CN220252411U - 电动拖拉机及其电机控制装置和整车控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及农机技术领域，公开了一种电动拖拉机及其电机控制装置和整车控制系统。其中，该电动拖拉机包括各自独立驱动的作业电机和行走电机，且所述电机控制装置包括整车控制器以及与其电性连接的作业电机控制器和行走电机控制器，其中：所述作业电机控制器响应于所述整车控制器的第一控制指令调节所述作业电机的转速；所述行走电机控制器响应于所述整车控制器的第二控制指令调节所述行走电机的转速。本实用新型实现了电动拖拉机的行走电机和作业电机的动力解耦及单独速度控制，且可以进行行走速度和作业速度的匹配，从而使得拖拉机能够适应不同的土壤进行高效且高质量的作业。

Description

电动拖拉机及其电机控制装置和整车控制系统

技术领域

本实用新型实施例涉及农机技术领域，具体地，涉及一种电动拖拉机及其电机控制装置和整车控制系统。

背景技术

但是，目前国内的新能源电动拖拉机采用的动力驱动模式主要有轮边(双轮边或四轮边)电机驱动模式或者双电机耦合驱动模式。但是，轮边电机驱动模式需要的驱动电机多，成本较高，不易于维护，且使用一段时间后四轮平衡和同步性会下降，进而影响整机效率，无法满足车手驾驶的电动拖拉机对于强劲动力的要求。而双电机耦合驱动模式下，两个电机的速度被同步控制，难以进行车辆的行走电机和作业电机的最佳速度匹配和自适应速度匹配，导致无法实现电动拖拉机的精准作业要求。除此之外，对两台电机的运行同步性要求较高，当两台电机同步性较差时，会因存在一台电机拖动另一台电机而造成效率下降。

因此，本实用新型实施例提出了一种新的电动拖拉机的动力控制方案。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的是提供一种电动拖拉机及其电机控制装置和整车控制系统，用于至少部分地解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本实用新型实施例提供一种电动拖拉机的电机控制装置，其中该电动拖拉机包括各自独立驱动的作业电机和行走电机，且所述电机控制装置包括整车控制器以及与所述整车控制器电性连接的作业电机控制器和行走电机控制器，其中：所述作业电机控制器与所述作业电机电性连接，以响应于所述整车控制器的第一控制指令调节所述作业电机的转速，其中所述第一控制指令被配置为要求车辆适应于所述当前作业工况进行作业；所述行走电机控制器与所述行走电机电性连接，以响应于所述整车控制器的第二控制指令调节所述行走电机的转速，其中所述第二控制指令被配置为要求车辆适应于所述当前作业工况行走。

优选地，所述整车控制器还与车辆的传感器组件电性连接，以获取并基于关联于所述电动拖拉机的当前作业工况的传感器信号来生成所述第一控制指令和所述第二控制指令。

优选地，所述整车控制器还与车辆的车手操作部件电性连接，以获取并根据关联于用户预期的车手操作信号来生成针对所述作业电机的第三控制指令和针对所述行走电机的第四控制指令，其中所述第三控制指令被配置为要求车辆适应于用户预期进行作业，所述第二控制指令被配置为要求车辆适应于用户预期行走。

优选地，所述电机控制装置还包括：调速模式选择开关，其位于车辆仪表台，并与所述整车控制器电性连接，被配置为响应于用户操作而通知所述整车控制器生成第一控制指令、第二控制指令、第三控制指令或第四控制指令。

优选地，所述整车控制器还与车辆的电门踏板电性连接，以通过所述电门踏板的实时变化数据来生成针对所述作业电机或所述行走电机的实时调速指令，并将该实时调速指令相应地传送给所述作业电机控制器或所述行走电机控制器。本实用新型实施例还提供一种电动拖拉机的整车控制系统，包括：传感器组件，用于采样关联于车辆的当前作业工况的传感器信号；以及上述任意的电机控制装置，用于从所述传感器组件获取所述传感器信号，以进行针对车辆的作业电机和行走电机的动力解耦控制。

优选地，所述整车控制系统还包括在所述整车控制器的控制下执行相应功能的以下任意一个或多个装置：电液控制装置，用于进行车辆的电液提升控制；散热控制装置，用于进行车辆散热控制；以及故障处理装置，用于进行故障显示或报警。

优选地，所述电液控制装置包括：电液提升控制器，被配置为响应于整车控制器根据液压提升位置信号生成的控制指令，驱动车辆液压缸动作，以控制车辆满足碎土作业中的耕深要求；以及面板组件，其位于车辆仪表台，被配置为响应用户操作而向所述整车控制器传送耕深关联信号和/或被配置为进行用户提示，其中所述耕深关联信号包括用户预期的电液提升速度信号、电液提升位置信号、电液提升模式信号和电液提升辅助信号。

