一种四轮驱动纯电动微耕机动力系统及控制方法
【技术领域】
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[0001]本发明属于新能源农业机械技术领域，涉及一种动力系统及控制方法，具体涉及一种四轮驱动纯电动微耕机动力系统及方法。
【背景技术】
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[0002]由于农业从业人员的减少以及农业劳动力成本的增加，发展农业机械取代人的操作是提高农业生产效率和实现农业现代化的一个重要途径。目前，大多数农业作业中使用的农机机械采用传统的燃油机作为主要动力源，尾气的排放、燃油的泄漏等会进一步污染作物和土壤，燃油机的噪声严重损害现场操作人员的身心健康，在人们追求绿色蔬菜和健康生活的今天，特别是针对蔬菜大棚等环境开发新能源农机装备是世界各国的研究热点，在借鉴现有的新能源汽车动力系统及相关技术的基础上，开发纯电动微耕机及其动力系统，结合具体农艺进行耕作，既满足了动力输出的要求，又杜绝了对蔬菜和土壤的污染，具有良好的市场前景。杂志《广东农业科学》，2013年第14期刊登的文章:《两轮独立驱动电动微耕机的控制系统研究》，报道了一种小型手扶式两轮独立驱动的电动微耕机，针对该电动微耕机的驱动控制，设计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，减少驾驶员的操纵强度，但是需要给直流电机另外供电，温室内需要架设电网，增加了温室成本；杂志《安徽农业科学》，2013年第41卷14期刊登的文章:《基于轮毂电机驱动的电动微耕机机架设计与分析》，提供了基于锂电池供电的轮毂电机驱动的微耕机，该设计降低了温室成本，同时以轮毂电机为驱动的微耕机取代了传统的驱动系统，轻便的轮毂电机直接驱动轮胎或旋耕刀，省去了中间传动装置，如减速器、行走箱等，整体结构简化，温室成本降低，效率提高，但是这些微耕机都是采用人跟机走的操作模式，给操作带来诸多不便。
【发明内容】
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[0003]本发明针对上述问题，提供一种四轮驱动的纯电动微耕机动力系统，以锂电池组作为轮毂电机和旋耕电机的动力来源，通过单独控制四个轮毂电机实现微耕机的前进、后退和转弯等运动，具有清洁、高效、无污染、操作方便等优点。
[0004]本发明所采用的技术方案为:一种四轮驱动纯电动微耕机动力系统，其特征在于:包括动力输出单元和控制单元；
[0005]所述的动力输出单元通过第一轮毂电机、第二轮毂电机、第三轮毂电机和第四轮毂电机驱动微耕机的车轮进行运动，四个轮毂电机依次对应由第一轮毂控制器、第二轮毂控制器、第三轮毂控制器和第四轮毂控制器控制其转速，四个轮毂控制器统一由第一锂电池组供电；
[0006]所述的控制单元中的主控制器通过(XD相机和GPS/GIS模块采集现场图像信息和定位信息并通过无线通信方式发送给手持遥控器，操作人员通过手持遥控器向主控制器发送微耕机的无线通信操作命令:主控制器通过D/A输出模块输出电压信号给第一轮毂控制器、第二轮毂控制器、第三轮毂控制器、第四轮毂控制器和电机控制器分别调节上述四个轮毂电机和旋耕电机的转速，一方面实现微耕机的前进、后退和转弯行走路径，另一方面实现旋耕电机的输出轴带动刀具进行农业作业。主控制器通过CAN总线与第一DC/DC、第一管理单元、第二 DC/DC和第二管理单元相连进行通信，接收第一锂电池组和第二锂电池组的电压、电流、温度和SOC值信息，控制第一 DC/DC和第二 DC/DC的开关状态和目标输出电压。
