一种串并联式混合动力拖拉机机械耦合装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及拖拉机领域，具体涉及一种串并联式混合动力拖拉机机械耦合装置及其控制方法。

背景技术

为解决提高燃油经济性和减少污染气体排放等问题，将传统的燃油车进行创新性的改进和升级，设计成为采用油电混合动力作为动力来源，已经成为行业的一个重要的发展方向和未来趋势。

在拖拉机的研究中，大多数拖拉机仍以柴油机作为动力源，这种传统柴油拖拉机不仅噪声大、效率低而且严重污染环境，造成了严重的能源浪费和尾气排放；纯电动拖拉机由于主要动力来源是电动机，在面对复杂的作业工况时会出现动力不足的隐患，而且充电的时间问题也是一大解决难题；尽管现有技术中已公开采用混合动力进行驱动，但普遍存在耦合机构体积过大、作业模式过于单一、能量利用率低的问题。

因此，如何提供一种串并联式混合动力拖拉机机械耦合装置及其控制方法就显得尤为重要。

发明内容

为克服背景技术中存在的不足，本发明提供了一种串并联式混合动力拖拉机机械耦合装置及其控制方法，本发明实现了燃油经济性高、污染气体排放量低，且能够根据工作环境进行动力输出调整的串并联式混合动力拖拉机，提高了拖拉机的动力性和经济性，明显减小了耦合机构的体积等。

为实现如上所述的发明目的，本发明采用如下所述的技术方案：

一种串并联式混合动力拖拉机机械耦合装置，包括车辆控制器、发动机控制器、燃油箱、发动机、ISG电机、离合器、双排行星齿轮耦合机构、变速器、驱动桥、旋耕机构、ISG电机控制器、耦合器控制器、PTO电机、配电箱、PTO电机控制器、蓄电池组、BMS控制器和蓄电池充电器，所述配电箱分别连接车辆控制器、发动机控制器、ISG电机控制器、耦合器控制器、PTO电机控制器和蓄电池组，所述发动机控制器与ISG电机控制器为并联连接，所述发动机控制器连接发动机，所述发动机分别连接燃油箱和ISG电机，所述ISG电机连接ISG电机控制器，ISG电机连接离合器，所述离合器连接双排行星齿轮耦合机构中的第一输入轴，双排行星齿轮耦合机构中的第一输出轴连接变速器，所述变速器连接拖拉机的驱动桥，双排行星齿轮耦合机构中的第二输入轴连接PTO电机，所述PTO电机连接PTO电机控制器，双排行星齿轮耦合机构中的第三输出轴连接旋耕机构，所述蓄电池组连接BMS控制器，所述BMS控制器连接蓄电池充电器，所述耦合器控制器分别连接双排行星齿轮耦合机构中的同步器、金属带无级传动机构、第一电磁锁止器、第二电磁锁止器和第三电磁锁止器形成所述的串并联式混合动力拖拉机机械耦合装置。

所述的串并联式混合动力拖拉机机械耦合装置，所述双排行星齿轮耦合机构包括第一输入轴、第一电磁锁止器、第一行星齿轮组、第二电磁锁止器、第一输出轴、同步器、第三输出轴、金属带无级传动机构、第二输出轴、第三电磁锁止器、第二行星齿轮组和第二输入轴，所述第一行星齿轮组中的第一太阳轮设置在第一输入轴的右端头，在第一行星齿轮组左侧第一输入轴的外缘面上设有第一电磁锁止器，在第一行星齿轮组的外围设有第二电磁锁止器，第一行星齿轮组中的第一行星架连接第一输出轴的左端头，在第一行星架右侧第一输出轴的外缘面上设有同步器，金属带无级传动机构中的主动工作轮设置在第一输出轴上，金属带无级传动机构中从动工作轮设置在第二输出轴上，主动工作轮与从动工作轮通过金属带连接，从动工作轮中的从动工作轮固定部分连接第三输出轴，所述第二输出轴的外缘面上设有用于锁止或解锁第二行星齿轮组中第二太阳轮对第二输出轴传动的第三电磁锁止器，第二输出轴的左端头连接第二行星齿轮组中的第二太阳轮，第二行星齿轮组中的第二行星架连接第二输入轴，第一行星齿轮组中的第一齿圈和与之相邻的第二行星齿轮组中的第二齿圈外啮合传动。

