CN106427527A - 拖拉机增程控制方法、控制装置及其动力系统 - Google Patents

拖拉机增程控制方法、控制装置及其动力系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及拖拉机增程控制方法、控制装置及其动力系统，首先检测实际SOC和经调节后的新的SOC下限值；然后比较实际SOC与新的SOC下限值的大小，当实际SOC大于或者等于新的SOC下限值时，控制车辆以纯电动模式运行；当实际SOC小于新的SOC下限值时，控制发动机启动，为车辆运行提供动力，实现拖拉机的增程控制。车辆在满足一定条件时，调节车辆供电电源的SOC下限值，能够提高车辆的续航里程；而且，在车辆的供电电源中的电量足够时，控制车辆纯电动模式运行，达到节能减排的效果，而且，在供电电源的电量不足时，启动发动机，提升车辆的续航里程，保证车辆的运行，提升车辆的工作效率。

Description

拖拉机增程控制方法、控制装置及其动力系统
技术领域
本发明涉及拖拉机增程控制方法、控制装置及其动力系统。
背景技术
节能、舒适、安全、环保、低成本是汽车制造业，尤其是拖拉机制造业及不断追求的目标，增程式拖拉机就是在这用推动力下发展起来的，近年来，汽车保有量的急剧上升，带来了一些负面的影响，最突出的问题是能源危机和环境污染。因此发展混合动力汽车，推动汽车领域的节能减排，对于缓解能源压力和改善环境具有重要意义。由于发展纯电动汽车将会成为汽车产业的最终选择，也是未来汽车业的必然发展趋势，但是目前纯电动汽车发展的最大制约因素是蓄电池的技术问题，使得电动汽车续驶里程受到限制。因此混合动力汽车，即增程式电动汽车(E-REV)解决了上述纯电动汽车的问题。目前，增程式汽车为较为前沿的技术，目前并没有较为成熟的控制方法来对增程式汽车进行控制。
而且，拿拖拉机来说，目前国家也提出了对拖拉机的相应排放法规，对比其他类型的增程式汽车，可知增程式拖拉机是目前纯电动拖拉机的电池受限的最好的过渡车型之一，然而增程式拖拉机的控制方法不能完全借鉴其他类型的增程式汽车的控制方法，这是因为增程式拖拉机具有一些特别的控制特性。比如：增程式拖拉机需要满足拖拉机犁耕工况最大功率的需求，而其他类型的增程式汽车在增程模式时不需要满足最高车速的功率需求。因此提出一种适合增程式汽车，尤其是增程式拖拉机的增程模式控制方法势在必行，随着电机技术的发展，增程式汽车，尤其是增程式拖拉机必将拥有更为广阔的发展前景。
发明内容
本发明的目的是提供拖拉机增程控制方法、控制装置及其动力系统。
为实现上述目的，本发明的方案包括一种拖拉机增程控制方法，包括以下步骤：
(1)检测实际SOC与经调节后的新的SOC下限值；
(2)比较实际SOC与所述新的SOC下限值的大小，当实际SOC大于或者等于所述新的SOC下限值时，控制车辆以纯电动模式运行；当实际SOC小于所述新的SOC下限值时，控制发动机启动，来为车辆运行提供动力。
在实际SOC小于所述新的SOC下限值这一情况中，如果所述新的SOC下限值大于设定的SOCT，则当发动机输出功率不满足车辆运行的功率需求时，车辆供电电源提供剩余的功率；如果所述新的SOC下限值等于所述SOCT，则即使发动机输出功率不满足车辆运行的功率需求，车辆供电电源也不再输出功率；
其中，包含有所述SOCT的[SOCT，SOCH]为设定的SOC下限值调节范围，SOCT为该调节范围的下限值，SOCH为该调节范围的上限值。
驾驶员根据所需行驶里程与设定里程的大小关系来调节SOC下限值，以得到所述新的SOC下限值。
当发动机输出的功率大于车辆运行的功率需求时，多余的能量用于为车辆供电电源充电。
设置一个发动机最小运行时间，发动机在所述最小运行时间的限定下进行运行。
一种拖拉机增程控制装置，包括：
检测模块，用于检测实际SOC与经调节后的新的SOC下限值；
控制模块，用于比较实际SOC与所述新的SOC下限值的大小，当实际SOC大于或者等于所述新的SOC下限值时，控制车辆以纯电动模式运行；当实际SOC小于所述新的SOC下限值时，控制发动机启动，来为车辆运行提供动力。
在实际SOC小于所述新的SOC下限值这一情况中，如果所述新的SOC下限值大于设定的SOCT，则当发动机输出功率不满足车辆运行的功率需求时，车辆供电电源提供剩余的功率；如果所述新的SOC下限值等于所述SOCT，则即使发动机输出功率不满足车辆运行的功率需求，车辆供电电源也不再输出功率；
