检测：停机前检测蓄电池总成(13)的电量；当蓄电池总成(13)的电量低于设定的安全电量时，燃油发动机总成(11)延迟熄火，驱动ISG电机总成(12)给蓄电池总成(13)充电，直至蓄电池总成(13)电量大于等于设定的安全电量时燃油发动机总成(11)熄火。
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