所述的串并联式混合动力拖拉机机械耦合装置，所述第一行星齿轮组包括第一太阳轮、第一齿圈、第一行星齿轮和第一行星架，所述第一行星齿轮与第一太阳轮外啮合，第一行星齿轮与第一齿圈内啮合，第一行星齿轮连接第一行星架并由第一行星架定位支撑，所述第一齿圈连接第二电磁锁止器。

所述的串并联式混合动力拖拉机机械耦合装置，所述金属带无级传动机构包括设置于第一输出轴上的主动工作轮、设置于第二输出轴上的从动工作轮，所述主动工作轮和从动工作轮之间通过金属带连接，所述主动工作轮包括主动工作轮固定部分、主动工作轮可动部分和主动工作轮液压控制缸，所述从动工作轮包括从动工作轮固定部分、从动工作轮可动部分和从动工作轮液压控制缸，主动工作轮液压控制缸与从动工作轮液压控制缸分别推动主动工作轮可动部分和从动工作轮可动部分工作实现金属带式无级传动机构的无级传动。

所述的串并联式混合动力拖拉机机械耦合装置，所述第二行星齿轮组包括第二行星架、第二行星轮、第二齿圈和第二太阳轮，所述第二行星轮与第二太阳轮外啮合，第二行星轮与第二齿圈内啮合，所述第二行星轮连接第二行星架并由第二行星架定位支撑。

所述的串并联式混合动力拖拉机机械耦合装置，所述BMS控制器对蓄电池组进行控制，蓄电池组给PTO电机、ISG电机、同步器、第一电磁锁止器、第二电磁锁止器和第三电磁锁止器供电，耦合器控制器分别控制同步器中断和结合，控制主动工作轮液压控制缸和从动工作轮液压控制缸工作，控制第一电磁锁止器、第二电磁锁止器和第三电磁锁止器锁止或解锁。

所述的串并联式混合动力拖拉机机械耦合装置，所述车辆控制器通过高速CAN总线获取BMS控制器、发动机控制器、ISG电机控制器、耦合器控制器、PTO电机控制器和配电箱的信息，并通过高速CAN总线向相对应的控制器和配电箱发出控制信号，通过低速CAN总线获取拖拉机的运行信息。

所述的串并联式混合动力拖拉机机械耦合装置，所述运行信息包括钥匙信号、变速箱档位信号、踏板位置信号、作业模式信号、PTO电机和转动轴转速信号。

所述的串并联式混合动力拖拉机机械耦合装置，所述ISG电机与发动机串联连接，发动机输出的机械能转化为ISG电机中的电能而后ISG电机连接驱动桥进行动力驱动。

一种串并联式混合动力拖拉机机械耦合装置的控制方法，所述控制方法为拖拉机启动后，车辆进入系统自检状况，车辆正常、自检通过后可以运行，车辆控制器获取车辆运行需求信号，根据获取的信号向各个控制器和配电箱发出控制信号，从而选择不同的控制运行模式，具体如下：

A、只行走模式：

①PTO电机独立驱动行走模式：

当车辆控制器收到行走信号时，若车速V小于预设值Veb(该预设值指定为车速的底线)，当车速低于该值时，发动机不能够稳定的运转，或者是处于高油耗及高排放状态，信号采集器采集信号传至车辆控制器，车辆控制器分别向PTO电机控制器和发动机控制器发出启动和停车(怠速)指令，PTO电机、发动机接收指令，PTO电机单独工作提供动力，发动机处于怠速或停车状态，此时车辆进入PTO电机独立驱动行走模式；耦合器控制器控制第一电磁锁止器锁止、第二电磁锁止器断开、第三电磁锁止器锁止、同步器中断，此时PTO电机处于工作状态，车辆控制器计算PTO电机的目标转速np，然后把信号传递给PTO电机控制器，PTO电机根据PTO电机控制器的信号恒转速工作，传感器实时采集PTO电机的实际转速，车辆控制器对比PTO电机的实际转速是否等于np并及时反馈给PTO电机控制器从而PTO电机控制器控制器实时控制PTO电机的转速，保持PTO电机的恒转速工作；