优选地，所述面板组件包括以下多个组件中的任意一者或多者：提示件，用于提示用户操作、参数设置和/或故障代码；速度调节件，用于响应于用户操作向所述整车控制器传送所述电液提升速度信号；位置调节件，用于响应于用户操作向所述整车控制器传送所述电液提升位置信号；模式调节件，用于响应于用户操作向所述整车控制器传送所述电液提升模式信号，其中所述电液提升模式信号指示电液提升模式包括力控制模式、位置控制模式和力位综合控制模式；以及辅助件，用于响应于用户操作向所述整车控制器传送所述电液提升辅助信号，且所述电液提升辅助信号包括关于电液提升的使能、减震和/或浮动控制的信号。

优选地，所述传感器组件包括以下中的任意一者或多者：用于检测土壤阻力的力传感器；用于检测车辆液压提升位置的位置传感器；用于检测整车位置的GPS模块；用于检测车车辆行走速度的速度传感器；以及车辆踏板传感器。

本实用新型实施例还提供一种电动拖拉机，该电动拖拉机配置有上述任意的整车控制系统。

通过上述技术方案，本实用新型实施例实现了电动拖拉机的行走电机和作业电机的动力解耦及单独速度控制，从而易于根据实际作业需求进行行走速度和作业速度的匹配，从而使得拖拉机能够适应不同的土壤工况进行高效率、高质量作业。

本实用新型实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是本实用新型实施例一的电动拖拉机的电机控制装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例涉及的PTO控制智能自适应性模式的原理示意图；

图3是本实用新型实施例涉及的PTO控制用户设定转速模式的原理示意图；

图4(a)是本实用新型实施例二的一种电动拖拉机的整车控制系统的结构示意图；

图4(b)是本实用新型实施例二的整车控制系统的网络拓扑图；

图5(a)是本实用新型实施例中的示例面板控制器的外观示意图；

图5(b)是本实用新型实施例中的示例面板控制器的配置示意图；

图6(a)、图6(b)和图6(c)分别是本发明实施例的示例中的正常上电控制流程图、正常下电控制流程图和异常下电控制流程图；以及

图7是本实用新型实施例进行滑行回馈能量回收和制动回馈能量回收的示例流程图。

附图标记说明

110、电机控制装置；120、作业电机；130、行走电机；140、传感器组件；150、电液控制装置；160、散热控制装置；170、故障处理装置；

111、整车控制器；112、作业电机控制器；113、行走电机控制器；114、调速模式选择开关；

501、指示灯；502、数码管；503、速度调节旋钮；504、最高位旋钮；505、快速提升/下降开关；506、微调开关；507、模式调整旋钮；508、使能/减震开关；509、耕深旋钮。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

实施例一

图1是本实用新型实施例一的电动拖拉机的电机控制装置110的结构示意图，其中电动拖拉机包括各自独立驱动的作业电机120和行走电机130。其中，作业电机120例如是PTO(Power-Take-Off，辅助动力输出)电机，其可以驱动车辆进行碎土作业以及外接其他设备的配合作业，例如外接播种机、打捆机、耙地设备等以配合相应作业。需说明的是，下文主要以碎土作业为例。另外，作业电机120和行走电机130各自独立驱动例如是两者通过不同的传动箱、分动单元等实现机械上的解耦，从而不同于响应于指令而被同时驱动的双电机耦合模式。

进一步参考图1，电机控制装置110可以包括整车控制器111以及与所述整车控制器电性连接的作业电机控制器112和行走电机控制器113，其中：所述作业电机控制器112与所述作业电机120电性连接，以响应于所述整车控制器111的第一控制指令调节所述作业电机的转速，其中所述第一控制指令被配置为要求车辆适应于所述当前作业工况进行作业；所述行走电机控制器113与所述行走电机130电性连接，以响应于所述整车控制器111的第二控制指令调节所述行走电机的转速，其中所述第二控制指令被配置为要求车辆适应于所述当前作业工况行走。

举例而言，整车控制器111还与车辆的传感器组件电性连接，以获取并基于关联于所述电动拖拉机的当前作业工况的传感器信号来生成所述第一控制指令和所述第二控制指令；作业电机控制器112，则被配置为接收并响应于所述第一控制指令调节所述作业电机120的转速，以使得车辆适应于所述当前作业工况进行作业；以及行走电机控制器113，则被配置为响应于所述第二控制指令，调节所述行走电机130的转速，以使得车辆适应于所述当前作业工况行走。其中，所述传感器信号包括但不限于土壤阻力信号、车辆行走速度信号、整车位置信号、车辆液压提升位置信号和车辆踏板传感器信号中的一者或多者，具体可参考下文的示例进行理解。

即，本实用新型实施例中的电动拖拉机以机械解耦的作业电机120和行走电机130为动力装置，并分别配置作业电机控制器112和行走电机控制器113，使得这两个控制器响应于整车控制器111分别生成的两个速度调节指令来解耦控制两个电机的变速。如此，本实用新型实施例的电机控制装置在机械解耦的基础上，进一步设置了控制解耦方案，进而实现了针对作业电机120和行走电机130的动力解耦控制，使得可以根据实际作业需求进行车辆行走速度和车辆作业速度的实时匹配，得到最优配比以适应针对不同土壤的高效率、高质量作业。举例而言，在某地域地块进行试验，测试出该地域的土壤阻力变化曲线，发现当前的土壤阻力过大，从而通过本实用新型实施例的电机控制装置，整车控制器111可以根据土壤阻力变化曲线示出的土壤阻力信号分别生成针对所述作业电机120和所述行走电机130的速度调节的第一控制指令和第二控制指令，并将指令发送至作业电机控制器112和行走电机控制器113，例如以调节车辆行走速度降低，而作业电机转速增大以提升碎土速度；并且，通过整车控制器111的计算，可以得到具体的电机速度值以实现双电机转速的最优配比，进而得到车辆行走速度和车辆作业强度的最优匹配。而在现有技术的机械/控制相耦合的双电机控制系统中，则整车控制器111及相关电机控制器相配合只能同步改变电机的转速，例如同步增大或减小，不能实现车辆行走速度降低而碎土作业速度增大的效果。

