CN115009260B - 一种四驱混合动力拖拉机控制策略 - Google Patents

一种四驱混合动力拖拉机控制策略 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种四驱混合动力拖拉机控制策略，采用前述控制策略的四驱混合动力拖拉机有四驱模式和后驱模式，四驱模式包含普通四驱模式和混动四驱模式，后驱模式包含普通后驱模式和混动后驱模式，所述控制策略包括：P1根据动力电池的SOC手动选择四驱模式和后驱模式；P2计算需求转矩，需求转矩由牵引力力学模型求得；P3当采用后驱模式时，无需进行前后转矩分配，需求转矩即为后牵引***转矩；P4当采用四驱模式时，进行前后转矩分配，所述控制策略采用基于模糊控制的控制策略，输入参数分别为坡度和犁耕阻力，输出参数为前后转矩分配系数,根据前后转矩分配系数和需求转矩求出前牵引电机转矩和后牵引***转矩并进行前后转矩的分配。

Description

一种四驱混合动力拖拉机控制策略
技术领域
本发明涉及混合动力拖拉机领域，具体涉及一种四驱混合动力拖拉机控制策略。
背景技术
传统四驱拖拉机多采用分动器进行前后转矩分配，机械结构布置复杂，由于结构形式的限制，难以实时改变前、后驱动轮转矩比，十分不便。电动拖拉机的出现解决了前述问题，电动拖拉机是指以车载电源为动力、用电机驱动车轮行驶、并符合各项工作要求的车辆。在对环境影响的方面，相比于传统拖拉机，电动拖拉机影响更小，其前景被广泛看好。但是传统电动拖拉机的工作续航时间短，且工作时需要频繁充电，且受限于目前充电速度的限制，实际工作中工作效率较低，十分不便。
发明内容
基于前置驱动电机结构形式的四驱混合动力拖拉机，本发明提出一种四驱混合动力拖拉机控制策略，采用基于模糊逻辑的转矩分配策略，以使前后转矩分配合理，操作方便，续航时间长。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
采用本发明一种四驱混合动力拖拉机控制策略的四驱混合动力拖拉机具有两种驱动模式：四驱模式和后驱模式，四驱模式包含两种工作模式：普通四驱模式和混动四驱模式，后驱模式包含两种工作模式：普通后驱模式和混动后驱模式，四驱混合动力拖拉机控制策略具体分为以下步骤，
P1:选择驱动模式，根据动力电池的SOC手动选择四驱模式或后驱模式，SOC可以分为小(<0.2～0.3)、中(0.2<中<0.4)和大(>0.3～0.4)，当SOC为小时允许启动后驱模式，后驱模式的工作模式默认为普通后驱模式；当SOC为中时允许启动后驱模式或四驱模式，后驱模式的工作模式默认为混动后驱模式，四驱模式的工作模式默认为普通四驱模式；当SOC为大时，允许启动后驱模式或四驱模式，后驱模式的工作模式默认为混动后驱模式，四驱模式的工作模式默认为混动四驱模式，当选择驱动模式时控制策略根据SOC自动切换相应的工作模式；
P2:计算需求转矩，需求转矩由牵引力力学模型求得，
牵引力力学模型包括，Fg＝zbhk,FTM＝(1.1～1.2)Fg,/>
其中，V为犁耕作业时的最大速度，r为拖拉机驱动轮半径,n为发动机转速，ig为变速器在相应档位的传动比，i0为拖拉机主减速器传动比，iL为拖拉机轮边减速器传动比，Fg为犁耕阻力，z为犁铧个数，b为单个犁铧宽度，h为耕深，k为土壤比阻，FTM为拖拉机的牵引力，PT为拖拉机的功率，ηt为牵引效率，
犁铧参数包括犁铧个数z、单个犁铧宽度b和耕深h，
上述参数除发动机转速n、变速器在相应档位的传动比ig和犁铧参数外均已知，故可通过牵引力力学模型计算得到需求转矩；
P3:当启动后驱模式时，无需进行前后转矩分配，需求转矩即为后牵引***转矩，后牵引***转矩输入到后牵引***中，后牵引***提供驱动转矩以驱动四驱混合动力拖拉机；