②发动机-ISG电机串联驱动行走模式：

当车辆控制器收到行走信号时，车辆控制器计算实时需求功率Px，当发动机-ISG电机额定功率Pq≥Px时，且发动机能够工作在高效率工作区间，此时车辆进入发动机-ISG电机串联驱动模式，耦合器控制器控制第一电磁锁止器脱开、第二电磁锁止器和第三电磁锁止器结合、同步器中断，此时发动机和ISG电机处于工作状态，车辆控制器计算ISG电机的目标转速nq，然后把信号传递给发动机控制器和ISG电机控制器，发动机根据发动机控制器的信号实时进行调速，ISG电机根据ISG电机控制器的信号实时进行调速；

③并联驱动行走模式：

当车辆控制器收到行走信号时，车辆控制器计算实时需求功率Px，当发动机-ISG电机额定功率Pq

B、只作业模式：

①PTO电机独立驱动作业模式：

当车辆控制器收到作业信号时，车辆控制器计算实时需求功率Px，当PTO电机额定功率Pe≥Px时，此时车辆进入PTO电机独立驱动作业模式，耦合器控制器控制第一电磁锁止器将第一太阳轮固定、第二电磁锁止器结合、第三电磁锁止器断开、同步器中断，此时PTO电机处于工作状态，车辆控制器计算PTO电机的目标转速np，然后把信号传递给PTO电机控制器，PTO电机根据PTO电机控制器的信号恒转速工作，传感器实时采集PTO电机实际转速，车辆控制器对比PTO电机的实际转速是否等于np并及时反馈给PTO电机控制器从而PTO电机控制器实时控制PTO电机的转速，保持PTO电机的恒转速工作；

②并联驱动作业模式

当车辆控制器收到作业信号时，车辆控制器计算实时需求功率Px，当PTO电机额定功率Pe

C、行走作业分离模式：

当车辆控制器进入行走作业分离模式时，车辆控制器计算实时需求行走功率Px1和实时需求作业功率Px2，当发动机-ISG电机额定功率Pq≥Px1、PTO电机额定功率Pe≥Px2时，且发动机能够工作在高效率工作区间，此时车辆控制器对耦合器控制器发出行走作业分离信号，耦合器控制器控制第一电磁锁止器和第三电磁锁止器中断、第二电磁锁止器结合、同步器中断，此时发动机、ISG电机和PTO电机均处于工作状态，车辆控制器计算ISG电机的目标转速nq和PTO电机的目标转速np，然后把信号传递给发动机控制器、ISG电机控制器和PTO电机控制器，发动机根据发动机控制器的信号实时进行调速，ISG电机和PTO电机根据ISG电机控制器和PTO电机控制器的信号恒转速工作，传感器实时采集ISG电机和PTO电机实际转速，车辆控制器通过ISG电机和PTO电机的实际转速与ISG电机和PTO电机的目标转速对比实时把信号传递ISG电机控制器和PTO电机控制器，通过ISG电机控制器和PTO电机控制器控制ISG电机和PTO电机的转速，保持ISG电机和PTO电机恒转速工作；

D、行走作业耦合模式：

当车辆控制器进入行走作业耦合模式时，车辆控制器计算实时需求行走功率Px1和实时需求作业功率Px2，当发动机-ISG电机额定功率Pq

采用如上所述的技术方案，本发明具有如下所述的优越性：

本发明中设置的双排行星齿轮耦合机构，由于第一行星齿轮组上的齿圈和第二行星齿轮组上的齿圈外啮合传动，因此结构更为紧凑、承载能力更大，同时本发明采用发动机、ISG电机、PTO电机作为拖拉机的动力源，发动机、ISG电机把动力传递给变速驱动桥，PTO电机单独把动力驱动给旋耕机构，通过控制双排行星齿轮耦合机构实现发动机、ISG电机、PTO电机功率汇流到变速驱动桥，可以简化变速箱结构，有利于整车布置，根据不用的作业需求，选择合适的工作模式，从而提高发动机的工作效率和能量利用率，进一步，本发明使用的动力源为发动机、ISG电机和PTO电机，由于电机的引入，可以优化发动机工作区域，提高能量利用效率，减少环境污染等，适合大范围的推广和应用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中双排行星齿轮耦合机构的结构示意图；

