双流耦合构型混合动力拖拉机旋耕工况控制策略研究

大功率拖拉机作业时载荷冲击会造成发动机的输出转矩大范围波动,为减小载荷冲击对拖拉机动力单元的影响,提出以发动机和双电机为动力源的拖拉机双流耦合动力系统构型,以减小载荷冲击引起的动力传动系统换挡频次。基于Haar小波分解提出了基于功率预测的转矩分配策略,首先记录拖拉机的作业参数,基于径向基神经网络对拖拉机旋耕作业时的功率需求进行预测,由Haar小波变换确定高频和低频转矩需求值的范围,并分别由电机和发动机提供。最后,通过硬件在环试验对提出的动态转矩分配进行了可行性验证,测试结果表明:提出的基于神经网络功率需求预测模型对行驶端和动力输出端(Power take-off,PTO)的功率进行预测,实际值和预测值均方根误差分别占最大功率的7.6%和7.9%;提出的转矩分配策略能够应对拖拉机旋耕时的载荷波动。发动机转矩波动与传统构型相比减小35.0%,有效地缩小了发动机转矩波动范围,缓解了拖拉机作业时载荷冲击对发动机的影响。

P2构架混合动力拖拉机动力系统设计及参数匹配计算研究

拖拉机是从事农业生产活动必不可少的工具,而传统拖拉机存在油耗与排放较高等问题,研究表明开展农用混合动力拖拉机动力系统研究可以有效改善拖拉机的燃油经济性和排放。拖拉机具有作业模式多样、作业时发动机负荷高、作业地面环境复杂引起负荷变化范围大等特点。因此,基于拖拉机作业模式特点和功率范围特征开展混合动力拖拉机系统设计十分必要。本研究针对一款中型拖拉机,分析其作业特点和功率需求,设计了一种并联式P2构架的拖拉机混合动力系统,并对混合动力系统的发动机、电动机、电池等主要参数进行了匹配计算。计算表明在犁耕作业模式下,发动机固定在高效率工作点与作业时功率需求有关;电动机功率与混合度、发动机作业时的功率有关,随混合度的增大而增大;电池容量与纯电续航、混合度有关,随纯电续航时间和混合度的增大而增大。

混合动力拖拉机动力电池能量管理系统

基于一款拖拉机的高压动力系统,设计开发一种混合动力拖拉机动力电池系统能量管理策略。主要从整机能量需求、电池能量管理与分配、系统使用验证等方面进行了阐述,通过了最终整机测试。

新型混合动力拖拉机高压配电系统设计

基于农机领域的新能源技术开发,结合混合动力拖拉机、纯电动拖拉机以及电动割草机等机型的高压动力系统的设计,对新型混合动力拖拉机的高压配电系统进行设计研究,主要从整机的高压电气架构、系统安全、功能需求等方面进行探究。

农用拖拉机传动系技术发展和展望

本文考察了国外农用拖拉机传动系技术的发展变迁,分析和探讨了机械换挡、动力换挡和无级变速等各种传动系技术以及方兴未艾的拖拉机电动化动力总成的发展历程,展望了未来农用拖拉机传动系技术的发展趋势。

基于串联混合动力系统的拖拉机传动参数设计

从串联混合动力系统的结构和工作原理出发,对某四轮拖拉机的传动系进行了研究,介绍了串联混合动力系统的设计方法,完成了动力系统的选型和主要部件电动机、电池和发动机-发电机的参数设计,为新型拖拉机的研发提供了理论基础。

油电混合机械液压式拖拉机动力系统节能性

针对大马力拖拉机在道路运输与田间作业过程中由于工况复杂、作业环境恶劣导致油耗高、节能效果差的问题,该研究采用油电混合动力匹配液压机械无级变速器(Hydro-Mechanical Continuously Variable Transmission,HMCVT)的方式,设计了一种油电混合—机液复合拖拉机动力系统,探讨了该系统的驱动模式与传动方式的实现原理并得到液压机械无级变速器的调速曲线;建立了动力系统的数学模型。为实现动力系统最佳性能,制定了整车控制架构,在此基础上提出HMCVT经济性速比控制策略、基于规则的工作模式划分策略和基于自适应等效因子的燃油消耗最小功率分配策略。为验证所提控制策略的可行性,在SimulationX仿真软件中建立系统动力学仿真模型,并基于测功机搭建试验台架进行测试,分别对拖拉机在犁耕、收获和运输3个典型工况下进行仿真与试验。结果表明,所设计的控制策略能够兼顾混合动力源的最佳扭矩分配与电池电量平衡,且动力系统能保持较高的系统效率(0.4以上),犁耕、收获和运输3个工况下油耗仿真值(2.59、6.56和1.69L)与试验值(2.72、6.80和1.77L)的误差均不超过5%,模型可靠。与德国农业协会公布的相近功率动力换挡拖拉机和无级变速拖拉机油耗数据相对比,该研究所提的控制策略在3种工况下节油9%~20%。研究结果可为多工况作业条件下降低拖拉机能耗提供解决方案。

并联型混合动力牵引车侧向稳定性研究

在测试并联型混合动力牵引车侧向稳定性时,车辆加速情况下,车辆质心侧偏角及横摆角速度易发生变化,导致传统单一控制稳定性差。文中以并联型混合动力汽车为探究目标,通过联合控制策略对车辆侧向稳定性进行分析。通过构建车辆四自由度数学模型,分析混合动力牵引车力学特性,以车辆HSRI轮胎模型为基础构建车轮二自由度双轨模型,对车辆侧向稳定控制进行分析,在考虑车辆加速不稳定状态情况下,通过控制车辆横摆角速度及质心侧偏角两个变量,实现联合控制策略,对车辆轨迹及动力进行控制以完成车辆侧向稳定性分析。实验证明,通过运用联合控制策略可实现对车辆的侧向稳定控制。

