底盘取力器驱动大负载的控制系统及方法、环卫作业车辆与流程

1.本发明涉及环卫车辆的取力器控制技术领域，特别地，涉及一种底盘取力器驱动大负载的控制系统及方法，另外，还涉及一种采用上述控制系统的环卫作业车辆。


背景技术：

2.环卫作业车辆，例如扫路车、洗扫车、绿化喷洒车等，其在作业时一般在相对低速下运行，为节约能源，通常会在底盘发动机变速箱中取力驱动一部分作业负载。而现有环卫作业车辆中的取力器必须在驻车时才能实现取力器吸合，但由于负载启动扭矩过大，因此车辆只能在低速挡进行起步。而且车辆行走后，取力器不能再次离合，否则在带负载的情况下将损坏变速箱中与取力器连接的传动装置(即出现打齿)，因此倒车作业速度受到制约。同时，由于底盘发动机速度受车速及路面状况的变化，速度变换比较大，造成取力器所驱动的负载由于硬链接而导致工作速度不稳定，影响作业效果。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种底盘取力器驱动大负载的控制系统及方法、环卫作业车辆，以解决的目前的环卫作业车辆无法在车辆行驶过程中接入负载的技术问题。
4.根据本发明的一个方面，提供一种底盘取力器驱动大负载的控制系统，变速箱通过底盘离合器与底盘发动机连接，取力器通过取力器滑动齿轮和变速箱中间轴与变速箱连接，负载通过取力器离合器和负载传动轴与取力器连接，脚踏板与底盘离合器连接，所述控制系统包括：
5.作业开关，用于控制负载启停作业；
6.取力器气阀，用于驱动取力器离合器吸合或脱开；
7.控制器，分别与车辆底盘、作业开关和取力器气阀连接，用于通过输入端口或can总线获取底盘离合器的信号、作业启停信号，并通过输出端口控制取力器气阀的工作状态；
8.在车辆行驶过程中，控制底盘离合器脱开并按下作业开关，所述控制器在读取作业开启信号、底盘离合器的脱开信号后，输出取力器控制信号控制所述取力器气阀驱动取力器离合器吸合，然后控制底盘离合器吸合，驱动负载运行。
9.进一步地，所述负载由液压油泵驱动，液压油泵由取力器驱动，所述液压油泵为变量泵并与控制器连接，由控制器控制液压油泵的排量，所述控制系统还包括安装在负载上的转速传感器，所述转速传感器与所述控制器连接，当负载开始运行时，延迟第一预设时间后，所述控制器输出pwm电流值以控制变量泵的开度，同时通过转速传感器获取负载的实时转速，并基于负载的实时转速和预设转速闭环调节输出的pwm电流值，控制负载逐渐升速直至负载的转速达到预设转速。
10.进一步地，当在作业过程中需要操作变速箱换挡改变车速时控制底盘离合器脱开，所述控制器在读取到底盘离合器的脱开信号后，所述控制器控制所述取力器气阀驱动所述取力器离合器脱开，并控制输出的pwm电流值为0，负载停止运行，并在延迟的第二预设
时间内所述控制器不输出取力器控制信号至所述取力器气阀，控制取力器离合器保持脱开状态，达到第二预设时间后进行换挡操作，换挡操作完成后控制底盘离合器吸合，所述控制器获取到底盘离合器的吸合信号后，输出取力器控制信号控制所述取力器气阀驱动取力器离合器吸合。
11.进一步地，所述控制器基于以下公式闭环调节输出的pwm电流值：
12.i＝k*v2*(i
max
‑
i
min
)/v
底盘
13.其中，i表示变量泵的当前pwm电流值，i
max
表示变量泵的最大pwm电流值，i
min
表示变量泵的最小pwm电流值，k表示发动机转速与取力器速比，v
底盘
表示底盘发动机的速度，v2表示负载的实时转速，v1表示负载的预设转速，若v2＞v1，所述控制器降低pwm电流值，若v2＜v1，所述控制器提高pwm电流值，直至v2＝v1。
14.进一步地，所述控制器基于以下公式来控制pwm电流值的调节过程：
15.i1＝i asend*timebase