图3是本发明中第一行星齿轮组的结构示意图；

图4是本发明中第二行星齿轮组的结构示意图；

图5是本发明中金属带式无级传动机构的结构示意图；

图6是本发明中机械耦合装置控制系统的电路连接图；

图7是本发明中机械耦合装置控制方法的流程图A；

图8是本发明中机械耦合装置控制方法的流程图B；

图9是本发明中机械耦合装置控制方法的流程图C；

图10是本发明中机械耦合装置控制方法的流程图D；

在图中：1、车辆控制器；2、发动机控制器；3、燃油箱；4、发动机；5、ISG电机；6、离合器；7、双排行星齿轮耦合机构；8、变速器；9、驱动桥；10、旋耕机构；11、ISG电机控制器；12、耦合器控制器；13、PTO电机；14、配电箱；15、PTO电机控制器；16、蓄电池组；17、BMS控制器；18、蓄电池充电器；19、第一输入轴；20、第一电磁锁止器；21、第一行星齿轮组；21s、第一太阳轮；21r、第一齿圈；21p、第一行星齿轮；21c、第一行星架；22、第二电磁锁止器；23、第一输出轴；24、同步器；25、第三输出轴；26、金属带无级传动机构；2601、主动工作轮固定部分；2602、主动工作轮可动部分；2603、主动工作轮液压控制缸；2604、金属带；2605、从动工作轮固定部分；2606、从动工作轮可动部分；2607、从动工作轮液压控制缸；27、第二输出轴；28、第三电磁锁止器；29、第二行星齿轮组；29c、第二行星架；29p、第二行星轮；29r、第二齿圈；29s、第二太阳轮；30、第二输入轴。

具体实施方式

通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，本发明并不局限于下面的实施例；

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“侧向”、“长度”、“宽度”、“高度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

结合附图1～10所述的一种串并联式混合动力拖拉机机械耦合装置，包括车辆控制器1、发动机控制器2、燃油箱3、发动机4、ISG电机5、离合器6、双排行星齿轮耦合机构7、变速器8、驱动桥9、旋耕机构10、ISG电机控制器11、耦合器控制器12、PTO电机13、配电箱14、PTO电机控制器15、蓄电池组16、BMS控制器17和蓄电池充电器18，所述配电箱14分别连接车辆控制器1、发动机控制器2、ISG电机控制器11、耦合器控制器12、PTO电机控制器15和蓄电池组16，所述发动机控制器2与ISG电机控制器11为并联连接，所述发动机控制器2连接发动机4，所述发动机4分别连接燃油箱3和ISG电机5，所述ISG电机5连接ISG电机控制器11，ISG电机5连接离合器6，所述离合器6连接双排行星齿轮耦合机构7中的第一输入轴19，双排行星齿轮耦合机构7中的第一输出轴23连接变速器8，所述变速器8连接拖拉机的驱动桥9，双排行星齿轮耦合机构7中的第二输入轴30连接PTO电机13，所述PTO电机13连接PTO电机控制器15，双排行星齿轮耦合机构7中的第三输出轴25连接旋耕机构10，所述蓄电池组16连接BMS控制器17，所述BMS控制器17连接蓄电池充电器18，所述耦合器控制器12分别连接双排行星齿轮耦合机构7中的同步器24、金属带无级传动机构26、第一电磁锁止器20、第二电磁锁止器22和第三电磁锁止器28形成所述的串并联式混合动力拖拉机机械耦合装置。

具体实施时，由BMS控制器17、发动机控制器2、ISG电机控制器11、耦合器控制器12、PTO电机控制器13、车辆控制器1和配电箱14电路相连组成机械耦合装置的控制系统；车辆控制器1用于控制拖拉机的运行；发动机控制器2、ISG电机控制器11、PTO电机控制器15分别控制发动机4、ISG电机5、PTO电机13的转动；所述耦合器控制器12控制双排行星齿轮耦合机构7的运行；系统设有只行走模式、只作业模式、行走作业分离模式、行走作业耦合模式；

本发明的特点是串并联式结构融合了串联、并联共同的优势；ISG电机5的引入使得发动机4和驱动轮之间没有机械连接，因此通过准确的功率流控制，可使得发动机4始终工作在其最佳效率区域内；在低速低负载下PTO电机13可直接提供输出动力，提高了车辆的排放性能，减少环境污染；利用行星排齿轮设计一个机械耦合机构从而可以实现动力的汇聚和分流，实现动力效率最大化；车辆可以根据不同工况选择不同的耦合模式，从而提高整车的动力性；更由于耦合机构的设计，使得车辆结构更为紧凑等。

