一种智能电动拖拉机及其工作方法pdf

2026-07-15点击量：908

　　本发明涉及一种智能电动拖拉机及其工作方法，特别涉及智能电动拖拉机双电机分汇流驱动系统、控制模式及工作，属于电动农业机械技术领域，整体装置包括双电机输入装置、差动轮系减速耦合装置、后桥、差速器、动力输出装置；双电机输入装置包括主电机和调速电机，两个电机分别将动力向后传递，差动轮系减速耦合装置用于接受双电机的输入并将动能耦合后向后传递、传递给动力输出装置进行旋耕作业或/及传递给后桥驱动整车前进，装置采用一体式传动箱结构，方便安装，双电机既能同时工作，也能单独完成相互的工作，克服传统双电机驱动过程中每

　　(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 CN 108173388 A (43)申请公布日 2018.06.15 (21)申请号 9.8 F16H 57/037(2012.01) F16H 57/04(2010.01) (22)申请日 2018.03.06 (71)申请人 山东科技大学 地址 266590 山东省青岛市黄岛区前湾港 路579号 (72)发明人 张鑫葛红恩林连华曾庆良 徐海港赵光龙王通曹俊晨 马德建李旭杨延超赵森庆 (74)专利代理机构 济南金迪知识产权代理有限 公司 37219 代理人 王楠 (51)Int.Cl. H02K 7/116(2006.01) F16H 57/023(2012.01) F16H 57/08(2006.01) 权利要求书2页 说明书10页 附图1页 (54)发明名称 一种智能电动拖拉机及其工作方法 (57)摘要 本发明涉及一种智能电动拖拉机及其工作 方法，特别涉及智能电动拖拉机双电机分汇流驱 动系统、控制模式及工作，属于电动农业机械技 术领域，整体装置包括双电机输入装置、差动轮 系减速耦合装置、后桥、差速器、动力输出装置； 双电机输入装置包括主电机和调速电机，两个电 机分别将动力向后传递，差动轮系减速耦合装置 用于接受双电机的输入并将动能耦合后向后传 递、传递给动力输出装置进行旋耕作业或/及传 递给后桥驱动整车前进，装置采用一体式传动箱 结构，方便安装，双电机既能同时工作，也能单独 完成相互的工作，克服传统双电机驱动过程中每 A 个电机只能够单独驱动一部分输出，或只能够用 8 在某些情况下才能耦合输出的局限性，增加系统 8 3 3 可靠性。 7 1 8 0 1 N C CN 108173388 A 权利要求书 1/2页 1.一种智能电动拖拉机，其特征在于，包括双电机输入装置、差动轮系减速耦合装置、 后桥、差速器、动力输出装置； 双电机输入装置包括主电机、主电机输入轴、主电机输入轴齿轮、调速电机、调速电机 输入轴、调速电机输入轴齿轮；主电机通过主电机输入轴与主电机输入轴齿轮相连，调速电 机通过调速电机输入轴与调速电机输入轴齿轮相连； 差动轮系减速耦合装置包括传动箱箱体、传动箱主轴齿轮、传动箱主轴、齿圈、行星齿 轮、太阳轮、行星架、行星架齿轮；齿圈的内表面和外表面均设有轮齿，齿圈通过支撑轴承支 撑于传动箱箱体上，太阳轮同心设于齿圈内，太阳轮与齿圈内表面之间设有行星齿轮，行星 齿轮包括三个相同尺寸的行星轮，为行星轮A、行星轮B、行星轮C，每个行星轮均与齿圈内表 面和太阳轮啮合，三个行星轮与行星架相连；传动箱主轴贯穿于第一轴承内侧，第一轴承的 外侧与行星架内侧相连；第二轴承的内侧与行星架的外侧相连，第二轴承的外侧与传动箱 相连；行星架上设有行星架齿轮；太阳轮与传动箱主轴相连； 后桥包括后桥输入齿轮、驱动轴、中央传动小齿轮、中央传动大齿轮、差速器、左半轴、 左半轴齿轮、左最终传动齿轮、左最终传动轴、右半轴、右半轴齿轮、右最终传动齿轮、右最 终传动轴，后桥输入齿轮通过驱动轴与中央传动小齿轮相连，中央传动小齿轮与中央传动 大齿轮通过一对锥齿啮合，差速器设于中央传动大齿轮上，差速器两端连接左半轴和右半 轴，左半轴与左半轴齿轮连接，左半轴齿轮与左最终传动齿轮啮合，左最终传动齿轮与左最 终传动轴连接；右半轴与右半轴齿轮连接，右半轴齿轮与右最终传动齿轮啮合，右最终传动 齿轮与右最终传动轴连接； 动力输出装置包括动力输出装置电磁离合器、动力输出装置主轴、动力输出装置主轴 齿轮A、动力输出装置主轴齿轮B、动力输出装置输出轴、动力输出装置输出齿轮B、动力输出 装置输出齿轮A、电磁换挡器，动力输出装置主轴上设有不同传动比的动力输出装置主轴齿 轮A和动力输出装置主轴齿轮B，动力输出装置输出轴上设有不同传动比的动力输出装置输 出齿轮B和动力输出装置输出齿轮A，电磁换挡器用于控制动力输出装置主轴齿轮A、动力输 出装置主轴齿轮B与动力输出装置输出齿轮B、动力输出装置输出齿轮A的啮合选择； 主电机输入轴齿轮与传动箱主轴齿轮啮合，调速电机输入轴齿轮与齿圈外表面啮合； 传动箱主轴一端与传动箱主轴齿轮相连，传动箱主轴另一端与动力输出装置电磁离合 器的一端相连；动力输出装置电磁离合器另一端与动力输出装置主轴相连； 行星架齿轮与后桥输入齿轮啮合。 2.