节能型串联混合动力拖拉机的控制方法技术

本发明专利技术涉及节能型串联混合动力拖拉机的控制方法，以牵引电动机作为发动机，以柴油机/发电机组作为主能源系统，以蓄电池组或蓄电池/超级电容组作为辅助能源系统，柴油机/发电机在经济性运行下，主能源系统发出电功率定值，驱动牵引电动机高效运行，当电功率定值大于牵引电动机需求电功率时，由辅助能源系统储存多余电功率；当辅助能源系统SOC值高于设定值时，主能源系统停止工作，由辅助能源系统单独供能；本发明专利技术以柴油机/发电机在经济运行下供电而不是根据拖拉机功率需求供电，使柴油机/发电机中的柴油机始终运行在其有效燃油消耗率最小工况点附近，能量使用效率高、油耗较低、实现了节能减排。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。
技术介绍
节能和环保是我国以及当今世界工业
的两个重要主题。应对今天世界范围内的能源短缺问题与温室气体排放问题，节能和高效成为了现代工业产品的主流趋势。拖拉机作为现代农业生产的主要动力，担当着诸如农田建设、犁耕、中耕、植保、收获等农业任务。我国的拖拉机保有量逐年增加，2010年底，全国大中型拖拉机保有量近400万台，小型拖拉机保有量近2000万台。尽管我国农业机械化在“十一五”期间取得了长足发展，但与发达国家相比仍有较大差距，整体水平依然不高；与在工业化、城镇化深入发展中同步推进农业现代化的重大要求相比尚存诸多差距；与建设社会主义新农村的任务要求还不相适应，面临诸多矛盾和问题，“十二五”规划明确提出，经济有效，节约资源、保护环境为农业机械技术的发展目标之一。由于我国农业经济特点与发达国家存在许多差异，农业机械产品对于节能和高效的需求更大。混合动力拖拉机作为传统拖拉机向纯电动拖拉机过渡的产品，具有易于在原产品上改装，且易改装为纯电动拖拉机的优点。相较传统拖拉机，混合动力拖拉机具有多种能源系统，可实现灵活多变的能量管理，为能源的高效利用提供了可能性；且由于电能的参与，可节省一部分燃油消耗。相较纯电动拖拉机，混合动力拖拉机具有更好的续航能力，在电池技术和充电技术取得更大技术突破之前，混合动力拖拉机对于实际生产的意义更大。现有的串联混合动力拖拉机研究尚处于技术储备阶段，国内尚无相关产品出现，主流企业也并未进行相关开发；相关高校只是理论研究，并且多数处于针对并联混合模式以及整车设计方法的研究阶段，对于控制系统的研究尚未开展。对比混合动力汽车的控制方式，针对转速和转矩作为动力输出的车辆动力学系统，汽车作为交通工具，其路况相比拖拉机较好，而且使用串联混合动力的汽车的目标主要在于节能减排，通常用于城市交通工具，工况主要变化在于车速，对于转矩的变化通常不大。而车速取决于驾驶员意图，所以采用这种基于转矩的控制方式将导致整车牺牲车速的灵活变化，无法使用于汽车。而本专利技术所述的运行模式和控制方法适用于车速变化较小而转矩变化较大的拖拉机系统。相比电控系统，其核心ECU关键在于信号处理模块，国内之所以ECU方面技术相对国外落后的原因就是在于电控技术的类似于专家系统的控制系统的处理模块没有掌握核心技术，专家系统的建立很复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种节能型串联混合动力拖拉机控制方法，使传动系统中的牵引电动机始终以效率较高的工况运行，提高燃油使用效率，实现节能减排。为实现上述目的，本专利技术的，以牵引电动机作为发动机，以柴油机/发电机组作为主能源系统，以蓄电池组或蓄电池/超级电容组作为辅助能源系统，柴油机/发电机在经济性运行下，主能源系统发出电功率定值，驱动牵引电动机高效运行，当电功率定值大于牵引电动机需求电功率时，由辅助能源系统储存多余电功率；当辅助能源系统SOC值高于设定值时，主能源系统停止工作，由辅助能源系统单独供能。进一步的，当拖拉机工作出现负载功率突增时，由辅助能源系统提供负载突变电功率。所述驱动牵引电动机高效运行的方法步骤如下:( I)采集拖拉机油门踏板开度及档杆位置信号；(2)根据油门踏板开度及档杆位置信号求得期望牵引力、期望输出转矩；(3)第一种方式:根据期望输出转矩以电动机效率的数学模型为优化目标进行搜索寻优，得到电动机效率最大时的期望输出转速；或者是第二种方式:采用针对电动机效率的实验并进行回归分析得到相关最高效率的分段函数，根据期望牵引力求的期望车速，根据当前传动比得到该期望车速下的期望输出转速；(4)将期望输出转速、期望输出转矩输入电动机控制器，对电动机的运行进行控制。所述步骤(2)中是根据油门踏板开度大小占踏板最大开度的比例估算驾驶员期望输出转矩，设踏板深度为A，最大开度为B，n档位下的最大有效牵引力为Fmax.n，此时期望牵引力大小估算为根据当前传动比得到该期望牵引力下的期望输出转矩。所述步骤(3)的第一种方式中以牵引电动机效率的理论数学模型作为目标函数，对以期望牵引力为中心的正负F kN (Fwant- F，Fwant+ F )为范围采用智能区域搜索算法进行搜索寻优，得到搜索范围内使目标函数最优即电动机效率最高时的工作点(Fbest，Vbest),其中Fbest e (Fwant- F，Fwant+ F )，以Vbest代替Fwant下的使牵引电动机最高效运行的期望车速，当前传动比得到该期望车速下的期望输出转速。所述智能区域搜索算法为鱼群算法、蚁群算法或粒子群算法。所述步骤(3)的第二种方式是通过设计实验绘制不同档位下电动机的运行效率曲线，通过采集电机台架试验以及负载试验数据绘制等效率曲线的方式得到一条平滑的曲线，使该曲线通过电机运行高效率曲线区域；采集曲线上的点，进行回归分析，拟合相关函数，以得到不同档位下的分段函数。所述步骤(4)之后，定时采集拖拉机油门踏板开度及档杆位置信号，判断是否需要重新进行期望输出转速的计算，如果是，则重新执行步骤(2)至(4)，电动机控制器采用新的期望输出转速进行控制；如果不是，电动机控制器采用上次的期望输出转速进行控制。进一步的，对是否需要重新进行期望输出转速的计算是首先判断档杆位置是否变化，若是变化则需重新计算，若是没有变化则再采用关于踏板开度、踏板开度变化率构成的模糊规则进行判断。本专利技术的节能型串联混合动力拖拉机控制方法，以柴油机/发电机在经济运行下供电而不是根据拖拉机功率需求供电，使柴油机/发电机中的柴油机始终运行在其有效燃油消耗率最小工况点附近，能量使用效率高、油耗较低、实现了节能减排。基于拖拉机的电动机模型以及整车数学模型，使传动系统中的牵引电动机始终以效率较高的工况运行，智能处理部分可采用单片机实现，则实验的投入成本、开发成本较小，而且适用于我国拖拉机电控技术不发达的现状，且无须开发庞大的专家系统，控制结果可以使电动机始终运行在效率最高区域附近，可以显著提高电传动效率，解决大马力串联混合动力拖拉机从事轻载作业时效率低的问题。【附图说明】图1是本专利技术实施例的控制方法原理图；图2是本专利技术实施例的SOC控制策略原理图；图3是本专利技术实施例的所用控制系统示意图；图4是本专利技术实施例的某180马力拖拉机所配牵引电机一档下理论运行特性图；图5是本专利技术实施例的某180马力拖拉机所配牵引电机三档下理论运行特性图；图6是本专利技术实施例的逻辑模糊控制器控制流程图；图7是踏板开度变化率隶属度函数表示图；图8是踏板开度隶属度函数标示图。图1中的标记含义如下:Pge-表示柴油机/发电机组以柴油机最小有效燃油消耗率工况运行下所发出的电功率；PMquiM表示高效运行模式下的工作需求功率；Pmargin表示高效模式运行下柴油机/发电机发出的多余电功率；Ppeak表示负载突变功率需求；PMg—表示再生制动功率。图3中的标记含义如下:I表示油门踏板；2表示踏板位置传感器；3表示通信总线；4表示逻辑模糊控制器；5表示电机控制器；6表示牵引电动机；7表示智能处理模块；8表示变速器输出轴；9表示轮速传感器；10表示转矩传感器；11表示变速器；12表示变速器输入轴；13表示倒档位置传感器；14表不4档位置传感器；15表不3档位置传感器；16表不2档位置本文档来自技高网...