进一步，如图2所示，所述双排行星齿轮耦合机构7包括第一输入轴19、第一电磁锁止器20、第一行星齿轮组21、第二电磁锁止器22、第一输出轴23、同步器24、第三输出轴25、金属带无级传动机构26、第二输出轴27、第三电磁锁止器28、第二行星齿轮组29和第二输入轴30，所述第一行星齿轮组21中的第一太阳轮21s设置在第一输入轴19的右端头，在第一行星齿轮组21左侧第一输入轴19的外缘面上设有第一电磁锁止器20，在第一行星齿轮组21的外围设有第二电磁锁止器22，第一行星齿轮组21中的第一行星架21c连接第一输出轴23的左端头，在第一行星架21c右侧第一输出轴23的外缘面上设有同步器24，金属带无级传动机构26中的主动工作轮设置在第一输出轴23上，金属带无级传动机构26中从动工作轮设置在第二输出轴27上，主动工作轮与从动工作轮通过金属带2604连接，从动工作轮中的从动工作轮固定部分2605连接第三输出轴25，所述第二输出轴27的外缘面上设有用于锁止或解锁第二行星齿轮组29中第二太阳轮29s对第二输出轴27传动的第三电磁锁止器28，第二输出轴27的左端头连接第二行星齿轮组29中的第二太阳轮29s，第二行星齿轮组29中的第二行星架29c连接第二输入轴30，第一行星齿轮组21中的第一齿圈21r和与之相邻的第二行星齿轮组29中的第二齿圈29r外啮合传动。

实施时，机械耦合装置中双排行星齿轮耦合器包括并排设置的第一行星齿轮组21和第二行星齿轮组29，所述第一行星齿轮组21的第一输入轴19与发动机、ISG电机连接，第一输出轴23与拖拉机的驱动桥连接，所述第二行星齿轮组29的第二输入轴30与PTO电机13连接，第二输出轴27与金属带式无级传动机构26连接，金属带式无级传动机构26通过第三输出轴25驱动旋耕机构10作业；

发动机与驱动桥之间设有第一输入轴19、第一电磁锁止器20、第一行星齿轮组21、第二电磁锁止器22、第一输出轴23、同步器24、金属带式无级传动机构26和变速器8。变速器是中间轴式变速器，实现改变传动比、切换传动方向和中断动力传递。

PTO电机13与旋耕机构10之间设有第二输入轴30、第二行星齿轮组29、用于锁止或解锁第二行星齿轮组29中第二太阳轮29s对第二输出轴27传动的第三电磁锁止器28、第二输出轴27、金属带式无级传动机构26和第三输出轴25。

进一步，如图3所示，所述第一行星齿轮组21包括第一太阳轮21s、第一齿圈21r、第一行星齿轮21p和第一行星架21c，所述第一行星齿轮21p与第一太阳轮21s外啮合，第一行星齿轮21p与第一齿圈21r内啮合，第一行星齿轮21p连接第一行星架21c并由第一行星架21c定位支撑，所述第一齿圈21r连接第二电磁锁止器22。

实施时，第一输入轴19与发动机4、ISG电机5、离合器6和第一电磁锁止器20连接，第一输出轴23与拖拉机的驱动桥9连接；第一行星齿轮组21的第一齿圈21r连接有第二电磁锁止器22，第一行星齿轮组21的第一输出轴23与驱动桥9之间依次设有：用于对第一输出轴23传动的同步器24、金属带式无级传动机构26和变速器8；

进一步，如图5所示，所述金属带无级传动机构26包括设置于第一输出轴23上的主动工作轮、设置于第二输出轴27上的从动工作轮，所述主动工作轮和从动工作轮之间通过金属带2604连接，所述主动工作轮包括主动工作轮固定部分2601、主动工作轮可动部分2602和主动工作轮液压控制缸2603，所述从动工作轮包括从动工作轮固定部分2605、从动工作轮可动部分2606和从动工作轮液压控制缸2607，主动工作轮液压控制缸2603与从动工作轮液压控制缸2607分别推动主动工作轮可动部分2602和从动工作轮可动部分2606工作实现金属带式无级传动机构的无级传动。

进一步，如图4所示，所述第二行星齿轮组29包括第二行星架29c、第二行星轮29p、第二齿圈29r和第二太阳轮29s，所述第二行星轮29p与第二太阳轮29s外啮合，第二行星轮29p与第二齿圈29r内啮合，所述第二行星轮29p连接第二行星架29c并由第二行星架29c定位支撑。