根据权利要求1所述的智能电动拖拉机，其特征在于，主电机通过弹性联轴器与主电 机输入轴相连，主电机输入轴齿轮通过键连接在主电机输入轴上；调速电机通过弹性联轴 器与调速电机输入轴相连，调速电机输入轴齿轮通过键连接在调速电机输入轴上。 3.根据权利要求1所述的智能电动拖拉机，其特征在于，太阳轮通过花键与传动箱主轴 固定连接。 4.根据权利要求1所述的智能电动拖拉机，其特征在于，行星轮A的三个行星轮互为 120°的安装在行星架上。 5.根据权利要求1所述的智能电动拖拉机，其特征在于，智能电动拖拉机还包括信号采 集系统，信号采集系统包括主电机测速器、调速电机测速器、右半轴测扭装置、左半轴测扭 装置、动力输出装置输出轴测扭装置；主电机测速器和调速电机测速器用于对主电机和调 2 2 CN 108173388 A 权利要求书 2/2页 速电机的输出转速进行测量；右半轴测扭装置设于右半轴上，左半轴测扭装置设于左半轴 上，动力输出装置输出轴测扭装置设于动力输出装置输出轴上。 6.根据权利要求5所述的智能电动拖拉机，其特征在于，智能电动拖拉机还包括刹车系 统，刹车系统包括主电机轴抱闸、右半轴刹车、左半轴刹车和调速轴抱闸；主电机轴抱闸设 于主电机输入轴上，调速轴抱闸设于调速电机输入轴上，右半轴刹车设于右半轴上，左半轴 刹车设于左半轴上。 7.一种利用权利要求6所述的智能电动拖拉机的工作方法，包括以下模式： (1)旋耕作业时，动力输出装置电磁离合器闭合，电磁换挡器选择档位以达到指定的动 力输出装置输出速度，当收到加速踏板传来的加速信号后，主电机由0加速到主电机的额定 速度，动力输出装置也随着主电机的加速而到额定速度，主电机加速过程中调速电机不工 作且调速轴抱闸锁死，驱动车轮加速到一个指定速度后停止加速；启动调速电机，调速电机 以与主电机相同方向加速转动，行星架加速转动，实现拖拉机的加速前进，此时动力输出装 置输出速度一直不变，实现旋耕作业；当拖拉机的行驶速度达到预期时，加速踏板不再传来 加速信号，拖拉机以一定的速度前进；当前进受阻或者动力输出装置测扭信号超出一定的 范围时，减慢拖拉机前进速度； (2)犁耕作业时，断开动力输出装置电磁离合器；当收到加速踏板传来的加速信号后， 主电机由0加速到主电机的额定速度，动力输出装置没有输出，主电机加速过程中调速电机 不工作且调速轴抱闸锁死，驱动车轮加速到一个指定速度后停止加速；启动调速电机，调速 电机以与主电机相同方向加速转动，行星架加速转动，驱动拖拉机加速前进； (3)转场作业时，轻载模式下，断开动力输出装置电磁离合器，仅用调速电机驱动，主电 机锁死；重载模式下，主电机与调速电机均工作，当收到加速踏板传来的加速信号后，主电 机由0加速到主电机的额定速度，动力输出装置没有输出，主电机加速过程中调速电机不工 作且调速轴抱闸锁死，驱动车轮加速到一个指定速度后停止加速；启动调速电机，调速电机 以与主电机相同方向加速转动，行星架加速转动，驱动拖拉机加速前进； (4)倒退时，轻载模式下，断开动力输出装置电磁离合器，仅用调速电机反转，主电机锁 死；重载模式下，主电机与调速电机均工作，当收到加速踏板传来的加速信号后，主电机反 转，由0加速到主电机的额定速度，动力输出装置没有输出，主电机加速过程中调速电机不 工作且调速轴抱闸锁死，驱动车轮加速到一个指定速度后停止加速；启动调速电机，调速电 机以与主电机相同方向加速转动，行星架加速转动，驱动拖拉机加速前进。 3 3 CN 108173388 A 说明书 1/10页 一种智能电动拖拉机及其工作方法 技术领域 [0001] 本发明涉及一种智能电动拖拉机，特别涉及智能电动拖拉机双电机分汇流驱动系 统、控制模式及工作方法，属于电动农业机械技术领域。 背景技术 [0002] 传统燃油拖拉机的能源消耗率比较大，排放性也比较差，大多数时间段工作在高 功率下的低速大扭矩区域，造成生态、资源、环境的日益破坏，国家对节能减排、污染治理的 问题越来越重视。拖拉机的作业工况特殊且复杂多变，需要频繁的变换作业模式和挡位，如 今先进的拖拉机拥有自动换挡技术，但大多用于大中型拖拉机，价格昂贵，不适用于中国市 场，难以推广；新能源智能农机方面各国水平差距不大，作为新兴产品在国际制造业中存在 巨大的空白，也是我国制造业赶超欧美的重要突破口之一。因此，开发智能高效的电动农业 机械，加快缩短我国绿色动力农机装备技术及产品与国外发达国家之间的差距，整体提高 我国绿色农业产业的核心竞争力。电动拖拉机是绿色农业的基础设备，是大多数农业机械 的动力来源，因此发展电动拖拉机是当前绿色农业的重点；而驱动系统的可以说是整个电 动拖拉机核心部位，传统燃油拖拉机的驱动方式不能满足电机的驱动方式，因此如何开发 一种高效的、非传统的驱动方式成为电动拖拉机行业研究的重点。 [0003] 中国专利文件(申请号CN8.8)提供了一种电动拖拉机，其动力传动装 置通过整机集成控制器完成实际作业工况下行走电机、动力电机(动力输出装置)、提升电 机的控制；中国专利文件(申请号CN2.2)提供了一种电动拖拉机，强调多电机 的独立控制，没有解决双电机的耦合问题，局限性很高；中国专利文件(申请号 CN4.9)提供的电动拖拉机用一体式传动箱中旨在分别研究在耕作和运输区段 的动力传递路径，缺少双电机耦合的方式，造成电机在大多数的工况下是闲置的。