【技术保护点】
节能型串联混合动力拖拉机的控制方法，以牵引电动机作为发动机，以柴油机/发电机组作为主能源系统，以蓄电池组或蓄电池/超级电容组作为辅助能源系统，其特征在于：柴油机/发电机在经济性运行下，主能源系统发出电功率定值，驱动牵引电动机高效运行，当电功率定值大于牵引电动机需求电功率时，由辅助能源系统储存多余电功率；当辅助能源系统SOC值高于设定值时，主能源系统停止工作，由辅助能源系统单独供能。

【技术特征摘要】
1.节能型串联混合动力拖拉机的控制方法，以牵引电动机作为发动机，以柴油机/发电机组作为主能源系统，以蓄电池组或蓄电池/超级电容组作为辅助能源系统，其特征在于:柴油机/发电机在经济性运行下，主能源系统发出电功率定值，驱动牵引电动机高效运行，当电功率定值大于牵引电动机需求电功率时，由辅助能源系统储存多余电功率；当辅助能源系统SOC值高于设定值时，主能源系统停止工作，由辅助能源系统单独供能。2.根据权利要求1所述的节能型串联混合动力拖拉机的控制方法，其特征在于，当拖拉机工作出现负载功率突增时，由辅助能源系统提供负载突变电功率。3.根据权利要求2所述的节能型串联混合动力拖拉机的控制方法，其特征在于，所述驱动牵引电动机高效运行的方法步骤如下: (1)采集拖拉机油门踏板开度及档杆位置信号； (2)根据油门踏板开度及档杆位置信号求得期望牵引力、期望输出转矩； (3)第一种方式:根据期望输出转矩以电动机效率的数学模型为优化目标进行搜索寻优，得到电动机效率最大时的期望输出转速；或者是第二种方式:采用针对电动机效率的实验并进行回归分析得到相关最高效率的分段函数，根据期望牵引力求的期望车速，根据当前传动比得到该期望车速下的期望输出转速； (4)将期望输出转速、期望输出转矩输入电动机控制器，对电动机的运行进行控制。4.根据权利要求3所述的节能型串联混合动力拖拉机的控制方法，其特征在于:所述步骤(2)中是根据油门踏板开度大小占踏板最大开度的比例估算驾驶员期望输出转矩，设踏板深度为A，最大开度为B，n档位下的最大有效牵引力为Fmax.n，此时期望牵引力大小估算 5.根据权利要求4所述的节能型串联混合动力拖拉机的控制方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐立友，刘孟楠，周志立，王伟，李晴，方树平，刘海亮，游昆云，王心彬，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：