增程式电动拖拉机旋耕机组能量管理模型研究

以双电机独立电驱动增程式电动拖拉机旋耕机组为对象,提出一种适用于旋耕作业的双输入变量后向建模方法,即在模型中将行驶速度和动力输出轴旋耕转矩作为输入量,设计了双电机独立驱动增程式电动拖拉机动力系统能量管理模型。针对旋耕作业特性,提出一种基于实测数据与经验公式相结合的设计方法,建立了旋耕工况周期模型。基于动态规划算法,分别对其进行旋耕作业仿真试验和台架试验,结果表明：仿真试验结果与台架试验结果吻合度较高,能量管理模型能够很好地描述增程式电动拖拉机在给定旋耕工况下各电机功率、发电机组功率和动力电池组荷电状态的变化情况,且仿真试验和台架试验中燃油消耗量分别为4 065.5 g和3 994.7 g,其相对误差为1.77%,验证了建立的增程式电动拖拉机旋耕机组能量管理模型的合理性和准确性。     

双电机功率分汇流纯电动拖拉机能量管理策略

针对双电机耦合驱动的电动拖拉机工作模式的切换及不同工作模式的动力分配问题,在MatLab/Simulink中搭建能量管理系统的仿真模型,研究基于瞬时优化的模式识别策略和基于模糊控制的动力分配策略,从而建立双电机功率分汇流电动拖拉机能量管理策略。仿真结果表明:在转场工况下,能及时跟随车速需求;在转场、犁耕、旋耕工况下,拖拉机等速巡航时节能率分别为14.81%、9.72%、6.15%,且提高了电池能量的利用率。     

增程式电动履带拖拉机设计与试验

针对缺乏适宜温室大棚作业的小功率电动拖拉机的问题,本文设计了一台10 kW增程式电动履带拖拉机,完成了工况分析、电驱系统设计和试验。针对行走、旋耕、开沟工况进行了性能测试,试验结果表明所设计的增程式电动拖拉机能够实现传统燃油履带式拖拉机所具备的功能。测试结果表明,速度4.8 km/h行走工况电动机消耗功率约为3.2 kW,速度2 km/h旋耕作业工况电机消耗功率约为3.75 kW,速度2 km/h开沟工况电机消耗功率约为3.3 kW。当前电池配置下,可以支持行走工作2.2 h,旋耕工作1.9 h和开沟工作2.1 h,纯电模式基本满足小规模温室大棚零排放作业需求。需要持续大负载工作时,增程式电动拖拉机可以启动增程器与电池协同供电以实现持续工作。     

基于地头转弯工况的拖拉机自动换挡规律研究

针对自动变速挡拖拉机在地头转弯时,其燃油经济性不佳且容易发生频繁换挡的问题,本文从换挡规律制定本身出发,归纳一般换挡规律局限性的原因,提出一种智能修正型换挡规律,对换挡控制参数和挡位进行共同修正。基于提出的修正型换挡规律,以东方红1804拖拉机为研究对象,建立其犁耕工况换挡模型,进行仿真验证。结果表明:拖拉机犁耕工况地头转弯等效燃油消耗率平均降低了3.26%,且减少了频繁换挡。该研究为拖拉机换挡规律的理论完善和实车运用提供了依据。     

混合动力拖拉机传动系统设计理论与方法

根据混合动力传动系统原理和拖拉机工作特性和传动特性要求,设计了一种并联式混合动力拖拉机传动系统。在对混合动力拖拉机牵引特性理论分析的基础上,提出了混合动力拖拉机动力性和经济性评价指标及其计算公式。并对其动力传动系统各部件主要参数的设计计算进行了探讨,提出了混合动力拖拉机传动系统的设计理论和计算方法。以某混合动力拖拉机为研究对象,通过计算分析了不同挡位下,发动机分别提供60%和40%负荷时的驱动力和爬坡度,以及混合动力拖拉机犁耕作业稳定工作1 h的等效能耗随发动机和电动机转速的变化关系,并对犁耕作业时的理论计算结果进行了仿真验证。结果表明,各挡驱动力和爬坡度与发动机提供的负荷呈正比,而转速匹配范围随发动机负荷的增大而减小。犁耕作业时,理论计算结果与仿真分析结果的最大误差不超过4%,理论计算结果可靠;且在某一挡位下,等效能耗随发动机和电动机转速的增高而增高。对混合动力拖拉机与同功率燃油拖拉机进行了仿真比较分析,发现混合动力拖拉机在犁耕作业下,最高可节能24%。     

