CN104290591B - 一种混联式混合动力拖拉机动力系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种混联式混合动力拖拉机动力系统及其控制方法，动力系统包括发动机、第一电机、第二电机和行星齿轮机构，行星齿轮机构设有用于输入输出动力的三个连接端，发动机输出轴连接第一电机，第一电机输出轴连接行星齿轮机构的第一连接端，第二电机连接行星齿轮机构的第二连接端，行星齿轮机构的第三连接端用于连接驱动桥，所述第一连接端与第三连接端同轴。本发明的驱动系统，动力构型独特，控制方法通过检测拖拉机运行参数确定工作状态，针对工作状态对驱动系统进行控制，适合混合动力拖拉机各种作业模式要求。

Description

一种混联式混合动力拖拉机动力系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种混联式混合动力拖拉机动力系统及其控制方法。

背景技术

目前，传统拖拉机保有量越来越多，其所造成的空气污染和石油消耗越来越严重，已成为环境污染和能源消耗的重要组成部分，应该引起足够的重视；不同于汽车不同工况对速度的要求，拖拉机不同作业模式对牵引力、牵引功率要求较高；混合动力技术应用于汽车越来越普遍，越来越成熟，混合动力因其自身的节能和环保优点，可以进行研究应用于拖拉机，但汽车混合动力系统技术不太适用于拖拉机动力系统，需要设计一种适合拖拉机工况的混合动力技术；混联式混合动力系统作为混合动力系统的一种，融合了串联式和并联式混合动力系统的优点；同时，混联式混合动力拖拉机摒弃传统拖拉机的缺点，延续传统拖拉机的优点，是实现拖拉机节能和环保的有效途径。

同时目前国内外只有研究串联式和并联式混合动力系统应用于拖拉机，还鲜有混联式混合动力系统应用于拖拉机，且混联式混合动力系统拖拉机动力系统及其控制系统研究进展较缓慢，属于刚起步阶段。

如申请号201210006125.6的中国专利文件披露了“一种混合动力拖拉机”的动力系统；现有技术中的汽车、客车等也有大量的动力系统方案，但这些动力系统的方案均不十分适合混合动力拖拉机的各种作业模式要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种混联式混合动力拖拉机动力系统及其控制方法，在满足拖拉机各种作业工况所需的牵引力、牵引功率和牵引速度的同时，能实现拖拉机的良好的燃油经济性和环保性；适于解决现有拖拉机动力系统不适合混合动力拖拉机的各种作业模式要求的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

一种混联式混合动力拖拉机动力系统，包括发动机、第一电机、第二电机和行星齿轮机构，行星齿轮机构设有用于输入输出动力的三个连接端，发动机输出轴连接第一电机，第一电机输出轴连接行星齿轮机构的第一连接端，第二电机连接行星齿轮机构的第二连接端，行星齿轮机构的第三连接端用于连接驱动桥，所述第一连接端与第三连接端同轴。

所述第一电机为电动机，第二电机为发电机，发电机通过发电机控制单元连接电池。

所述的行星齿轮机构为两自由度单排行星齿轮，其第一连接端对应连接太阳轮，第二连接端对应连接齿圈，第三连接端对应连接行星架。

所述第一、第二、第三连接端均对应设有制动装置(B₂、B₃、B₁)。

所述发动机与第一电机之间设有第一离合器(C₁)，第一电机与所述第一连接端之间设有第二离合器(C₂)，第二电机与所述第二连接端之间设有第三离合器(C₃)。

混联式混合动力拖拉机动力系统的控制方法，包括如下步骤：

1)判断拖拉机处于起步/加速状态时，电动机单独驱动，关闭发动机和发电机；

2)判断拖拉机处于减速/制动/停机状态时，发电机发电，关闭发动机和电动机；

3)判断拖拉机处于正常作业状态时：进一步判断电池当前电量与需求转矩T_req；

A，若需求转矩T_req小于电机额定转矩T_m，当前电量大于电量最高阈值SOC_max，则拖拉机进入纯电动驱动模式，关闭发动机和发电机；

B，若需求转矩T_req介于电机额定转矩T_m和发动机额定转矩T_e之间，当前电量大于电量最高阈值SOC_max，则拖拉机进入发动机单独驱动模式，关闭电动机和发电机；

C，若需求转矩T_req介于电机额定转矩T_m和发动机额定转矩T_e之间，当前电量小于电量最高阈值SOC_max，则拖拉机进入发动机单独驱动模式，关闭电动机，同时启动发电机向电池充电；