[0007]作为本发明的技术优选，所述的动力输出单元包括底盘、第一轮毂电机、第二轮毂电机、第三轮毂电机、第四轮毂电机、第一轮毂控制器、第二轮毂控制器、第三轮毂控制器、第四轮毂控制器、第一 DC/DC、第二 DC/DC、第一锂电池组、第一管理单元、第二锂电池组、第二管理单元、电机控制器和旋耕电机；第一轮毂电机、第二轮毂电机、第三轮毂电机和第四轮毂电机安装固定在底盘的下表面，第一轮毂控制器、第二轮毂控制器、第三轮毂控制器、第四轮毂控制器、第一 DC/DC、第二 DC/DC、第一锂电池组、第一管理单元、第二锂电池组、第二管理单元、电机控制器和旋耕电机安装固定在底盘的上表面。第一锂电池组的输出端与第一 DC/DC的输入端相连，第一 DC/DC的输出端与第一轮毂控制器、第二轮毂控制器、第三轮毂控制器和第四轮毂控制器的供电端相连，第一轮毂控制器、第二轮毂控制器、第三轮毂控制器和第四轮毂控制器的三相输出端分别对应与第一轮毂电机、第二轮毂电机、第三轮毂电机和第四轮毂电机相连。第二锂电池组的输出端与第二 DC/DC的输入端相连，第二 DC/DC的输出端与电机控制器的供电端相连，电机控制器的三相输出端与旋耕电机相连，旋耕电机的输出轴与刀具相连。
[0008]作为本发明的技术优选，所述的控制单元包括(XD相机、GPS/GIS模块、主控制器和手持遥控器；主控制器的供电端与动力输出单元中第一 DC/DC的输出端相连，CCD相机和GPS/GIS模块通过数据线与主控制器相连，主控制器的D/A模块与第一轮毂控制器、第二轮毂控制器、第三轮毂控制器、第四轮毂控制器和电机控制器的信号控制端相连，主控制器的CAN模块通过CAN总线与第一 DC/DC、第一管理单元、第二 DC/DC、第二管理单元相连进行通
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[0009]本发明提供了一种四轮驱动纯电动微耕机动力系统的控制方法，其特征在于，包括的步骤如下:
[0010]步骤1:主控制器通过(XD相机采集微耕机前方的图像信息，利用GPS/GIS模块获取微耕机的定位信息，利用CAN总线获取第一锂电池组和第二锂电池组的电压、温度、电流和S0C值，通过无线通信方式将这些信息发送给手持遥控器进行显示；
[0011]步骤2:操作人员基于手持遥控器接收到的图像和定位信息拨动摇杆产生微耕机的运动控制命令，并由手持遥控器通过无线通信方式发送给主控制器；
[0012]步骤3:主控制器通过无线通信方式接收手持遥控器的操作命令，利用CAN总线分别向第一 DC/DC和第二 DC/DC发送开关命令和输出目标电压命令，同时利用D/A模块分别向第一轮毂控制器、第二轮毂控制器、第三轮毂控制器、第四轮毂控制器和电机控制器输出电压信号调节第一轮毂电机、第二轮毂电机、第三轮毂电机、第四轮毂电机和旋耕电机的转速；
[0013]步骤4:当主控制器通过CAN总线接收到来自第一锂电池组或第二锂电池组出现欠压、过流、过温、S0C值低于0.3时，主控制器通过CAN总线向第一 DC/DC或第二 DC/DC发送关断输出命令，同时通过无线通信方式向手持遥控器发送报警信息提示操作人员更换第一锂电池组或第二锂电池组或对它们进行充电。
[0014]作为本发明的技术优选，上述步骤3中主控制器通过无线通信方式接收到手持遥控器的开机命令时，主控制器通过CAN总线分别向第一 DC/DC发送输出+48V，向第二 DC/DC发送输出+60V的目标电压命令，第一 DC/DC和第二 DC/DC内部的控制器通过输出不同占空比的PWM波形驱动开关管的开关时间实现目标电压的输出；当主控制器通过无线通信方式接收到手持遥控器的右转命令时，主控制器通过D/A模块向第二轮毂控制器和第三轮毂控制器发送电压信号