一種四輪驅(qū)動純電動微耕機動力系統(tǒng)及控制方法
【技術領域】
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[0001]本發(fā)明屬于新能源農(nóng)業(yè)機械技術領域，涉及一種動力系統(tǒng)及控制方法，具體涉及一種四輪驅(qū)動純電動微耕機動力系統(tǒng)及方法。
【背景技術】
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[0002]由于農(nóng)業(yè)從業(yè)人員的減少以及農(nóng)業(yè)勞動力成本的增加，發(fā)展農(nóng)業(yè)機械取代人的操作是提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的一個重要途徑。目前，大多數(shù)農(nóng)業(yè)作業(yè)中使用的農(nóng)機機械采用傳統(tǒng)的燃油機作為主要動力源，尾氣的排放、燃油的泄漏等會進一步污染作物和土壤，燃油機的噪聲嚴重損害現(xiàn)場操作人員的身心健康，在人們追求綠色蔬菜和健康生活的今天，特別是針對蔬菜大棚等環(huán)境開發(fā)新能源農(nóng)機裝備是世界各國的研究熱點，在借鑒現(xiàn)有的新能源汽車動力系統(tǒng)及相關技術的基礎上，開發(fā)純電動微耕機及其動力系統(tǒng)，結合具體農(nóng)藝進行耕作，既滿足了動力輸出的要求，又杜絕了對蔬菜和土壤的污染，具有良好的市場前景。雜志《廣東農(nóng)業(yè)科學》，2013年第14期刊登的文章:《兩輪獨立驅(qū)動電動微耕機的控制系統(tǒng)研究》，報道了一種小型手扶式兩輪獨立驅(qū)動的電動微耕機，針對該電動微耕機的驅(qū)動控制，設計了基于模糊控制方法的模糊PID控制器，有效改善其操作性能，減少駕駛員的操縱強度，但是需要給直流電機另外供電，溫室內(nèi)需要架設電網(wǎng)，增加了溫室成本；雜志《安徽農(nóng)業(yè)科學》，2013年第41卷14期刊登的文章:《基于輪轂電機驅(qū)動的電動微耕機機架設計與分析》，提供了基于鋰電池供電的輪轂電機驅(qū)動的微耕機，該設計降低了溫室成本，同時以輪轂電機為驅(qū)動的微耕機取代了傳統(tǒng)的驅(qū)動系統(tǒng)，輕便的輪轂電機直接驅(qū)動輪胎或旋耕刀，省去了中間傳動裝置，如減速器、行走箱等，整體結構簡化，溫室成本降低，效率提高，但是這些微耕機都是采用人跟機走的操作模式，給操作帶來諸多不便。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0003]本發(fā)明針對上述問題，提供一種四輪驅(qū)動的純電動微耕機動力系統(tǒng)，以鋰電池組作為輪轂電機和旋耕電機的動力來源，通過單獨控制四個輪轂電機實現(xiàn)微耕機的前進、后退和轉彎等運動，具有清潔、高效、無污染、操作方便等優(yōu)點。
[0004]本發(fā)明所采用的技術方案為:一種四輪驅(qū)動純電動微耕機動力系統(tǒng)，其特征在于:包括動力輸出單元和控制單元；
[0005]所述的動力輸出單元通過第一輪轂電機、第二輪轂電機、第三輪轂電機和第四輪轂電機驅(qū)動微耕機的車輪進行運動，四個輪轂電機依次對應由第一輪轂控制器、第二輪轂控制器、第三輪轂控制器和第四輪轂控制器控制其轉速，四個輪轂控制器統(tǒng)一由第一鋰電池組供電；
[0006]所述的控制單元中的主控制器通過(XD相機和GPS/GIS模塊采集現(xiàn)場圖像信息和定位信息并通過無線通信方式發(fā)送給手持遙控器，操作人員通過手持遙控器向主控制器發(fā)送微耕機的無線通信操作命令:主控制器通過D/A輸出模塊輸出電壓信號給第一輪轂控制器、第二輪轂控制器、第三輪轂控制器、第四輪轂控制器和電機控制器分別調(diào)節(jié)上述四個輪轂電機和旋耕電機的轉速，一方面實現(xiàn)微耕機的前進、后退和轉彎行走路徑，另一方面實現(xiàn)旋耕電機的輸出軸帶動刀具進行農(nóng)業(yè)作業(yè)。主控制器通過CAN總線與第一DC/DC、第一管理單元、第二 DC/DC和第二管理單元相連進行通信，接收第一鋰電池組和第二鋰電池組的電壓、電流、溫度和SOC值信息，控制第一 DC/DC和第二 DC/DC的開關狀態(tài)和目標輸出電壓。