P4:当启动四驱模式时，需要进行前后转矩分配，四驱混合动力拖拉机控制策略采用基于模糊控制的控制策略，控制策略中有2个独立的输入参数和1个输出参数，输入参数分别为坡度和犁耕阻力，输出参数为前后转矩分配系数,前后转矩分配系数为后牵引***转矩转化至后轮的驱动力与总驱动力的比值，将坡度和犁耕阻力Fg输入到模糊控制器1，模糊控制器1进行模糊运算后输出前后转矩分配系数，根据前后转矩分配系数和需求转矩求出前牵引电机转矩和后牵引***转矩并进行前后转矩的分配。
可选地，后牵引***包括调整控制器1、调整控制器2、发动机、后牵引电机、动力耦合器和后轮，当选择四驱模式且SOC为中时，后牵引***转矩和SOC输入到调整控制器1，调整控制器1根据SOC和四驱模式启动普通四驱模式，调整控制器1将后牵引***转矩和SOC传递给调整控制器2，调整控制器2计算出转矩分配系数并进行转矩分配，此时发动机转矩分为驱动转矩和充电转矩，充电转矩固定为前牵引电机额定转矩的70％～80％，驱动转矩通过动力耦合器传递给后轮传动***，后轮传动***带动后轮用于驱动四驱混合动力拖拉机，充电转矩通过动力耦合器带动后牵引电机进行发电，给动力电池充电，以维持四驱模式下前牵引电机的转矩要求。
可选地，后牵引***还包括模糊控制器2，当选择四驱模式且SOC为大时，后牵引***转矩和SOC输入到调整控制器1，调整控制器1根据SOC和四驱模式启动混动四驱模式，调整控制器1将后牵引***转矩和SOC输入到模糊控制器2，模糊控制器2进行模糊运算后输出电机转矩系数和后牵引***转矩到调整控制器2，电机转矩系数为后牵引电机转矩与后牵引***转矩的比值，调整控制器2通过电机转矩系数和后牵引***转矩进行转矩分配。
可选地，当选择后驱模式且SOC为小时，调整控制器1根据后驱模式和SOC选择普通后驱模式，需求转矩为后牵引***转矩，后牵引***转矩和SOC输入到调整控制器1，调整控制器1输出后牵引***转矩和SOC到调整控制器2，调整控制器2计算出转矩分配系数并进行转矩分配，发动机转矩包括驱动转矩和充电转矩，充电转矩固定为前牵引电机额定转矩的70％～80％，驱动转矩通过动力耦合器传递给后轮传动***，后轮传动***带动后轮用于驱动四驱混合动力拖拉机，充电转矩通过动力耦合器带动后牵引电机进行发电，给动力电池充电，以使四驱混合动力拖拉机可以开启四驱模式。
可选地，当选择后驱模式且SOC为中或大时，调整控制器1根据后驱模式和SOC选择混动后驱模式，需求转矩为后牵引***转矩，后牵引***转矩和SOC输入到调整控制器1，调整控制器1将后牵引***转矩和SOC输入到模糊控制器2，模糊控制器2经过模糊运算后输出电机转矩系数和后牵引***转矩到调整控制器2，电机转矩系数为后牵引电机转矩与后牵引***转矩的比值，调整控制器2通过电机转矩系数和后牵引***转矩进行转矩分配。
可选地，将坡度i的模糊子集分为{VS，S，M，B，VB}，将犁耕阻力Fg的模糊子集分为{VS，S，M，B，VB}，将前后转矩分配系数k的模糊子集分为{VS，S，RS，RM，LS，M，LM，VM，RB，B，VB}，其中模糊子集VS、S、RS、RM、LS、M、LM、VM、RB、B、VB分别代表极小、小、较小、中小、低小、中等、中低、中大、较大、大、极大，具体模糊规则如下，
若i为VS，Fg为VS，则输出k为VS，
若i为VS，Fg为S、M，则输出k为S，
若i为VS，Fg为B、VB，则输出k为RS，
若i为S，Fg为VS，则输出k为RS，
若i为S，Fg为S、M，则输出k为RM，
若i为S，Fg为B、VB，则输出k为LS，
若i为M，Fg为VB、B，则输出k为LM，
若i为M，Fg为M、S、VS，则输出k为M，
若i为B，Fg为VB、B，则输出k为RB，
若i为B，Fg为M、S，则输出k为VM，
若i为B，Fg为VS，则输出k为LM，
若i为VB，Fg为VB、B，则输出k为VB，
若i为VB，Fg为M、S，则输出k为B，
若i为VB，Fg为VS，则输出k为RB。