进一步地，以整车控制器111是VCU(VehicleControlUnit，整车控制单元)，而作业电机120是PTO电机为例，在本实用新型实施例的示例中，可将上述动力解耦控制下的车辆行走速度和作业速度的实时匹配过程称为利用VCU实现的“PTO控制智能自适应性模式”，而图2则是PTO控制智能自适应性模式的原理示意图。

如图2所示，PTO控制智能自适应性模式主要包括以下步骤：

1)PTO控制智能自适应性模式启动；

2)解耦控制部分：VCU获得车辆所装配的土壤阻力传感器和车辆速度传感器等的针对当前作业工况的采集数据，并根据预设计算模型分别计算出作业电机和行走电机的速度值，并将该速度值作为指令下发(例如通过总线通讯下发)给作业电机控制器和行走电机控制器；作业电机控制器根据接收的指令调节PTO电机的转速(例如通过扭矩调节)，行走电机控制器根据接收的指令调节行车电机的转速，而PTO电机再驱动相应执行机构(如液压缸等)动作以使车辆自适应于当前土壤阻力进行碎土，行走电机也驱动相应执行机构(如车辆轮组)动作以使车辆自适应于当前车速行进。

通过该示例可知，本实用新型实施例的电动拖拉机通过VCU实现PTO控制智能自适应性模式，使得PTO电机的输出转矩和拖拉机行走速度能够根据土壤阻力情况等进行自适应调节，从而提升农具作业时土壤的碎土率及作业效率。

对应于上述“PTO控制智能自适应性模式”，本实用新型实施例还可以通过整车控制器111实现另一种“PTO控制用户设定转速模式”，在该模式下，所述整车控制器111还与车辆的车手操作部件(例如由车手手动选择行走速度、作业速度等参数的旋钮等)电性连接，以获取并根据关联于用户预期的车手操作信号，生成针对所述作业电机的第三控制指令和针对所述行走电机的第四控制指令。其中，所述第三控制指令被配置为要求车辆适应于用户预期进行作业，所述第二控制指令被配置为要求车辆适应于用户预期行走。即，所述作业电机控制器112还被配置为响应于所述第三控制指令调节所述作业电机的转速，以使得车辆适应于用户预期而进行作业；并且，所述行走电机控制器113还被配置为响应于所述第四控制指令调节所述行走电机的转速，以使得车辆适应于用户预期而行走。即，该“PTO控制用户设定转速模式”可理解为根据用户需求设定作业参数的模式，而图3则是PTO控制用户设定转速模式的原理示意图。

参考图3，针对“PTO控制智能自适应性模式”和“PTO控制用户设定转速模式”，本实用新型实施例还设计了模式选择方案，即是使得所述电机控制装置110还包括：调速模式选择开关114(图1未示出，图3示出)，其位于车辆仪表台，并与所述整车控制器电性连接，被配置为响应于用户操作而控制所述整车控制器而通知所述整车控制器生成第一控制指令、第二控制指令、第三控制指令或第四控制指令，以相应使得所述作业电机控制器或所述行走电机控制器执行基于当作业工况的自适应调速或者基于用户预期的定向调速。其中，“基于作业工况的自适应调速”即对应于“PTO控制智能自适应性模式”，而“基于用户预期的定向调速”即对应于“PTO控制用户设定转速模式”。而除此之外，还涉及“基于电门踏板的实时调速”，其对应车辆的常规驾驶模式(下文中还将有具体介绍)，即根据车手对于电门踏板的驾驶操作来实时地改变速度。另外，对应于驾驶模式，可将“PTO控制智能自适应性模式”和“PTO控制用户设定转速模式”合称为巡航模式。

继续图3，仍以整车控制器111是VCU为例，操作位于仪表台的调速模式选择开关143，将符合用户需求的作业电机预期速度信号(即输入信号)传递给VCU，VCU生成第三控制指令并传送给作业电机控制器112，而作业电机控制器112再响应于该指令控制作业电机120的转速，使得车辆按照用户需求进行碎土。在这一过程中，作业电机120还可实时地向作业电机控制器112反馈状态信号，而作业电机控制器112再将状态信号传输给VCU，VCU则可控制车载显示屏来显示电机的状态信号。另外，显示屏还可显示整个PTO控制用户设定转速模式下的任意电控状态，例如“作业电机控制器112已启动调速”的状态等。需说明的是，VCU生成第四控制指令给行走电机控制器113的调速过程与在此的生成第三控制指令给作业电机控制器的调速过程类似，故在此不进行赘述。