中国专利 文件(申请号CN1.8)提供的一种电动拖拉机双电机多模式驱动系统及控制方 法中虽然有电机间的耦合，但是复杂的换挡结构并没有打破传统的传动模式和电机间缺少 电机间相应的协同控制，造成某一电机功率浪费。 发明内容 [0004] 针对现有的电动拖拉机的传动箱档位复杂，操作困难；而且现有双电机输入大多 数采用分别驱动动力输出装置和驱动轮方式，造成的耦合不足，智能化程度低等问题，本发 明提出一种非传统的智能的双电机分汇流驱动的传动方案，本发明提供了一种智能电动拖 拉机，能够最大程度的解决双电机动力的耦合问题，采用闭环的控制方法，结合智能控制技 术，使电机间相互配合发挥更好的性能。本发明为今后的无人驾驶拖拉机提供技术保障。 [0005] 术语说明 [0006] 转场作业时，轻载模式即驱动系统只是驱动拖拉机自身的重量或者是外加一些重 量相对较小的悬挂农具；重载模式即驱动系统除了驱动自身的重量之外，还需要拖拽牵引 拖车或者是重量相对较大的悬挂农具。 4 4 CN 108173388 A 说明书 2/10页 [0007] 本发明的技术方案如下： [0008] 一种智能电动拖拉机，包括双电机输入装置、差动轮系减速耦合装置、后桥、差速 器、动力输出装置； [0009] 双电机输入装置包括主电机、主电机输入轴、主电机输入轴齿轮、调速电机、调速 电机输入轴、调速电机输入轴齿轮；主电机通过主电机输入轴与主电机输入轴齿轮相连，调 速电机通过调速电机输入轴与调速电机输入轴齿轮相连； [0010] 差动轮系减速耦合装置包括传动箱箱体、传动箱主轴齿轮、传动箱主轴、齿圈、行 星齿轮、太阳轮、行星架、行星架齿轮；齿圈的内表面和外表面均设有轮齿，齿圈通过支撑轴 承支撑于传动箱箱体上，太阳轮同心设于齿圈内，齿圈能绕传动箱主轴自由转动，太阳轮与 齿圈内表面之间设有行星齿轮，行星齿轮包括三个相同尺寸的行星轮，即为行星轮A、行星 轮B、行星轮C，每个行星轮均与齿圈内表面和太阳轮啮合，三个行星轮与行星架相连；行星 架、传动箱主轴和传动箱连接是通过两套轴承完成，传动箱主轴贯穿于第一轴承内侧，第一 轴承的外侧与行星架内侧相连，将行星架支撑在传动箱主轴上；第二轴承的内侧与行星架 的外侧相连，第二轴承的外侧与传动箱相连；行星架上设有行星架齿轮；太阳轮与传动箱主 轴相连，太阳轮随传动箱主轴的转动一起运动； [0011] 后桥包括后桥输入齿轮、驱动轴、中央传动小齿轮、中央传动大齿轮、差速器、左半 轴、左半轴齿轮、左最终传动齿轮、左最终传动轴、右半轴、右半轴齿轮、右最终传动齿轮、右 最终传动轴，后桥的能量通过行星架齿轮和后桥输入齿轮啮合传递进来，后桥输入齿轮通 过驱动轴与中央传动小齿轮相连，中央传动小齿轮与中央传动大齿轮通过一对锥齿啮合， 实现传动方向的改变，差速器设于中央传动大齿轮上，差速器两端连接左半轴和右半轴，左 半轴与左半轴齿轮连接，左半轴齿轮与左最终传动齿轮啮合，左最终传动齿轮与左最终传 动轴连接；右半轴与右半轴齿轮连接，右半轴齿轮与右最终传动齿轮啮合，右最终传动齿轮 与右最终传动轴连接；左、右半轴通过最终传动将动力传动到与驱动车轮相连的驱动轴上， 带动驱动车轮旋转； [0012] 动力输出装置包括动力输出装置电磁离合器、动力输出装置主轴、动力输出装置 主轴齿轮A、动力输出装置主轴齿轮B、动力输出装置输出轴、动力输出装置输出齿轮B、动力 输出装置输出齿轮A、电磁换挡器，动力输出装置主轴上设有不同传动比的动力输出装置主 轴齿轮A和动力输出装置主轴齿轮B，动力输出装置输出轴上设有不同传动比的动力输出装 置输出齿轮B和动力输出装置输出齿轮A，电磁换挡器用于控制动力输出装置主轴齿轮A、动 力输出装置主轴齿轮B与动力输出装置输出齿轮B、动力输出装置输出齿轮A的啮合选择；电 磁换挡器是常规部件，电磁换挡器固定在动力输出装置输出轴上，电磁换挡器一端与动力 输出装置输出齿轮B相连，电磁换挡器另一端与动力输出装置输出齿轮A相连，通过电磁换 挡器的动作控制齿轮的啮合。 [0013] 主电机输入轴齿轮与传动箱主轴齿轮啮合，调速电机输入轴齿轮与齿圈外表面啮 合；以此主电机的能量和调速电机的能量可分别传入传动箱中； [0014] 传动箱主轴一端与传动箱主轴齿轮相连，传动箱主轴另一端与动力输出装置电磁 离合器的一端相连，传动箱主轴作为整个传动箱的重要的传递能量的零件，贯穿整个传动 箱；动力输出装置电磁离合器另一端与动力输出装置主轴相连；以此传动箱的能量传递给 动力输出装置中； 5 5 CN 108173388 A 说明书 3/10页 [0015] 行星架齿轮与后桥输入齿轮啮合，以此将能量输出到后桥中，通过一系列传动，驱 动车轮前进。 [0016] 根据本发明优选的，主电机通过弹性联轴器与主电机输入轴相连，主电机输入轴 齿轮通过键的方式连接在主电机输入轴上；调速电机通过弹性联轴器与调速电机输入轴相 连，调速电机输入轴齿轮通过键的方式连接在调速电机输入轴上。 [0017] 根据本发明优选的，太阳轮通过花键与传动箱主轴固定连接。 [0018] 根据本发明优选的，行星轮A的三个行星轮互为120°的安装在行星架上。 [0019] 根据本发明优选的，智能电动拖拉机还包括信号采集系统，信号采集系统包括主 电机测速器、调速电机测速器、右半轴测扭装置、左半轴测扭装置、动力输出装置输出轴测 扭装置；主电机测速器和调速电机测速器用于对主电机和调速电机的输出转速进行测量， 通过算法计算出齿圈和太阳轮的转速，从而精确的控制行星轮上下的速度差，实现精确控 制行星架的转速，实现对车辆速度和方向的控制；右半轴测扭装置设于右半轴上，左半轴测 扭装置设于左半轴上，动力输出装置输出轴测扭装置设于动力输出装置输出轴上，测扭装 置可以精确的测量各自的传动轴传递和承受的扭矩。当测出扭矩超过预设的值时，反馈到 整机控制器中，计算机检测到当某一部分所承受的扭矩过大时，系统自动调节电机的转速， 实现能量的合理分配，构成一个闭环控制系统，实现智能化，使效率达到最大化。 [0020] 根据本发明优选的，智能电动拖拉机还包括刹车系统，刹车系统包括四部分刹车， 分别是主电机轴抱闸、右半轴刹车、左半轴刹车和调速轴抱闸；主电机轴抱闸设于主电机输 入轴上，调速轴抱闸设于调速电机输入轴上，电机轴抱闸的主要作用是当电机需要静止的 时候对其输入进行锁死。差动轮系有两个自由度，需要两个电机进行驱动，否则整个系统构 不成传动装置，实现不了传递动力的功能。如上所述，当其中一部电机不工作时，就需要对 其锁死，若不控制这个自由度，这部电机成为整个传动系统的负载，造成能源损失，同时影 响传动。所以当电机不工作时需要将其锁死，以增加系统的稳定性。另外，当车辆遇到紧急 情况时，抱闸也能直接把电机锁死，提高刹车性能。右半轴刹车设于右半轴上，左半轴刹车 设于左半轴上。右半轴刹车和左半轴刹车主要是对车辆进行制动，安装在半轴上可以以较 小的力矩来控制整个车辆的制动，另一方面该刹车需要的尺寸比较小，节省空间。同时也能 够简化车轮的结构，克服传统结构中车轮复杂的结构，利于维修。 [0021] 主电机输入轴将扭矩和转动从主电机传递到主电机输入轴齿轮，再通过齿轮啮合 的方式将能量通过传动箱主轴齿轮传递到差动轮系减速耦合装置中去，传递进去的能量作 为整个驱动系统的一部分能量向后传递。调速电机以同样的方式将调速电机、调速电机输 入轴和调速电机输入轴齿轮连接起来。主电机和调速电机通过双电机输入装置将能量输入 到整个系统中。这样的输入装置能够使每一步电机都能控制住差动轮系中的一个自由度， 当任何一部电机锁死时，只要有一部电机工作，整个车辆就能够运动，极大的提高了拖拉机 的可靠性。 [0022] 差动轮系减速耦合装置中，能量输入的途径两种：a.主电机通过主电机输入轴齿 轮与传动箱主轴齿轮的齿轮啮合将能量传递给传动箱主轴，传动箱主轴通过固定在其上的 太阳轮将能量输入给耦合装置；b.调速电机通过调速电机轴输入齿轮和外齿轮的啮合将能 量输入该装置。该装置的能量输出途径也有两种：c.传动箱主轴将能量直接输出到动力输 出装置；d.通过行星架齿轮与后桥输入齿轮啮合将能量输出到后桥中。太阳轮是整个系统 6 6 CN 108173388 A 说明书 4/10页 能量的交汇点，主电机的能量通过太阳轮传递给耦合装置，从调速电机传递到装置的能量 也通过太阳轮传递出去。太阳轮作为整个双电机分汇流系统的中心部件，起到了纽带的作 用。该耦合装置的工作原理如下：行星架齿轮是作为该装置输出能量到后桥的唯一零件，行 星架的转动就会驱动整个车辆前进。行星架的转动是通过行星齿轮内外侧的速度差实现 的，当行星轮的上、下侧的线速度一致时(本文设定：行星轮与齿圈内表面的接触面为上侧、 行星轮与太阳轮的接触面为下侧)，行星轮自身的转动静止或者是绕行星架支撑行星轮的 轴自转，这时行星轮是不会绕太阳轮转动的。只有当行星轮上、下侧的线速度有一定的差值 时，这个速度差会使行星轮与外齿轮或者太阳轮有相对运动，这时会带着行星架绕太阳轮 转动，带动行星架齿轮也发生转动，将能量输出到后桥中。当主电机有输入时，不论调速电 机有无输入，动力输出装置的输出由动力输出装置电磁离合器决定。当调速电机无输入时， 刹车系统中的调速轴抱闸锁死，此时差动轮系相当于行星减速器，主电机输入可以单独控 制行星架齿轮输出，驱动整车前进。若此时动力输出装置工作，主电机的大部分能量输出到 动力输出装置中，少部分用来驱动车轮。若动力输出装置不工作，主电机的全部能量用来驱 动车轮前进；主电机无输入、调速电机有输入时，动力输出装置输出不再取决于电磁离合 器，是不输出的，同时，主电机会通过刹车系统中的主电机轴抱闸锁死，这时的差动轮系就 相当于一个行星减速器，由调速电机带动齿圈转动，驱动行星架齿轮输出；两部电机同时工 作时，能够同时驱动车辆前进和提供动力输出装置输出的能量，通过控制调速电机，控制前 进速度。当动力输出装置选择不工作时，双电机同时输入还能够增大驱动力。