D，若需求转矩T_req大于发动机额定转矩T_e，当前电量大于电量最低阈值SOC_min，则拖拉机进入发动机和电动机联合驱动模式，关闭发电机；

E，若需求转矩T_req小于电机额定转矩T_m，当前电量小于电量最高阈值SOC_max，则拖拉机进入发动机单独驱动模式，关闭电动机，同时启动发电机向电池充电；

F，若需求转矩T_req大于发动机额定转矩T_e，当前电量小于电量最低阈值SOC_min，则拖拉机暂时停止作业工作，关闭电动机，发动机单独驱动发电机为电池充电。

判断拖拉机处于起步/加速状态时，第一、第三离合器(C₁、C₃)断开、第二离合器C₂闭合，第一、第三制动器(B₁、B₂)松开、第二制动器(B₃)制动。

拖拉机处于减速/制动/停机状态时，第一、第二离合器(C₁和C₂)断开、第三离合器C₃闭合，第三、第二制动器(B₁、B₃)松开、第一制动器(B₂)制动。

步骤A中，第一、第三离合器(C₁、C₃)断开、第二离合器(C₂)闭合，第三、第一制动器(B₁、B₂)松开、第二制动器(B₃)制动；步骤B中，第一、第二离合器(C₁、C₂)闭合、第三离合器(C₃)断开，第三、第一制动器(B₁、B₂)松开、第一制动器(B₃)制动；步骤C中，第一、第二、第三离合器(C₁、C₂、C₃)闭合，第一、第二、第三制动器(B₂、B₃、B₁)松开；步骤D中，第一、第二离合器(C₁、C₂)闭合、第三离合器(C₃)断开，第三、第一制动器(B₁、B₂)松开、第二制动器(B₃)制动；步骤E中，第一、第二、第三离合器(C₁、C₂、C₃)均闭合，第三、第一、第二制动器(B₁、B₂、B₃)均松开；步骤F中，第一、第二、第三离合器(C₁、C₂、C₃)闭合，第一、第二制动器(B₂、B₃)松开、第三制动器(B₁)制动。

本发明的驱动系统，动力构型独特，适于拖拉机有限空间内的布置，利于拖拉机前后左右轮配重平衡，控制方便，控制方法通过优先检测并判断转矩、牵引力的需求，再考虑判断速度需求等拖拉机不同作业工况的运行参数确定工作状态，针对工作状态，对驱动系统进行相应控制，适合混合动力拖拉机各种作业模式对转矩、牵引力的要求，不适合汽车对速度的要求。

离合器方便动力构型适应性的改变，制动器方便发电机能够顺利发电。

附图说明

图1是本发明的拖拉机动力系统构成图；

图2是行星齿轮机构图；

1—分动器，2—变速器，3—制动器B₁，4—制动器B₃，5—行星齿轮机构，6—离合器C₃的控制单元，7—发电机，8—发动机，9—前轮，10，12—前轮轮边减速器，11—前驱动桥，13—电池，14—离合器C₁的控制单元，15—电动机，16—离合器C₂的控制单元,17—制动器B₂，18—后驱动桥，19—传感器S₃，20—动力输出机构，21，25—后轮边减速机构，22—传感器S₅，23—传感器S₄，24—传感器S₁，26—传感器S₂，27—后轮；

51—变速器动力输入轴；52—动力分流机构箱体；53—行星架及行星齿轮；54—齿圈；56—发电机输入轴；57—齿圈输出齿轮；58—太阳轮；59—总动力源输入轴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

一种混联式混合动力拖拉机动力系统，包括发动机、第一电机、第二电机和行星齿轮机构，行星齿轮机构设有用于输入输出动力的三个连接端，发动机输出轴连接第一电机，第一电机输出轴连接行星齿轮机构的第一连接端，第二电机连接行星齿轮机构的第二连接端，行星齿轮机构的第三连接端用于连接驱动桥，所述第一连接端与第三连接端同轴；本发明的混联式混合动力拖拉机动力系统不同于汽车常用的混联式动力系统，汽车用混联式动力系统大多是：发动机和发电机直接机械连接，间接与电动机机械连接，其利于汽车对速度需求的满足，但不利于有效精确得控制输出转矩、牵引力，而本发明的混联式动力系统能高效精确实现拖拉机不同工作模式对牵引力、牵引功率的需求，适合拖拉机。

