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技术领域

本发明涉及汽车技术领域，特别涉及一种纯电动扫路车的传动和执行系统、车辆及控 制方法。

背景技术

目前，纯电动扫路车一般都是通过改装厂对纯电动车改装实现的，在原车型的基础上， 上庄时增加一个扫路电机，驱动电机和扫路电机完全隔离，不能协同工作。存在以下缺点：

扫路电机和驱动电机完全分开，即驱动和扫路分别为一套装置，浪费资源且布置麻烦。 另外，这种分开的方式，在扫路过程中，车速很慢，驱动电机在低速低扭矩区间工作，效 率低，扫路电机的工作点也不可调，造成系统效率很低，通常，纯电动扫路车扫路里程一 般在20km以内，不能很好地满足客户需要。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种纯电动扫路车的传动和执行系统。该传动系统 具有成本低且可有效提升电机工作效率的优点，提升车辆的扫路里程。

本发明的另一个目的在于提出一种车辆。

本发明的再一个目的在于提出一种纯电动扫路车的传动和执行系统的控制方法。

为了实现上述目的，本发明的第一方面的实施例公开了一种纯电动扫路车的传动和执 行系统，包括：扫把；行星齿轮机构；电机，所述电机通过所述行星齿轮机构分别与所述 扫把和车辆的车轮相连，以对所述扫把和车轮进行驱动；以及控制器，所述控制器用于根 据油门开度、所述行星齿轮机构的传动关系、车速和/或扫把转速得到当前工作模式下的电 机的目标扭矩，并控制所述电机输出所述目标扭矩以驱动所述车轮和/或扫把，其中，所述 工作模式包括行车模式、停车扫路模式和行车扫路模式。

根据本发明实施例的纯电动扫路车的传动和执行系统，通过一个电机可以驱动车轮和 扫把，与通过两个电机分别驱动车轮和扫把的车辆相比，具有成本低且布置简单的优点。 另外，由于纯电动扫路车通常是在低速行驶下进行扫路，这样，通过一个电机同时驱动车 轮和扫把，可以有效提升电机的工作效率，进而提升车辆的扫路里程。此外，控制器可以 根据不同的工作模式，车轮和/或扫把的动力需求，利用行星齿轮机构不同的动力传动链控 制电机输出扭矩进行合理的分配，简单可靠，满足车辆需求。

另外，根据本发明上述实施例的纯电动扫路车的传动和执行系统还可以具有如下附加 的技术特征：

在一些示例中，所述行星齿轮机构至少包括行星架、与所述行星架相连的行星轮、分 别与所述行星轮相连的太阳轮和齿圈，其中，所述行星架与所述电机相连，所述太阳轮与 所述车轮相连，所述齿圈与所述扫把相连；所述纯电动扫路车的传动和执行系统还包括： 第一制动装置和第二制动装置，所述第一制动装置设置成用于制动所述齿圈，所述第二制 动装置设置成用于制动所述太阳轮。

在一些示例中，还包括：第一减速器和第二减速器，所述第一减速器设置在所述太阳 轮与所述车轮之间，所述第二减速器设置在所述齿圈与所述扫把之间。

在一些示例中，其中，当所述车辆处于所述行车模式时，所述控制器用于根据油门开 度、车速以及所述行星架、行星轮和太阳轮之间的传动关系得到电机的目标扭矩，并控制 所述电机输出所述目标扭矩以驱动所述车轮，当所述车辆处于所述停车扫路模式时，所述 控制器用于根据油门开度、扫把转速以及所述行星架、行星轮和齿圈之间的传动关系得到 电机的目标扭矩，并控制所述电机输出所述目标扭矩以驱动所述扫把，当所述车辆处于所 述行车扫路模式时，所述控制器用于根据油门开度和车速得到所述太阳轮的目标扭矩，并 根据所述太阳轮的目标扭矩、齿圈的齿数和太阳轮的齿数的基本速比得到所述电机的目标 扭矩，并控制所述电机输出所述目标扭矩以同时驱动所述车轮和所述扫把。

在一些示例中，还包括：设置在车内的工作模式选择开关，所述工作模式选择开关被 用户触发时，向所述控制器发送工作模式信号，所述控制器根据所述工作模式信号控制所 述车辆进行相应的工作模式。

本发明第二方面的实施例公开了一种车辆，包括：上述实施例所述的纯电动扫路车的 传动和执行系统。该车辆具有成本低、电机的工作效率高的优点。另外，该车辆工作安全 可靠，满足用户需求。

