基于杠杆拓扑法的混合动力拖拉机ECVT构型设计与节能控制

作     者：张凯 鲁植雄 王琳 邓晓亭 张渤衢 孙晓旭 ZHANG Kai;LU Zhixiong;WANG Lin;DENG Xiaoting;ZHANG Boqu;SUN Xiaoxu

作者机构：南京农业大学工学院南京210031 智能农业动力装备全国重点实验室洛阳471039 

基　　金：智能农业动力装备全国重点实验室开放项目(SKLIAPE2023019) 国家重点研发计划项目(2022YFD2001202) 

出 版 物：《农业机械学报》 (Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery)

年 卷 期：2024年第55卷第12期

页      码：505-518,538页

摘      要：传统大功率拖拉机燃油经济性差,推动了混合动力拖拉机的发展。旋耕作业输出端(Power take-off,PTO)输出转速与拖拉机行驶速度无法解耦输出,使行星齿轮式电动无级变速(Electronic continuously variable transmission,ECVT)拖拉机得到推广,但行星齿轮式ECVT的功率循环现象降低了分流效率,为此,基于杠杆平衡法分析了2K-H型周转轮系的功率分流原理与功率循环产生机理,提出了大功率混合动力拖拉机ECVT构型设计的杠杆拓扑法,以高效地搜索可行构型。提出了大功率混合动力拖拉机ECVT构型的最终方案,并进行了可行性验证。首先,采用杠杆拓扑法和功率输出分流原理拓扑了ECVT构型。然后,通过分析每种拓扑构型的传动特性优选出最佳构型,通过加装离合器与制动器满足拖拉机作业需求及各种模式切换的可行性,并在后驱动系统搭配高低挡、主减速器与轮边减速器,形成最终构型方案。同时,推导了该构型4种工作模式的动态特性方程,明确了构型的传动过程及PTO转速与拖拉机行驶速度解耦输出的可行性。最后,分别在犁耕与旋耕工况下对基于动态规划算法的混合动力拖拉机ECVT能量管理策略进行了整机节能控制仿真分析,结果表明:提出的ECVT构型较对比构型在犁耕工况下等效燃油消耗量降低约5.17%,旋耕工况下降低约5.11%,有效提升了大功率混合动力拖拉机燃油经济性。2种工况下均无功率循环现象产生,保证了混合动力传动系统的平稳运转及分流效率,实现了PTO转速与拖拉机行驶速度的解耦输出,为动力输出轴独立于轮胎进行单独的转速控制提供解决方案,提出的能量管理策略有助于混合动力系统的节能控制。

主 题 词：混合动力拖拉机 拓扑法 电动无级变速构型 功率循环 输出分流 节能控制 

学科分类：08[工学] 09[农学] 080203[080203] 0802[工学-机械学] 080201[080201] 

核心收录：

D　O　I：10.6041/j.issn.1000-1298.2024.12.048

馆 藏 号：203156509...