如图1所示，具体的，第一电机可以构造为电动机15，第二电机可以构造为发电机7，发电机7通过发电机控制单元连接电池13，电池为蓄电池或动力电池等电能储存装置。行星齿轮机构5是一个动力分流装置，为两自由度单排行星齿轮，其第一连接端对应连接太阳轮，第二连接端对应连接齿圈，第三连接端对应连接行星架。第一、第二、第三连接端均对应设有制动装置，对应制动器B₂、B₃、B₁。发动机与第一电机之间设有第一离合器C1，第一电机与所述第一连接端之间设有第二离合器C2，第二电机与所述第二连接端之间设有第三离合器C3。

其他附属装置还包括，传感器S₁，S₂，S₃，S₄，S₅、变速器2、分动器1、前/后驱动桥11/18、前/后轮边减速器10,12/21,25、动力输出机构20和九个控制单元。九个控制单元分别是整机ECU、发动机控制单元、电动机控制单元，发电机控制单元，变速器控制单元，电池管理系统，离合器控制单元C₁，C₂，C₃；整机ECU分别与发动机控制单元、电动机控制单元，发电机控制单元，变速器控制单元，电池管理系统，离合器控制单元C₁，C₂，C₃、传感器S₁，S₂，S₃，S₄，S₅、制动器B₁，B₂，B₃相连接；电池13通过电池管理系统与电动机控制单元和发电机控制单元相连接；发动机控制单元控制发动机8的运行，电动机控制单元控制电动机15的运行，电池管理系统控制电池13的能量状态，离合器控制单元C₁，C₂，C₃分别控制离合器C₁，C₂，C₃的断开和闭合，发电机控制单元控制发电机7的运行，变速器控制单元控制变速器2的换挡，整机ECU控制制动器B₁，B₂，B₃的制动与松开。

发动机输出轴和电动机中间轴为同轴布置，通过动力分流机构5与发电机7和变速器2连接；变速器2通过分动器1把动力分配至前驱动桥11和后驱动桥18。

如图2所示，动力分流机构为两自由度单排行星齿轮，包括变速器动力输入轴51、行星架及行星齿轮53、齿圈54、齿圈输出齿轮57、发电机输入轴56、太阳轮58、总动力源输入轴59。第一连接端构造为连接太阳轮的总动力源输入轴59。第二连接端构造为一个齿圈输出齿轮57，齿圈输出齿轮57连接发电机输入轴56。第三连接端构造为连接行星架的变速器动力输入轴51。

总动力源的动力通过太阳轮58输入，通过齿圈54把动力输出至发电机7发电，通过行星架及行星齿轮53把动力输出至变速器2，最后传至前/后驱动桥11/18。制动器B₁根据需要对变速器输入轴51进行制动，制动器B₂根据需要对总动力源输入轴59进行制动，制动器B₃根据需要对发电机输入轴56(或齿圈54)进行制动。

如图1所示，整机ECU根据信息采集系统采集的信息，通过分析采集到的拖拉机转矩和转速需求信息，分别通过发动机控制单元、电动机控制单元，发电机控制单元，变速器控制单元，电池管理系统，离合器控制单元C₁，C₂，C₃控制相应的部件，使拖拉机适应作业模式的要求。

本混合动力拖拉机动力系统的控制方法，有三种工作模式：起步/加速模式，正常作业模式，减速/制动/停机模式；起步/加速模式是指拖拉机起步/加速状态，减速/制动/停机模式是指拖拉机减速、制动或者停机状态；其中拖拉机正常作业模式又分为：重载作业(牵引力、牵引功率需求大，如犁耕，旋耕作业)，中载作业(牵引力、牵引功率需求适中，如播种、收获、开沟作业)和轻载作业(牵引力、牵引功率需求较小，如田间、公路运输作业)三种作业模式；

本发明的控制方法，包括如下步骤：

1)判断拖拉机处于起步/加速状态时，电动机进行单独驱动整机正常工作，关闭发动机和发电机；

2)判断拖拉机处于减速/制动/停机状态时，发电机发电，关闭发动机和电动机；

3)判断拖拉机处于正常作业状态时：进一步判断电池当前电量与需求转矩T_req；

A，若需求转矩T_req小于电机额定转矩T_e，当前电量大于电量最高阈值SOC_max，则关闭发动机和发电机，启动电动机，拖拉机进入纯电动驱动模式；

B，若需求转矩T_req介于电机额定转矩T_m和发动机额定转矩T_e之间，当前电量大于电量最高阈值SOC_max，则关闭电动机和发电机，启动发动机，拖拉机进入发动机单独驱动模式，其单独驱动整机正常工作；