本发明第三方面的实施例公开了一种纯电动扫路车的传动和执行系统的控制方法，所 述传动系统包括：扫把、行星齿轮机构和电机，所述电机通过所述行星齿轮机构分别与所 述扫把和车辆的车轮相连，所述方法包括以下步骤：接收工作模式信号；根据所述工作模 式信号控制所述车辆进入相应的工作模式，其中，所述工作模式包括行车模式、停车扫路 模式和行车扫路模式；根据油门开度、所述行星齿轮机构的传动关系、车速和/或扫把转速 得到当前工作模式下的电机的目标扭矩，并控制所述电机输出所述目标扭矩以驱动所述车 轮和/或扫把。

根据本发明实施例的纯电动扫路车的传动和执行系统的控制方法，通过一个电机可以 驱动车轮和扫把，与通过两个电机分别驱动车轮和扫把的车辆相比，具有成本低且布置简 单的优点。另外，由于纯电动扫路车通常是在低速行驶下进行扫路，这样，通过一个电机 同时驱动车轮和扫把，可以有效提升电机的工作效率，进而提升车辆的扫路里程。此外， 可以根据不同的工作模式，车轮和/或扫把的动力需求，利用行星齿轮机构不同的动力传动 链控制电机输出扭矩进行合理的分配，简单可靠，满足车辆需求。

另外，根据本发明上述实施例的纯电动扫路车的传动和执行系统的控制方法还可以具 有如下附加的技术特征：

在一些示例中，所述行星齿轮机构至少包括行星架、与所述行星架相连的行星轮、分 别与所述行星轮相连的太阳轮和齿圈，其中，所述行星架与所述电机相连，所述太阳轮与 所述车轮相连，所述齿圈与所述扫把相连；所述纯电动扫路车的传动和执行系统还包括： 第一制动装置和第二制动装置，所述第一制动装置设置成用于制动所述齿圈，所述第二制 动装置设置成用于制动所述太阳轮。

在一些示例中，所述根据油门开度、所述行星齿轮机构的传动关系、车速和/或扫把转 速得到当前工作模式下的电机的目标扭矩，并控制所述电机输出所述目标扭矩以驱动所述 车轮和/或扫把，进一步包括：当所述车辆处于所述行车模式时，根据油门开度、车速以及 所述行星架、行星轮和太阳轮之间的传动关系得到电机的目标扭矩，并控制所述电机输出 所述目标扭矩以驱动所述车轮；当所述车辆处于所述停车扫路模式时，根据油门开度、扫 把转速以及所述行星架、行星轮和齿圈之间的传动关系得到电机的目标扭矩，并控制所述 电机输出所述目标扭矩以驱动所述扫把，当所述车辆处于所述行车扫路模式时，根据油门 开度和车速得到所述太阳轮的目标扭矩，并根据所述太阳轮的目标扭矩、齿圈的齿数和太 阳轮的齿数的基本速比得到所述电机的目标扭矩，并控制所述电机输出所述目标扭矩以同 时驱动所述车轮和所述扫把。

在一些示例中，所述工作模式由用户选择。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明 显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显 和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的纯电动扫路车的传动和执行系统的结构框图；

图2是根据本发明一个实施例的纯电动扫路车的传动和执行系统的具体结构图；以及

图3是根据本发明一个实施例的纯电动扫路车的传动和执行系统的控制方法的流程 图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同 或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描 述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、 “后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为 基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗 示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对 本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相 对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、 “连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可 以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以 是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在 本发明中的具体含义。

以下结合附图描述根据本发明实施例的纯电动扫路车的传动和执行系统、车辆及纯电 动扫路车的传动和执行系统的控制方法。

图1是根据本发明一个实施例的纯电动扫路车的传动和执行系统的结构框图。如图1 所示，根据本发明一个实施例的纯电动扫路车的传动和执行系统100，包括：扫把110、行 星齿轮机构120、电机130和控制器140。

其中，电机130通过行星齿轮机构120分别与扫把110和车辆的车轮相连，以对扫把 110和车轮进行驱动。控制器140用于根据油门开度、行星齿轮机构120的传动关系、车 速和/或扫把转速得到当前工作模式下的电机130的目标扭矩，并控制电机130输出目标扭 矩以驱动车轮和/或扫把110，其中，工作模式包括行车模式、停车扫路模式和行车扫路模 式。

行车模式指电机130单独驱动车轮，停车扫路模式指电机130单独驱动扫把110进行 扫路。行车扫路模式指电机130同时驱动车轮和扫把110，车辆在行驶的同时进行扫路。