具体实施时，第二输入轴30与PTO电机13连接，第二输出轴27处设置有用于锁止或解锁第二行星齿轮组29中第二太阳轮29s对第二输出轴27传动的第三电磁锁止器28，第二输出轴27与金属带式无级传动机构26连接，金属带式无级传动机构26通过第三输出轴25驱动旋耕机构10作业；双排行星齿轮耦合机构7的特征在于第一行星齿轮组21的第一齿圈21r和与之相邻的设置在第二行星齿轮组29上的第二齿圈29r外啮合传动；

进一步，所述BMS控制器17对蓄电池组16进行控制，蓄电池组16给PTO电机13、ISG电机5、同步器24、第一电磁锁止器20、第二电磁锁止器22和第三电磁锁止器28供电，耦合器控制器12分别控制同步器24中断和结合，控制主动工作轮液压控制缸2603和从动工作轮液压控制缸2607工作，控制第一电磁锁止器20、第二电磁锁止器22和第三电磁锁止器28锁止或解锁。

进一步，如图6所示，所述车辆控制器1通过高速CAN总线获取BMS控制器17、发动机控制器2、ISG电机控制器11、耦合器控制器12、PTO电机控制器15和配电箱14的信息，并通过高速CAN总线向相对应的控制器和配电箱14发出控制信号，通过低速CAN总线获取拖拉机的运行信息。实施时，所述运行信息包括钥匙信号、变速箱档位信号、踏板位置信号、作业模式信号、PTO电机和转动轴转速信号。

进一步，所述ISG电机5与发动机4串联连接，发动机4输出的机械能转化为ISG电机5中的电能而后ISG电机5连接驱动桥9进行动力驱动。发动机4和驱动桥9之间没有机械连接，因此通过准确的功率流控制，可使得发动机4始终工作在其最佳效率区域内；

如图6～10所示，一种串并联式混合动力拖拉机机械耦合装置的控制方法，所述控制方法为拖拉机启动后，车辆进入系统自检状况，车辆正常、自检通过后可以运行，车辆控制器1获取车辆运行需求信号，根据获取的信号向各个控制器和配电箱14发出控制信号，从而选择不同的控制运行模式，具体如下：

A、只行走模式：

①PTO电机独立驱动行走模式：

当车辆控制器1收到行走信号时，若车速V小于预设值Veb(该预设值指定为车速的底线)，当车速低于该值时，发动机4不能够稳定的运转，或者是处于高油耗及高排放状态，信号采集器采集信号传至车辆控制器1，车辆控制器1分别向PTO电机控制器15和发动机控制器2发出启动和停车(怠速)指令，PTO电机13、发动机4接收指令，PTO电机13单独工作提供动力，发动机4处于怠速或停车状态，此时车辆进入PTO电机13独立驱动行走模式；耦合器控制器12控制第一电磁锁止器20锁止、第二电磁锁止器22断开、第三电磁锁止器28锁止、同步器24中断，此时PTO电机13处于工作状态，车辆控制器1计算PTO电机13的目标转速np，然后把信号传递给PTO电机控制器15，PTO电机13根据PTO电机控制器15的信号恒转速工作，传感器实时采集PTO电机13的实际转速，车辆控制器1对比PTO电机13的实际转速是否等于np并及时反馈给PTO电机控制器15从而PTO电机控制器15控制器实时控制PTO电机13的转速，保持PTO电机13的恒转速工作；

②发动机-ISG电机串联驱动行走模式：

当车辆控制器1收到行走信号时，车辆控制器1计算实时需求功率Px，当发动机-ISG电机额定功率Pq≥Px时，且发动机4能够工作在高效率工作区间，此时车辆进入发动机-ISG电机串联驱动模式，耦合器控制器12控制第一电磁锁止器20脱开、第二电磁锁止器22和第三电磁锁止器28结合、同步器24中断，此时发动机4和ISG电机5处于工作状态，车辆控制器1计算ISG电机5的目标转速nq，然后把信号传递给发动机控制器2和ISG电机控制器11，发动机4根据发动机控制器2的信号实时进行调速，ISG电机5根据ISG电机控制器11的信号实时进行调速；