在“PTO控制用户设定转速模式”下，作业电机和行走电机配合可根据用户操作进行定速作业、定速行走，这在播种时具有明显优势，可以精准控制植株的行间距。

需补充说明的是，针对上述“PTO控制智能自适应性模式”和“PTO控制用户设定转速模式”，两者的正常运行需要一定的运行条件，举例而言，包括以下的运行条件：

1)上电自检过程中，各电机转速为0，在自检完毕后，进行用户设定/自适应模式选择；

2)车辆电池管理系统(Battery Management System，BMS)无故障，通信正常；

3)电机电控无故障，通信正常；

4)PTO启停信号给出；

5)无其他限制条件；

6)进入模式条件：整车正常上电；PTO电机、电控无故障；PTO启停信号启动；

7)退出模式条件为以下任意一者或多者：PTO启停信号停止；PTO电机、电控报故障；响应于制动信号或加速信号而退出。

回到图1，在优选的实施例中，所述作业电机控制器112或所述行走电机控制器113可被配置为通过以下任意模式控制车辆进行作业或行走：1)转矩控制模式，包括根据速度信号、车辆制动信号及电机转矩信号，对所述作业电机或所述行走电机进行基于电门踏板的实时调速；以及2)速度控制模式，包括根据车辆加速信号、车辆制动信号及电机转速信号，对所述作业电机或所述行走电机进行基于当前作业工况的自适应调速或者基于用户预期的定向调速。其中，速度信号可以为通过电机速度转换成的车速，也可以为车速传感器直接反馈的速度。针对第1)点，即所述整车控制器111还与车辆的电门踏板电性连接，以通过所述电门踏板的实时变化数据来生成针对所述作业电机或所述行走电机的实时调速指令，并将该实时调速指令相应地传送给所述作业电机控制器或所述行走电机控制器。

以控制车辆行走为例，车辆通过电门踏板(也称加速踏板)将模拟量电信号发送给VCU，VCU将电信号转化成转矩/转速数值通过CAN总线报文发送给行走电机控制器113，行走电机控制器113控制拖拉机作业时最大运行速度为8km/h，定速巡航时最大速度为8km/h，道路行走时最大运行速度25km/h。对于控制车辆进行作业的情形，可类似进行理解。

另外，对于基于当前作业工况的自适应调速，举例而言，基于传感器信号(土壤阻力信号、车辆液压提升位置信号等)，采用查表法(即通过试验进行车速标定，得到示出传感器信号与车速的关联关系的表)，进行自适应车速匹配。

针对驾驶模式以及定向调速模式和自适应调速模式(以下合称巡航模式)的实现，在示例中，可包括以下步骤：

1)初始档位配置及驱动选择：可配置RNF档位；可通过2驱(后驱)/4驱选择操作机构。其中，F为前进挡，可以在0～25km/h(道路模式)运行；N为空档；R档为倒车档，仅允许车辆在0～10km/h速度运行。

2)驾驶模式。

输入信号：电机转矩信号；速度信号；制动信号。

操纵方式：R/N/F档位操作为R/F档；踩下电门踏板；作业档位调整到0(转矩控制模式)。

VCU检测到输入信号满足条件后，将车辆踏板信号转换成扭矩值，并通过CAN总线传递给行走电机控制器113，此时行走电机控制器113采用转矩控制模式，控制电机方向和扭矩，进行行驶；若需要对最大速度进行限制，则实时根据车速进行转矩调整。

进入工况条件：按规定的操作方式进行操作。

退出工况条件：进入到巡航模式。

3)巡航模式，优选为定速巡航模式。

输入信号：电机转速信号；加速踏板信号；制动信号。

操纵方式：R/N/F档位操作为F档；作业档位调整到1-4档；巡航模式开关打开。

进入工况条件：按规定的操作方式进行操作；车速≤10km/h；松开加速、制动踏板。

退出工况条件则满足以下任意之一：退出后自动进入驾驶模式；切换R或者N档；车速＞10km/h且持续3秒以上；踩下加速或制动踏板；关闭巡航模式开关。

VCU检测到输入信号满足条件后，将调速旋钮信号转换为车速需求值，通过CAN总线传送给行走电机控制器113，此时行走电机控制器113采用速度控制模式，控制电机转速，驱动车辆行驶；在踩制动踏板时，主动退出巡航模式。

本实用新型实施例一的电机控制装置实现了电动拖拉机的行走电机和作业电机的动力解耦及速度单独控制，使得可以根据实际作业需求进行行走速度和作业速度的匹配，从而使得拖拉机能够适应不同的土壤工况进行高效率、高质量作业。并且，车辆可以通过行走速度和作业速度的匹配，进行巡航模式，从而降低了车手的驾驶强度，有利于持续作业。

实施例二

图4(a)是本实用新型实施例二的一种电动拖拉机的整车控制系统的结构示意图，图4(b)是该整车控制系统的网络拓扑图。如图4(a)所示，该整车控制系统包括：传感器组件140，用于采样关联于车辆的当前作业工况的传感器信号；以及上述实施例一的电机控制装置110，用于从所述传感器组件获取所述传感器信号，以进行针对车辆的作业电机120和行走电机130的动力解耦控制。