C，若需求转矩T_req介于电机额定转矩T_m和发动机额定转矩T_e之间，当前电量小于电量最高阈值SOC_max，则关闭电动机，启动发动机和发电机，拖拉机进入发动机单独驱动模式；发动机的动力通过动力分流机构一部分分配至发电机给电池充电，另一部分分配驱动车辆；

D，若需求转矩T_req大于发动机额定转矩T_e，当前电量大于电量最低阈值SOC_min，则关闭发电机、启动发动机和电动机，拖拉机的发动机和电动机联合驱动整机正常工作；

E，若需求转矩T_req小于电机额定转矩T_m，当前电量小于电量最高阈值SOC_max，则关闭电动机，启动发动机和发电机，拖拉机进入发动机单独驱动模式，发动机的动力通过动力分流机构一部分分配至发电机给电池充电，另一部分分配驱动车辆；

F，若需求转矩T_req大于发动机额定转矩T_e，当前电量小于电量最低阈值SOC_min，则拖拉机暂时停止作业工作，关闭电动机，发动机单独驱动发电机为电池充电。下面结合具体设备和控制参数进行具体说明。

传感器S₁，S₂，S₃，S₄，S₅分别持续采集当前的驱动轮转速r_l和转矩T_l、拖拉机实际速度v_a、动力输出转矩T_output和转速r_output等数据信息，并把数据信息传输至整机ECU；电池管理系统检测当前的电池13的荷电状态SOC_b、电压U_b、电流I_b，并传至整机ECU；发动机控制单元检测发动机8的转速r_e、转矩T_e、功率P_e；电动机控制单元检测电动机15的转速r_m、转矩T_m、功率P_m；发电机控制单元检测发电机7的转速r_g、转矩T_g、功率P_g，充电电压U_g、电流I_g；变速器2的挡位可分为三类：高类挡D_h、中类挡D_m、低类挡D_l；变速器控制单元检测变速器2的挡位D_n；离合器控制单元C₁，C₂，C₃检测离合器C₁，C₂，C₃的闭合或断开；所有这些数据信息都传至整机ECU；整机ECU根据检测的驱动轮转速r_l和拖拉机实际速度v_a依据下式计算拖拉机的滑转率δ，并储存在整机ECU中；滑转率D_l为驱动轮直径。

整机ECU分析上述所有的数据信息，判断当前拖拉机的工作模式；作为其他实施方式，也可以采用其它工作或者检测方法来获得工作模式信息。

若动力输出轴22的转矩T_output＝0，拖拉机实际速度v_a＝0，驱动轮28转矩T_l>0，则整机ECU判断出拖拉机当前处于起步/加速模式；整机ECU发送指令信息分别给发动机控制单元，电池管理系统，电动机控制单元，发电机控制单元，变速器控制单元，离合器控制单元C₁，C₂，C₃，使分别控制相应执行机构进而使发动机8关闭，电池13向电动机15供电，启动电动机15，关闭发电机7，变速器2挡位D_n＝1或2，电磁离合器C₁和C₃断开、C₂闭合，制动器B₁、B₂松开、B₃制动；此时混合动力拖拉机进入纯电动驱动模式，电动机15单独驱动拖拉机完成起步和加速过程；电动机15的动力经动力分流机构5传给变速器2，再经分动器1传给前/后驱动桥11/18，进而驱动拖拉机完成起步/加速。

若动力输出轴22转矩T_output＝0，拖拉机实际速度v_a>0，驱动轮28转矩T_l>0，且驱动轮28转速r_l越来越小，则整机ECU判断出拖拉机当前处于减速/制动/停机模式；整机ECU发送指令信息分别给发动机控制单元，电池管理系统，电动机控制单元，发电机控制单元，变速器控制单元，离合器控制单元C₁，C₂，C₃，使分别控制相应执行机构进而使发动机8关闭，电池13停止向电动机15供电，关闭电动机15，启动发电机7，变速器2挡位D_n降至低挡，电磁离合器C₁和C₂断开、C₃闭合，制动器B₁、B₃松开、B₂制动；此时混合动力拖拉机进入仅发电机7充电的减速/制动能量回收模式；拖拉机的动能经前/后驱动桥11/18传给变速器2，进而传给发电机7进行充电，电能储存在电池13；同时，发电机控制单元控制发电机7工作在高效区。