可选地，坡度i采用三角形隶属函数，犁耕阻力Fg采用三角形隶属函数，前后转矩分配系数k采用梯形隶属函数和三角形隶属函数结合的隶属函数，并采用重心法对分配系数k进行反模糊运算。
可选地，四驱混合动力拖拉机控制策略根据SOC的大小输出模式提示，当SOC为小时输出可用后驱模式，并提示充电，当SOC为中时可用后驱模式和四驱模式，并提示充电，当SOC为大时输出可用后驱模式和四驱模式。
本发明提出的四驱混合动力拖拉机控制策略能够取得如下有益效果：
1.相比于传统四驱拖拉机前后采用机械传动轴进行连接导致的部件不方便布置的缺点，采用本发明控制策略的四驱混合动力拖拉机采用前置驱动电机、后置牵引***的结构形式，便于前后部件的布置。
2.传统四驱拖拉机多采用分动器进行转矩分配，由于机械结构的限制，难以实时改变前、后驱动轮转矩比，十分不便。反观采用本发明控制策略的四驱混合动力拖拉机采用前置驱动电机、后置牵引***的结构形式，利于调节前牵引电机、后牵引***的转矩。
3.拖拉机驱动轮的转矩分配直接影响驱动轮的滑转率，本发明基于拖拉机的犁耕工况，以坡度和犁耕阻力作为控制参数，采用基于模糊逻辑的四驱混合动力拖拉机转矩分配策略，以期将滑转率控制在合理范围内。
4.传统电动拖拉机工作续航时间短，且工作时需要频繁充电，且受限于目前充电速度的限制，实际工作中工作效率较低，十分不便。采用本发明控制策略的四驱拖拉机采用混合动力的方案，不受续航时间短的影响，不需要频繁充电。
5.本发明提出的四驱混合动力拖拉机控制策略，当SOC为小时，因为前轮驱动为电驱动，所以不能启动四驱模式，此时可以选择充电，提高SOC以启动四驱模式；也可以选择不充电，混合动力拖拉机在SOC小时也能对动力电池进行充电以启动四驱模式。在无充电条件和SOC小时，也可以启动四驱模式，以提高工作效率。
6.本发明提出的四驱混合动力拖拉机控制策略，当SOC为中时，可以启动四驱模式。此时为了避免电量消耗过快导致的SOC变小、无法使用四驱模式的现象，混合动力拖拉机在SOC中时也能对动力电池进行充电以维持四驱模式，以提高工作效率。
7.本发明提出的四驱混合动力拖拉机控制策略，当SOC为小和中时，不论在前述任何一种模式下都能对电池进行充电，避免了电池电量过低带来的损害，避免了电池寿命的降低。
8.本发明提出的四驱混合动力拖拉机控制策略，SOC始终处于较合理的状态(因为各个模式都会对电池进行充电所以SOC不会太低)，有利于电机性能的释放。
附图说明
图1为采用本发明一种四驱混合动力拖拉机控制策略的拖拉机整车结构图。
图2为采用本发明一种四驱混合动力拖拉机控制策略的拖拉机整车控制结构图。
图3为采用本发明一种四驱混合动力拖拉机控制策略的拖拉机后牵引***结构图。
图4本发明一种四驱混合动力拖拉机控制策略中前后转矩分配模糊规则示意图。
图5为本发明一种四驱混合动力拖拉机控制策略中坡度的隶属函数示意图。
图6为本发明一种四驱混合动力拖拉机控制策略中犁耕阻力的隶属函数示意图。
图7为本发明一种四驱混合动力拖拉机控制策略中分配系数的隶属函数示意图。
图8为本发明一种四驱混合动力拖拉机控制策略中后牵引***转矩分配模糊规则示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。
请参阅图1，采用本实施例一种四驱混合动力拖拉机控制策略的四驱混合动力拖拉机包括动力电池、前牵引电机、后牵引电机、发动机，动力电池分别与前牵引电机、后牵引电机电连接，前牵引电机通过前轮传动***与两个前轮机械连接，后牵引电机的输出转矩和发动机的输出转矩经动力耦合器进行转矩耦合，动力耦合器的转矩输出端通过后轮传动***与两个后轮连接。所述四驱混合动力拖拉机具有两种驱动模式：四驱模式和后驱模式，四驱模式包含两种工作模式：普通四驱模式和混动四驱模式，后驱模式包含两种工作模式：普通后驱模式和混动后驱模式。