其中，所述传感器组件140包括便不限于以下中的任意一者或多者：用于检测土壤阻力的力传感器；用于检测车辆液压提升位置的位置传感器；用于检测整车位置的GPS模块；用于检测车车辆行走速度的速度传感器；以及车辆踏板传感器。举例而言，整车控制器111还可利用获取的传感器信号进行驾驶员操作意图和控制的判断。具体地，VCU通过传感器信号(例如加速/制动踏板位置、当前车速和整车是否有故障信息等)来判断出当前需要的整车工作模式(如起步、加速、减速、匀速行驶)；根据判断得出的整车工作模式、动力电池系统的状态信息和电机驱动系统的状态信息计算出当前车辆需要的扭矩；根据当前的状态信息及前一段时间的状态信息，计算出当前车辆的扭矩能力，判断是否能够给出当前车辆需要的扭矩，若不能则限制扭矩输出。

在优选的实施例中，所述整车控制系统还可以包括以下任意一个或多个装置：电液控制装置150、散热控制装置160和故障处理装置170。下面对这几个装置进行具体介绍。

(1)电液控制装置150，用于配合所述整车控制器111进行车辆的电液提升控制。

在优选的实施例中，所述电液控制装置150可以包括：电液提升控制器(以下采用液压控制单元(HCU，HydraulicControlUnit))，被配置为响应于整车控制器根据液压提升位置信号生成的控制指令，驱动车辆液压缸动作，以控制车辆满足碎土作业中的耕深要求；以及面板组件(图4(a)中与HCU集成为面板控制器)，其位于车辆仪表台，被配置为响应用户操作而向整车控制器传送耕深信号和/或被配置为进行用户提示，其中所述耕深关联信号包括用户预期的电液提升速度信号、电液提升位置信号、电液提升模式信号和电液提升辅助信号。

在优选的实施例中，面板组件可以与HCU合二为一以形成面板控制器，而图5(a)则是本实用新型实施例中的示例面板控制器的外观示意图，图5(b)是该面板控制器的配置示意图。另外，图4(b)也示出了与HCU连接的示意面板组件，据此参考图4(b)和图5(a)，面板组件可包括以下任意一者或多者：

1)提示件，用于提示用户操作、参数设置和/或故障代码。

举例而言，提示件包括但不限于：指示灯501，包括提升指示灯和下降指示灯，用于在提升、下降过程中进行提示作用；数码管502，显示当前旋钮操作值、标定值、故障代码等。

2)速度调节件，用于响应于用户操作向所述整车控制器传送电液提升速度信号。

举例而言，速度调节件是速度调节旋钮503，用于调节电液提升控制涉及的提升速度或下降速度。

3)位置调节件，用于响应于用户操作向所述整车控制器传送所述电液提升位置信号。

举例而言，位置调节件可以包括：最高位旋钮504，预设提升最高位置；快速提升/下降开关505，包括快速提升开关和快速下降开关，用于一键将提升器操作至设定位置；和/或，微调开关506，其带自复位翘板开关，可点控提升，适于减小阻力或避障，向下按压一次该微调开关，可以快速下降至耕深旋钮预设的耕深位置。

4)模式调节件，用于响应于用户操作向所述整车控制器传送所述电液提升模式信号，其中所述电液提升模式信号指示电液提升模式包括力控制模式、位置控制模式和力位综合控制模式。其中力位综合控制模式即是力控制模式和位置控制模式协调应用的模式。

举例而言，模式调节件例如模式调整旋钮507，其是一种力控制、位控制、力位综合控制调整旋钮。

5)辅助件，用于响应于用户操作向所述整车控制器传送所述电液提升辅助信号，且所述电液提升辅助信号包括关于电液提升的使能、减震和/或浮动控制的信号。

举例而言，辅助件例如包括但不限于：使能/减震开关508，包括使能开关和减震动开关，其中使能开关用于防止误动作，减震开关用于预留减震功能；耕深旋钮509，用于预设耕深值，旋至最左位为浮动控制位，当农机具带有地面仿形轮时，需要浮动控制。

进一步地，通过图5(b)可知，具有面板控制器的电液控制装置为电子信号和液压驱动融合的电液综合控制系统。该系统可以通过如图5(a)所示的面板组件设置操作模式、调整控制参数、输入操作指令等，而HCU可对应包含信号输入输出接口、通信接口和相应的处理电路，其中输入输出接口例如连接位置传感器、力传感器(可预留两个接口以备用)、仪表台上的多个操作手柄(响应用户操作)以及按钮件等(例如进行提升、下降控制器的2个或4个尾部按钮，通信接口例如通过CAN总线连接车辆其他部件以及调试接口等。进一步地，本实用新型实施例的HCU驱动车辆的液压控制阀，而液压控制阀主要为电液比例先导控制(即可为电磁阀)，通过液压控制阀控制液压油源中的油液输入输出，从而控制液压缸的输出，驱动执行机构按照设定速度和位移进行运动。其中，位置传感器例如是角度传感器，其对农机相对拖拉机的位置等进行实时检测，检测的实际位置信号反馈给HCU，HCU通过比较原始设置信号与反馈信号得到差值信号，并基于该差值信号继续控制执行机构运动，如此反复直至驱动执行机构达到设定的误差范围。

