[发明专利]一种串联式混合动力拖拉机及智能控制方法

说明书

本发明涉及一种串联式混合动力拖拉机及智能控制方法，通过电动机驱动实现拖拉机无级变速行驶，可在0～40km/h内任意调节行驶速度，具有连续无级调速的优点；采用二挡机械换挡，挡内无级变速行驶，具有田间作业挡和道路运输挡；电驱动传动系结构简单，耐久性强，故障率低，传动效率高，性能稳定；柴电驱动动力响应快，功率储备大，柴油机始终稳定在最佳经济区工作，拖拉机动力系统高效节油；采用电控智能管理系统，智能控制发动机转速，整机操控简单舒适快捷，操纵强度低。

技术领域

本发明涉及拖拉机领域，具体涉及一种串联式混合动力拖拉机及智能控制方法。

背景技术

电驱动系统具有连续无级调速的技术优点，较液压传动，效率较高，是解决拖拉机由于作业载荷较大导致难以通过机械式有级变速器不间断换挡问题的可行技术方案之一。近年来，国内新能源汽车行业快速发展，适用于车辆的电驱动技术取得了较大突破，自主化程度较高；电动机、直流/交流逆变器与动力型蓄电装置等核心部件的各项性能指标均已达到了世界先进水平，成本优势明显。

电动拖拉机不等于电动汽车，工况特性的差异决定了二者实现方法的不同，低速重负荷、地面环境复杂、多工作装置、高频随机载荷等都是汽车不会面临的。但电动汽车及其驱动技术的快速发展为电动拖拉机及其电驱动技术的研发提供了成熟而完备的基础性通用技术。现阶段，电池能量密度逐年提高，近年达到150～160Wh/kg，根据前期研究，忽略底盘布置情况下，纯电动拖拉机的犁耕作业时间由其本身的最大使用重力约束，最长为3小时；但充电需要10～30个小时。此外，使用成本较高，按目前条件，50马力纯电动拖拉机犁耕3小时所需的电池成本达到了17～20万元。因此，除蓄电池技术发生重大技术突破并快速成熟应用外，中短期内，纯电动拖拉机没有技术可行性与市场化可能。

混合动力拖拉机是指使用燃油与电能共同作为能源的新型拖拉机 产品。较纯电动拖拉机，混合动力拖拉机的蓄电池不是唯一能源，可以根据蓄电池技术、成本现状与目标产品的成本需求调整蓄电池所占比重，控制成本与技术边界条件；受新能源汽车产业带动，我国电机及车用高压电池产业发展较快，技术与成本优势较大，适合开展混合动力拖拉机研发。

发明内容

针对现有拖拉机传动技术的缺陷，本发明提供一种串联式混合动力拖拉机，还包括其智能控制方法，该混合动力拖拉机具有连续无级调速的优点，核心部件加工难度和制造成本较低，传动系统复杂度较低，工作效率较高，柴电驱动动力响应快，功率储备大，柴油机始终稳定在最佳经济区工作，拖拉机动力系统高效节油。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种串联式混合动力拖拉机，包括发动机系统、电驱动系统、蓄电池组、机械传动系统、控制系统、电气系统、热管理系统和无人驾驶系统；其中，所述发动机系统包括发动机本体（柴油机）、后处理装置、发动机控制器（ECU）、冷却系统、供油系统，所述的蓄电池组包括低压电池和高压电池包，所述电驱动系统包括发电机和电动机，发电机和电动机呈同轴布置并将转子轴套加长作为动力输出/输入端，发动机通过扭转减震器与发电机输入端连接，所述发动机本体取消启动电机，由发电机拖动发动机启动，发电机为高压电池包和电动机提供电源，电动机输出端连接机械传动系统；所述的机械传动系统包括机械换挡机构、分动器机构、液压泵机构、后驱动桥和动力输出机构；所述电动机连接主驱动轴直接驱动机械换挡机构，机械换挡机构一侧连接分动器机构，用于驱动前驱动桥，机械换挡机构连另一侧连接后差速器机构，用于驱动行星减速机构和后驱动轮轴；通过改变电动机的工作输出转向，实现拖拉机的前进行驶和倒退行驶；动力输出机构通过动力输出驱动轴由发动机直接驱动；与动力输出驱动轴同轴的液压泵驱动齿轮驱动液压泵驱动齿轮副，带动液压泵工作。

所述机械换挡机构包括工作挡齿轮副、运输挡齿轮副、同步器和主离合器，工作档主动齿轮和运输档主动齿轮连接在主驱动轴上，工作档主动齿轮与工作档从动齿轮啮合组成工作挡，运输挡主动齿轮与运输挡从动齿轮啮合组成运输挡，两组齿轮副中间设同步器，能够在工作挡和运输挡之间切换，动力一侧通过主离合器和分动器机构传递至前轮，一侧经主离合器、差速器和行星差速机构和后驱动轮轴传递至后轮。