一种混联混合动力混凝土搅拌车驱动系统及驱动方法与流程

1.本发明涉及混合动力汽车驱动技术领域，尤其涉及一种混联混合动力混凝土搅拌车驱动系统及驱动方法。


背景技术：

2.混凝土搅拌运输车是用来运送建筑用混凝土的专用卡车。混凝土搅拌运输车上都装置圆筒型的搅拌筒以运载混合后的混凝土。在运输过程中会始终保持搅拌筒转动，以保证所运载的混凝土不会凝固。
3.传统混凝土搅拌车的动力系统是发动机通过传动系向车辆提供驱动力，通过发动机取力接口、上装液压系统向搅拌罐提供驱动力，这导致搅拌罐转动时发动机必须处于运转状态，并且车辆中高速行驶时搅拌罐转速较高，进而导致车辆能耗高、经济性较差。


技术实现要素：

4.本发明要解决的是传统混凝土搅拌车的动力系统构型导致的车辆能耗高、经济性较差、无法实现发动机与搅拌罐解耦的技术问题。
5.具体来讲，本发明提供一种混联混合动力混凝土搅拌车驱动系统包括：发动机、离合器、变速器、驱动桥、驱动电机、驱动电机控制器、高压配电箱、上装电机控制器、上装电机、上装系统以及动力电池；
6.发动机通过离合器与变速器连接；变速器的变速器输出轴与驱动桥连接；
7.变速器的变速器取力接口与驱动电机连接；
8.驱动电机依次通过驱动电机控制器和高压配电箱与动力电池电连接，将发出或回收的电能存储到动力电池内部；
9.高压配电箱通过上装电机控制器和上装电机与上装系统电连接；
10.驱动电机通过上装电机控制器驱动上装电机运转。
11.进一步需要说明的是，驱动电机具有驱动状态和发电状态；
12.驱动电机在驱动状态时，通过变速器和驱动桥向车辆提供驱动力；
13.驱动电机通过变速器和离合器起动发动机，实现发动机起停功能；
14.在车辆滑行或制动能量回收时，驱动电机进入发电状态。
15.进一步需要说明的是，驱动电机通过驱动电机控制器和高压配电箱，将发出或回收的电能存储到动力电池内；还通过上装电机控制器驱动上装电机运转。
16.本发明还提供一种混联混合动力混凝土搅拌车驱动方法，方法包括：
17.钥匙开关开启；
18.混凝土搅拌车上装启动；
19.判断动力电池的soc是否大于下限值v1；
20.如果是大于下限值v1，控制发动机熄火；
21.控制上装电机开启；
22.上料开关开启，向搅拌罐内部上料，控制搅拌罐以第一预设速度运转。
23.进一步需要说明的是，车辆启动行驶状态，控制驱动电机工作在发电状态下，起动发动机；
24.控制上装电机运行，持续驱动搅拌罐运转；
25.判断发动机负载率是否低于下限值v1；
26.如果低于下限值v1，控制驱动电机工作在发电状态，提升发电机负载率；
27.如果高于下限值v1，控制驱动电机仅在车辆滑行或制动时工作在发电状态，实现能量回馈；车辆驱动时控制驱动电机以零扭矩输出；
28.动力电池soc大于等于上限值v2时，控制驱动电机零扭矩输出。
29.进一步需要说明的是，方法还包括：
30.发动机通过离合器和变速器向车辆提供驱动力，同时上装电机向上装系统提供驱动力，使搅拌罐以预设转速运转。
31.进一步需要说明的是，方法还包括：
32.当动力电池的soc介于下限值和上限值之间，且在车辆滑行或制动时，控制驱动电机工作在发电状态，进行能量回收；
33.在车辆加速时，控制驱动电机工作在驱动状态，对车辆行驶进行辅助驱动。
34.进一步需要说明的是，在车辆驻车时，控制发动机停机；
35.在车辆驻车后起动时，控制驱动电机工作在驱动状态，驱动发动机启动。
36.进一步需要说明的是，方法还包括：
37.当动力电池的soc低于下限值，控制驱动电机工作在发电状态，通过发动机对动力电池进行充电，直至动力电池的soc达到充电截止值。
38.进一步需要说明的是，当动力电池的soc高于上限值时，控制驱动电机工作在零扭矩空转状态，期间控制上装电机和上装系统正常运转，直至动力电池的soc达到放电截止值。
39.从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
40.本发明提供的混联混合动力混凝土搅拌车驱动系统及驱动方法通过使用上装电机独立驱动上装系统运转，实现搅拌罐与发动机转速的解耦，通过驱动电机与变速器的耦合，实现发动机起停、滑行和制动能量回收、调节发动机工作区域、电机辅助驱动等功能，进而提高车辆动力性、提升车辆经济性、改善车辆在发动机起停时的平顺性。
