一种机械PTO结构的电驱式拖拉机CVT动力总成控制系统及控制方法与流程

本发明涉及新能源动力拖拉机，具体涉及一种机械pto结构的电驱式拖拉机cvt动力总成控制系统及控制方法。

背景技术：

1、现有拖拉机传动系统按换挡方式主要分为手动换挡传动系、动力不间断自动换挡传动系、液压机械无级变速传动系(hmcvt)三类，均存在各自的缺陷：

2、1.手动换挡传动系：拖拉机田间作业时土地阻力变化大，整机负荷波动频繁，采用该传动系的拖拉机需要频繁停车换挡以满足农具作业的牵引力及速度要求，操作人员工作强度大，作业效率低，作业质量不稳定；同时发动机转速与车辆速度直接相关，车速变化导致发动机转速波动范围大，发动机无法稳定工作在经济转速区间，造成油耗高、排放差、震动磨损大的问题。

3、2.动力不间断自动换挡传动系：该传动系可实现不停车换挡，解决了手动换挡的部分问题，但仍存在诸多缺陷：发动机转速与车速仍直接相关，发动机无法稳定工作在经济转速区间，油耗、排放、震动问题未得到解决；拖拉机作业需求多样，挡位数量多，该传动系需要大量的离合器和液压比例阀，以160马力16挡变速箱为例，需要8个离合器和8个液压比例阀，结构复杂；同时离合器磨损会导致换挡性能衰减，平顺性变差，产生换挡冲击；该技术主要被国外企业掌握，产品依赖进口，结构复杂导致成本高、降价难、维修成本高，仅能应用在大马力拖拉机产品上；该传动系为单功率路线的有级传动，实现超低速爬行挡需要增加复杂的减速轮系，且无法实现旋耕等作业的无级传动，无法匹配农具的最佳行驶速度。

4、3.液压机械无级变速传动系(hmcvt)：该传动系通过功率分流实现了无级变速，发动机转速与车速解耦，可工作在经济区间，但仍存在明显缺陷：采用高压变量柱塞泵/马达、比例阀等精密液压偶件，对装配、使用、维护的清洁度要求极高，需要专用液压油，使用维护成本高昂；采用多排行星机构与湿式离合器/制动器实现挡位切换，零件数量多，结构复杂，核心技术被国外掌握，产品依赖进口，成本高昂，仅能应用在200-400hp的大马力拖拉机上，国内市场应用极少；传动效率低，最大仅能达到80%左右，燃油经济性较差。

5、针对上述问题，亟需一种结构简单、成本低、效率高、可实现无级变速的拖拉机动力总成及控制方案。

6、公开于以上背景技术部分的信息仅仅皆在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、针对现有技术中传统拖拉机传动系统换挡频繁、发动机无法稳定工作在经济转速、传动效率低、结构复杂、成本高昂、维护困难等问题，本发明提供一种机械pto结构的电驱式拖拉机cvt动力总成控制系统及控制方法，利用电机的调速特性实现无级变速，同时集成四驱切换、差速控制、防滑控制功能，兼顾动力性与能耗，结构简单、成本低、维护方便。

2、为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

3、一种机械pto结构的电驱式拖拉机cvt动力总成控制系统，包括发动机、发电机、成对设置的前轮电机、成对设置的后轮电机、pto传动箱、储能单元、充电接口和放电接口；所述发动机分别与所述发电机、所述pto传动箱动力连接，所述发电机与所述储能单元、前轮电机和后轮电机电性连接，所述前轮电机和所述后轮电机均与所述储能单元电性连接，所述前轮电机动力连接车辆前轮，所述后轮电机动力连接车辆后轮，所述充电接口和所述放电接口均与所述储能单元电性连接；

4、还包括ecu控制器，以及与所述ecu控制器通信连接的gcu发电机控制器、mcu电机控制器，所述gcu发电机控制器与所述发电机连接，所述mcu电机控制器与所述前轮电机、后轮电机连接；