[0007]作為本發(fā)明的技術優(yōu)選，所述的動力輸出單元包括底盤、第一輪轂電機、第二輪轂電機、第三輪轂電機、第四輪轂電機、第一輪轂控制器、第二輪轂控制器、第三輪轂控制器、第四輪轂控制器、第一 DC/DC、第二 DC/DC、第一鋰電池組、第一管理單元、第二鋰電池組、第二管理單元、電機控制器和旋耕電機；第一輪轂電機、第二輪轂電機、第三輪轂電機和第四輪轂電機安裝固定在底盤的下表面，第一輪轂控制器、第二輪轂控制器、第三輪轂控制器、第四輪轂控制器、第一 DC/DC、第二 DC/DC、第一鋰電池組、第一管理單元、第二鋰電池組、第二管理單元、電機控制器和旋耕電機安裝固定在底盤的上表面。第一鋰電池組的輸出端與第一 DC/DC的輸入端相連，第一 DC/DC的輸出端與第一輪轂控制器、第二輪轂控制器、第三輪轂控制器和第四輪轂控制器的供電端相連，第一輪轂控制器、第二輪轂控制器、第三輪轂控制器和第四輪轂控制器的三相輸出端分別對應與第一輪轂電機、第二輪轂電機、第三輪轂電機和第四輪轂電機相連。第二鋰電池組的輸出端與第二 DC/DC的輸入端相連，第二 DC/DC的輸出端與電機控制器的供電端相連，電機控制器的三相輸出端與旋耕電機相連，旋耕電機的輸出軸與刀具相連。
[0008]作為本發(fā)明的技術優(yōu)選，所述的控制單元包括(XD相機、GPS/GIS模塊、主控制器和手持遙控器；主控制器的供電端與動力輸出單元中第一 DC/DC的輸出端相連，CCD相機和GPS/GIS模塊通過數(shù)據(jù)線與主控制器相連，主控制器的D/A模塊與第一輪轂控制器、第二輪轂控制器、第三輪轂控制器、第四輪轂控制器和電機控制器的信號控制端相連，主控制器的CAN模塊通過CAN總線與第一 DC/DC、第一管理單元、第二 DC/DC、第二管理單元相連進行通
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[0009]本發(fā)明提供了一種四輪驅(qū)動純電動微耕機動力系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括的步驟如下:
[0010]步驟1:主控制器通過(XD相機采集微耕機前方的圖像信息，利用GPS/GIS模塊獲取微耕機的定位信息，利用CAN總線獲取第一鋰電池組和第二鋰電池組的電壓、溫度、電流和S0C值，通過無線通信方式將這些信息發(fā)送給手持遙控器進行顯示；
[0011]步驟2:操作人員基于手持遙控器接收到的圖像和定位信息撥動搖桿產(chǎn)生微耕機的運動控制命令，并由手持遙控器通過無線通信方式發(fā)送給主控制器；
[0012]步驟3:主控制器通過無線通信方式接收手持遙控器的操作命令，利用CAN總線分別向第一 DC/DC和第二 DC/DC發(fā)送開關命令和輸出目標電壓命令，同時利用D/A模塊分別向第一輪轂控制器、第二輪轂控制器、第三輪轂控制器、第四輪轂控制器和電機控制器輸出電壓信號調(diào)節(jié)第一輪轂電機、第二輪轂電機、第三輪轂電機、第四輪轂電機和旋耕電機的轉速；
[0013]步驟4:當主控制器通過CAN總線接收到來自第一鋰電池組或第二鋰電池組出現(xiàn)欠壓、過流、過溫、S0C值低于0.3時，主控制器通過CAN總線向第一 DC/DC或第二 DC/DC發(fā)送關斷輸出命令，同時通過無線通信方式向手持遙控器發(fā)送報警信息提示操作人員更換第一鋰電池組或第二鋰電池組或?qū)λ鼈冞M行充電。
[0014]作為本發(fā)明的技術優(yōu)選，上述步驟3中主控制器通過無線通信方式接收到手持遙控器的開機命令時，主控制器通過CAN總線分別向第一 DC/DC發(fā)送輸出+48V，向第二 DC/DC發(fā)送輸出+60V的目標電壓命令，第一 DC/DC和第二 DC/DC內(nèi)部的控制器通過輸出不同占空比的PWM波形驅(qū)動開關管的開關時間實現(xiàn)目標電壓的輸出；當主控制器通過無線通信方式接收到手持遙控器的右轉命令時，主控制器通過D/A模塊向第二輪轂控制器和第三輪轂控制器發(fā)送電壓信號