基于随机载荷功率谱的电动拖拉机复合能量系统研究

拖拉机重载作业模式下负载峰值功率和高频功率存在较大随机性,单一电源方案无法有效匹配电动拖拉机负载特性。通过分析拖拉机工况负载势变量功率谱密度和电源放电特性,基于电动拖拉机通过主、辅电源对低、高频功率分流的观点,设计了采用DC-DC转换器并联超级电容器的18.5 k W电动拖拉机复合电源方案,计算了系统参数。以平衡峰值功率和高频载荷控制超级电容器功率流方向为目标,设计了基于逻辑门的双DC-DC模式控制策略。根据负载时频分析需求,构建了基于Haar小波的双通道滤波器组,设计了功率分配控制器。以标准正态分布白噪声为基波,构造拖拉机犁耕、旋耕载荷波动间的互谱函数,建立了负载模拟模块。采用CRUISE/Simulink API动态联合仿真得出:基于功率分配控制的能量管理策略能够将动力电池电功率抑制在载荷波动基频附近,犁耕作业和旋耕作业下其电功率的截止频率分别为2、7 Hz,幅值符合正偏态分布;超级电容器平衡高频载荷,其电功率符合标准正态分布。     

基于随机载荷功率谱的电动拖拉机复合能量系统研究

拖拉机重载作业模式下负载峰值功率和高频功率存在较大随机性,单一电源方案无法有效匹配电动拖拉机负载特性。通过分析拖拉机工况负载势变量功率谱密度和电源放电特性,基于电动拖拉机通过主、辅电源对低、高频功率分流的观点,设计了采用DC-DC转换器并联超级电容器的18.5kW电动拖拉机复合电源方案,计算了系统参数。以平衡峰值功率和高频载荷,控制超级电容器功率流方向为目标,设计了基于逻辑门的双DC-DC模式控制策略。根据负载时频分析需求,构建了基于Haar小波的双通道滤波器组,设计了功率分配控制器。以标准正态分布白噪声为基波,构造拖拉机犁耕、旋耕载荷波动间的互谱函数,建立了负载模拟模块。采用CRUISE/Simulink API动态联合仿真得出:基于功率分配控制的能量管理策略能够将动力电池电功率抑制在载荷波动基频附近,犁耕作业和旋耕作业下其电功率的截止频率分别为2Hz和7Hz,幅值符合正偏态分布;超级电容器平衡高频载荷,其电功率符合标准正态分布。     

插电式混合动力农业运输车驱动工况控制及仿真

在建立了插电式混合动力农业运输车发动机、电机和电池的数学模型基础上，设计了插电式混合动力农业运输车驱动工况的控制策略，该控制策略采用基于规则的逻辑门限值控制策略，以汽车需求转矩和蓄电池荷电状态SOC为基本控制参数；利用MATLAB/Simulink和Stateflow软件对插电式混合动力农业运输车燃油经济性进行仿真分析。结果显示与相同类型的传统内燃机农业运输车相比，其燃油消耗明显降低，说明所设计的插电式混合动力农业运输车驱动工况的控制策略是有效的，同时分析了整车参数对汽车燃油消耗的影响。     

混合动力汽车电机最优工作曲线确定与应用

在并联混合动力汽车最优工作曲线控制策略的研究中,都是以发动机为主控对象,令其工作在最优曲线上以提高整车的燃油经济性,但电机在工作中的效率并不一定是最佳的.以混合动力汽车另一个动力提供源--电机为主控对象,通过找寻电机最佳效率工作曲线,制定相应的电机最优工作曲线控制策略.与逻辑门限值控制策略的仿真进行对比,结果表明电机最优工作曲线控制策略可以使整车百公里燃油消耗量降低9.5%,电机平均工作效率提高23%.     