其中，包含有所述SOCT的[SOCT，SOCH]为设定的SOC下限值调节范围，SOCT为该调节范围的下限值，SOCH为该调节范围的上限值。
驾驶员根据所需行驶里程与设定里程的大小关系来调节SOC下限值，以得到所述新的SOC下限值。
当发动机输出的功率大于车辆运行的功率需求时，多余的能量用于为车辆供电电源充电。
一种实施上述拖拉机增程控制方法的拖拉机动力系统，包括用于调节SOC下限值的SOC下限设定开关调节器、车辆供电电源、用于检测所述供电电源实际SOC的SOC检测模块、发动机、电动机、电动机控制器、整车控制器和驱动桥，所述车辆供电电源通过电耦合器电连接所述电动机控制器，电动机控制器连接所述电动机，电动机机械传动连接所述驱动桥，所述发动机通过发电机连接所述电耦合器，所述SOC下限设定开关调节器和所述SOC检测模块输出连接所述整车控制器，整车控制器实现该动力系统的增程控制。
首先，车辆在满足一定条件时，调节车辆供电电源的SOC下限值，这种方式能够提高车辆的续航里程；而且，实时检测实际的SOC与调节后的新的SOC下限值，然后比较实际的SOC与调节后得到的新的SOC下限值的大小，当实际SOC大于或者等于新的SOC下限值时，控制车辆以纯电动模式运行；当实际SOC小于新的SOC下限值时，控制车辆以增程模式运行，即控制发动机启动，为车辆运行提供动力。在车辆的供电电源中的电量足够时，控制车辆纯电动模式运行，达到节能减排的效果，而且，在供电电源的电量不足时，启动发动机，提升车辆的续航里程，保证车辆的运行，提升车辆的工作效率。
附图说明
图1是增程拖拉机动力系统结构示意图；
图2是拖拉机增程控制方法整体流程图。
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。
方法实施例
本发明提供的汽车增程控制方法应用范围较为广泛，可以适用于很多类型的混合动力系统，比如：混合动力系统客车，混合动力系统轿车，或者混合动力系统拖拉机等，在本实施例中，以混合动力系统拖拉机为例。而且，本发明的发明点在于控制方法，并不局限于实施该方法的动力系统，动力系统可以是图1所示的结构，也可以是现有当中的其他的结构，本实施例以图1所示的结构为例来说明控制方法。
如图1所示，混合动力系统拖拉机，也称为增程式拖拉机，包括电源模块(供电电源)1，电源插头2，电耦合器3，电机控制器4，电动机5，离合器6，变速器7，驱动桥9，信号箱10，整机控制器(整车控制器)11，发电系统控制器12，发电机13，发动机14，油箱15。
电源模块1包括电池管理单元和蓄电池，为车辆提供驱动能量，电源插头2用于在夜间或者停车时为电源模块1充电，能够充分利用电网谷电，提高电能的利用率，为节能减排做出贡献。电耦合器3用来实现电源模块1、电动机5和发电机13之间的电力耦合，电动机5用来驱动拖拉机运行，离合器6用于实现拖拉机动力的接合与中断，变速器7及驱动桥9用来满足拖拉机传动比的需求。该系统中还设置有车速传感器8，用于检测车辆的车速信息，并输出给整机控制器。为整机控制器的相关控制提供数据信息。信号箱10中包括有电源模块1的SOC下限设定开关调节器，还设置有驱动转矩控制器和拖拉机启停控制器等，满足拖拉机的相关控制。其中，驱动转矩控制器输出车辆所需的驱动转矩，相当于传统的油门开度；拖拉机启停控制器用于控制车辆启动或者停止，可以为拖拉机的钥匙启动装置，当插入钥匙时，拖拉机启动，否则，拖拉机停机。SOC下限设定开关调节器能够调节电源模块1的SOC下限值，满足车辆的增程控制，该SOC下限设定开关调节器输出信号给整机控制器11。另外，该动力系统还包括SOC检测模块，用于检测电源模块1的实际的SOC，由于SOC检测属于常规技术，SOC检测模块也为现有设备，这里就不再对其结构进行具体描述。该SOC检测模块输出连接整机控制器，将采集到的实际SOC输出给整机控制器(图中未画出)。
整机控制器11根据电源模块的实际SOC、SOC下限设定开关调节器输出的调节后的SOC下限值信息、以及其他的相关信息对整个拖拉机的运行进行控制，其控制对象包括：发电系统控制器12、电动机控制器4和电源模块1等。发电系统控制器12一方面用来控制发动机使其工作在高效工作区域、以及控制发电机工作，另一方面接收来自整机控制器11的指令，控制发动机的启停，并向整机控制器11提供发动机当前的状态。发动机14用来带动发电机13发电，油箱15用来为发动机14提供燃油。