5、还包括轮速传感器、转向角度传感器和驾驶仓控制面板，所述轮速传感器安装于车辆前轮和后轮，所述转向角度传感器安装于车辆前轮，所述驾驶仓控制面板设置于驾驶仓内，所述轮速传感器、转向角度传感器、驾驶仓控制面板均与所述ecu控制器通信连接。

6、进一步的，所述发电机为飞轮集成式结构，与所述发动机的飞轮集成布置，结构紧凑，有利于整车布置。

7、进一步的，还包括高压配电盒，所述高压配电盒分别与所述前轮电机、后轮电机、发电机、储能单元、充电接口和放电接口电性连接，用于实现高压电能的分配与管理，外部电能可通过高压配电盒为储能单元充电，储能单元也可通过高压配电盒对外放电。

8、进一步的，所述前轮电机为轮边电机或轮毂电机，所述后轮电机为轮边电机或轮毂电机，省去了传统的传动部件，结构简单紧凑。

9、对应的，本发明还提供一种机械pto结构的电驱式拖拉机cvt动力总成控制方法，包括以下步骤：

10、s1：系统上电后，ecu控制器先完成初始化自检，之后开始采集处理各类传感器信息；

11、s2：优先执行打滑判定与防滑控制：通过轮速传感器检测车轮的转速，若检测到车轮间的转速差>15%或某车轮角加速度突变大于500rad/s²且持续50ms，立即执行防滑控制：调整打滑轮的输出扭矩，同时将打滑轮的扭矩渐变转移至同侧或对侧的高附着车轮上；否则判定无打滑，进入下一步；

12、s3：执行转向判定与左右差速控制：通过转向角度传感器检测前轮的转向角度，若检测到前轮转向角度>5°，立即执行左右差速控制：根据阿克曼转向几何，结合当前车速计算内外侧轮的理论转速，控制mcu执行转速闭环pid控制，调整内侧轮和外侧轮的转速；否则判定无转向，进入下一步；

13、s4：执行全时/分时四驱模式切换控制：若接收到驾驶员的全时四驱指令，则控制车辆全程保持四驱模式；否则执行分时四驱控制，根据当前行驶工况自动切换：若当前车速大于20kph，或路面附着系数估算值大于0.6，或油门开度<20%，则切换到两驱模式；否则切换到四驱模式以满足动力性；切换过程中采用扭矩渐变算法，衰减当前驱动轮转矩、同步提升待驱动轮转矩，全程保持总转矩不变，避免车速波动；

14、s5：mcu采集电机内置的旋变传感器和电流传感器信号，经过foc算法解算成电机的实际转速和实际扭矩，反馈至ecu，之后跳转至步骤s2，循环执行。

15、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

16、1.实现无级变速：利用电机低速大扭矩、转速范围宽的特性，无需变速箱档位切换，直接通过电机调速实现作业过程的无级变速，解决了传统传动系统换挡频繁的问题，作业效率高，操作舒适性好。

17、2.发动机转速解耦：发动机仅带动发电机发电，转速与整车行驶速度完全解耦，可稳定工作在经济转速区间，降低油耗、排放和震动磨损，大幅提升燃油经济性。

18、3.结构简单紧凑：采用前后轮独立轮边/轮毂电机驱动，省去了传统的变速箱、传动轴、差速器等大量传动部件，结构简单，成本低，维护方便，解决了现有hmcvt和动力换挡传动系结构复杂、成本高昂的问题，可适配中小马力拖拉机，降低了无级变速拖拉机的门槛。

19、4.集成多模式智能控制：集成了防滑控制、左右差速控制、全时/分时四驱切换控制，可根据工况动态调整驱动模式，兼顾动力性与能耗，同时切换过程平顺无顿挫，提升了整车的操控性能和通过性。

20、5.多功能拓展：配备储能单元，支持外接充电实现纯电行驶，满足低噪音、零排放的作业需求；同时支持对外放电，为外接农机具或设备提供电力，拓展了拖拉机的使用场景。

21、6.传动效率高：电驱传动的效率远高于传统的液压机械无级传动，最高传动效率可达90%以上，大幅提升了整车的能量利用率。