所述四驱混合动力拖拉机控制策略具体包括如下步骤：
P1:选择驱动模式，根据动力电池的SOC可手动选择四驱模式或后驱模式，SOC可以分为小(<0.2～0.3)、中(0.2<中<0.4)和大(>0.3～0.4)，当SOC为小时，可启动后驱模式，后驱模式的工作模式为普通后驱模式；当SOC为中时，可启动后驱模式或四驱模式，后驱模式的工作模式为混动后驱模式，四驱模式的工作模式为普通四驱模式；当SOC为大时，可启动后驱模式或四驱模式，后驱模式的工作模式为混动后驱模式，四驱模式的工作模式为混动四驱模式；当选择驱动模式时，控制策略根据SOC自动切换相应的工作模式；四驱混合动力拖拉机控制策略根据SOC的大小输出模式提示，当SOC为小时，输出可用后驱模式，并提示充电；当SOC为中时，可用后驱模式或四驱模式，并提示充电；当SOC为大时，输出可用后驱模式或四驱模式。
P2:计算需求转矩，需求转矩由牵引力力学模型求得，
牵引力力学模型包括，Fg＝zbhk,FTM＝(1.1～1.2)Fg,/>
其中，V为犁耕作业时的最大速度，r为拖拉机驱动轮半径,n为发动机转速，ig为变速器在相应档位的传动比，i0为拖拉机主减速器传动比，iL为拖拉机轮边减速器传动比，Fg为犁耕阻力，z为犁铧个数，b为单个犁铧宽度，h为耕深，k为土壤比阻，FTM为拖拉机的牵引力，PT为拖拉机的功率，ηt为牵引效率，
犁铧参数包括犁铧个数z、单个犁铧宽度b和耕深h，
上述参数除发动机转速n、变速器在相应档位的传动比ig和犁铧参数外均已知，故可通过牵引力力学模型计算得到需求转矩；
P3:当采用后驱模式时，无需进行前后转矩分配，需求转矩即为后牵引***转矩，后牵引***转矩输入到后牵引***中，后牵引***提供驱动转矩以驱动四驱混合动力拖拉机；
P4:当采用四驱模式时，需要进行前后转矩分配，四驱混合动力拖拉机控制策略采用基于模糊控制的控制策略，控制策略中有2个独立的输入参数和1个输出参数，输入参数分别为坡度和犁耕阻力，输出参数为前后转矩分配系数,前后转矩分配系数为后牵引***转矩转化至后轮的驱动力与总驱动力的比值，将坡度和犁耕阻力Fg输入到模糊控制器1，模糊控制器1经过模糊运算后输出前后转矩分配系数，根据前后转矩分配系数和需求转矩求出前牵引电机转矩和后牵引***转矩并进行前后转矩的分配。
在本发明的一些实施例中，后牵引***包括调整控制器1、调整控制器2、发动机、后牵引电机、动力耦合器和后轮，当选择四驱模式且SOC为中时，后牵引***转矩和SOC输入到调整控制器1，调整控制器1根据SOC和四驱模式启动普通四驱模式，调整控制器1将后牵引***转矩和SOC传递给调整控制器2，调整控制器2计算出转矩分配系数并进行转矩分配，此时发动机转矩分为驱动转矩和充电转矩，充电转矩固定为前牵引电机额定转矩的(70％～80％)，驱动转矩通过动力耦合器传递给后轮传动***，后轮传动***带动后轮用于驱动四驱混合动力拖拉机，充电转矩通过动力耦合器带动后牵引电机进行发电，给动力电池充电，以维持四驱模式下前牵引电机的转矩要求。
在本发明的一些实施例中，后牵引***还包括模糊控制器2，当选择四驱模式且SOC为大时，后牵引***转矩和SOC输入到调整控制器1，调整控制器1根据SOC和四驱模式启动混动四驱模式，调整控制器1将后牵引***转矩和SOC输入到模糊控制器2，模糊控制器2进行模糊运算后输出电机转矩系数和后牵引***转矩到调整控制器2，电机转矩系数为后牵引电机转矩与后牵引***转矩的比值，调整控制器2通过电机转矩系数和后牵引***转矩进行转矩分配。
在本发明的一些实施例中，当选择后驱模式且SOC为小时，调整控制器1根据后驱模式和SOC选择普通后驱模式，需求转矩为后牵引***转矩，后牵引***转矩和SOC输入到调整控制器1，调整控制器1输出后牵引***转矩和SOC到调整控制器2，调整控制器2计算出转矩分配系数，控制发动机输出发动机转矩，发动机转矩包括驱动转矩和充电转矩，充电转矩固定为前牵引电机额定转矩的70％～80％，驱动转矩通过动力耦合器传递给后轮传动***，后轮传动***带动后轮用于驱动四驱混合动力拖拉机，充电转矩通过动力耦合器带动后牵引电机进行发电，给动力电池充电，以使四驱混合动力拖拉机可以开启四驱模式。