其中，调节电源模块1的SOC下限值具体为调低电源模块1的SOC下限值。电源模块在输出电能的过程中，其SOC逐渐降低，一般情况下，当电源模块的实际SOC到达SOC下限值时，出于对电源模块的保护，整机控制器就控制电源模块不再输出电能；但是，如果将原来的SOC下限值再调低一些，电源模块能够输出的电能就会增多，满足车辆的增程需求。
由于该增程式拖拉机为混合动力，所以，有三种运行方式：电源模块单独工作；发动机单独工作；电源模块与发动机同时工作。
基于上述三种运行方式，在本实施例中，拖拉机有两个工作模式：纯电动模式和增程模式，其中，当拖拉机处于纯电动模式时，电源模块1为电动机5提供电能，而发动机14和发电机13不参与工作，该工作模式为电源模块单独提供电能。
首先，整机控制器检测电源模块的实际的SOC和经调节后的SOC下限值。整机控制器检测的是经调节后的SOC下限值，而对于SOC下限值的具体的调节手段并不做限定，在本实施例中，SOC下限值的调节由驾驶员来完成，驾驶员根据拖拉机满足的条件来调节SOC下限值，该条件为所需行驶里程与设定里程的大小关系，具体为：当驾驶员判断所需行驶里程大于某一设定的里程时，驾驶员通过SOC下限设定开关调节器来调节SOC下限值，以得到调节后的新的SOC下限值；当驾驶员判断所需行驶里程小于或者等于设定的里程时，驾驶员不调节。
调节后的SOC下限值为SOCY，而且，SOC下限设定开关调节器在调节时有一个调节范围，该范围为[SOCT，SOCH]，其中，SOCT为SOC下限设定开关调节器所能设定的电池SOC下限值的下界限值，SOCH为SOC下限设定开关调节器所能设定的电池SOC下限值的上界限值。
由于驾驶员调节SOC下限值这一部分属于驾驶员的人为控制，整机控制器无法控制，其作用只是接收调节器调节后的SOC下限值SOCY。驾驶员调节SOC下限值能够使拖拉机有一定的续驶里程，保证续航。
如图2所示，整机控制器在检测电源模块的实际的SOC和SOC下限值SOCY之后，判断检测到的实际SOC与调节后的SOC下限值SOCY的大小，当实际SOC大于或者等于SOCY时，控制车辆以纯电动模式运行，具体为：整机控制器11控制电源模块1和电动机控制器4工作，根据拖拉机所需的驱动转矩向电动机控制器4发出相应的指令，控制电动机5驱动拖拉机工作；当实际SOC小于SOCY时，控制车辆以增程模式运行。
增程模式分为增程模式1和增程模式2，当拖拉机在增程模式下运行时，根据调节后的SOC下限值SOCY满足的条件来确定拖拉机是运行在增程模式1还是增程模式2，以下分别对增程模式1和增程模式2进行说明。
当调节后的SOC下限值SOCY等于调节范围中的下界限值SOCT时，整机控制器控制车辆的运行模式是增程模式1，具体为，控制发动机14启动，带动发电机13发电，发电机13发出的电力首先用于满足电动机5驱动所需功率，若发电机13发出的电力能够满足电动机5所需功率且还有剩余，则剩余电力为电源模块1充电，否则，电动机5只能以发电机所能提供的功率驱动拖拉机以较小功率运行，即即使发动机14发出的电力不满足车辆运行的功率需求，电源模块1也不再补充能量，这样能够有效保护电源模块，防止其过度使用，提高其使用寿命。
当调节后的SOC下限值SOCY满足SOCT<SOCY<SOCH，整机控制器控制车辆的运行模式是增程模式2，具体为：控制发动机14启动，带动发电机13发电，发电机13所发出的电力首先用来满足电动机5驱动拖拉机所需功率，若发电机13所发出的电力除满足电动机5驱动拖拉机所需功率外，还有剩余，则剩余电力为电源模块1充电；当发电机13所发出的电力不满足电动机5驱动拖拉机所需功率，那么，电源模块1为电动机5提供驱动拖拉机运行所缺功率，从而保证了拖拉机能够拥有一定大功率田间作业里程。
另外，发动机在运行时，为防止发动机频繁启停，设定一个最小工作时间，控制发动机的最小运行持续时间为该最小工作时间。
需要说明的是，SOC下限设定开关调节器的种类不唯一，可以是机械调节器，包括有若干个档位，旋钮位于某一档位上就对应有一调节后的SOC下限值；还可以是电子式调节器，通过触摸屏来输入参数，不同的参数对应不同的SOC下限值。
装置实施例
该实施例中，拖拉机增程控制装置主要包括以下两个模块：
