混合動力拖拉機的動態(tài)特性研究.pdf

1、混合動力拖拉機（Hybrid electric tractor，簡稱HET）是指同時裝備兩種動力源-熱動力（傳統(tǒng)的柴油機，本文采用的是ZS1100型柴油機）與電力源（電池和電動機，本文采用的是鉛酸蓄電池和串勵直流電動機）。通過在拖拉機上使用電動機，使得動力系統(tǒng)可以按照整車的實際運行工況要求靈活調(diào)控，而使發(fā)動機保持在綜合性能最佳的區(qū)域內(nèi)工作，從而降低油耗與排放。本文分析了本課題所采用的動力耦合裝置的結(jié)構(gòu)，對其進行運動學(xué)分析，動力學(xué)分析，計

2、算其動能和廣義力，最后根據(jù)拉格朗日方程建立動力耦合裝置系統(tǒng)的動力學(xué)微分方程;在此基礎(chǔ)上，建立了混合動力拖拉機的仿真模型，詳細分析了該樣機的動態(tài)特性;最后搭建了混合動力拖拉機試驗臺，研究了混合動力拖拉機的動態(tài)性能。所完成的主要工作歸納如下:
　　 1、探討采用差動行星輪系作為混合動力拖拉機耦合裝置的原因，闡述了差動行星輪系本身具有的優(yōu)點。分析本課題采用的耦合裝置（差動行星輪系）的轉(zhuǎn)速特性、轉(zhuǎn)矩特性。針對本課題采用的混合動力耦合裝置

3、，首先對其系統(tǒng)進行運動學(xué)分析，然后進行動力學(xué)分析，計算其動能和廣義力，最后根據(jù)拉格朗日方程建立系統(tǒng)的微分方程，為后續(xù)工作提供了理論參考。
　　 2.借助多學(xué)科領(lǐng)域系統(tǒng)動力學(xué)仿真平臺SimulationX，開發(fā)了混合動力拖拉機的仿真模型。在發(fā)動機單獨驅(qū)動、電動機單獨驅(qū)動及混合動力驅(qū)動的三種工作模式下，對犁耕和道路運輸作業(yè)工況下的起步、換擋、加減速及載荷突變等典型動態(tài)工況進行仿真研究。研究結(jié)果表明:
　　 (1)三種不同的驅(qū)

4、動模式下，起步瞬間，電動機轉(zhuǎn)速隨著電動機電壓的增大而增大，驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速隨電動機轉(zhuǎn)速的增大而增大;電動機轉(zhuǎn)矩、電動機電流、驅(qū)動輪轉(zhuǎn)矩變化趨勢相同，在起步瞬間產(chǎn)生波動，隨后趨于恒定。這是由于電動機轉(zhuǎn)矩、電動機電流和驅(qū)動輪轉(zhuǎn)矩都是與加載轉(zhuǎn)矩成正比，取決于加載轉(zhuǎn)矩的大小。
　　 (2)在加減速過程中，發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩、電動機的轉(zhuǎn)矩、電動機的電流及驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)矩變化規(guī)律是一致的，與外加載荷的大小成正比。驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)速隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速的增大而增大。電機的

5、轉(zhuǎn)速在發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化過程中基本保持恒定。
　　 (3)三種不同的驅(qū)動模式下?lián)Q擋過程中，發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩、電動機的轉(zhuǎn)矩、電動機的電流變化規(guī)律是一致的，隨著檔位的變化而變化，與發(fā)動機和電動機的轉(zhuǎn)速變化情況無關(guān)。在換檔過程中，發(fā)動機的轉(zhuǎn)速近似恒定，在換檔瞬間存在很大的波動，這是由于在換檔瞬間需要克服系統(tǒng)的慣性阻力。發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩隨檔位的升高而增大，驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速隨檔位的升高而增大，驅(qū)動輪轉(zhuǎn)矩基本恒定，是由外加負載決定的。發(fā)動機和驅(qū)動輪轉(zhuǎn)矩換檔

6、瞬間波產(chǎn)生了很大的波動，這是由于在換檔過程中要克服內(nèi)部轉(zhuǎn)矩。
　　 3.搭建混合動力拖拉機的試驗臺，并開發(fā)了以LabVIEW為基礎(chǔ)的測控系統(tǒng)。對試驗臺進行總體設(shè)計，并選取了試驗臺重要組成部分的參數(shù)，進行試驗臺架的搭建，調(diào)試。對濾波器、采樣頻率、轉(zhuǎn)速補償、初始相位差、發(fā)動機檔位、傳感器的頻率相位差測試進行了設(shè)置，并分別保存為子模塊，方便調(diào)用和調(diào)試。
　　 4.混合動力拖拉機動態(tài)特性試驗研究。試驗研究了不同驅(qū)動模式（發(fā)動機單

7、獨驅(qū)動、電動機單獨驅(qū)動、混合動力）下，發(fā)動機、電動機、驅(qū)動輪在起步、換檔、加減速、加減載等典型工況下的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速及蓄電池和電動機的電壓、電流的變化過程。研究表明:
　　 (1)在三種模式下的起步過程中，電動機的轉(zhuǎn)速在起步瞬間迅速下降，轉(zhuǎn)矩基本保持不變，電機的電壓電流在起步瞬間迅速增大，蓄電池的電流也隨其變化，蓄電池的電壓在起步瞬間略有下降，起步對發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速影響很小。
　　 (2)發(fā)動機單獨驅(qū)動模式下，換檔過程中發(fā)動機

8、的轉(zhuǎn)速基本保持恒定，發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩隨著檔位的增大而增大，驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)速隨檔位的增大而增大，其轉(zhuǎn)矩速在檔位變換過程中保持恒定?；旌蟿恿︱?qū)動模式下發(fā)動機的轉(zhuǎn)速在換檔瞬間發(fā)生了很大的波動;電動機的轉(zhuǎn)速隨著檔位的升高而下降;驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)速隨著檔位的升高而增大;發(fā)動機、電動機及驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)矩基本保持不變。電源的電壓隨檔位的升高而下降，電機的電壓隨檔位的升高而升高。電動機單獨驅(qū)動模式下?lián)Q檔規(guī)律和混合動力模式下相同。
　　 (3)當(dāng)檔位不變，發(fā)動機轉(zhuǎn)