电驱动拖拉机功率平衡控制策略设计与仿真

为解决电驱动拖拉机在田间工作有功率突变导致发动机实际转速不能立即达到需求转速的问题,设计两种基于转速的功率控制策略。经仿真试验,得出两种策略下功率阶跃增加时发动机工作状态和不同负载时的母线电压。进行比较分析,基于节约能源的考虑,选择策略一作为功率平衡控制策略。该控制策略提高能源利用率,为电驱动拖拉机控制策略完善的研究奠定基础。     

复合电源电动拖拉机能量管理策略研究

针对电动拖拉机作业工况复杂,而基于优化的能量管理控制策略存在对工况依赖性强、控制滞后、不适合拖拉机作业实时控制的问题,制定3种典型的基于规则的能量管理策略,通过Amesim和Matlab/Simulink联合仿真。结果表明：在道路运输工况下,逻辑门限的控制策略的蓄电池输出电流比较平缓,内阻消耗最低,相对于单电源电动拖拉机,内阻消耗降低8.92%;在犁耕工况下,基于模糊的控制策略的蓄电池输出电流相对保持在较小的区间,而且内阻消耗也最低,相对于单电源电动拖拉机降低3.77%。研究表明,增强电动拖拉机能量管理策略的鲁棒性,才能有效地提高其经济性。     

基于多岛遗传算法的电动拖拉机分布式驱动系统优化设计与试验

针对分布式驱动电动拖拉机（Distributed drive electric tractor,DDET）牵引效率低、系统能量损耗大的问题,提出了一种基于多岛遗传算法（Multi-island genetic algorithm,MIGA）的分布式驱动系统参数优化设计与验证方法。根据犁耕作业工况,建立了拖拉机分布式驱动系统7自由度耦合动力学模型以及轮胎-土壤交互模型,完成了驱动系统关键部件参数设计和匹配选型。提出基于MIGA的前后轮边传动比参数优化策略,将轮边传动比作为决策变量,驱动系统能量损失最小为优化目标,驱动电机功率和转速为约束条件。搭建Matlab/Simulink-NI PXI联合仿真平台验证了参数优化策略的正确性和实时可执行性。结果表明,基于MIGA参数优化后的分布式驱动系统各方面性能得到了有效提升。犁耕循环工况下,拖拉机平均牵引力为10.610N,最大牵引功率为31.25kW;平均效率提升了0.38%,驱动电机能耗降低了7.53%。本研究可为分布式驱动电动拖拉机优化设计和系统控制提供理论基础和验证方法。     

考虑随机载荷自适应补偿的PST换挡策略与硬件在环试验

大功率动力换挡拖拉机作业环境复杂多变,密集布置的挡位和田间载荷波动极易导致频繁随机换挡,破坏拖拉机工况稳定性,影响其性能和作业质量。为解决拖拉机作业过程中随机载荷波动引发的频繁换挡问题,本文提出一种考虑随机载荷自适应修正的换挡控制策略。首先,以油门开度、滑转率和车速为换挡参数,制定变速箱理论换挡规律;然后,引入随机载荷变异系数、油门开度变化量及稳态载荷变化量等3个修正参数,通过模糊规则计算随机载荷波动下的换挡修正量。同时,结合收敛型换挡延迟策略,轻负荷或运输工况采用理论降挡,重负荷作业采用自适应升挡延迟,载荷波动越大,升挡延迟量越大;基于AMESim和Simulink建立了拖拉机传动系统模型,并搭建了大功率拖拉机变速箱控制系统硬件在环仿真平台,开展了不同作业工况下的换挡控制仿真验证。结果表明,所提换挡策略在道路运输工况和犁耕工况下的换挡次数较传统换挡策略分别低63.16%、45%,且燃油消耗量分别为0.76、0.47kg,较传统换挡策略分别低0.51%、1.03%。在保证作业牵引力的同时,该控制策略可有效抑制随机载荷波动引发的频繁随机换挡,同时兼顾了整车动力性和燃油经济性。     