根据本发明实施例的纯电动扫路车的传动和执行系统，通过一个电机可以驱动车轮和 扫把，与通过两个电机分别驱动车轮和扫把的车辆相比，具有成本低且布置简单的优点。 另外，由于纯电动扫路车通常是在低速行驶下进行扫路，这样，通过一个电机同时驱动车 轮和扫把，可以有效提升电机的工作效率，进而提升车辆的扫路里程。此外，控制器可以 根据不同的工作模式，车轮和/或扫把的动力需求，利用行星齿轮机构不同的动力传动链控 制电机输出扭矩进行合理的分配，简单可靠，满足车辆需求。

作为一个具体的示例，如图2所示，行星齿轮机构120至少包括行星架121、与行星 架121相连的行星轮122、分别与行星轮122相连的太阳轮123和齿圈124，其中，行星架 121与电机130相连，太阳轮123与车轮相连，齿圈124与扫把110相连。纯电动扫路车 的传动和执行系统还包括：第一制动装置150和第二制动装置160，第一制动装置150设 置成用于制动齿圈124，第二制动装置160设置成用于制动太阳轮123。第一制动装置150 和第二制动装置160例如为制动器。

结合图2所示，该传动系统还包括：第一减速器170和第二减速器180。第一减速器 170设置在太阳轮123与车轮之间，第二减速器180设置在齿圈124与扫把110之间。

如图2所示，本发明一个实施例的纯电动扫路车的传动和执行系统的工作原理如下：

当车辆处于行车模式时，控制器140用于根据油门开度、车速以及行星架121、行星 轮122和太阳轮123之间的传动关系得到电机130的目标扭矩，并控制电机130输出目标 扭矩以驱动车轮。其中，控制器140指整车控制器141和电机控制器142。整车控制器141 判断车辆的工作模式和相应的扭矩需求，通过电机控制器142对电机130的控制。

当车辆处于停车扫路模式时，控制器140用于根据油门开度、扫把转速以及行星架121、 行星轮122和齿圈124之间的传动关系得到电机130的目标扭矩，并控制电机130输出目 标扭矩以驱动扫把110。

当车辆处于行车扫路模式时，控制器140用于根据油门开度和车速得到太阳轮123的 目标扭矩，并根据太阳轮123的目标扭矩、齿圈124的齿数和太阳轮123的齿数得到电机 130的目标扭矩，并控制电机130输出目标扭矩以同时驱动车轮和扫把110。

具体地说，假设：i＝齿圈齿数/太阳轮齿数、nj为行星架121的转速(等于电机转速)、 Tj为行星架121的扭矩(等于电机输出的目标扭矩)、ns为太阳轮123的转速(等于第一 减速器170的输入转速)、Ts为太阳轮123的扭矩(等于太阳轮123的输入扭矩)、nr为齿 圈124的转速(等于第二减速器180的输入转速)、Tr为齿圈124的扭矩(等于第二减速器 180的输入扭矩)、i1为第一减速器170的传动比、i2为第二减速器180的传动比。

当车辆处于行车模式时：

已知油门开度h和当前车速Spd，根据油门开度h和当前车速Spd解析第一减速器170 的输入/输出端的需求扭矩、电机130的输出扭矩：Tm＝fa(h，Spd)。

电机转速和车速之间的关系：

Spd_kph＝0.377*Tire_radius_m*ns/i1；

nj＝ns/(1+i)；

电机转速Motor_Spd_rpm＝nj。

当车辆处于停车扫路模式：

已知油门开度h，当前扫把速度Spd。根据油门开度h，当前扫把速度Spd解析第二减 速器180输入/输出端需求扭矩、电机130的输出扭矩Tm＝fb(h,Spd)。

当扫把速度Spd较高时，在解析电机130的输出扭矩Tm时，应适当减小电机130的 输出扭矩，以适当减少扫把速度。

Spd＝nr/i2。

nj＝i*nr/(1+i)；

Motor_Spd_rpm＝nj。

当车辆处于行车扫路模式时：

已知油门开度h、当前车速Spd_kph和扫把转速Spd_rpm。解析第一减速器170的输 入/输出端需求扭矩。

则太阳轮123的扭矩为：Ts＝fc(h,spd_kph)；

电机130的目标扭矩：Tm＝Tj＝-(1+i)*Ts；

扫把扭矩为：T＝i2*Tr＝Ts*i*i2。

另外，可在电机效率映射MAP上画一条曲线，即T-spd曲线(也可为几条曲线)，要 求这条曲线上效率均较优。通过电机的目标扭矩Tm插值求出电机的转速Motor_Spd_rpm。