③并联驱动行走模式：

当车辆控制器1收到行走信号时，车辆控制器1计算实时需求功率Px，当发动机-ISG电机额定功率Pq

B、只作业模式：

①PTO电机独立驱动作业模式：

当车辆控制器1收到作业信号时，车辆控制器1计算实时需求功率Px，当PTO电机13额定功率Pe≥Px时，此时车辆进入PTO电机13独立驱动作业模式，耦合器控制器12控制第一电磁锁止器20将第一太阳轮21s固定、第二电磁锁止器22结合、第三电磁锁止器28断开、同步器24中断，此时PTO电机13处于工作状态，车辆控制器1计算PTO电机13的目标转速np，然后把信号传递给PTO电机控制器15，PTO电机13根据PTO电机控制器15的信号恒转速工作，传感器实时采集PTO电机13实际转速，车辆控制器1对比PTO电机13的实际转速是否等于np并及时反馈给PTO电机控制器15从而PTO电机控制器15实时控制PTO电机13的转速，保持PTO电机13的恒转速工作；

②并联驱动作业模式

当车辆控制器1收到作业信号时，车辆控制器1计算实时需求功率Px，当PTO电机13额定功率Pe

C、行走作业分离模式：

当车辆控制器1进入行走作业分离模式时，车辆控制器1计算实时需求行走功率Px1和实时需求作业功率Px2，当发动机-ISG电机额定功率Pq≥Px1、PTO电机13额定功率Pe≥Px2时，且发动机4能够工作在高效率工作区间，此时车辆控制器1对耦合器控制器12发出行走作业分离信号，耦合器控制器12控制第一电磁锁止器20和第三电磁锁止器28中断、第二电磁锁止器22结合、同步器24中断，此时发动机4、ISG电机5和PTO电机13均处于工作状态，车辆控制器1计算ISG电机5的目标转速nq和PTO电机13的目标转速np，然后把信号传递给发动机控制器2、ISG电机控制器11和PTO电机控制器15，发动机4根据发动机控制器2的信号实时进行调速，ISG电机5和PTO电机13根据ISG电机控制器11和PTO电机控制器15的信号恒转速工作，传感器实时采集ISG电机5和PTO电机13实际转速，车辆控制器1通过ISG电机5和PTO电机13的实际转速与ISG电机5和PTO电机13的目标转速对比实时把信号传递ISG电机控制器11和PTO电机控制器15，通过ISG电机控制器11和PTO电机控制器15控制ISG电机5和PTO电机13的转速，保持ISG电机5和PTO电机13恒转速工作；

D、行走作业耦合模式：

当车辆控制器1进入行走作业耦合模式时，车辆控制器1计算实时需求行走功率Px1和实时需求作业功率Px2，当发动机-ISG电机额定功率Pq

本实施例也进一步涉及一种混合动力拖拉机，该混合动力拖拉机中搭载有如上所述的机械耦合装置混合动力系统。而本实施例的混合动力拖拉机，通过搭载如上的机械耦合装置混合动力系统，可实现系统多模式驱动，能够降低油耗，具有较好的实用性。

本发明的有益效果如下：

1、本发明设置的串并联式机械耦合装置融合了串联、并联共同的优势；发动机和驱动轮之间没有机械连接，因此通过准确的功率流控制，可使得发动机始终工作在其最佳效率区域内；

2、本发明设置的双排行星齿轮耦合机构7，由于第一行星齿轮组上的齿圈和第二行星齿轮组上的齿圈外啮合传动，因此结构更为紧凑、承载能力更大；

3、本发明采用发动机、ISG电机、PTO电动机作为拖拉机的动力源，发动机、ISG电机把动力传递给变速驱动桥，PTO电机单独把动力驱动给旋耕机构，通过控制行星齿轮耦合器实现发动机、ISG电机、PTO电机功率汇流到变速驱动桥，可以简化变速箱结构，有利于整车布置；根据不用的作业需求，选择合适的工作模式，从而提高发动机的工作效率和能量利用率。

4、本发明通过控制锁止器、同步器和无级传动机构可以实现只行走模式、只作业模式、行走作业分离模式、行走作业耦合模式的灵活转换，满足拖拉机多场景作业需求，提高整车的动力性、经济性和适应性。

5、本发明通过控制液压缸改变金属带式无级传动机构的传动比，可实现机械耦合机构把发动机、ISG电机、PTO电机的动力基于最大工作效率分配控制策略把动力分配到驱动桥和旋耕机构。

6、本发明使用的动力源为发动机、ISG电机和PTO电机，由于电机的引入,可以优化发动机工作区域,提高能量利用效率，减少环境污染等。

本发明未详述部分为现有技术。

为了公开本发明的发明目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。