41.本发明提供的混联混合动力混凝土搅拌车驱动系统及驱动方法解决传统混凝土搅拌车的动力系统构型导致的车辆能耗高、经济性较差、无法实现发动机与搅拌罐解耦等技术问题。
42.本发明涉及的驱动电机可以工作在驱动状态，提供驱动力，实现提高车辆动力性。驱动电机也可以通过变速器和离合器用于起动发动机，实现发动机起停功能、改善发动机起停过程中车辆平顺性；驱动电机可以工作在发电状态，用于进行车辆滑行和制动能量回收，实现改善车辆经济性。驱动电机可以用于调整发动机的工作区域，使发动机工作在较高效率区，实现改善车辆经济性。
附图说明
43.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
44.图1为混联混合动力混凝土搅拌车驱动系统示意图；
45.图2为混联混合动力混凝土搅拌车的启动方法流程图；
46.图3为车辆作业行驶时的控制流程图；
47.图4为车辆在滑行或制动时的控制流程图。
48.附图标记说明：
49.1-发动机，2-离合器，3-变速器，4-变速器输出轴，5-变速器取力接口，6-驱动桥，7-驱动电机，8-驱动电机控制器，9-高压配电箱，10-上装电机控制器，11-上装电机，12-上装系统，13-动力电池。
具体实施方式
50.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
51.如图1所示，本发明提供的混联混合动力混凝土搅拌车驱动系统应用于混联混合动力混凝土搅拌车，混凝土搅拌车具有电力驱动和燃油驱动两种方式提高车辆动力性、提升车辆经济性、改善车辆在发动机起停时的平顺性。
52.对于本发明提供的混联混合动力混凝土搅拌车驱动系统中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
53.系统的附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
54.混凝土搅拌车内部可以配置车辆控制器或者车辆处理器，可以通过使用特定用途集成电路(asic，application specific integrated circuit)、数字信号处理器(dsp，digital signal processing)、数字信号处理装置(dspd，digital signal processing device)、可编程逻辑装置(pld，programmable logic device)、现场可编程门阵列(fpga，field programmable gate array)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、被设计为执行这里描述的功能的电子单元中的至少一种来实施，在一些情况下，这样的实施方式可以在控制器中实施。对于软件实施，诸如过程或功能的实施方式可以与允许执行至少一种功能或操作的单独的软件模块来实施。软件代码可以由以任何适当的编程语言编写的软件应用程
序(或程序)来实施，软件代码可以存储在存储器中并且由控制器执行。
55.具体来讲，系统包括：发动机1、离合器2、变速器3、驱动桥6、驱动电机7、驱动电机控制器8、高压配电箱9、上装电机控制器10、上装电机11、上装系统12以及动力电池13；
56.发动机1通过离合器2与变速器3连接；变速器3的变速器输出轴4与驱动桥6连接；变速器3的变速器取力接口5与驱动电机7连接；驱动电机7依次通过驱动电机控制器8和高压配电箱9与动力电池13电连接，将发出或回收的电能存储到动力电池13内部；高压配电箱9通过上装电机控制器10和上装电机11与上装系统12电连接；驱动电机7通过上装电机控制器10驱动上装电机11运转。
57.本发明中，发动机1通过离合器2、变速器3和驱动桥6向车辆提供行驶驱动力。
58.根据车辆工况需求，驱动电机7可以工作在驱动状态，通过变速器3和驱动桥6向车辆提供驱动力，实现提高车辆动力性。驱动电机7也可以通过变速器3和离合器2用于起动发动机1，实现发动机1起停功能、改善发动机1起停过程中车辆平顺性。
59.驱动电机7可以工作在发电状态，用于进行车辆滑行和制动能量回收，实现改善车辆经济性。驱动电机7可以用于调整发动机1的工作区域，使发动机1工作在较高效率区，实现改善车辆经济性。
60.驱动电机7可以通过驱动电机控制器8和高压配电箱9，将发出或回收的电能存储到动力电池13里，也可以通过上装电机控制器10驱动上装电机11运转。根据上装运转需求，上装电机11向上装系统12提供机械功率。