综上，如下的表1示出了本实用新型实施例的电液控制装置的主要功能。

(2)散热控制装置160，用于在所述整车控制器111的控制下进行车辆散热控制。

回到图4(a)，散热控制装置160可以包括风机调速器及对应的散热风机、水泵调速器及对应的冷却水泵，而风机调速器和水泵调速器进一步与整车控制器111相连接以接收来自整车控制器的散热指令或反馈相应的状态信息。需说明的是，通过风机调速器、散热风机、水泵调速器、冷却水泵进行车辆散热(或冷却)的原理对于本领域技术人员是常规的，故而在此不再进行赘述。

(3)故障处理装置170，用于在所述整车控制器111的控制下进行故障显示或报警。

本实用新型实施例的故障处理装置170主要包括配合整车控制器111的报警设备、显示设备等，其例如通过图4(a)中的显示屏一体化实现。

在优选的实施例中，为了车辆运行稳定可靠，将整车故障进行分类处理，根据轻微、一般、严重分为一级故障、二级故障、三级故障，而整车控制器111根据不同的故障级别，控制显示屏等做出不同的处理方式，具体如下：

1)一级故障。

一级故障主要是指轻微故障不会危害人员安全和设备安全，如显示屏通讯故障；当系统发生一级故障时，进行报警提示，设备允许正常运行。

2)二级故障。

二级故障主要是指影响设备运行性能、但不会危害人员安全及造成较大设备损失的故障，如控制器过温报警；当系统发生二级故障时，会报警停机，如需继续运行设备则需要屏蔽故障，降低运行性能如限速、限转矩、限电流等措施。

3)三级故障。

三级故障主要是指严重的故障报警，可能对人员和设备造成伤害的故障，此故障发生立即紧急停止设备，动力电池限制输出，若动力电池发生一级故障则关断输出，直至故障修复并复位故障信息后才能允许设备运行。需说明的是，动力电池一级故障，对等于整车三级故障，因为在电池BMS中一级故障为严重故障，二级次之，三级轻微。

回到图4(b)，在整车控制器111为VCU，作业电机控制器112和行走电机控制器113为MCU(Motor Control Unit，电机控制单元，两者分别标记为MCU1和MCU2)的情况下，对应于图4(b)，VCU、HCU、BMS、PSU、MCU1、MCU2以及BMS与地面直流充电桩之间均采用CAN网络通讯连接；VCU和HCU通过CAN网络与BMS、PSU、MCU1和MCU2通讯，并配合仪表台上的操作件(如手柄)来实现关于多种信号的控制策略，下面对这些控制策略进行具体介绍。

具体地，除利用上述的传感器组件140、电液控制装置150、散热控制装置160和故障处理装置170之外，还可以通过配置整车控制器111和HCU的控制策略来完善本实用新型实施例的整车控制系统的功能，其中关于HCU所执行的液压提升控制策略在上文已经结合图5(a)和图5(b)进行了具体介绍，在此不再赘述。

关于整车控制器111，在优选的实施例中，其还被配置为执行上下电控制策略、能量管理策略和/或故障处理策略等。其中故障处理策略包括：根据车辆的各个功能模块的状态信息，判断车辆的故障级别，并根据不同故障级别进行不同的故障处理。其中，根据不同故障级别进行不同的故障处理可参考前述的一级故障、二级故障和三级故障，故而不再进行赘述，而在此主要介绍上下电控制策略和能量管理策略。

(1)上下电控制策略。

所述上下电控制策略包括：在车辆正常上电过程中，在车辆处于空档且无故障的情况下，先控制整车控制器上电，再控制行走电机控制器和/或作业电机控制器上电，最后控制车辆的BMS上电；在车辆正常下电过程中，先控制BMS下电，再在行走电机控制器或作业电机控制器的电容残余电压释放完成后，控制相应的行走电机控制器或作业电机控制器下电；和/或，在车辆异常下电过程中，根据行走电机和/或作业电机的转速或者根据车辆异常状态持续时间，控制行走电机控制器、作业电机控制器和BMS同时下电。

举例而言，图6(a)和图6(b)分别是本实用新型实施例的示例中的上电控制流程图和下电控制流程图，该示例中的车辆部件则参考图4(a)、图4(b)进行理解。

如图6(a)所示，车辆正常上电控制策略可描述如下：

1)车辆状态正常，驾驶员检查完周边驾驶环境后，合上蓄电池刀闸开关，VCU、PSU常电得电以进行自检；

2)驾驶员上车后，旋转点火钥匙开关，钥匙开关由OFF转到ACC挡，显示屏、BMS、MCU控制电源上电以进行自检；

3)检查档位是否在N档且例如显示屏是否有报警信息，若档位在N档且无报警则执行下一步，否则进行故障检修/检查，直到恢复正常；若尚未恢复正常，则停止使用车辆，等待修理；