串联式混合动力拖拉机分动箱的设计与试验

设计的串联式混合动力分动箱由输入轴、中间轴、输出轴以及轴上齿轮和一对滑移齿轮组成。为减小分动箱体积,同时满足配套旋耕机较大耕深需求,在满足结构、强度、刚度等约束条件下,以分动箱总中心距和齿轮总体积最小为目标函数,建立了分动箱参数优化的数学模型。采用基于改进粒子群算法(PSO)的参数优化策略,优化结果表明,与基本粒子群算法相比,改进后的粒子群算法在收敛速度和收敛精度方面均有明显提高,改进后的齿轮总体积减小了2.9%,优化精度提高了1.5%。分动箱运动学仿真及试验结果表明,优化后的分动箱动力输出轴(PTO)动力性能符合要求,能够满足配套旋耕机的工作要求。

无级变速和电传动农业作业机械现状研究

为把握农业作业机械无级变速与电传动技术的研究现状与行业走向,从农机无级传动技术的发展历程、应用现状、发展瓶颈及发展趋势四个方面对其进行分析与总结。首先,回顾农机无级变速与电传动的发展历程,同时也对典型农机无级变速与电传动系统的原理进行介绍;其次,概括农机无级变速与电传动的应用现状,并列举部分典型的农业作业机械;最后,针对动力与传动的协同发展、小功率无级传动系统的研发以及技术成本之间的平衡等方面存在的问题,对无级变速与电传动的后续研究提出建议,并对其发展趋势进行探讨。结果表明:电传动在可预见的未来尚不足以在农机领域取代无级变速,两者有相互融合的可能性;电传动在农机中的应用进程主要取决于电池和电机技术的持续变革;电传动的能源获取方式将是多样化的,太阳能、风能、再生能量等均有可能为农机提供动力;无级变速与电传动技术有可能在无人驾驶农机中取得广泛应用。

面向耦合分流动力构型的拖拉机犁耕工况控制策略

当前中国农田集群和能源短缺现状极大地促进了混合动力拖拉机的推广与使用,然而混动拖拉机动态变载荷工况加大了整机功率的耦合与分流难度。为此,该研究以发动机和双电机为动力源,利用图论原理设计出满足全功率范围作业需求的两种动力系统耦合分流构型。此外,为实现整机的高能效目的,提出了基于马尔科夫决策的能量管理策略:首先根据拖拉机的载荷谱对整机作业环境进行辨识,采集犁耕作业环境下的拖拉机工作参数将需求功率抽象为马尔科夫决策中的状态转移过程;然后将整机能耗作为最优控制的成本函数,通过价值迭代函数求解最优控制律下电机2的工作区间。最后,采用硬件在环试验对提出的能量管理策略进行了有效性和可行性验证。试验结果表明,相比于传统基于规则的能量管理,提出的能量管理试验策略降低了7.2%的油耗。所设计的耦合分流构型拓展了拖拉机动力系统能量流的路径,直接耦合分流构型拟替代传统动力换挡的技术难点。能量管理策略在能效特性方面有一定优势,所提出的耦合分流动力构型为突破大马力拖拉机动力换挡的卡脖子技术提供了参考。

基于分层控制的大功率拖拉机前桥悬架减振系统研究

大功率轮式拖拉机质量大、车身重心高,在高速运输作业时受路面不平度影响,易产生剧烈的颠簸振动,直接影响拖拉机操纵稳定性和行驶平顺性,甚至危及行驶安全。基于此,综合考虑大功率轮式拖拉机车身振动加速度与悬架动挠度的变化及悬架系统充放油过程中的非线性控制等问题,提出了适用于大功率轮式拖拉机前桥悬架减振系统的设计与控制方案。首先,设计了前桥悬架减振系统,建立了带前桥悬架的1/4拖拉机振动模型;其次,在充分考虑前桥悬架控制系统特点的基础上,建立了基于参考天棚地棚模型的分层控制算法,构建了Matlab/Simulink仿真模型,并与常规PID算法对比分析,结果表明分层算法的控制性能优于常规PID控制;最后,搭建了前桥悬架系统硬件在环仿真平台和室内试验平台,开展了悬架减振控制策略和控制效果的试验验证。试验结果表明,基于参考天棚地棚模型的分层控制算法能快速调整控制参数,所设计悬架系统的车身振动加速度均方根降低至2.36 m/s^(2)左右,较被动悬架下降55.8%,同时悬架动挠度的均方根被限定在较小范围内,明显优于被动悬架系统,满足大功率轮式拖拉机前桥悬架的减振需求,且试验结果与仿真结果能较好地匹配,验证了减振方案的有效性。该研究可为大功率轮式拖拉机前桥主动悬架系统的研发提供理论参考。

基于自适应阈值优化的插电并联式混合动力拖拉机节能控制研究

为最大限度发挥电能在作业过程中的优势,以插电并联式混合动力拖拉机为研究对象,采用滚动优化的思想,提出基于时间窗口的自适应阈值优化混合动力拖拉机节能控制策略。搭建插电并联式混动拖拉机驱动系统模型,制订拖拉机多种能源模式切换策略,对关键阈值参数进行自适应优化研究。基于拖拉机犁耕工况,利用Matlab/Simulink仿真平台,对文中策略与功率跟随策略进行仿真对比。结果表明:在循环犁耕工况下,基于时间窗口的自适应阈值优化混合动力拖拉机节能控制策略等效燃油消耗下降8.78%,为插电并联式混合动力拖拉机的节能控制提供新的控制方法。