一種純電動環(huán)衛(wèi)車輛上裝取力控制方法

竇明佳，金 力，白云騰

（東風(fēng)汽車股份有限公司商品研發(fā)院，湖北 武漢 430056）

1 前言

在國家及地方政策的鼓勵下，目前部分一線城市已逐步淘汰傳統(tǒng)燃油環(huán)衛(wèi)車輛，而以純電動環(huán)衛(wèi)車輛來進(jìn)行市內(nèi)垃圾清運、道路清掃灑水等工作，純電動環(huán)衛(wèi)車輛除具備行駛功能外還要借助于取力器將電機(jī)輸出的扭矩傳遞至上裝，為上裝工作提供動力。本文介紹一種純電動輕卡氣壓式取力器的控制策略，其包含取力器在駐車工況以及行車工況啟動、調(diào)速的控制邏輯及方法，其涉及的零部件包含取力控制開關(guān)、調(diào)速開關(guān)、整車控制器、取力電磁閥、驅(qū)動電機(jī)帶變速器總成、取力器以及線束。

2 上裝取力控制系統(tǒng)原理

純電動車輛相對于傳統(tǒng)燃油車輛有整車控制器VCU，其不僅控制整車上下高壓電、能量管理、驅(qū)動行駛，同時可通過采集輸入信號（數(shù)字量、模擬量）來知曉駕駛員的意圖，從而控制整車各部件按照駕駛室員的期望進(jìn)行工作。對于純電動環(huán)衛(wèi)車輛的上裝取力控制，整車控制器VCU在獲取車輛狀態(tài)（停車、行車、是否上高壓、車速、電機(jī)轉(zhuǎn)速）后采集取力控制開關(guān)信號來知曉駕駛員是否要開啟取力，在滿足設(shè)置的前提條件后通過內(nèi)部MOSFET來驅(qū)動取力電磁閥打開取力高壓氣路，從而推動取力器結(jié)合，在保證準(zhǔn)確識別駕駛員意圖及安全的情況下來執(zhí)行停車取力、行車取力以及停止取力的行為。圖1為取力控制原理框圖。

圖1 取力控制原理框圖

對于取力電磁閥打開高壓氣路接通后，取力器具體的過程如圖2所示。當(dāng)氣路打開時，氣壓從氣管9處推動氣動活塞7向左移動，氣動活塞7上固定著的撥叉4也一起向左移動，撥叉4推動齒座11向左移動，然后齒座11和從動齒輪3的直齒齒套相嚙合；正常情況下，從動齒輪3斜齒部分和變速器齒輪嚙合，跟輸出軸1是滑動配合（齒輪3內(nèi)部有軸承12），而齒座11和輸出軸1是通過花鍵相配合的，當(dāng)從動齒輪3齒套和齒座11相嚙合時，動力就由變速器齒輪傳遞給從動齒輪3，再傳遞至齒座11，最后動力通過輸出軸1輸送到外部，這樣就實現(xiàn)了動力的輸出。

圖2 取力器內(nèi)部結(jié)構(gòu)

3 上裝取力控制策略

3.1 取力器接合控制策略

當(dāng)車輛在靜止?fàn)顟B(tài)，手制動拉起，鑰匙Start （儀表顯示Ready），擋位器在空擋 （N擋），變速器擋位為空擋，電機(jī)轉(zhuǎn)速為0，車速為0，無油門踏板信號，無調(diào)速開關(guān)信號時，整車控制器VCU在判斷上述信號滿足的情況下，同時收到取力控制開關(guān)的開啟取力請求信號，通過內(nèi)部的MOSFET驅(qū)動取力電磁閥打開取力氣路，從而氣體進(jìn)入取力器氣動活塞，推動取力器齒輪與變速器齒輪嚙合；PTO傳感器檢測取力器氣動活塞內(nèi)的氣體壓力反饋給整車控制器，整車控制器在判斷取力器結(jié)合后發(fā)送取力器已開啟信號給儀表，儀表點亮取力指示燈同時發(fā)出蜂鳴器聲音提示駕駛員。上述輸入條件任何一個不滿足，整車控制器將不會驅(qū)動電磁閥打開，從而規(guī)避駕駛員誤操作引起取力器齒輪嚙合的現(xiàn)象。圖3為取力器結(jié)合控制邏輯。