4)VCU使能MCU(行走、PTO)；

5)检查MCU输出是否正常，若正常，则执行下一步，否则执行上述的检修/检查；

6)MCU(行走、PTO)上高压，并检查MCU高压上电是否正常，如正常，则执行下一步，否则执行上述的检修/检查；

7)BMS上高压，并确定BMS上电自检是否正常，若正常则执行下一步，否则执行上述的检修/检查；

8)BMS闭合预充继电器，启动预充，若预充正常则执行下一步，否则执行上述的检修/检查；

9)预充正常完成后，断开预充继电器，闭合电源主接触器，PSU中DCDC启动，若启动成功则执行下一步，否则执行上述的检修/检查；

10)READY指示灯亮，系统上电操作完成。

如图6(b)所示，车辆正常下电控制策略可描述如下：

1)车辆停稳；

2)动力停止输出，启动驻车制动，操纵挡位至N档；

3)旋转点火钥匙开关从ON到ACC挡，DCDC关闭输出；

4)BMS主继电器断开，关断高压输出；

5)MCU电容残余电压释放完成；

6)PSU中MCU1/MCU2接触器断开，关断MCU高压输入；

7)旋转点火钥匙开关从ACC到OFF档，BMS、MCU下低压控制电源；

8)拔出钥匙，断开蓄电池刀闸开关，下电操作完成。

此外，如图6(c)所示，车辆异常下电(也称为紧急下电)控制策略可描述为如下的方案，且其中车辆异常例如是车辆存在上述的三级故障：

1)持续检测是否触发紧急状态，例如检测是否发生了上述的三级故障；

2)MCU反馈电机转速是否小于2000rpm或者上述紧急状态是否持续5秒以上，若是，则执行下一步，否则继续检测是否触发紧急状态；

3)DCDC、MCU、BMS高压，使能/控制电源关断，紧急下电完成。

该情形下，若电机在转速较小(例如小于2000rpm)的情况下触发了紧急状态，则可以即时地进行紧急下电；而若电机在转速较大(例如大于2000rpm)的情况下触发了紧急状态，则通过检测电机转速是否小于2000rpm或者上述紧急状态是否持续5秒来对紧急断电过程进行缓冲，以避免电机在极高速状态下被即时下电而带来的电机损耗和安全隐患。

(2)能量管理策略。

所述能量管理策略，包括：协调车辆的各个功能模块之间的能量分配；和/或进行车辆制动能量或车辆滑行能量的回收。

举例而言，可根据实际需求进行能量分配，例如通过对拖拉机的驱动系统、BMS、传动系统以及其它车载能源动力系统(如PTO、液压泵等)的协调和管理，尽可能使电机运行在高效区间，提高整车能量利用效率，延长续驶里程。

举例而言，进行能量回收控制可包括：整车控制器对整车的状态信息进行分析，正确判断进入能量回收的条件，并计算能量回收的大小，通过CAN总线与驱动电机进行控制指令交互，要求电机控制系统切换到发电模式，进行一定扭矩的发电输出，此部分发电量可用于存储在动力电池内部，或提供给用电设备供电，实现制动能量的转换与回收；同时，电机发电模式产生电制动力，通过传动系统和驱动轮，对整车产生制动作用。

在优选的实施例中，能量回收包括滑行能量回收和制动能量回收，图7示出了进行滑行回馈能量回收和制动回馈能量回收的示例流程，该示例中，利用并联式制动能量回收系统，在不改变拖拉机制动系统的基础上，加入一个驱动电机制动扭矩。结合图7，具体的能量回收策略包括以下部分：

1)输入信号，包括：电机转速信号；速度信号；电门信号；制动信号；BMS信息。

2)操纵方式：松开电门踏板；踩下制动踏板。

3)进入工况条件：松开电门且踩下制动或者松开电门不踩制动；动力电池的电量、温度等满足条件，BMS允许回馈；车速≥5km/h。

4)退出工况条件：切换R或者N档；车速＜5km/h；踩下电门。

综上所述，本实用新型实施例二设计了应用于电动拖拉机上的整车控制系统，实现了对拖拉机的电控化控制，且该系统至少具有以下方面的优势：

1)能够通过采用各器件高度集成进行模块化布置，从而有利于控制整车尺寸，以高集成度、小尺寸实现了整车强劲动力，且具备较好的电磁兼容性能；能够实现模块化、高集成度的配电；具有线束少、高低压容易隔离的优点，从而方便布线，降低因线束冗杂导致的电磁干扰。

2)通过配置行走电机和作业电机的动力解耦和单独控制机制，使得可以根据实际作业需求进行车辆行走速度和作业速度的最优匹配，从而车辆能够适应于不同的土壤进行高效率、高质量的作业。