在本发明的一些实施例中，当选择后驱模式且SOC为中或大时，调整控制器1根据后驱模式和SOC选择混动后驱模式，需求转矩为后牵引***转矩，后牵引***转矩和SOC输入到调整控制器1，调整控制器1将后牵引***转矩和SOC输入到模糊控制器2，模糊控制器2经过模糊运算后输出电机转矩系数和后牵引***转矩到调整控制器2，电机转矩系数为后牵引电机转矩与后牵引***转矩的比值，调整控制器2通过电机转矩系数和后牵引***转矩进行转矩分配。
在制定模糊控制规则时，应尽量保证拖拉机的最大滑转率在0.15-0.18附近。
模糊控制器1进行的模糊运算包括输入参数的模糊化、隶属函数、模糊规则和反模糊化。
输入参数的模糊化包括对坡度和犁耕阻力的模糊化。
将坡度i的模糊子集分为{VS，S，M，B，VB}，将犁耕阻力Fg的模糊子集分为{VS，S，M，B，VB}，将前后转矩分配系数k的模糊子集分为{VS，S，RS，RM，LS，M，LM，VM，RB，B，VB}，其中模糊子集VS、S、RS、RM、LS、M、LM、VM、RB、B、VB分别代表极小、小、较小、中小、低小、中等、中低、中大、较大、大、极大，具体模糊规则如下：
若i为VS，Fg为VS，则输出k为VS，
若i为VS，Fg为S、M，则输出k为S，
若i为VS，Fg为B、VB，则输出k为RS，
若i为S，Fg为VS，则输出k为RS，
若i为S，Fg为S、M，则输出k为RM，
若i为S，Fg为B、VB，则输出k为LS，
若i为M，Fg为VB、B，则输出k为LM，
若i为M，Fg为M、S、VS，则输出k为M，
若i为B，Fg为VB、B，则输出k为RB，
若i为B，Fg为M、S，则输出k为VM，
若i为B，Fg为VS，则输出k为LM，
若i为VB，Fg为VB、B，则输出k为VB，
若i为VB，Fg为M、S，则输出k为B，
若i为VB，Fg为VS，则输出k为RB。
输入参数坡度的隶属度函数，论域为[-0.1,0.1]，负值代表下坡，正值代表上坡；输入参数犁耕阻力的隶属度函数，论域为[3.7×104,4.3×104]；输出参数后牵引***转矩转化至后轮的驱动力与总驱动力的比值k，论域为[0.74,0.88]。
在本发明的一些实施例中，坡度i采用三角形隶属函数，犁耕阻力Fg采用三角形隶属函数，前后转矩分配系数k采用梯形隶属函数和三角形隶属函数结合的隶属函数，由于模糊控制的输出量是模糊量，采用重心法进行解模糊，从而得到前后转矩分配系数。重心法具有更平滑的输出推理控制，即使对应于输入参数的微小变化，输出也会发生变化，能够使输出的转矩系数变化较为平缓。
在本发明的一些实施例中，后牵引***的模糊运算包括输入参数的模糊化、隶属函数、模糊规则和反模糊化。
输入参数的模糊化包括对后牵引***转矩和SOC的模糊化。将后牵引***转矩和SOC均分为5个模糊子集。后牵引***转矩的论域为[0,Tmax],通过公式Tr＝Tt/Tmax,将后牵引***转矩的论域转换到[0，1]区间。式中Tr为转换论域后的后牵引***转矩，Tt为某时刻的后牵引***转矩，Tmax为整车需求的最大转矩。将后牵引***转矩的5个模糊子集以{TS，S，M，B，TB}表示{很小，小，中，大，很大}。SOC的论域为[0，1]，将SOC的5个模糊子集，以{TL，L，M，H，TH}表示{很低，低，中，高，很高}。
输出参数电机转矩系数λ的论域为[-0.5，1]，电机转矩系数λ平均分为5个模糊子集，电机转矩系数λ的5个模糊子集以{TS，S，M，B，TB}表示{很小，小，中，大，很大}。