该装置能够设 置不同的工作模式，提高双电机耦合的效率，同时还能够使整机达到最好的节能效果，避免 传统传动箱对能源造成的巨大损失。 [0023] 差动轮系具有结构小，质量轻，传动比大，效率高和方便速度的合成与分解等优 点。 [0024] 在电机驱动后桥的过程中，整个驱动流程中不牵涉换挡结构，各个工况的传动比 的选择由双电机的控制策略决定。驱动车轮转动快慢完全由双电机调速系统完成，避免了 传统箱复杂的换挡结构，极大的简化了整个传动过程，节省空间，避免由于换挡逻辑错误带 来的各种问题，利于维修，提高传动效率，避免由于多个齿轮摩擦的发热多问题。 [0025] 一种智能电动拖拉机的工作方法，包括以下模式： [0026] (1)旋耕作业时，动力输出装置电磁离合器闭合，电磁换挡器选择档位以达到指定 的动力输出装置输出速度，当收到加速踏板传来的加速信号后，主电机由0加速到主电机的 额定速度，动力输出装置也随着主电机的加速而到额定速度，主电机加速过程中调速电机 不工作且调速轴抱闸锁死，整个差动轮系减速耦合装置相当于一套典型的行星减速系统， 驱动车轮缓缓加速到一个很小的指定速度后停止加速；启动调速电机，调速电机以与主电 机相同方向缓慢加速转动，行星齿轮由于受到更大的速度差的作用带动行星架更快的转 动，行星架加速转动，实现拖拉机的加速前进，由于主电机速度不变的原因，此时动力输出 装置输出速度一直不变，实现旋耕作业；当拖拉机的行驶速度达到人的预期时，加速踏板不 再传来加速信号，拖拉机以一定的速度前进；当前进受阻或者动力输出装置测扭信号超出 一定的范围时，减慢拖拉机前进速度有助于增加驱动力； [0027] (2)犁耕作业时，断开动力输出装置电磁离合器；当收到加速踏板传来的加速信号 后，主电机由0加速到主电机的额定速度，动力输出装置由于动力输出装置电磁离合器断开 7 7 CN 108173388 A 说明书 5/10页 的缘故是没有输出的，主电机的能量全部用来驱动车轮前进，且主电机加速过程中调速电 机不工作且调速轴抱闸锁死，整个差动轮系减速耦合装置相当于一套典型的行星减速系 统，驱动车轮缓缓加速到一个很小的指定速度后停止加速；启动调速电机，调速电机以与主 电机相同方向缓慢加速转动，行星齿轮由于受到更大的速度差的作用带动行星架更快的转 动，行星架加速转动，驱动拖拉机的加速前进。根据差动轮系中行星架所受的力的计算原 理，这样的齿轮啮合方式最大程度的增加行星轮的输出转矩。断开动力输出装置输出，能够 使系统输出的能量全部流向驱动轮，增加驱动力。 [0028] (3)转场作业时，轻载模式下，断开动力输出装置电磁离合器，仅用调速电机驱动 即可，主电机锁死，差动轮系减速耦合装置相当于行星减速器，实现增大扭矩，无极调速功 能；重载模式下，主电机与调速电机均工作，其双电机的工作与犁耕作业工作方式相同，即 当收到加速踏板传来的加速信号后，主电机由0加速到主电机的额定速度，动力输出装置由 于动力输出装置电磁离合器断开的缘故是没有输出的，主电机的能量全部用来驱动车轮前 进，且主电机加速过程中调速电机不工作且调速轴抱闸锁死，整个差动轮系减速耦合装置 相当于一套典型的行星减速系统，驱动车轮缓缓加速到一个很小的指定速度后停止加速； 启动调速电机，调速电机以与主电机相同方向缓慢加速转动，行星齿轮由于受到更大的速 度差的作用带动行星架更快的转动，行星架加速转动，驱动拖拉机的加速前进。 [0029] (4)倒退时，双电机的工作模式与转场相同，不同的是电机反转。若轻载模式下，断 开动力输出装置电磁离合器，仅用调速电机反转即可，主电机锁死，差动轮系减速耦合装置 相当于行星减速器，实现增大扭矩，无极调速功能；重载模式下，主电机与调速电机均工作， 其双电机的工作与犁耕作业工作方式相同。即当收到加速踏板传来的加速信号后，主电机 反转，由0加速到主电机的额定速度，动力输出装置由于动力输出装置电磁离合器断开的缘 故是没有输出的，且主电机加速过程中调速电机不工作且调速轴抱闸锁死，整个差动轮系 减速耦合装置相当于一套典型的行星减速系统，驱动车轮缓缓加速到一个很小的指定速度 后停止加速；启动调速电机，调速电机以与主电机相同方向缓慢加速转动，行星齿轮由于受 到更大的速度差的作用带动行星架更快的转动，行星架加速转动，驱动拖拉机的加速前进。 [0030] 另外，不同电机的转速组合模式能够实现不同的传动比，比如当主电机达到额定 速度后，若调速电机以不同于主电机的转向的方向转动，电动拖拉机会实现逐渐减速直至 停止，如果继续加速，拖拉机倒退；若需要急加速时，主电机和调速电机以同样的转动方向 同时加速，驱动轮就会急加速前进。 [0031] 本发明的有益效果在于： [0032] 1.本发明的技术方案采用一体式传动箱结构，使整个装置体积减小，节省空间，方 便安装。 [0033] 2.该驱动系统无档位变换，拖拉机的快慢通过双电机的相互配合以及电机的无级 变速实现，这样既节省整个传动箱的空间而且避免了换挡繁杂的结构，这样也能更加利于 维修更换，更是避免了传统的传动箱由于复杂的档位变换造成的逻辑混乱，大大节省了经 济成本。 [0034] 3.