一种纯电动环卫车辆上装取力控制方法

窦明佳，金 力，白云腾

（东风汽车股份有限公司商品研发院，湖北 武汉 430056）

1 前言

在国家及地方政策的鼓励下，目前部分一线城市已逐步淘汰传统燃油环卫车辆，而以纯电动环卫车辆来进行市内垃圾清运、道路清扫洒水等工作，纯电动环卫车辆除具备行驶功能外还要借助于取力器将电机输出的扭矩传递至上装，为上装工作提供动力。本文介绍一种纯电动轻卡气压式取力器的控制策略，其包含取力器在驻车工况以及行车工况启动、调速的控制逻辑及方法，其涉及的零部件包含取力控制开关、调速开关、整车控制器、取力电磁阀、驱动电机带变速器总成、取力器以及线束。

2 上装取力控制系统原理

纯电动车辆相对于传统燃油车辆有整车控制器VCU，其不仅控制整车上下高压电、能量管理、驱动行驶，同时可通过采集输入信号（数字量、模拟量）来知晓驾驶员的意图，从而控制整车各部件按照驾驶室员的期望进行工作。对于纯电动环卫车辆的上装取力控制，整车控制器VCU在获取车辆状态（停车、行车、是否上高压、车速、电机转速）后采集取力控制开关信号来知晓驾驶员是否要开启取力，在满足设置的前提条件后通过内部MOSFET来驱动取力电磁阀打开取力高压气路，从而推动取力器结合，在保证准确识别驾驶员意图及安全的情况下来执行停车取力、行车取力以及停止取力的行为。图1为取力控制原理框图。

图1 取力控制原理框图

对于取力电磁阀打开高压气路接通后，取力器具体的过程如图2所示。当气路打开时，气压从气管9处推动气动活塞7向左移动，气动活塞7上固定着的拨叉4也一起向左移动，拨叉4推动齿座11向左移动，然后齿座11和从动齿轮3的直齿齿套相啮合；正常情况下，从动齿轮3斜齿部分和变速器齿轮啮合，跟输出轴1是滑动配合（齿轮3内部有轴承12），而齿座11和输出轴1是通过花键相配合的，当从动齿轮3齿套和齿座11相啮合时，动力就由变速器齿轮传递给从动齿轮3，再传递至齿座11，最后动力通过输出轴1输送到外部，这样就实现了动力的输出。

图2 取力器内部结构

3 上装取力控制策略

3.1 取力器接合控制策略

当车辆在静止状态，手制动拉起，钥匙Start （仪表显示Ready），挡位器在空挡 （N挡），变速器挡位为空挡，电机转速为0，车速为0，无油门踏板信号，无调速开关信号时，整车控制器VCU在判断上述信号满足的情况下，同时收到取力控制开关的开启取力请求信号，通过内部的MOSFET驱动取力电磁阀打开取力气路，从而气体进入取力器气动活塞，推动取力器齿轮与变速器齿轮啮合；PTO传感器检测取力器气动活塞内的气体压力反馈给整车控制器，整车控制器在判断取力器结合后发送取力器已开启信号给仪表，仪表点亮取力指示灯同时发出蜂鸣器声音提示驾驶员。上述输入条件任何一个不满足，整车控制器将不会驱动电磁阀打开，从而规避驾驶员误操作引起取力器齿轮啮合的现象。图3为取力器结合控制逻辑。

图3 取力器结合控制逻辑

3.2 停车取力控制策略

取力器结合后，保持驻车状态，换挡器在N挡，通过调速开关可手动开启、关闭取力转速输出以及调节取力的转速范围，取力开关复用巡航控制开关，在取力请求信号有效时禁止定速巡航功能而启用取力转速调节功能，可通过拨动巡航开关的ON/V+按键开启取力输出，这时整车控制器传递给电机控制器，电机控制器打开IGBT模块，整车控制器给电机控制器发送目标转速将取力器的初始转速稳定在600r/min，然后通过拨动巡航ON/V+或者V-，可分别将取力器转速加减50r/min （可调整），如果持续拨动巡航ON/V+或者V-按键，取力器转速可实现取力转速的持续增加或持续降低，直到达到设定的最高或最低阈值为止。此时若想关闭停车取力可按下巡航关闭按键，取力器停止运转。停车取力控制逻辑如图4所示。

图4 停车取力控制逻辑

3.3 行车取力控制

取力器已结合，松开手制动，将换挡器切换为D （前进）或R （倒车）挡，此时变速器控制器TCU控制变速器上的选换挡机构将变速器由空挡（N挡）切换到1挡，此时踩下加速踏板，整车控制器发送目标扭矩和目标转速给电机控制器，电机控制器驱动电机运转，车辆开始行驶，同时取力器转速随电机转速、车速同步变化。根据上装的需求可限制电机的最高运行转速，防止取力转速过高损坏上装器件。行车取力控制逻辑如图5所示。

图5 行车取力控制逻辑

3.4 关闭取力控制

电机转速、扭矩为0时，按下中控台的取力控制开关，VCU控制取力电磁阀关闭，通往取力器的气路被切断，取力器气动活塞内的气压降低，在回位弹簧的作用下推动取力齿轮和变速器齿轮脱开，从而关闭取力，同时仪表上取力指示灯及蜂鸣器关闭。如图6所示。

4 总结

上述取力控制策略及方法利用整车控制器采集取力开关信号，在判断车辆状态满足取力条件后才控制取力电磁阀打开，避免传统的通过取力开关直接控制电磁阀开闭而易误操作的问题。同时采用闭环控制，整车控制器在采集驾驶员意图后驱动电磁阀打开气路，取力控制气路导通后通过PTO传感器采集取力器气动活塞内的压力，从而可以确保气路故障能够被识别。另外取力调试控制复用巡航控制开关，从而根据不同使用工况有效地利用车内的开关降低整车成本。

图6 关闭取力控制逻辑