后牵引***转矩和SOC的隶属函数选用梯型函数和三角形函数共同表示，后牵引电机转矩系数的隶属函数选用三角形函数表示。
模糊规则：若Tr为TS,SOC为TL、L、M、H、TH，则λ为TS；若Tr为S，SOC为TL,则λ为S；若Tr为S，SOC为L、M、H、TH，则λ为TS；若Tr为M，SOC为TL，则λ为B；若Tr为M，SOC为L，则λ为M；若Tr为M，SOC为M、H，则λ为S；若Tr为M，SOC为TH，则λ为TS；若Tr为B，SOC为TL、L，则λ为TB；若Tr为B，SOC为M、H，则λ为M；若Tr为B，SOC为TH，则λ为S；若Tr为TB，SOC为TL,则λ为TB；若Tr为TB，SOC为L,则λ为B；若Tr为TB，SOC为M,则λ为M；若Tr为TB，SOC为H,则λ为S；若Tr为TB，SOC为TH,则λ为TS。
反模糊计算方法采用重心法，重心法具有更平滑的输出推理控制，即使对应于输入参数的微小变化，输出也会发生变化，能够使输出的转矩系数变化较为平缓。
工作原理：
本控制策略可以理解为后轮的并联式混合动力***加上前轮的电机，并联式混合动力***为前轮电机提供电能。本发明可以分为两种驱动模式：四驱模式和后驱模式，这两个驱动模式又分别可以细分两个工作模式。四驱模式分为普通四驱模式和混动四驱模式，后驱模式分为普通后驱模式和混动后驱模式。可以手动选择四驱模式或者后驱模式，选择四驱模式之后不能选择工作模式，工作模式由***根据SOC自行选择，后驱模式同理。根据SOC的大小可以选择四驱模式和后驱模式，SOC可以分为小(<0.2～0.3)、中(0.2<中<0.4)和大(>0.3～0.4)，当SOC为小时仅能启动普通后驱模式，当SOC为中时可启动混动后驱模式或普通四驱模式，当SOC为大时可启动混动后驱模式和混动四驱模式。当启动普通后驱模式时仅由发动机提供转矩，此时发动机转矩分为驱动转矩和充电转矩，驱动转矩通过动力耦合器传递给后轮传动***，后轮传动***带动后轮用于驱动拖拉机，充电转矩通过动力耦合器带动后牵引电机进行发电，提高电池SOC，以使四驱混合动力拖拉机能够使用四驱模式。当启动混动后驱模式时，需求转矩和调整后的SOC输入到模糊控制器2，进行模糊运算，输出电机转矩系数，进行转矩分配。当启动四驱模式时，四驱混合动力拖拉机控制策略采用基于模糊控制的控制策略，控制策略中有2个独立的输入参数和1个输出参数，输入参数包括坡度和犁耕阻力，输出参数为前后转矩分配系数,前后转矩分配系数为后牵引***转矩转化至后轮的驱动力与总驱动力的比值，将所述坡度和所述犁耕阻力输入到模糊控制器1，模糊控制器1进行模糊运算后输出前后转矩分配系数，根据前后转矩分配系数和需求转矩求出前牵引电机转矩和后牵引***转矩并进行前后转矩的分配。当采用普通四驱模式时，后牵引***转矩和SOC输入到调整控制器1，调整控制器1将所述后牵引***转矩和SOC传递给调整控制器2，所述调整控制器2输出转矩分配信息并传递给发动机，此时发动机转矩分为驱动转矩和充电转矩，驱动转矩通过动力耦合器传递给后轮传动***，后轮传递***带动后轮用于驱动拖拉机，充电转矩通过动力耦合器带动后牵引电机进行发电，以维持四驱模式下前牵引电机的转矩要求。当采用混动四驱模式时，后牵引***转矩和SOC输入到调整控制器1，调整控制器1将所述后牵引***转矩和SOC输入到模糊控制器2，所述模糊控制器2进行模糊运算输出电机转矩系数，发动机和后牵引电机根据转矩分配系数和后牵引***转矩进行转矩分配。
各组件功能：
模糊控制器1，输出前后转矩分配系数，四驱模式起作用。
模糊控制器2，输出电机转矩系数，混动后驱模式和混动四驱模式起作用。
调整控制器1，根据SOC数值大小和驱动模式选择合适的工作模式，并依据具体工作模式将后牵引***转矩和SOC输入到调整控制器2或者模糊控制器2。普通后驱模式和普通四驱模式下后牵引***转矩和SOC输出至调整控制器2，混动后驱模式和混动四驱模式下后牵引***转矩和SOC输出至模糊控制器2。