若整机ECU判断出拖拉机不处于起步/加速模式和减速/制动/停机模式，那么拖拉机就处于正常作业模式，那么就进行如下作业模式的判断控制：

首先判断当前需求的转矩T_req(T_req＝T_l+T_output，T_l、T_output是已经传动比换算过的扭矩，忽略转矩损失)、转速r_req及功率P_req与发动机8和电动机15提供的转矩T_e-output，T_m-output、转速r_e，r_m及功率P_e-output，P_m-output之间的关系；其次判断当前电池13电量与系统预设的电量最高阈值SOC_max和最低阈值SOC_min之间的关系；由于拖拉机进行各种复杂多变的作业模式时，首先应满足不同工况下的牵引力、扭矩要求，而汽车则主要需要满足不同工况下的速度要求，采用优先考虑判断转矩是本控制策略适用于拖拉机而不适用于汽车的地方。

1、若需求转矩T_req小于电动机15额定转矩T_e，当前电量SOC_b>SOC_max，则整机ECU发送指令信息分别给发动机控制单元，电池管理系统，电动机控制单元，发电机控制单元，变速器控制单元，离合器控制单元C₁，C₂，C₃，使分别控制相应执行机构进而使发动机8关闭，电池13向电动机15供电，启动电动机15，关闭发电机7，电磁离合器C₁和C₃断开、C₂闭合，制动器B₁，B₂松开、B₃制动，此时拖拉机需求转矩T_req应处于拖拉机轻载模式，则使变速器2挡位D_n＝D_h；此时混合动力拖拉机进入纯电动驱动模式，电动机15单独驱动拖拉机进行作业；电动机15的动力经动力分流机构5传给变速器2，再经分动器1传给前/后驱动桥11/18；同时，电动机控制单元控制电动机15工作在高效区，且电动机15的输出转矩T_m-output＝T_req，再控制电动机的转速满足作业速度；

2、若需求转矩T_req介于电动机15额定转矩T_m和发动机8额定转矩T_e之间，当前电量SOC_b>SOC_max，则整机ECU发送指令信息分别给发动机控制单元，电池管理系统，电动机控制单元，发电机控制单元，变速器控制单元，离合器控制单元C₁，C₂，C₃，使分别控制相应执行机构进而使发动机8启动，电池13停止向电动机15供电，关闭电动机15，关闭发电机7，电磁离合器C₁和C₂闭合、C₃断开，制动器B₁，B₂松开、B₃制动；此时拖拉机驱动系统和传统驱动系统一样，若拖拉机需求转矩T_req处于重载模式，则使变速器2挡位D_n＝D_l；若拖拉机需求转矩T_req处于拖拉机中载模式，则使变速器2挡位D_n＝D_m；若拖拉机需求转矩T_req处于拖拉机轻载模式，则使变速器2挡位D_n＝D_h；此时混合动力拖拉机进入单独发动机8驱动模式，发动机8单独驱动拖拉机进行作业；发动机8的动力经动力分流机构5传给变速器2，再经分动器1传给前/后驱动桥11/18；同时，根据发动机的万有特性，发动机控制单元控制发动机8工作在高效区，且发动机8的输出转矩T_e-output＝T_req，输出转速满足作业速度。

3、若需求转矩T_req介于电动机15额定转矩T_m和发动机8额定转矩T_e之间，当前电量SOC_b<SOC_max，则整机ECU发送指令信息分别给发动机控制单元，电池管理系统，电动机控制单元，发电机控制单元，变速器控制单元，离合器控制单元C₁，C₂，C₃，使分别控制相应执行机构进而使发动机8启动，电池13停止向电动机15供电，关闭电动机15，启动发电机7，电磁离合器C₁、C₂和C₃均闭合，制动器B₁、B₂和B₃均松开；此时，若拖拉机需求转矩T_req处于重载模式，则使变速器2挡位D_n＝D_l；若拖拉机需求转矩T_req处于拖拉机中载模式，则使变速器2挡位D_n＝D_m；若拖拉机需求转矩T_req处于拖拉机轻载模式，则使变速器2挡位D_n＝D_h；此时混合动力拖拉机进入单独发动机8驱动模式，发动机8单独驱动拖拉机进行作业；发动机8的动力经动力分流机构5一部分传给发电机7发电，另一部分传给变速器2，再经分动器1传给前/后驱动桥11/18；同时，根据发动机8的万有特性，发动机控制单元控制发动机8工作在高效区，且发动机8输出转矩为额定转矩T_e，多余的转矩T_e-T_req向电池充电；若拖拉机行驶速度需要改变时，动力分流机构5可以使转矩和牵引力输出不变，控制发动机8和发电机7转速或维持发动机8转速不变,适当控制发电机7转速,使发动机8工作在高效区且满足拖拉机对速度的需求，这是混联式混合动力汽车动力系统及控制系统所不具备的。