16.其中，i1表示预设转速所对应的pwm电流值，asend表示斜率，timebase表示设定时间值，所述控制器通过调整设定时间值和斜率来控制从当前转速达到预设转速所需的时间，以控制负载的转速稳步提升。
17.另外，本发明还提供一种底盘取力器驱动大负载的控制方法，采用如上所述的控制系统，包括以下内容：
18.在车辆行驶过程中，控制底盘离合器脱开并按下作业开关，控制器在读取作业开启信号、底盘离合器的脱开信号后，输出取力器控制信号控制所述取力器气阀驱动取力器离合器吸合；
19.控制底盘离合器吸合，驱动负载运行。
20.进一步地，还包括以下内容：
21.负载开始运行后延迟第一预设时间，控制器输出pwm电流值以控制变量泵的开度；
22.获取负载的实时转速和预设转速，并基于负载的实时转速和预设转速闭环调节输出的pwm电流值，直至负载的转速达到预设转速。
23.进一步地，当在作业过程中需要操作变速箱换挡改变车速时，所述控制方法还包括以下内容：
24.控制底盘离合器脱开，控制器在读取到底盘离合器的脱开信号、车速信号后，控制取力器气阀驱动取力器离合器脱开，并控制输出的pwm电流值为0，负载停止运行；
25.延迟第二预设时间，控制器不输出取力器控制信号至所述取力器气阀，控制取力器离合器保持脱开状态；
26.完成换挡操作后控制底盘离合器吸合，控制器获取到底盘离合器的吸合信号后，输出取力器控制信号控制所述取力器气阀驱动取力器离合器吸合。
27.另外，本发明还提供一种环卫作业车辆，采用如上所述的底盘取力器驱动大负载的控制系统。
28.进一步地，所述环卫作业车辆为绿化喷洒车，负载包括液压系统、高压水路系统、风炮、低压水路系统和清洗/浇灌装置，取力器离合器通过分动箱分别与液压系统、低压水路系统连接，所述液压系统分别与高压水路系统和风炮连接，所述低压水路系统与清洗/浇灌装置连接。
29.本发明具有以下效果：
30.本发明的底盘取力器驱动大负载的控制系统，在车辆行驶过程中，控制底盘离合器脱开并按下作业开关，控制器在监测到底盘离合器的脱开信号和作业开启信号后控制取力器气阀驱动取力器离合器吸合，然后控制底盘离合器吸合，从而完成负载在高速行驶状态下的接入。
31.另外，本发明的底盘取力器驱动大负载的控制方法、环卫作业车辆同样具有上述优点。
32.除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
33.构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
34.图1是本发明优选实施例的底盘取力器驱动大负载的控制系统的模块连接结构示意图。
35.图2是本发明优选实施例的环卫作业车辆的底盘传动结构示意图。
36.图3是本发明优选实施例的底盘取力器驱动大负载的控制系统的输入输出逻辑控制示意图。
37.图4是本发明优选实施例中调节pwm电流值的控制函数的示意图。
具体实施方式
38.以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。
39.如图1至图3所示，本发明的优选实施例提供一种底盘取力器驱动大负载的控制系统，适用于环卫作业车辆。其中，所述环卫作业车辆的底盘发动机通过底盘离合器与变速箱连接，变速箱分别与取力器、底盘传动轴连接，底盘传动轴与后桥连接以驱动两个后轮运动，取力器通过取力器滑动齿轮和变速箱中间轴与变速箱固定连接，取力器通过取力器离合器与负载连接，而且脚踏板与底盘离合器连接。所述控制系统包括：
40.作业开关，用于控制负载启停作业；
41.离合传感器，用于检测取力器离合器的离合状态；
42.取力器气阀，用于驱动取力器离合器吸合或脱开；