调整控制器2，普通后驱模式时根据后牵引***转矩和SOC输出转矩分配信息，(发动机转矩为正，电机转矩为负，电机转矩正时驱动，电机转矩负时充电)发动机转矩分别为驱动转矩和充电转矩，驱动转矩用以驱动四驱混合动力拖拉机，充电转矩用以给动力电池充电以使用混动后驱模式和能够开启四驱模式。普通四驱模式根据后牵引***转矩和SOC输出转矩分配信息，发动机转矩分别为驱动转矩和充电转矩，驱动转矩用以驱动四驱混合动力拖拉机，充电转矩用以给动力电池充电以保证四驱模式正常使用。

Claims (9)

1.一种四驱混合动力拖拉机控制策略，其特征在于具体包括如下步骤：
P1:根据动力电池的SOC手动选择四驱模式或后驱模式，所述SOC为小时，允许启动后驱模式，且后驱模式的工作模式默认为普通后驱模式；所述SOC为中时，允许启动后驱模式或四驱模式，且后驱模式的工作模式默认为混动后驱模式、四驱模式的工作模式默认为普通四驱模式；所述SOC为大时，允许启动后驱模式或四驱模式，且后驱模式的工作模式默认为混动后驱模式、四驱模式的工作模式默认为混动四驱模式；
P2:计算需求转矩，所述需求转矩由牵引力力学模型求得，
所述牵引力力学模型包括，Fg＝zbhk,FTM＝(1.1～1.2)Fg,/>
其中，V为犁耕作业时的最大速度，r为拖拉机驱动轮半径,n为发动机转速，ig为变速器在相应档位的传动比，i0为拖拉机主减速器传动比，iL为拖拉机轮边减速器传动比，Fg为犁耕阻力，z为犁铧个数，b为单个犁铧宽度，h为耕深，k为土壤比阻，FTM为拖拉机的牵引力，PT为拖拉机的功率，ηt为牵引效率；
所述犁铧参数包括犁铧个数z、所述单个犁铧宽度b和所述耕深h；
P3:当启动所述后驱模式时，无需进行前后转矩分配，所述需求转矩即为后牵引***转矩，所述后牵引***转矩输入到后牵引***中，所述后牵引***提供驱动转矩以驱动所述四驱混合动力拖拉机；
P4:当启动所述四驱模式时，需要进行前后转矩分配；所述控制策略采用基于模糊控制的控制策略，包括2个独立的输入参数和1个输出参数，所述输入参数分别为坡度和犁耕阻力，所述输出参数为前后转矩分配系数,所述前后转矩分配系数为后牵引***转矩转化至后轮的驱动力与总驱动力的比值；将所述坡度i和所述犁耕阻力Fg输入到模糊控制器(1)，所述模糊控制器(1)进行模糊运算后输出前后转矩分配系数，根据前后转矩分配系数和需求转矩求出前牵引电机转矩和后牵引***转矩并进行前后转矩的分配。
2.根据权利要求1所述的一种四驱混合动力拖拉机控制策略，其特征在于所述后牵引***包括调整控制器(1)、调整控制器(2)、发动机、后牵引电机、动力耦合器和后轮，当选择四驱模式且所述SOC为中时，所述后牵引***转矩和所述SOC输入到所述调整控制器(1)，所述调整控制器(2)根据SOC和四驱模式启动所述普通四驱模式；所述调整控制器(1)将所述后牵引***转矩和所述SOC传递给所述调整控制器(2)，所述调整控制器(2)计算出转矩分配系数并进行转矩分配，此时发动机转矩分为驱动转矩和充电转矩，所述充电转矩固定为所述前牵引电机额定转矩的70％～80％，所述驱动转矩通过动力耦合器传递给后轮传动***，后轮传动***带动后轮用于驱动所述四驱混合动力拖拉机，所述充电转矩通过动力耦合器带动后牵引电机进行发电，给动力电池充电，以维持所述四驱模式下前牵引电机的转矩要求。
3.根据权利要求2所述的一种四驱混合动力拖拉机控制策略，其特征在于所述后牵引***还包括模糊控制器(2)，当选择四驱模式且所述SOC为大时，所述后牵引***转矩和所述SOC输入到所述调整控制器(1)，所述调整控制器(1)根据SOC和四驱模式启动所述混动四驱模式；所述调整控制器(1)将所述后牵引***转矩和所述SOC输入到所述模糊控制器(2)，所述模糊控制器(2)进行模糊运算后输出电机转矩系数和后牵引***转矩到所述调整控制器(2)，所述电机转矩系数为所述后牵引电机转矩与所述后牵引***转矩的比值，所述调整控制器(2)通过所述电机转矩系数和所述后牵引***转矩进行转矩分配。