4、若需求转矩T_req大于发动机额定转矩T_e，当前电量SOC_b>SOC_min，则整机ECU发送指令信息分别给发动机控制单元，电池管理系统，电动机控制单元，发电机控制单元，变速器控制单元，离合器控制单元C₁，C₂，C₃，使分别控制相应执行机构进而使发动机8启动，电池13向电动机15供电，启动电动机15，关闭发电机7，电磁离合器C₁和C₂闭合、C₃断开，制动器B₁，B₂松开、B₃制动；此时，若拖拉机需求转矩T_req处于重载模式，则使变速器2挡位D_n＝D_l；若拖拉机需求转矩T_req处于拖拉机中载模式，则使变速器2挡位D_n＝D_m；若拖拉机需求转矩T_req处于拖拉机轻载模式，则使变速器2挡位D_n＝D_h；此时混合动力拖拉机进入发动机8和电动机15联合驱动模式，联合驱动拖拉机进行作业；发动机8的动力经动力分流机构5全部传给变速器2，再经分动器1传给前/后驱动桥11/18；同时，发动机控制单元控制发动机8工作在高效区，且发动机8输出转矩为额定转矩T_e，电动机控制单元控制电动机15提供的转矩为T_req-T_e；

5、若需求转矩T_req小于电动机15额定转矩T_e，当前电量SOC_b<SOC_max，则整机ECU发送指令信息分别给发动机控制单元，电池管理系统，电动机控制单元，发电机控制单元，变速器控制单元，离合器控制单元C₁，C₂，C₃，使分别控制相应执行机构进而使发动机8启动，电池13停止向电动机15供电，关闭电动机15，启动发电机7，电磁离合器C₁、C₂和C₃均闭合，制动器B₁、B₂和B₃均松开，此时拖拉机需求转矩T_req应处于拖拉机轻载模式，则使变速器2挡位D_n＝D_h；此时混合动力拖拉机进入单独发动机8驱动模式，发动机8单独驱动拖拉机进行作业；发动机8的动力经动力分流机构5一部分传给发电机7发电，另一部分传给变速器2，再经分动器1传给前/后驱动桥11/18；同时，发动机控制单元控制发动机8工作在高效区，且发动机8输出转矩为额定转矩T_e，多余的转矩T_e-T_req向电池充电；若拖拉机行驶速度需要改变时，动力分流机构5可以使转矩和牵引力输出不变，控制发动机8和发电机7转速或维持发动机8转速不变,适当控制发电机7转速,使发动机8工作在高效区且满足拖拉机对速度的需求，这是混联式混合动力汽车动力系统及控制系统所不具备的。

6、若需求转矩T_req大于发动机8额定转矩T_e，当前电量SOC_b<SOC_min，则整机ECU发送指令信息分别给发动机控制单元，电池管理系统，电动机控制单元，发电机控制单元，变速器控制单元，离合器控制单元C₁，C₂，C₃，使分别控制相应执行机构进而使发动机8启动，电池13停止向电动机15供电，关闭电动机15，启动发电机7，变速器2挡位D_n＝0，电磁离合器C₁、C₂和C₃均闭合，制动器B₂，B₃松开、B₁制动；此时混合动力拖拉机进入发动机8提供动力仅发电机7充电模式；发动机8的动力经过动力分流机构5全部传给发电机7发电，电能储存在电池13，直至当前电量SOC_b>SOC_max；同时，发电机控制单元控制发电机7工作在高效区，发电机控制单元控制发电机7工作在高效区，且发动机8输出转矩为额定转矩T_e。

所发明的混联式混合动力系统包含动力分流机构5，发电机输入轴56、总动力源输入轴59的转速可以相互独立，传递转矩互成比例；利用本发明控制系统及控制方法，在充分满足拖拉机对牵引力、扭矩、牵引功率较高需求的同时，可以适当满足拖拉机的速度要求；这是混联式汽车混合动力系统及其控制方法所不能做到的，也是本发明“一种混联式混合动力拖拉机动力系统及其控制”的优点所在。

以上给出一种具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种混联式混合动力拖拉机动力系统，包括发动机、第一电机、第二电机和行星齿轮机构，行星齿轮机构设有用于输入输出动力的三个连接端，其特征在于，发动机输出轴连接第一电机，第一电机输出轴连接行星齿轮机构的第一连接端，第二电机连接行星齿轮机构的第二连接端，行星齿轮机构的第三连接端用于连接驱动桥，所述第一连接端与第三连接端同轴；

