[发明专利]基于动量飞轮的拖拉机主动回稳控制系统及其控制方法

说明书

本发明涉及中小型马力拖拉机主动安全技术领域，尤其涉及用于拖拉机防侧翻安全的一种基于动量飞轮的拖拉机主动回稳控制系统，其包括飞轮系统执行机构、飞轮系统控制单元(6)、蓄电池(7)和传感器单元(8)；所述飞轮系统执行机构包括动量飞轮(2)、盘式电机(3)和支架(4)；支架(4)通过所述连接部安装在拖拉机前部；盘式电机(3)固定在支架(4)的前部，动量飞轮(2)呈镂空圆盘状，与盘式电机(3)同轴设置，与盘式电机动力输出轴(5)固接；传感器单元(8)包括角度传感器(81)和陀螺仪(82)，飞轮系统控制单元(6)固定在拖拉机主机体上，分别和传感器单元(8)和盘式电机(3)电连接；蓄电池(7)安装在拖拉机主机体上。

技术领域

本发明涉及中小型马力拖拉机主动安全技术领域，尤其涉及用于拖拉机防侧翻安全的一种基于动量飞轮的拖拉机主动回稳控制系统及其控制方法。

背景技术

轮式拖拉机作为最常用的农业机械，在耕、耙、播、收、运等诸多农业生产环节发挥着极其重要的作用。然而作为非道路车辆和动力机械，拖拉机的离地间隙高、环境载荷多变、常在不平路面及坡面上作业等特点使其易发生失稳和侧翻，由此导致的安全驾驶问题尤为突出。据统计，近年来全球发生的轮式拖拉机侧翻事故中，致死率超过50％。因此，如何解决拖拉机在复杂工况环境中的侧翻问题，已成为普遍性和长期性的世界难题，至今尚未得到根本性解决。

目前拖拉机最常见的防侧翻装置为基本的被动安全装置—侧翻保护装置(ROPS，Rollover Protective Structure)。其安全隐患巨大，不能有效防止拖拉机侧翻。在汽车防侧翻装置研究领域，南京航空航天大学申请的一种“基于双质量飞轮的汽车防侧翻装置及其控制方法”(专利申请号：201710270224.8)以及“一种基于质量飞轮的车辆防侧翻装置及其控制方法”(专利申请号：201710270290.5)在汽车质心位置安装基于双质量飞轮的特殊装置，通过改变飞轮的转动速度和方向实现汽车的侧翻主动回稳控制。该装置的结构复杂，且不适用拖拉机等非道路车辆防侧翻问题。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种基于动量飞轮的拖拉机主动回稳控制系统，与被动安全防侧翻装置ROPS相比，本系统通过动量飞轮的快速启动、加速控制及电机功能的转换，实现拖拉机防侧翻主动回稳控制和能量回收，解决当前拖拉机侧翻难题，且结构简单，可在不改变拖拉机原结构的情况下装载本系统，可操作性强，适应拖拉机不同侧翻工况，具有较强的应用价值。

本发明的另一个目的在于提供一种基于动量飞轮的拖拉机主动回稳控制方法。

本发明为解决上述技术问题采取以下技术方案：

一种基于动量飞轮的拖拉机主动回稳控制系统，包括飞轮系统执行机构、飞轮系统控制单元6、蓄电池7和传感器单元8；

所述飞轮系统执行机构包括动量飞轮2、盘式电机3和支架4；所述飞轮系统执行机构相对于拖拉机纵向中心轴对称；

所述支架4的前部为圆盘状板体，支架4的后部为连接部，支架4通过所述连接部安装在拖拉机前部；

所述盘式电机3固定在支架4的前部，所述盘式电机3的前部为盘式电机动力输出轴5；

所述动量飞轮2呈镂空圆盘状，与所述盘式电机3同轴设置，与盘式电机动力输出轴5固接；

所述传感器单元8包括角度传感器81和陀螺仪82，其中，在拖拉机前摇摆桥与拖拉机主机体的连接处安装角度传感器81；在拖拉机主机体和拖拉机前摇摆桥上各安装一套陀螺仪82；

所述飞轮系统控制单元6固定在拖拉机主机体上，分别和所述传感器单元8和盘式电机3电连接；

所述蓄电池7安装在拖拉机主机体上，蓄电池7和盘式电机3连接。

所述支架4的圆盘状板体上设有盘式电机安装孔10，所述支架4的连接部上设有多个底座安装孔11；