4.根据权利要求2所述的一种四驱混合动力拖拉机控制策略，其特征在于当选择后驱模式且所述SOC为小时，所述调整控制器(1)根据后驱模式和SOC选择所述普通后驱模式；所述需求转矩为所述后牵引***转矩，所述后牵引***转矩和所述SOC输入到所述调整控制器(1)，所述调整控制器(1)输出所述后牵引***转矩和所述SOC到所述调整控制器(2)，所述调整控制器(2)计算出转矩分配系数并进行转矩分配，所述发动机转矩包括驱动转矩和充电转矩，所述充电转矩固定为所述前牵引电机额定转矩的70％～80％，所述驱动转矩通过动力耦合器传递给后轮传动***，后轮传动***带动后轮用于驱动所述四驱混合动力拖拉机，所述充电转矩通过动力耦合器带动后牵引电机进行发电，给动力电池充电，以使所述四驱混合动力拖拉机可以开启四驱模式。
5.根据权利要求3所述的一种四驱混合动力拖拉机控制策略，其特征在于当选择所述后驱模式且所述SOC为中或大时，所述调整控制器(1)根据后驱模式和SOC选择所述混动后驱模式；所述需求转矩为所述后牵引***转矩，所述后牵引***转矩和所述SOC输入到所述调整控制器(1)，所述调整控制器(1)将所述后牵引***转矩和所述SOC输入到所述模糊控制器(2)，所述模糊控制器(2)经过模糊运算输出电机转矩系数和后牵引***转矩到所述调整控制器(2)，所述电机转矩系数为所述后牵引电机转矩与所述后牵引***转矩的比值，所述调整控制器(2)通过所述电机转矩系数和所述后牵引***转矩进行转矩分配。
6.根据权利要求1所述的一种四驱混合动力拖拉机控制策略，其特征在于所述步骤P4中，模糊控制器(1)进行的模糊运算包括输入参数的模糊化、隶属函数、模糊规则和反模糊化。
7.根据权利要求6所述的一种四驱混合动力拖拉机控制策略，其特征在于输入参数的模糊化包括对坡度和犁耕阻力的模糊化，具体为：
将所述坡度i的模糊子集分为{VS，S，M，B，VB}，将所述犁耕阻力Fg的模糊子集分为{VS，S，M，B，VB}，将所述前后转矩分配系数k的模糊子集分为{VS，S，RS，RM，LS，M，LM，VM，RB，B，VB}，其中模糊子集VS、S、RS、RM、LS、M、LM、VM、RB、B、VB分别代表极小、小、较小、中小、低小、中等、中低、中大、较大、大、极大，具体模糊规则如下：若i为VS，Fg为VS，则输出k为VS；若i为VS，Fg为S、M，则输出k为S；若i为VS，Fg为B、VB，则输出k为RS；若i为S，Fg为VS，则输出k为RS；若i为S，Fg为S、M，则输出k为RM；若i为S，Fg为B、VB，则输出k为LS；若i为M，Fg为VB、B，则输出k为LM；若i为M，Fg为M、S、VS，则输出k为M；若i为B，Fg为VB、B，则输出k为RB；若i为B，Fg为M、S，则输出k为VM；若i为B，Fg为VS，则输出k为LM；若i为VB，Fg为VB、B，则输出k为VB；若i为VB，Fg为M、S，则输出k为B；若i为VB，Fg为VS，则输出k为RB。
8.根据权利要求6所述的一种四驱混合动力拖拉机控制策略，其特征在于所述坡度i采用三角形隶属函数，所述犁耕阻力Fg采用三角形隶属函数，所述前后转矩分配系数k采用梯形隶属函数和三角形隶属函数结合的隶属函数。
9.根据权利要求6所述的一种四驱混合动力拖拉机控制策略，其特征在于采用重心法对前后转矩分配系数k进行反模糊运算。
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增程式四轮驱动电动拖拉机转矩分配策略;徐立友;张俊江;刘孟楠;;河南科技大学学报(自然科学版)(第03期);8+89-94 *

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