圖3 取力器結(jié)合控制邏輯

3.2 停車取力控制策略

取力器結(jié)合后，保持駐車狀態(tài)，換擋器在N擋，通過調(diào)速開關(guān)可手動開啟、關(guān)閉取力轉(zhuǎn)速輸出以及調(diào)節(jié)取力的轉(zhuǎn)速范圍，取力開關(guān)復(fù)用巡航控制開關(guān)，在取力請求信號有效時禁止定速巡航功能而啟用取力轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)功能，可通過撥動巡航開關(guān)的ON/V+按鍵開啟取力輸出，這時整車控制器傳遞給電機(jī)控制器，電機(jī)控制器打開IGBT模塊，整車控制器給電機(jī)控制器發(fā)送目標(biāo)轉(zhuǎn)速將取力器的初始轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在600r/min，然后通過撥動巡航ON/V+或者V-，可分別將取力器轉(zhuǎn)速加減50r/min （可調(diào)整），如果持續(xù)撥動巡航ON/V+或者V-按鍵，取力器轉(zhuǎn)速可實現(xiàn)取力轉(zhuǎn)速的持續(xù)增加或持續(xù)降低，直到達(dá)到設(shè)定的最高或最低閾值為止。此時若想關(guān)閉停車取力可按下巡航關(guān)閉按鍵，取力器停止運轉(zhuǎn)。停車取力控制邏輯如圖4所示。

圖4 停車取力控制邏輯

3.3 行車取力控制

取力器已結(jié)合，松開手制動，將換擋器切換為D （前進(jìn)）或R （倒車）擋，此時變速器控制器TCU控制變速器上的選換擋機(jī)構(gòu)將變速器由空擋（N擋）切換到1擋，此時踩下加速踏板，整車控制器發(fā)送目標(biāo)扭矩和目標(biāo)轉(zhuǎn)速給電機(jī)控制器，電機(jī)控制器驅(qū)動電機(jī)運轉(zhuǎn)，車輛開始行駛，同時取力器轉(zhuǎn)速隨電機(jī)轉(zhuǎn)速、車速同步變化。根據(jù)上裝的需求可限制電機(jī)的最高運行轉(zhuǎn)速，防止取力轉(zhuǎn)速過高損壞上裝器件。行車取力控制邏輯如圖5所示。

圖5 行車取力控制邏輯

3.4 關(guān)閉取力控制

電機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩為0時，按下中控臺的取力控制開關(guān)，VCU控制取力電磁閥關(guān)閉，通往取力器的氣路被切斷，取力器氣動活塞內(nèi)的氣壓降低，在回位彈簧的作用下推動取力齒輪和變速器齒輪脫開，從而關(guān)閉取力，同時儀表上取力指示燈及蜂鳴器關(guān)閉。如圖6所示。

4 總結(jié)

上述取力控制策略及方法利用整車控制器采集取力開關(guān)信號，在判斷車輛狀態(tài)滿足取力條件后才控制取力電磁閥打開，避免傳統(tǒng)的通過取力開關(guān)直接控制電磁閥開閉而易誤操作的問題。同時采用閉環(huán)控制，整車控制器在采集駕駛員意圖后驅(qū)動電磁閥打開氣路，取力控制氣路導(dǎo)通后通過PTO傳感器采集取力器氣動活塞內(nèi)的壓力，從而可以確保氣路故障能夠被識別。另外取力調(diào)試控制復(fù)用巡航控制開關(guān)，從而根據(jù)不同使用工況有效地利用車內(nèi)的開關(guān)降低整車成本。

圖6 關(guān)閉取力控制邏輯