43.控制器，分别与车辆底盘、作业开关、离合传感器和取力器气阀连接，用于通过输入端口或can总线获取底盘离合器的信号、接收作业启停信号和离合传感器的反馈信号，并输出控制信号控制取力器气阀的工作状态。其中，所述控制器通过can总线可以读取底盘信息，例如获取底盘行驶速度、底盘离合器的离合状态等。另外，离合传感器具体安装在取力器离合器处，其可以检测取力器离合器当前是处于吸合状态还是脱开状态。可以理解，离合传感器和作业开关通过输入端口与控制器连接。
44.可以理解，所述控制系统的具体控制过程为：在车辆起步时，取力器离合器处于脱开状态，即不接入负载，车辆轻载起步。在车辆行驶过程中，脚踩脚踏板以控制底盘离合器
脱开，并按下作业开关，所述控制器在读取作业开启信号、底盘离合器和取力器离合器的脱开信号后，输出取力器控制信号控制所述取力器气阀驱动取力器离合器吸合，然后松开脚踏板以控制底盘离合器吸合，即可驱动负载运行。
45.可以理解，本实施例的底盘取力器驱动大负载的控制系统，在车辆起步阶段，取力器离合器处于脱开状态，负载与车辆脱开，车辆轻载起步，在车辆行驶过程中，控制底盘离合器脱开并按下作业开关，控制器在监测到底盘离合器的脱开信号和作业开启信号后控制取力器气阀驱动取力器离合器吸合，从而完成负载在高速下的接入。车辆轻载起步降低了发动机负荷，从而可以实现高速挡起步，增大了车辆的输出扭矩，足以克服车辆由于自重较大或上坡面较陡而导致难以起步的问题，并且在车辆起步成功后，当控制器监测到底盘离合器的脱开信号和作业开启信号时即控制取力器离合器吸合，从而确保在高速行驶状态下可以接入负载。
46.可以理解，在本发明的其它实施例中，由于取力器离合器是由取力器气阀驱动吸合或脱开的，所述控制器可以根据其输出给取力器气阀的控制信号来间接判断取力器离合器当前所处的离合状态，此时，所述离合传感器可以省略。
47.可以理解，当所述控制系统应用于洗扫车或者扫路车上时，所述负载为风机，风机马达由液压油泵驱动，液压油泵由取力器直连驱动，所述液压油泵为变量泵并与控制器连接。所述控制系统还包括安装在风机上的转速传感器，所述转速传感器用于检测风机的实时转速，所述转速传感器与所述控制器连接。当风机开始运行时，延迟第一预设时间t1后，所述控制器输出pwm电流值以控制变量泵的开度，同时通过转速传感器获取风机的实时转速v2，并基于风机的实时转速v2和预设转速v1闭环调节输出的pwm电流值，控制风机逐渐升速直至风机的转速达到预设转速。可以理解，在本发明的另一实施例中，所述负载也可以是高压水泵和/或低压水泵。
48.在车辆起步后，延迟第一预设时间t1再输出pwm电流至变量泵，延迟了负载的加载过程，减少了冲击，并且采用速度闭环控制，可以使负载恒速运行，不随主发动机速度变化而起伏不定，作业效果更佳稳定。
49.而当在作业过程中需要操作变速箱进行换挡操作时，脚踩离合器以控制底盘离合器脱开，所述控制器通过can总线获取到底盘离合器的脱开信号后，控制取力器气阀驱动取力器离合器脱开，并控制输出的pwm电流值为0，负载停止运行，并在延迟的第二预设时间t2内所述控制器不输出取力器控制信号至所述取力器气阀，取力器离合器保持脱开状态，确保负载速度降至0的过程中取力器离合器处于脱开状态，防止变速箱被动拖曳，保护了变速箱。等达到第二预设时间后进行换挡操作，换挡操作完成后，松开脚踏板以控制底盘离合器吸合，控制器可以获取到底盘离合器信号的上升沿，所述控制器在获取到底盘离合器的吸合信号后，输出取力器控制信号控制所述取力器气阀驱动取力器离合器吸合，负载再次接入。另外，当负载再次接入后，重复执行上述的速度闭环调节过程。即延迟第一预设时间t1后，所述控制器再输出pwm电流值以控制变量泵的开度，同时通过转速传感器获取风机的实时转速v2，并基于风机的实时转速v2和预设转速v1闭环调节输出的pwm电流值，控制风机逐渐升速直至风机的转速达到预设转速。