检测模块，用于检测实际SOC与经调节后的新的SOC下限值；
控制模块，用于比较实际SOC与所述新的SOC下限值的大小，当实际SOC大于或者等于所述新的SOC下限值时，控制车辆以纯电动模式运行；当实际SOC小于所述新的SOC下限值时，控制发动机启动，来为车辆运行提供动力。
经过分析可知，上述各模块与上述实施例中的控制方法的各步骤是对应的，所以，该控制装置本质上仍旧为控制方法，由于上述方法实施例已对该方法的具体步骤做出了详细地描述，这里就不再具体说明。
以上给出了具体的实施方式，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基本方案，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 (10)

1.一种拖拉机增程控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)检测实际SOC与经调节后的新的SOC下限值；
(2)比较实际SOC与所述新的SOC下限值的大小，当实际SOC大于或者等于所述新的SOC下限值时，控制车辆以纯电动模式运行；当实际SOC小于所述新的SOC下限值时，控制发动机启动，来为车辆运行提供动力。
2.根据权利要求1所述的拖拉机增程控制方法，其特征在于，
在实际SOC小于所述新的SOC下限值这一情况中，如果所述新的SOC下限值大于设定的SOCT，则当发动机输出功率不满足车辆运行的功率需求时，车辆供电电源提供剩余的功率；如果所述新的SOC下限值等于所述SOCT，则即使发动机输出功率不满足车辆运行的功率需求，车辆供电电源也不再输出功率；
其中，包含有所述SOCT的[SOCT，SOCH]为设定的SOC下限值调节范围，SOCT为该调节范围的下限值，SOCH为该调节范围的上限值。
3.根据权利要求1或2所述的拖拉机增程控制方法，其特征在于，驾驶员根据所需行驶里程与设定里程的大小关系来调节SOC下限值，以得到所述新的SOC下限值。
4.根据权利要求1或2所述的拖拉机增程控制方法，其特征在于，当发动机输出的功率大于车辆运行的功率需求时，多余的能量用于为车辆供电电源充电。
5.根据权利要求1或2所述的拖拉机增程控制方法，其特征在于，设置一个发动机最小运行时间，发动机在所述最小运行时间的限定下进行运行。
6.一种拖拉机增程控制装置，其特征在于，包括：
检测模块，用于检测实际SOC与经调节后的新的SOC下限值；
控制模块，用于比较实际SOC与所述新的SOC下限值的大小，当实际SOC大于或者等于所述新的SOC下限值时，控制车辆以纯电动模式运行；当实际SOC小于所述新的SOC下限值时，控制发动机启动，来为车辆运行提供动力。
7.根据权利要求6所述的拖拉机增程控制装置，其特征在于，
在实际SOC小于所述新的SOC下限值这一情况中，如果所述新的SOC下限值大于设定的SOCT，则当发动机输出功率不满足车辆运行的功率需求时，车辆供电电源提供剩余的功率；如果所述新的SOC下限值等于所述SOCT，则即使发动机输出功率不满足车辆运行的功率需求，车辆供电电源也不再输出功率；
其中，包含有所述SOCT的[SOCT，SOCH]为设定的SOC下限值调节范围，SOCT为该调节范围的下限值，SOCH为该调节范围的上限值。
8.根据权利要求6或7所述的拖拉机增程控制装置，其特征在于，驾驶员根据所需行驶里程与设定里程的大小关系来调节SOC下限值，以得到所述新的SOC下限值。
9.根据权利要求6或7所述的拖拉机增程控制装置，其特征在于，当发动机输出的功率大于车辆运行的功率需求时，多余的能量用于为车辆供电电源充电。
10.一种实施权利要求1所述拖拉机增程控制方法的拖拉机动力系统，其特征在于，包括用于调节SOC下限值的SOC下限设定开关调节器、车辆供电电源、用于检测所述供电电源实际SOC的SOC检测模块、发动机、电动机、电动机控制器、整车控制器和驱动桥，所述车辆供电电源通过电耦合器电连接所述电动机控制器，电动机控制器连接所述电动机，电动机机械传动连接所述驱动桥，所述发动机通过发电机连接所述电耦合器，所述SOC下限设定开关调节器和所述SOC检测模块输出连接所述整车控制器，整车控制器实现该动力系统的增程控制。
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