齿圈目标转速：nr＝Spd_rpm*i2(Spd_rpm为扫把的目标扫路速度，可标定在控制器 140里面)。

行星架的转速：nj＝Motor_Spd_rpm；

太阳轮的转速：ns＝Spd_kph*i1/0.377/Tire_radius_m；

齿圈的实际转速:nr＝(ns+i*nj)/(1+i)；

扫把的实际扫路速度为：Spd_rpm_real＝nr/i2＝((ns+i*nj)/(1+i))/i2。

再次结合图2，本发明的实施例的系统还包括：工作模式选择开关190。工作模式选择 开关190设置在车内。工作模式选择开关被用户触发时，向控制器140发送工作模式信号， 控制器140根据工作模式信号控制车辆进行相应的工作模式。

根据本发明实施例的纯电动扫路车的传动和执行系统，实现了通过一个电机对车轮和 扫把的驱动，具有成本低、布置简单且可有效提升电机工作效率的优点，提升扫路里程。 另外，该系统安全可靠，满足车辆需求。

进一步地，本发明公开了一种车辆，包括：上述任意一个实施例所述的纯电动扫路车 的传动和执行系统。该车辆实现了通过一个电机对车轮和扫把的驱动，具有成本低且可有 效提升电机工作效率的优点，提升扫路里程。另外，该车辆安全可靠，满足用户需求。

另外，根据本发明实施例的车辆的其它构成以及作用对于本领域的普通技术人员而言 都是已知的，为了减少冗余，此处不做赘述。

如图3所示，本发明的实施例公开了一种纯电动扫路车的传动和执行系统的控制方法， 其中，结合图1和图2所示，传动系统包括：扫把、行星齿轮机构和电机，电机通过行星 齿轮机构分别与扫把和车辆的车轮相连，该方法包括以下步骤：

步骤S301：接收工作模式信号。例如：工作模式由用户选择。

步骤S302：根据工作模式信号控制车辆进入相应的工作模式，其中，工作模式包括行 车模式、停车扫路模式和行车扫路模式。

步骤S303：根据油门开度、行星齿轮机构的传动关系、车速和/或扫把转速得到当前工 作模式下的电机的目标扭矩，并控制电机输出目标扭矩以驱动车轮和/或扫把。

结合图2所示，行星齿轮机构至少包括行星架、与行星架相连的行星轮、分别与行星 轮相连的太阳轮和齿圈，其中，行星架与电机相连，太阳轮与所述车轮相连，齿圈与扫把 相连；纯电动扫路车的传动和执行系统还包括：第一制动装置和第二制动装置，第一制动 装置设置成用于制动齿圈，第二制动装置设置成用于制动太阳轮。

结合上述的传动系统，在本发明实施例的方法中，根据油门开度、行星齿轮机构的传 动关系、车速和/或扫把转速得到当前工作模式下的电机的目标扭矩，并控制电机输出目标 扭矩以驱动车轮和/或扫把，进一步包括：

1、当车辆处于行车模式时，根据油门开度、车速以及行星架、行星轮和太阳轮之间的 传动关系得到电机的目标扭矩，并控制电机输出目标扭矩以驱动车轮。

2、当车辆处于所述停车扫路模式时，根据油门开度、扫把转速以及行星架、行星轮和 齿圈之间的传动关系得到电机的目标扭矩，并控制电机输出所述目标扭矩以驱动扫把。

3、当车辆处于行车扫路模式时，根据油门开度和车速得到太阳轮的目标扭矩，并根据 太阳轮的目标扭矩、齿圈的齿数和太阳轮的齿数的基本速比得到电机的目标扭矩，并控制 电机输出目标扭矩以同时驱动车轮和扫把。

根据本发明实施例的纯电动扫路车的传动和执行系统的控制方法，通过一个电机可以 驱动车轮和扫把，与通过两个电机分别驱动车轮和扫把的车辆相比，具有成本低且布置简 单的优点。另外，由于纯电动扫路车通常是在低速行驶下进行扫路，这样，通过一个电机 同时驱动车轮和扫把，可以有效提升电机的工作效率，进而提升车辆的扫路里程。此外， 可以根据不同的工作模式，车轮和/或扫把的动力需求，利用行星齿轮机构不同的动力传动 链控制电机输出扭矩进行合理的分配，简单可靠，满足车辆需求。

需要说明的是，本发明实施例的纯电动扫路车的传动和执行系统的控制方法的具体实 现方式与本发明实施例的纯电动扫路车的传动和执行系统的具体实现方式类似，具体请参 见具体实施方式中对纯电动扫路车的传动和执行系统的描述，为了减少冗余，此处不做赘 述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、 或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包 含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定 指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的 一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离 本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发 明的范围由权利要求及其等同限定。