3)整车的行走换挡操作、作业操作、液压悬挂操作等操作均采用电控，可进行一键式操作和自适应运行，大量降低了车手的作业强度。

4)使得拖拉机具有定速巡航功能，田间作业时可以根据实际需求进行驾驶模式和定速巡航控制自由切换，尤其是播种作业时，可确保植株间距。

实施例三

本实用新型实施例三提供了一种电动拖拉机，该电动拖拉机包括上述实施例二的整车控制系统。举例而言，所述电动拖拉机为纯电动拖拉机。

本实用新型实施例三的电动拖拉机采用行走电机和作业电机解耦控制的动力系统，且通过整车控制系统使得行走电机和作业电机可自适应于土壤阻力运行，相比于轮毂电机驱动或双电机耦合驱动，可通过进行行走速度和作业速度的最佳匹配来实现精准作业，使得整车短小精悍、动力强劲。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，例如交换部分步骤的执行顺序。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员可以理解实现上述实施例中的部分步骤(例如计算起重机侧向载荷)是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、运动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。

Claims (10)

1.一种电动拖拉机的电机控制装置，其特征在于，该电动拖拉机包括各自独立驱动的作业电机和行走电机，且所述电机控制装置包括整车控制器以及与所述整车控制器电性连接的作业电机控制器和行走电机控制器，并且所述作业电机控制器与所述作业电机电性连接，以及所述行走电机控制器与所述行走电机电性连接；

其中，所述整车控制器还与车辆的传感器组件电性连接，以获取并基于关联于所述电动拖拉机的当前作业工况的传感器信号来分别生成针对所述作业电机和所述行走电机的速度调节的第一控制指令和第二控制指令，并分别将所述第一控制指令和所述第二控制指令传输给所述作业电机控制器和所述行走电机控制器，使得所述作业电机控制器响应于所述第一控制指令调节所述作业电机的转速，以及使得所述行走电机控制器响应于所述第二控制指令调节所述行走电机的转速。

2.根据权利要求1所述的电机控制装置，其特征在于，所述整车控制器还与车辆的车手操作部件电性连接，以获取并根据关联于用户预期的车手操作信号来分别生成针对所述作业电机的第三控制指令和针对所述行走电机的第四控制指令，并分别将所述第三控制指令和所述第四控制指令传输给所述作业电机控制器和所述行走电机控制器。

3.根据权利要求2所述的电机控制装置，其特征在于，所述电机控制装置还包括：

调速模式选择开关，其位于车辆仪表台，并与所述整车控制器电性连接，被配置为响应于用户操作而通知所述整车控制器生成第一控制指令、第二控制指令、第三控制指令或第四控制指令。

4.根据权利要求1所述的电机控制装置，其特征在于，所述整车控制器还与车辆的电门踏板电性连接，以通过所述电门踏板的实时变化数据来生成针对所述作业电机或所述行走电机的实时调速指令，并将该实时调速指令相应地传送给所述作业电机控制器或所述行走电机控制器。

5.一种电动拖拉机的整车控制系统，其特征在于，包括：

传感器组件，用于采样关联于车辆的当前作业工况的传感器信号；以及

权利要求1-4中任意一项所述的电机控制装置，用于从所述传感器组件获取所述传感器信号，以进行针对车辆的作业电机和行走电机的动力解耦控制。

6.根据权利要求5所述的整车控制系统，其特征在于，所述整车控制系统还包括在所述整车控制器的控制下执行相应功能的以下任意一个或多个装置：

电液控制装置，用于进行车辆的电液提升控制；

散热控制装置，用于进行车辆散热控制；以及

故障处理装置，用于进行故障显示或报警。

7.根据权利要求6所述的整车控制系统，其特征在于，所述电液控制装置包括：

电液提升控制器，被配置为响应于整车控制器根据液压提升位置信号生成的控制指令，驱动车辆液压缸动作，以控制车辆满足碎土作业中的耕深要求；以及

面板组件，其位于车辆仪表台，被配置为响应用户操作而向所述整车控制器传送耕深关联信号和/或被配置为进行用户提示，其中所述耕深关联信号包括用户预期的电液提升速度信号、电液提升位置信号、电液提升模式信号和电液提升辅助信号。

8.根据权利要求7所述的整车控制系统，其特征在于，所述面板组件包括以下多个组件中的任意一者或多者：

提示件，用于提示用户操作、参数设置和/或故障代码；

速度调节件，用于响应于用户操作向所述整车控制器传送所述电液提升速度信号；

位置调节件，用于响应于用户操作向所述整车控制器传送所述电液提升位置信号；

模式调节件，用于响应于用户操作向所述整车控制器传送所述电液提升模式信号，其中所述电液提升模式信号指示电液提升模式包括力控制模式、位置控制模式和力位综合控制模式；以及

辅助件，用于响应于用户操作向所述整车控制器传送所述电液提升辅助信号，且所述电液提升辅助信号包括关于电液提升的使能、减震和/或浮动控制的信号。

9.根据权利要求5所述的整车控制系统，其特征在于，所述传感器组件包括以下中的任意一者或多者：

用于检测土壤阻力的力传感器；

用于检测车辆液压提升位置的位置传感器；

用于检测整车位置的GPS模块；

用于检测车车辆行走速度的速度传感器；以及

车辆踏板传感器。

10.一种电动拖拉机，其特征在于，该电动拖拉机配置有权利要求5至9中任意一项所述的整车控制系统。