50.通过上述控制过程，实现了车辆作业运行过程中的挂挡摘挡操作，且负载加载缓慢，在取力器离合器重新啮合的过程中，其摩擦片吸收了啮合带来的冲击，保证整个换挡动
作完成的流畅性，减少了离合器磨损。并且，整个换挡过程与常规换挡习惯一致，不影响用户的操作习惯。
51.另外，当在非作业过程中进行换挡操作时，脚踩脚踏板以控制底盘离合器脱开，所述控制器通过can总线获取到底盘离合器的脱开信号后，控制取力器气阀驱动取力器离合器脱开。进行换挡操作，换挡操作完成后，松开脚踏板以控制底盘离合器吸合，所述控制器通过can总线获取到底盘离合器的吸合信号后，控制取力器气阀驱动取力器离合器吸合。
52.可以理解，所述控制器基于以下公式闭环调节输出的pwm电流值：
53.i＝k*v2*(i
max
‑
i
min
)/v
底盘
54.其中，i表示变量泵的当前pwm电流值，i
max
表示变量泵的最大pwm电流值，i
min
表示变量泵的最小pwm电流值，k表示发动机转速与取力器速比，v
底盘
表示底盘发动机的速度，v2表示负载的实时转速，v1表示负载的预设转速，若v2＞v1，所述控制器降低pwm电流值，若v2＜v1，所述控制器提高pwm电流值，直至v2＝v1。
55.另外，如图4所示，作为优选的，所述控制器基于以下公式来控制pwm电流值的调节过程：
56.i1＝i asend*timebase
57.其中，i1表示预设转速所对应的pwm电流值，asend表示斜率，timebase表示设定时间值，所述控制器通过调整设定时间值和斜率来控制从当前转速达到预设转速所需的时间，使变量泵的比例阀斜盘缓慢打开，负载速度按要求提升，以控制负载的转速稳步提升，进一步地减少了负载加载过程所带来的冲击。
58.另外，本发明的另一实施例还提供一种底盘取力器驱动大负载的控制方法，优选采用如上所述的控制系统，所述控制方法具体包括以下内容：
59.车辆起步时，取力器离合器处于脱开状态，车辆轻载起步；
60.车辆起步后，控制底盘离合器脱开并按下作业开关，控制器在读取作业开启信号、底盘离合器的脱开信号后，输出取力器控制信号控制所述取力器气阀驱动取力器离合器吸合；
61.控制底盘离合器吸合，驱动负载运行。
62.可以理解，本实施例的底盘取力器驱动大负载的控制方法，在车辆起步阶段，取力器离合器处于脱开状态，负载与车辆脱开，车辆轻载起步，在车辆行驶过程中，脚踩脚踏板以控制底盘离合器脱开，并按下作业开关，控制器在监测到底盘离合器的脱开信号和作业开启信号后控制取力器气阀驱动取力器离合器吸合，从而完成负载在高速下的接入。车辆轻载起步降低了发动机负荷，从而可以实现高速挡起步，增大了车辆的输出扭矩，足以克服车辆由于自重较大或上坡面较陡而导致难以起步的问题，并且在车辆起步成功后，当控制器监测到底盘离合器的脱开信号和作业开启信号时即控制取力器离合器吸合，从而确保在高速行驶状态下可以接入负载。
63.另外，所述控制方法还包括以下内容：
64.负载开始运行后延迟第一预设时间，控制器输出pwm电流值以控制变量泵的开度；
65.获取负载的实时转速和预设转速，并基于负载的实时转速和预设转速闭环调节输出的pwm电流值，直至负载的转速达到预设转速。
66.另外，当在作业过程中需要操作变速箱进行换挡操作时，所述控制方法还包括以
下内容：
67.脚踩离合器以控制底盘离合器脱开，控制器在读取到底盘离合器的脱开信号、车速信号后，控制取力器气阀驱动取力器离合器脱开，并控制输出的pwm电流值为0，负载停止运行；
68.延迟第二预设时间，控制器不输出取力器控制信号至所述取力器气阀，控制取力器离合器保持脱开状态；
69.完成换挡操作后，松开脚踏板以控制底盘离合器吸合，控制器获取到底盘离合器的吸合信号后，输出取力器控制信号控制所述取力器气阀驱动取力器离合器吸合。