采用差动轮系减速耦合装置具有结构小，质量轻，传动比大，效率高更加方便速 度的合成与分解，对于目前用于驱动的电机来说普遍的转速比较高，传统的减速方式需要 的齿轮级数较多。本减速装置能在较小的空间中有大的传动比，避免了采用多级齿轮传动 8 8 CN 108173388 A 说明书 6/10页 效率低的问题，同时也避免了传动过程中的热量增多的问题，更有利于散热。该结构有利于 双电机的能量合流，更好的实现电机间耦合问题，而且有利于合流后能量的分解，实现更好 的系统能量的分配问题。 [0035] 4.双电机通过差动轮系耦合装置可以实现分别控制拖拉机的行走，当任何一电机 出现故障时都不会影响其行走，极大的提高了整车的可靠性与便利性，提高使用性能。 [0036] 5.当动力输出装置不工作时，差动轮系耦合装置两台电机能够实现同时驱动整车 行走，增加驱动力。 [0037] 6.双电机既能够同时工作，也能够单独完成相互的工作，克服传统双电机驱动过 程中每个电机只能够单独驱动一部分输出，或者只能够用在某些情况下才能耦合输出的局 限性，增加系统可靠性，若采用合适的控制策略能够使每个电机都在转速最大效率的期间 内工作，使能源的利用率更高。 [0038] 7.差动轮系减速耦合装置能够实现双电机分汇流后能量的分别输出功能。传动箱 主轴将能量直接输出到动力输出装置；行星架齿轮与后桥输入齿轮啮合将能量输出到后桥 中，通过控制能量的路径，可以更好的实现能量的合理分配。 [0039] 8.差动轮系减速耦合装置控制双电机的转向能够输出不同的传动比，满足在不同 工况下对传动比要求不用的需求。 [0040] 9.信号采集系统使整个传动系统的反馈装置，这些装置及其辅助设备能够实现整 个传动系统智能控制，极大的增加了传动箱的智能化，节省工作人员的精力，方便程度也得 到了极大的提升，这样的闭环控制系统也是实现电动拖拉机智能化的基础。 [0041] 10.采用电磁离合器与电磁换挡器能够极大的简化操作难度，也能够在实现设置 好的工作模式中加入对电磁开关的控制，操作简单，避免了繁杂的拨叉换挡结构，是结构更 加紧凑。电磁离合器能够用电控控制其开合，极大的简化人的操作，当需要动力输出装置输 出时，轻点按钮，就可以实现输出。还可以与整机控制器，当选择不同的工作模式时，电磁离 合器就会根据事先设定好的选择闭合还是分离，极大的提高了智能化程度。 [0042] 11.动力输出装置主轴齿轮上有两种传动比的齿轮可供啮合，他们的切换用电磁 换挡器实现，动力输出装置输出的不同标准采用不用的传动比实现，这样能够保证在主电 机的额定转速下动力输出装置输出达到国家标准，使主电机一直在效率最大时输出，极大 的避免了电机的输出效率低等问题。 [0043] 12.双电机输入装置能够使每一步电机都能控制住差动轮系中的一个自由度，当 任何一部电机锁死时，只要有一部电机工作，整个车辆就能够运动，极大的提高了拖拉机的 可靠性。也是整车能量的输入端口，控制不同的能量输入端口，便能够精准的控制整个系统 的能量分配。 附图说明 [0044] 图1是本发明智能电动拖拉机的结构连接示意图； [0045] 其中：1、主电机，2、主电机测速器，3、主电机输入轴，4、主电机轴抱闸，5、主电机输 入轴齿轮，6、传动箱主轴，7、外齿轮，8、行星轮A，9、太阳轮，10、行星架，11、行星架齿轮，12、 右半轴刹车，13、右半轴齿轮，14、右半轴测扭装置，15、右最终传动轴，16、右最终传动齿轮， 17、动力输出装置主轴齿轮A，18、动力输出装置主轴齿轮B，19、动力输出装置主轴，20、动力 9 9 CN 108173388 A 说明书 7/10页 输出装置输出轴，21、动力输出装置输出齿轮B，22、电磁换挡器，23、动力输出装置输出齿轮 A，24、动力输出装置输出轴测扭装置，25、动力输出装置电磁离合器，26、右半轴，27、左最终 传动齿轮，28、左最终传动轴，29、差速器，30、中央传动大齿轮，31、左半轴齿轮，32、左半轴 刹车，33、左半轴测扭装置，34、左半轴，35、中央传动小齿轮，36、驱动轴，37、调速电机输入 轴齿轮，38、后桥输入齿轮，39、调速电机，40、调速电机测速器，41、调速电机输入轴，42、调 速轴抱闸，43、内齿轮，44、行星轮B，45、传动箱主轴齿轮。 具体实施方式 [0046] 下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。 [0047] 实施例1： [0048] 一种智能电动拖拉机，包括双电机输入装置、差动轮系减速耦合装置、后桥、差速 器、动力输出装置。 [0049] 双电机输入装置包括主电机、主电机输入轴、主电机输入轴齿轮、调速电机、调速 电机输入轴、调速电机输入轴齿轮；主电机通过主电机输入轴与主电机输入轴齿轮相连，调 速电机通过调速电机输入轴与调速电机输入轴齿轮相连。 [0050] 差动轮系减速耦合装置包括传动箱箱体、传动箱主轴齿轮、传动箱主轴、齿圈、行 星齿轮、太阳轮、行星架、行星架齿轮；齿圈的内表面和外表面均设有轮齿，齿圈通过支撑轴 承支撑于传动箱箱体上，太阳轮同心设于齿圈内，齿圈能绕传动箱主轴自由转动，太阳轮与 齿圈内表面之间设有行星齿轮，行星齿轮包括三个相同尺寸的行星轮，即为行星轮A、行星 轮B、行星轮C，每个行星轮均与齿圈内表面和太阳轮啮合，三个行星轮与行星架相连；行星 架、传动箱主轴和传动箱连接是通过两套轴承完成，传动箱主轴贯穿于第一轴承内侧，第一 轴承的外侧与行星架内侧相连，将行星架支撑在传动箱主轴上；第二轴承的内侧与行星架 的外侧相连，第二轴承的外侧与传动箱相连；行星架上设有行星架齿轮；太阳轮与传动箱主 轴相连，太阳轮随传动箱主轴的转动一起运动。 [0051] 后桥包括后桥输入齿轮、驱动轴、中央传动小齿轮、中央传动大齿轮、差速器、左半 轴、左半轴齿轮、左最终传动齿轮、左最终传动轴、右半轴、右半轴齿轮、右最终传动齿轮、右 最终传动轴，后桥的能量通过行星架齿轮和后桥输入齿轮啮合传递进来，后桥输入齿轮通 过驱动轴与中央传动小齿轮相连，中央传动小齿轮与中央传动大齿轮通过一对锥齿啮合， 实现传动方向的改变，差速器设于中央传动大齿轮上，差速器两端连接左半轴和右半轴，左 半轴与左半轴齿轮连接，左半轴齿轮与左最终传动齿轮啮合，左最终传动齿轮与左最终传 动轴连接；右半轴与右半轴齿轮连接，右半轴齿轮与右最终传动齿轮啮合，右最终传动齿轮 与右最终传动轴连接；左、右半轴通过最终传动将动力传动到与驱动车轮相连的驱动轴上， 带动驱动车轮旋转。 [0052] 动力输出装置包括动力输出装置电磁离合器、动力输出装置主轴、动力输出装置 主轴齿轮A、动力输出装置主轴齿轮B、动力输出装置输出轴、动力输出装置输出齿轮B、动力 输出装置输出齿轮A、电磁换挡器，动力输出装置主轴上设有不同传动比的动力输出装置主 轴齿轮A和动力输出装置主轴齿轮B，动力输出装置输出轴上设有不同传动比的动力输出装 置输出齿轮B和动力输出装置输出齿轮A，电磁换挡器用于控制动力输出装置主轴齿轮A、动 力输出装置主轴齿轮B与动力输出装置输出齿轮B、动力输出装置输出齿轮A的啮合选择；电 10 10 CN 108173388 A 说明书 8/10页 磁换挡器是常规部件，电磁换挡器固定在动力输出装置输出轴上，电磁换挡器一端与动力 输出装置输出齿轮B相连，电磁换挡器另一端与动力输出装置输出齿轮A相连，通过电磁换 挡器的动作控制齿轮的啮合。 [0053] 主电机输入轴齿轮与传动箱主轴齿轮啮合，调速电机输入轴齿轮与齿圈外表面啮 合；以此主电机的能量和调速电机的能量可分别传入传动箱中。 [0054] 传动箱主轴一端与传动箱主轴齿轮相连，传动箱主轴另一端与动力输出装置电磁 离合器的一端相连，传动箱主轴作为整个传动箱的重要的传递能量的零件，贯穿整个传动 箱；动力输出装置电磁离合器另一端与动力输出装置主轴相连；以此传动箱的能量传递给 动力输出装置中。 [0055] 行星架齿轮与后桥输入齿轮啮合，以此将能量输出到后桥中，通过一系列传动，驱 动车轮前进。 [0056] 实施例2： [0057] 一种智能电动拖拉机，其结构如实施例1所述，所不同的是，主电机通过弹性联轴 器与主电机输入轴相连，主电机输入轴齿轮通过键的方式连接在主电机输入轴上；调速电 机通过弹性联轴器与调速电机输入轴相连，调速电机输入轴齿轮通过键的方式连接在调速 电机输入轴上。 [0058] 实施例3： [0059] 一种智能电动拖拉机，其结构如实施例1所述，所不同的是，太阳轮通过花键与传 动箱主轴固定连接。 [0060] 实施例4： [0061] 一种智能电动拖拉机，其结构如实施例1所述，所不同的是，行星轮A的三个行星轮 互为120°的安装在行星架上。 [0062] 实施例5： [0063] 一种智能电动拖拉机，其结构如实施例1所述，所不同的是，智能电动拖拉机还包 括信号采集系统，信号采集系统包括主电机测速器、调速电机测速器、右半轴测扭装置、左 半轴测扭装置、动力输出装置输出轴测扭装置；主电机测速器和调速电机测速器用于对主 电机和调速电机的输出转速进行测量，通过算法计算出齿圈和太阳轮的转速，从而精确的 控制行星轮上下的速度差，实现精确控制行星架的转速，实现对车辆速度和方向的控制；右 半轴测扭装置设于右半轴上，左半轴测扭装置设于左半轴上，动力输出装置输出轴测扭装 置设于动力输出装置输出轴上，测扭装置可以精确的测量各自的传动轴传递和承受的扭 矩。当测出扭矩超过预设的值时，反馈到整机控制器中，计算机检测到当某一部分所承受的 扭矩过大时，系统自动调节电机的转速，实现能量的合理分配，构成一个闭环控制系统，实 现智能化，使效率达到最大化。 [0064] 实施例6： [0065] 一种智能电动拖拉机，其结构如实施例5所述，所不同的是，智能电动拖拉机还包 括刹车系统，刹车系统包括四部分刹车，分别是主电机轴抱闸、右半轴刹车、左半轴刹车和 调速轴抱闸；主电机轴抱闸设于主电机输入轴上，调速轴抱闸设于调速电机输入轴上，电机 轴抱闸的主要作用是当电机需要静止的时候对其输入进行锁死。差动轮系有两个自由度， 需要两个电机进行驱动，否则整个系统构不成传动装置，实现不了传递动力的功能。