所述第一电机为电动机，第二电机为发电机，发电机通过发电机控制单元连接电池；

所述的行星齿轮机构为两自由度单排行星齿轮，其第一连接端对应连接太阳轮，第二连接端对应连接齿圈，第三连接端对应连接行星架；

所述第一、第二、第三连接端均对应设有制动装置：第一制动器(B₂)、第二制动器(B₃)、第三制动器(B₁)；

所述发动机与第一电机之间设有第一离合器(C₁)，第一电机与所述第一连接端之间设有第二离合器(C₂)，第二电机与所述第二连接端之间设有第三离合器(C₃)；还包括变速器；

拖拉机正常作业模式又分为：重载作业，中载作业和轻载作业三种作业模式；

包括如下步骤：

1)判断拖拉机处于起步/加速状态时，电动机单独驱动，关闭发动机和发电机；

2)判断拖拉机处于减速/制动/停机状态时，发电机发电，关闭发动机和电动机；

3)判断拖拉机处于正常作业状态时：进一步判断电池当前电量与需求转矩T_req；

A，若需求转矩T_req小于电机额定转矩T_m，当前电量大于电量最高阈值SOC_max，则拖拉机进入纯电动驱动模式，关闭发动机和发电机，此时拖拉机需求转矩T_req应处于拖拉机轻载模式；

B，若需求转矩T_req介于电机额定转矩T_m和发动机额定转矩T_e之间，当前电量大于电量最高阈值SOC_max，则拖拉机进入发动机单独驱动模式，关闭电动机和发电机，若拖拉机需求转矩T_req处于重载模式，则使变速器挡位D_n＝D_l；若拖拉机需求转矩T_req处于拖拉机中载模式，则使变速器挡位D_n＝D_m；若拖拉机需求转矩T_req处于拖拉机轻载模式，则使变速器挡位D_n＝D_h；

C，若需求转矩T_req介于电机额定转矩T_m和发动机额定转矩T_e之间，当前电量小于电量最高阈值SOC_max，则拖拉机进入发动机单独驱动模式，关闭电动机，同时启动发电机向电池充电，若拖拉机需求转矩T_req处于重载模式，则使变速器挡位D_n＝D_l；若拖拉机需求转矩T_req处于拖拉机中载模式，则使变速器挡位D_n＝D_m；若拖拉机需求转矩T_req处于拖拉机轻载模式，则使变速器挡位D_n＝D_h；

D，若需求转矩T_req大于发动机额定转矩T_e，当前电量大于电量最低阈值SOC_min，则拖拉机进入发动机和电动机联合驱动模式，关闭发电机，若拖拉机需求转矩T_req处于重载模式，则使变速器挡位D_n＝D_l；若拖拉机需求转矩T_req处于拖拉机中载模式，则使变速器挡位D_n＝D_m；若拖拉机需求转矩T_req处于拖拉机轻载模式，则使变速器挡位D_n＝D_h；

E，若需求转矩T_req小于电机额定转矩T_m，当前电量小于电量最高阈值SOC_max，则拖拉机进入发动机单独驱动模式，关闭电动机，同时启动发电机向电池充电，拖拉机需求转矩T_req应处于拖拉机轻载模式，则使变速器挡位D_n＝D_h；

F，若需求转矩T_req大于发动机额定转矩T_e，当前电量小于电量最低阈值SOC_min，则拖拉机暂时停止作业工作，关闭电动机，发动机单独驱动发电机为电池充电，其中，D_n表示变速器的挡位，D_h表示高类挡，D_m表示中类挡，D₁表示低类挡；

步骤A中，第一、第三离合器(C₁、C₃)断开、第二离合器(C₂)闭合，第三、第一制动器(B₁、B₂)松开、第二制动器(B₃)制动；步骤B中，第一、第二离合器(C₁、C₂)闭合、第三离合器(C₃)断开，第三、第一制动器(B₁、B₂)松开、第一制动器(B₃)制动；步骤C中，第一、第二、第三离合器(C₁、C₂、C₃)闭合，第一、第二、第三制动器(B₂、B₃、B₁)松开；步骤D中，第一、第二离合器(C₁、C₂)闭合、第三离合器(C₃)断开，第三、第一制动器(B₁、B₂)松开、第二制动器(B₃)制动；步骤E中，第一、第二、第三离合器(C₁、C₂、C₃)均闭合，第三、第一、第二制动器(B₁、B₂、B₃)均松开；步骤F中，第一、第二、第三离合器(C₁、C₂、C₃)闭合，第一、第二制动器(B₂、B₃)松开、第三制动器(B₁)制动。