61.如图2至4所示，基于上述混联混合动力混凝土搅拌车驱动系统，本发明还提供混联混合动力混凝土搅拌车驱动方法，方法中涉及了混凝土搅拌车启动过程，上料过程，行驶过程等等。启动方法包括：
62.钥匙开关开启；驾驶员可以通过钥匙开关开启混凝土搅拌车。
63.混凝土搅拌车上装启动；可以通过上装启动按键启动混凝土搅拌车的上装状态。
64.判断动力电池13的soc是否大于等于下限值v1；
65.这里可以由车辆处理器判断动力电池13的状态，在驾驶室的仪表上可以显示动力电池13的soc数据。
66.如果是大于下限值v1，车辆处理器控制发动机1熄火；
67.如果小于下限值v1，则控制驱动电机7工作在发电状态，来启动发动机。启动发动机之后，发动机进入怠速状态，继续控制驱动电机7工作在发电状态，再控制上装电机11启动。如果动力电池13的soc大于等于v2，则控制发电机熄火。
68.车辆处理器控制上装电机11开启；
69.上料开关开启，向搅拌罐内部上料，控制搅拌罐以第一预设速度运转。上料的同时搅拌罐旋转，第一预设速度根据工艺要求和搅拌罐的尺寸来设置，具体转速速度这里不做限定。
70.进一步的讲本发明涉及的方法中车辆启动行驶状态，控制驱动电机7工作在发电状态下，起动发动机1；
71.控制上装电机11运行，持续驱动搅拌罐运转；
72.判断发动机1负载率是否低于下限值v1；
73.如果低于下限值v1，控制驱动电机7工作在发电状态，提升发电机负载率；
74.如果高于下限值v1，控制驱动电机7仅在车辆滑行或制动时工作在发电状态，实现能量回馈；车辆驱动时控制驱动电机以零扭矩输出；
75.动力电池soc大于等于上限值v2时，控制驱动电机零扭矩输出。
76.本发明的方法中，发动机1通过离合器2和变速器3向车辆提供驱动力，同时上装电机11向上装系统12提供驱动力，使搅拌罐以预设转速运转。
77.当动力电池13的soc介于下限值和上限值之间，且在车辆滑行或制动时，控制驱动电机7工作在发电状态，进行能量回收；
78.如果车辆在加速时，控制驱动电机7工作在驱动状态，对车辆行驶进行辅助驱动。
79.如果车辆驻车时，控制发动机1停机；在车辆驻车后起动时，控制驱动电机7工作在驱动状态，驱动发动机1启动。
80.当车辆正常行驶时，发动机1通过离合器2和变速器3向车辆提供驱动力，同时上装电机11向上装系统12提供驱动力，使搅拌罐稳定在固定转速n0运转。
81.进一步的讲，本发明的方法还包括：当动力电池13的soc低于下限值，控制驱动电机7工作在发电状态，通过发动机1对动力电池13进行充电，直至动力电池13的soc达到充电截止值。
82.当动力电池13的soc高于上限值时，控制驱动电机7工作在零扭矩空转状态，期间控制上装电机11和上装系统12正常运转，直至动力电池13的soc达到放电截止值。
83.这样，本发明的方法通过使用上装电机独立驱动上装系统运转，实现搅拌罐与发动机转速的解耦，通过驱动电机与变速器的耦合，实现发动机起停、滑行和制动能量回收、调节发动机工作区域、电机辅助驱动等功能，进而提高车辆动力性、提升车辆经济性、改善车辆在发动机起停时的平顺性。
84.在发明提供的混联混合动力混凝土搅拌车驱动系统及驱动方法中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。
85.在发明提供的混联混合动力混凝土搅拌车驱动系统及驱动方法是结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
86.所属技术领域的技术人员能够理解，在发明提供的混联混合动力混凝土搅拌车驱动系统及驱动方法中的各个方面可以实现为系统、方法或程序产品。因此，本公开的各个方面可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件实施方式、完全的软件实施方式(包括固件、微代码等)，或硬件和软件方面结合的实施方式，这里可以统称为“电路”、“模块”或“系统”。
87.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的
一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。