混联式混合动力系统的动态转矩协调控制策略研究

针对基于混联式混合动力各部件的特性,在实现柴油机、驱动电机、蓄电池、发电机和传动系统最佳匹配的前提下,设计了混合动力系统动态转矩协调控制策略。以转矩为控制变量,通过总的转矩需求和柴油机万有特性曲线确定状态切换的条件及柴油机和电动机的目标转矩。在Matlab/Simulink平台下,进行了中国城市工况的动力性仿真及试验。可以看出：本文提出的控制策略能够满足驱动电机快速起动,低速转矩补偿,加速提供辅助动力,充电功率恒定等要求;瞬态工况时通过驱动电机助力,缩短了工况过渡时间;稳态工况时通过电机转矩补偿,实现了无转矩波动的状态切换,改善了状态切换过程中动力传递的平顺性;柴油机和驱动电机工作点集中在高效率区域,SOC值维持在最佳工作区域。     

基于转矩模型的柴油机功率在线测试方法研究

针对拖拉机耕作过程柴油机输出功率不易精准测量的问题,基于柴油机燃油控制策略的转矩模型,对雷沃拖拉机在理论速度为5.7km/h和8.9km/h的耕地过程的柴油机功率进行了在线测量。将在线测量的指示功率与燃烧分析仪测量的指示功率进行了对比,结果表明：在拖拉机耕作速度较稳定的一段区间内,在线测量的指示功率平均值误差为2.99%,但瞬时值严重失真;分析发现喷油量和喷油时刻的变化是引起功率测量偏差较大的主要原因。为了提高柴油机输出功率在线测量的精准度,利用GT-Power模型得到了该柴油机12个典型工况的空燃比和喷油时刻与转矩的定量关系,并提出利用喷油量修正系数和喷油时刻修正系数对在线测量方法进行修正。优化后方法的测试结果表明：拖拉机稳定运行阶段柴油机功率平均值误差为0.88%,瞬时值误差明显改善。     

双能源电动拖拉机能量管理策略

针对单一能源电动拖拉机无法适应田间复杂作业工况的问题,提出一种基于锂离子电池和超级电容的双电源电动拖拉机。结合拖拉机作业实际,对负荷和能耗相对较重的犁耕作业工况采用双能源供电模式,双能源之间的功率分配采用模糊控制策略。结果表明,与采用单一能源相比,对双电源采用能量管理控制后,双电源输出的功率之和能够很好的满足电机功率需求,锂离子电池的平均工作电流和峰值工作电流下降幅度分别达到67.9%和58.7%,一次充满电后连续作业时间延长约9.17倍。因此,采用双电源结构和合理的能量管理控制策略,拖拉机一次充电连续作业时间得到延长的同时,锂离子电池的寿命也得到延长。     

拖拉机金属带功率分流无级变速箱的经济性分析

为了降低无级变速拖拉机的燃油消耗,对金属带功率分流无级变速箱的经济性进行了分析。首先,阐述了Kress变速箱的原理并确定了其整机燃油经济性评价指标;而后,构建了柴油机与变速箱的系统油耗计算模型;最后,通过计算分析,得到了无级变速拖拉机在等传动比工况和等速度工况下的系统油耗分布。结果显示:Kress变速箱中存在功率分流的RL段经济性要高于无功率分流的RH段;系统油耗的分布受到发动机万有特性与变速箱传动效率的双重影响;拖拉机在重、中负荷作业时应当使变速箱尽量工作于RL段并尽量降低柴油机转速;拖拉机在中、轻负荷作业时应当尽量使变速箱工作于RH段和柴油机转速1 700r/min附近。结果表明:Kress变速箱不仅结构简单,而且总体上具有较高的经济性,系统油耗随拖拉机工况的变化规律亦容易掌握,非常适合于中、小拖拉机实现无级调速。该研究可为金属带功率分流无级变速拖拉机的设计与进一步理论研究提供参考。     