2.如权利要求1所述混联式混合动力拖拉机动力系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)判断拖拉机处于起步/加速状态时，电动机单独驱动，关闭发动机和发电机；

2)判断拖拉机处于减速/制动/停机状态时，发电机发电，关闭发动机和电动机；

3)判断拖拉机处于正常作业状态时：进一步判断电池当前电量与需求转矩T_req；

拖拉机正常作业模式又分为：重载作业，中载作业和轻载作业三种作业模式；

A，若需求转矩T_req小于电机额定转矩T_m，当前电量大于电量最高阈值SOC_max，则拖拉机进入纯电动驱动模式，关闭发动机和发电机，此时拖拉机需求转矩T_req应处于拖拉机轻载模式；

B，若需求转矩T_req介于电机额定转矩T_m和发动机额定转矩T_e之间，当前电量大于电量最高阈值SOC_max，则拖拉机进入发动机单独驱动模式，关闭电动机和发电机，若拖拉机需求转矩T_req处于重载模式，则使变速器挡位D_n＝D_l；若拖拉机需求转矩T_req处于拖拉机中载模式，则使变速器挡位D_n＝D_m；若拖拉机需求转矩T_req处于拖拉机轻载模式，则使变速器挡位D_n＝D_h；

C，若需求转矩T_req介于电机额定转矩T_m和发动机额定转矩T_e之间，当前电量小于电量最高阈值SOC_max，则拖拉机进入发动机单独驱动模式，关闭电动机，同时启动发电机向电池充电，若拖拉机需求转矩T_req处于重载模式，则使变速器挡位D_n＝D_l；若拖拉机需求转矩T_req处于拖拉机中载模式，则使变速器挡位D_n＝D_m；若拖拉机需求转矩T_req处于拖拉机轻载模式，则使变速器挡位D_n＝D_h；

D，若需求转矩T_req大于发动机额定转矩T_e，当前电量大于电量最低阈值SOC_min，则拖拉机进入发动机和电动机联合驱动模式，关闭发电机，若拖拉机需求转矩T_req处于重载模式，则使变速器挡位D_n＝D_l；若拖拉机需求转矩T_req处于拖拉机中载模式，则使变速器挡位D_n＝D_m；若拖拉机需求转矩T_req处于拖拉机轻载模式，则使变速器挡位D_n＝D_h；

E，若需求转矩T_req小于电机额定转矩T_m，当前电量小于电量最高阈值SOC_max，则拖拉机进入发动机单独驱动模式，关闭电动机，同时启动发电机向电池充电，拖拉机需求转矩T_req应处于拖拉机轻载模式，则使变速器挡位D_n＝D_h；

F，若需求转矩T_req大于发动机额定转矩T_e，当前电量小于电量最低阈值SOC_min，则拖拉机暂时停止作业工作，关闭电动机，发动机单独驱动发电机为电池充电，其中，D_n表示变速器的挡位，D_h表示高类挡，D_m表示中类挡，D₁表示低类挡；

步骤A中，第一、第三离合器(C₁、C₃)断开、第二离合器(C₂)闭合，第三、第一制动器(B₁、B₂)松开、第二制动器(B₃)制动；步骤B中，第一、第二离合器(C₁、C₂)闭合、第三离合器(C₃)断开，第三、第一制动器(B₁、B₂)松开、第一制动器(B₃)制动；步骤C中，第一、第二、第三离合器(C₁、C₂、C₃)闭合，第一、第二、第三制动器(B₂、B₃、B₁)松开；步骤D中，第一、第二离合器(C₁、C₂)闭合、第三离合器(C₃)断开，第三、第一制动器(B₁、B₂)松开、第二制动器(B₃)制动；步骤E中，第一、第二、第三离合器(C₁、C₂、C₃)均闭合，第三、第一、第二制动器(B₁、B₂、B₃)均松开；步骤F中，第一、第二、第三离合器(C₁、C₂、C₃)闭合，第一、第二制动器(B₂、B₃)松开、第三制动器(B₁)制动。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，判断拖拉机处于起步/加速状态时，第一、第三离合器(C₁、C₃)断开、第二离合器C₂闭合，第一、第三制动器(B₁、B₂)松开、第二制动器(B₃)制动。

4.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，拖拉机处于减速/制动/停机状态时，第一、第二离合器(C₁和C₂)断开、第三离合器C₃闭合，第三、第二制动器(B₁、B₃)松开、第一制动器(B₂)制动。