70.可以理解，当负载再次吸入时，控制器再执行上述的速度闭环调节过程，即延迟第一预设时间t1后，所述控制器再输出pwm电流值以控制变量泵的开度，同时通过转速传感器获取风机的实时转速v2，并基于风机的实时转速v2和预设转速v1闭环调节输出的pwm电流值，控制风机逐渐升速直至风机的转速达到预设转速。
71.另外，当在非作业过程中进行换挡操作时，脚踩离合器以控制底盘离合器脱开，所述控制器通过can总线获取到底盘离合器的脱开信号后，控制取力器气阀驱动取力器离合器脱开。进行换挡操作，换挡操作完成后松开脚踏板以控制底盘离合器吸合，所述控制器通过can总线获取到底盘离合器的吸合信号后，控制取力器气阀驱动取力器离合器吸合。
72.可以理解，方法实施例的各个步骤的具体工作过程与上述系统实施例一致，故在此不再赘述。
73.另外，本发明的另一实施例还提供一种环卫作业车辆，采用如上所述的底盘取力器驱动大负载的控制系统。
74.具体地，所述环卫作业车辆为绿化喷洒车，负载包括液压系统、高压水路系统、风炮、低压水路系统和清洗/浇灌装置，取力器离合器通过分动箱分别与液压系统、低压水路系统连接，所述液压系统分别与高压水路系统和风炮连接，所述低压水路系统与清洗/浇灌装置连接。其中，所述液压系统包括液压油箱、液压泵、液压阀、液压马达等，所述高压水路系统包括高压水泵、水阀和管道等。
75.在作业过程中，控制器一直监控着底盘离合器和取力器离合器的离合状态。当底盘离合器分离时，控制器马上控制取力器气阀驱动取力器离合器脱开，断开动力传递，当底盘离合器啮合时，控制器马上控制取力器气阀驱动取力器离合器吸合，开始动力传递。例如，选择风炮喷雾作业时，当底盘离合器处于脱开状态时，控制器马上控制取力器气阀驱动取力器离合器吸合，当底盘离合器恢复吸合状态时即可从变速箱获取动力，并传递给液压泵，在液压阀的调配下，同时驱动高压水泵和风炮运转，风炮即开始喷雾作业。在作业过程中，如需要换挡，根据换挡习惯，必然先脱开两个离合器，控制器在收到底盘离合器的脱开信号后，立即控制取力器离合器脱开，工作暂停；换挡完成后，根据换挡习惯，必然使底盘离合器啮合，控制器收到底盘离合器的吸合信号后，立即控制取力器离合器啮合，恢复工作。同样地，如选择清洗/浇灌装置作业，当底盘离合器处于脱开状态，控制器控制取力器气阀驱动取力器离合器吸合，以从变速箱获取动力，并传递给低压水泵，低压水泵开始运转即开始清洗作业。在作业过程中，如需要换挡，根据换挡习惯，必然先脱开两个离合器，控制器在收到底盘离合器脱开信号后，立即控制取力器离合器脱开，工作暂停；换挡完成后，根据换挡习惯，必然使底盘离合器啮合，控制器在收到底盘离合器的吸合信号，立即控制取力器离
合器啮合，恢复工作。
76.在取力器离合器重新啮合的过程中，其摩擦片吸收了啮合带来的冲击，保证整个换挡动作完成的流畅性，减少了离合器磨损。在作业时，为了获取更高或更低的行驶速度，整个换挡过程与常规换挡习惯一致。从而解决了此类环卫车辆作业时不能在行驶过程中换挡的难题。而且，不设副发动机，以底盘动力作为动力源，并输出离合器状态信号，取力器离合器在控制器的控制下将动力传递给液压系统或低压水路系统。当液压系统获得动力时，在控制模块的控制下，高压水路系统和风炮开始工作，并可以根据需要调节风炮的喷射状态；当低压水路系统获得动力时，在控制器的控制下，清洗/浇灌装置开始工作。本发明的绿化喷洒车，既让用户避免高档起步损害离合器和变速箱的缺陷，突破了传统绿化喷洒车行车状态下不能换挡的困境，又在不影响用户操作习惯的前提下，将整个系统简化，降低了故障的发生率，提高了质量稳定性。
77.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。