如上所 11 11 CN 108173388 A 说明书 9/10页 述，当其中一部电机不工作时，就需要对其锁死，若不控制这个自由度，这部电机成为整个 传动系统的负载，造成能源损失，同时影响传动。所以当电机不工作时需要将其锁死，以增 加系统的稳定性。另外，当车辆遇到紧急情况时，抱闸也能直接把电机锁死，提高刹车性能。 右半轴刹车设于右半轴上，左半轴刹车设于左半轴上。右半轴刹车和左半轴刹车主要是对 车辆进行制动，安装在半轴上可以以较小的力矩来控制整个车辆的制动，另一方面该刹车 需要的尺寸比较小，节省空间。同时也能够简化车轮的结构，克服传统结构中车轮复杂的结 构，利于维修。 [0066] 实施例7： [0067] 一种智能电动拖拉机的工作方法，智能电动拖拉机的传动结构如实施例6所述，其 工作方法包括以下模式： [0068] (1)旋耕作业时，动力输出装置电磁离合器闭合，电磁换挡器选择档位以达到指定 的动力输出装置输出速度，当收到加速踏板传来的加速信号后，主电机由0加速到主电机的 额定速度，动力输出装置也随着主电机的加速而到额定速度，主电机加速过程中调速电机 不工作且调速轴抱闸锁死，整个差动轮系减速耦合装置相当于一套典型的行星减速系统， 驱动车轮缓缓加速到一个很小的指定速度后停止加速；启动调速电机，调速电机以与主电 机相同方向缓慢加速转动，行星齿轮由于受到更大的速度差的作用带动行星架更快的转 动，行星架加速转动，实现拖拉机的加速前进，由于主电机速度不变的原因，此时动力输出 装置输出速度一直不变，实现旋耕作业；当拖拉机的行驶速度达到人的预期时，加速踏板不 再传来加速信号，拖拉机以一定的速度前进；当前进受阻或者动力输出装置测扭信号超出 一定的范围时，减慢拖拉机前进速度有助于增加驱动力。 [0069] (2)犁耕作业时，断开动力输出装置电磁离合器；当收到加速踏板传来的加速信号 后，主电机由0加速到主电机的额定速度，动力输出装置由于动力输出装置电磁离合器断开 的缘故是没有输出的，主电机的能量全部用来驱动车轮前进，且主电机加速过程中调速电 机不工作且调速轴抱闸锁死，整个差动轮系减速耦合装置相当于一套典型的行星减速系 统，驱动车轮缓缓加速到一个很小的指定速度后停止加速；启动调速电机，调速电机以与主 电机相同方向缓慢加速转动，行星齿轮由于受到更大的速度差的作用带动行星架更快的转 动，行星架加速转动，驱动拖拉机的加速前进。根据差动轮系中行星架所受的力的计算原 理，这样的齿轮啮合方式最大程度的增加行星轮的输出转矩。断开动力输出装置输出，能够 使系统输出的能量全部流向驱动轮，增加驱动力。 [0070] (3)转场作业时，轻载模式下，断开动力输出装置电磁离合器，仅用调速电机驱动 即可，主电机锁死，差动轮系减速耦合装置相当于行星减速器，实现增大扭矩，无极调速功 能；重载模式下，主电机与调速电机均工作，其双电机的工作与犁耕作业工作方式相同，即 当收到加速踏板传来的加速信号后，主电机由0加速到主电机的额定速度，动力输出装置由 于动力输出装置电磁离合器断开的缘故是没有输出的，主电机的能量全部用来驱动车轮前 进，且主电机加速过程中调速电机不工作且调速轴抱闸锁死，整个差动轮系减速耦合装置 相当于一套典型的行星减速系统，驱动车轮缓缓加速到一个很小的指定速度后停止加速； 启动调速电机，调速电机以与主电机相同方向缓慢加速转动，行星齿轮由于受到更大的速 度差的作用带动行星架更快的转动，行星架加速转动，驱动拖拉机的加速前进。 [0071] (4)倒退时，双电机的工作模式与转场相同，不同的是电机反转。若轻载模式下，断 12 12 CN 108173388 A 说明书 10/10页 开动力输出装置电磁离合器，仅用调速电机反转即可，主电机锁死，差动轮系减速耦合装置 相当于行星减速器，实现增大扭矩，无极调速功能；重载模式下，主电机与调速电机均工作， 其双电机的工作与犁耕作业工作方式相同。即当收到加速踏板传来的加速信号后，主电机 反转，由0加速到主电机的额定速度，动力输出装置由于动力输出装置电磁离合器断开的缘 故是没有输出的，且主电机加速过程中调速电机不工作且调速轴抱闸锁死，整个差动轮系 减速耦合装置相当于一套典型的行星减速系统，驱动车轮缓缓加速到一个很小的指定速度 后停止加速；启动调速电机，调速电机以与主电机相同方向缓慢加速转动，行星齿轮由于受 到更大的速度差的作用带动行星架更快的转动，行星架加速转动，驱动拖拉机的加速前进。 [0072] 另外，不同电机的转速组合模式能够实现不同的传动比，比如当主电机达到额定 速度后，若调速电机以不同于主电机的转向的方向转动，电动拖拉机会实现逐渐减速直至 停止，如果继续加速，拖拉机倒退；若需要急加速时，主电机和调速电机以同样的转动方向 同时加速，驱动轮就会急加速前进。本领域技术人员在根据本申请的具体装置结构上做出 的转速组合也应在本申请的保护范围中。 13 13 CN 108173388 A 说明书附图 1/1页 图1 14 14

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