摘要:針對雙電機耦合驅動的電動拖拉機工作模式的切換及不同工作模式的動力分配問題，在MatLab/Simulink中搭建能量管理系統的仿真模型，研究基于瞬時優化的模式識別策略和基于模糊控制的動力分配策略，從而建立雙電機功率分匯流電動拖拉機能量管理策略。仿真結果表明:在轉場工況下，能及時跟隨車速需求;在轉場、犁耕、旋耕工況下，拖拉機等速巡航時節能率分別為14．81%、9．72%、6．15%，且提高了電池能量的利用率。

　　關鍵詞:電動拖拉機;能量管理;雙電機;MatLab/Simulink

　　引言

　　長期以來，我國農機裝備技術基礎研究不足，整機可靠性和作業效率不高，因此需加快發展智能農機裝備技術來縮小與國外主流產品的差距，支撐現代農業發展。目前，零排放、無污染、低噪音的綠色動力農機具的需求在不斷增加，因而研究電動拖拉機的能量管理策略就成為智能農機裝備開發的重點之一［1］。動力電池成組及管理技術、驅動電機及控制技術、整車控制優化及能量管理技術、整車高壓安全技術是構成純電動車輛產業化的四大關鍵技術［2］，而能量管理策略是電動拖拉機整機控制系統的核心及實現整機節能的關鍵。文獻［3］研究了串聯式混合動力拖拉機的3種能量管理策略，其中模糊控制式能量管理策略的控制效果最好。文獻［4］針對復合電源電動拖拉機，對解決電動拖拉機犁耕作業和旋耕作業下能量系統高頻放電問題提出了基于功率分配控制的能量管理策略。文獻［5］以東方紅1804拖拉機為研究對象，提出基于模糊控制的并聯式混合動力拖拉機能量管理策略，可將拖拉機整體需求轉矩合理地分配給發動機和電機。目前，國內外對于電動拖拉機能量管理策略的研究主要集中在混合動力電動拖拉機上，而對純電動拖拉機的研究較少。本文針對一款新設計的雙電機功率分匯流純電動拖拉機，研究其能量管理策略，并在MatLab/Sim收稿日期:2019－01－21基金項目:“十三五”國家重點研發計劃項目(2016YFD0701002)作者簡介:黃天樂(1992－)，男，江蘇宜興人，碩士研究生，(E－mail)15358079778@163．com。通訊作者:陳樹人(1965－)，男，湖南攸縣人，教授，碩士生導師，(E－mail)srchen@ujs．edu．cn。ulink軟件中進行仿真分析。

　　1電動拖拉機動力系統架構

　　電動拖拉機動力單元主要包括主電機、調速電機、整機控制器、電池管理系統及動力傳動系統等，如圖1所示。電機采用永磁同步電機，帶有電機控制系統、逆變器及DC/DC轉換器。主電機與行星齒輪的太陽輪相連，太陽輪也傳遞部分動力到拖拉機動力輸出軸(PTO);調速電機與齒圈相連，通過行星架傳遞動力到后橋，實現兩個電機的動力耦合。

　　2雙電機構型電動拖拉機能量管理策略

　　由于電動拖拉機動力部件多，工作模式復雜，為了充分發揮雙電機構型的優勢，提高整車經濟性及動力性能，需要對雙電機和蓄電池進行合理的控制和匹配，使其能根據拖拉機的工況狀態及駕駛員的需求來合理分配轉矩，使兩個電機工作在各自的高效區，從而提高整機的動力性和經濟性。整機的控制策略結構框圖如圖2所示。控制策略分為3層，分別為駕駛員意圖識別策略、模式識別策略和動力分配策略

　　2．1駕駛意圖識別

　　在研究拖拉機機組動態特性的基礎上，根據油門、擋位、耕深(或車速)3個參數，求得整機需求轉矩。需求轉矩的計算包含兩部分內容［6］，即基本轉矩計算模塊和補償轉矩計算模塊，下面分別對這兩模塊進行介紹［7－8］。1)根據爬坡度標定的轉矩負荷系數與踏板開度的關系［9］，采用查表方法，得到該轉速下電機可以輸出的最大轉矩，來決定基本轉矩。2)將實際的拖拉機在不同工況下運行時采集的數據作為訓練數據，采用自適應模糊神經網絡系統(AdaptiveNeural－basedFuzzyInferenceSystem，ANFIS)對加速踏板信號進行辨識與補償轉矩控制。

　　2．2模式識別策略

　　拖拉機有轉場、犁耕、旋耕3種工況，需根據不同工況的車速和耕深要求進行電動拖拉機驅動模式識別。本文采用基于瞬時優化的模式識別策略，具體如圖4所示。選擇拖拉機作業工況，整機需求轉矩由油門踏板給出，通過對比主電機單獨工作時的電功率、調速電機單獨工作時的電功率、主電機和調速電機按照轉速耦合模式工作時的電功率，取電功率最小所對應的模式作為當前的工作模式。即在線計算當前狀態下本構型的3種工作模式下每種模式的需求電功率，最后選擇消耗電功率最小的那種模式作為當前狀態下的工作模式。

　　3雙電機功率分匯流電動拖拉機仿真系統

　　雙電機功率分匯流電動拖拉機MatLab/Simulink的整機頂層模型主要包含控制策略模型、主電機模型、調速電機模型、電池模型和拖拉機車身模型5部分。為了分析驅動電機和電池工作過程中的效率，電機模型基于實測得到的電機系統效率與轉速和轉矩之間的關系開發;電池模型基于廠家提供的電池組放電效率和放電電流與SOC之間的關系建立;拖拉機車身模型根據拖拉機作業時的滾動阻力、空氣阻力、坡度阻力、加速阻力和牽引阻力開發，作為驅動電機模型的負載。

　　5結論

　　1)闡述了整機控制系統的結構及相應的控制策略，根據拖拉機的工作模式制定了采用ANFIS的駕駛意圖識別策略、基于瞬時優化的模式識別策略和基于模糊控制的動力分配策略。2)針對開發的能量管理策略，建立了包括電池、控制策略、電機、駕駛員等模塊的整機Simulink仿真模型。仿真結果表明:該模型能準確跟蹤循環工況，電池SOC變化平穩，能量管理策略準確、合理。3)在拖拉機3種作業工況下，分別對整機模型進行了整機經濟性能仿真，結果表明:所建模型實現了整機需求轉矩的有效分配，且節能率較單電機驅動時有明顯提高。

　　參考文獻:

　　［1］知一．開啟智能農機新時代—“智能農機裝備”重點專項立項項目一覽［J］．中國農村科技，2017(5):18－23．

　　［2］王佳．純電動汽車能量管理關鍵技術及高壓安全策略研究［D］．北京:北京理工大學，2014．

　　［3］方樹平，周志立，徐立友．串聯式混合動力拖拉機能量管理策略［J］．河南科技大學學報:自然科學版，2015，36(6):61－66．

　　［4］劉孟楠，周志立，徐立友，等．基于隨機載荷功率譜的電動拖拉機復合能量系統研究［J］．農業機械學報，2018，49(2):358－366．

　　［5］王春光．并聯式混合動力拖拉機能量管理策略研究［D］．洛陽:河南科技大學，2014．