混联型混合动力汽车能量管理策略优

对一种混联型混合动力系统运行工况进行了分析.基于发动机、电机和蓄电池的效率图,建立了混联型混合动力汽车充电工况和放电工况的系统效率模型.放电工况以系统放电效率最大为优化目标,充电工况根据蓄电池荷电状态不同,分别以系统充电效率最大、系统充电效率与充电功率乘积最大为优化目标,对混合动力系统能量管理策略进行了优化研究,获得了汽车在不同运行条件下的发动机、电动机和发电机的最优控制转矩及转速.燃油经济性仿真结果显示,该混合动力系统在NEDC循环工况下的整车燃油消耗降低36.95%.     

基于多种外负荷特性的平地机经济性能研究

机械传动是现代平地机传动系统较理想的传动方式,能发挥最高的牵引功率和牵引效率。电喷柴油机有多条外负荷特性曲线,不仅能合理利用功率,提高其动力性,而且燃油消耗量较小,比油耗较低。为提高平地机传动系统的经济性,比较三种外负荷特性曲线形状设定方法：基于恒功率控制（方法Ⅰ）、基于转矩适应系数（方法Ⅱ）、基于万有特性（方法Ⅲ）的曲线形状设定方法,使用AMESim搭建平地机传动系统模型并仿真,找出最优曲线设定方法。仿真结果表明：方法Ⅲ设定的外特性曲线平均燃油消耗率最小,方法Ⅲ相对于方法Ⅰ和方法Ⅱ的平均燃油消耗率分别降低1.5%、0.8%,故节能效果最显著,经济性最好。     

双电机驱动电动拖拉机实时自适应能量管理策略研究

提出了一种用于纯电动拖拉机的双电机多模动力耦合驱动系统（DMCDS）,通过对两电机与制动器的协调控制可以实现4种驱动模式：电机EM_S独立驱动、电机EM_R独立驱动、双电机耦合驱动和双电机独立驱动,多种驱动模式有利于提高电机负荷率和运行效率,从而提高整机驱动效率。为实现双电机动力耦合驱动系统的高效运行,增强能量管理策略对电动拖拉机不同作业工况的适应性,设计了一种基于随机动态规划+极值搜索算法（SDP_PESA）的实时自适应能量管理策略,该策略利用随机动态规划离线生成的状态反馈控制表作为控制输入参考,以保证近似全局最优,在此基础上,引入自适应寻优算法-极值搜索算法动态搜索系统输出的局部极大值,以反馈校正SDP的控制输入,并生成能耗更低、效率更高的工作点。基于SDP_PESA的能量管理策略综合考虑了全局优化算法的良好优化性能和瞬时优化算法的实时性、鲁棒性,利用两种算法的优势,实现更加优异的控制性能。基于Matlab/Simulink建立了带有SDP状态反馈控制表的双电机驱动电动拖拉机（DMET）整机仿真模型,利用真实作业工况数据分别对基于SDP和SDP_PESA的能量管理策略进行仿真实验。仿真结果表明,DMET实际车速可以实时跟踪目标车速的变化,控制策略能够快速响应作业负载的变化;基于SDP的能量管理策略,DMET在犁耕和运输工况的每千米平均耗电量分别为1.77、1.17kW·h/km,整机驱动效率分别为0.80和0.81。引入PESA输出反馈控制器后,整机驱动效率分别提高了2.13%和1.97%,平均耗电量分别降低了10.17%和16.2%,这表明基于SDP_PESA的能量管理策略可以有效增加纯电动拖拉机的作业里程,并且SDP_PESA完全具备实时应用能力。