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申请/专利权人：中国农业大学

摘要：本发明涉及拖拉机主动安全技术领域，尤其涉及基于双框架控制力矩陀螺主动调控的丘陵山地拖拉机极限态回稳与作业态补偿控制系统及方法。通过电机驱动陀螺转子高速旋转产生角动量，并在拖拉机失稳工况时，由力矩电机动作产生相应的外力矩改变高速陀螺转子的角动量方向，使高速陀螺转子进动产生供拖拉机回稳的反力矩，并经框架伺服机构及箱体传递至拖拉机主机体，以改善拖拉机失稳趋势，缓解机体横向偏载状态，确保驾驶员生命和农机装备安全，同时系统可通过高速旋转的陀螺转子减速释放能量，在整机牵引负载过大时进行功率补偿，保障丘陵山地拖拉机高质、高效作业。

主权项：1.一种拖拉机极限态回稳与作业态补偿陀螺主动控制系统，其特征在于，所述陀螺主动控制系统包括陀螺转子装置I、传感器单元、电路组件12和控制单元11；所述陀螺转子装置I安装于拖拉机前端配重处；所述陀螺转子装置I包括箱体6，以及设置在箱体6内部的框架伺服机构和高速转子机构；所述高速转子机构包括陀螺房1、陀螺转子4和陀螺电机8；所述陀螺转子4呈圆盘状，圆心设有转轴，陀螺转子4的转轴通过转子支承轴承安装在陀螺房1上；所述陀螺电机8固接在陀螺房1上，陀螺电机8的动力输出轴与陀螺转子4的转轴固接；当陀螺转子4位于初始位置时，陀螺转子4的转轴的轴线与拖拉机的驱动轮的轴线平行；所述陀螺房1为密闭真空环境；所述框架伺服机构包括内框架组件和外框架组件；所述内框架组件包括内框架2、内框架力矩电机5和内框架轴光电编码器10；所述外框架组件包括外框架9、外框架力矩电机7和外框架轴光电编码器3；所述高速转子机构的陀螺房1固接在内框架2上；所述内框架2为一圆环，其环体上设有一对内框架轴，所述一对内框架轴位于第一轴线上，所述第一轴线过内框架环体圆心、且与陀螺转子4的转轴的轴线垂直；所述内框架2的内框架轴通过内框架支撑轴承安装在外框架9上；所述外框架9为一圆环，其环体上设有一对外框架轴，所述一对外框架轴位于第二轴线上，所述第二轴线过外框架环体圆心、且与陀螺转子4的转轴的轴线以及第一轴线垂直；所述第二轴线与拖拉机的前进方向平行；外框架9的外框架轴通过外框架支承轴承与所述箱体6连接；所述内框架力矩电机5和内框架轴光电编码器10固接在外框架9上，并分别与内框架2的内框架轴连接；所述外框架力矩电机7和外框架轴光电编码器3固接在箱体6上，并分别与外框架9的外框架轴连接；所述内框架轴光电编码器10用于检测内框架轴相对于外框架9的角位置和角速度；所述外框架轴光电编码器3用于检测外框架轴相对于箱体6的角位置和角速度；所述电路组件12包括能量转换电路、框架系统驱动电路和转子系统驱动电路；能量转换电路、框架系统驱动电路和转子系统驱动电路由拖拉机车载蓄电池13或外置辅助电源供电；所述能量转换电路分别与控制单元11和陀螺电机8连接；根据控制单元11的信号，切换陀螺主动控制系统的工作状态，配合陀螺电机8执行充电储能或放电释能工作；所述框架系统驱动电路分别与控制单元11、内框架力矩电机5和外框架力矩电机7连接；根据控制单元11的信号，通过驱动内框架2和外框架9运动，对陀螺转子4的进动角速度或力矩进行主动调控；所述转子系统驱动电路分别与控制单元11和陀螺电机8连接，根据控制单元11的信号，对陀螺转子4的自旋速度进行主动调控；所述传感器单元与控制单元11连接，传感器单元包括转速传感器、GPS定位仪和车轮六分力传感器；其中，所述转速传感器安装于陀螺房1与陀螺转子4的转轴连接处，用于检测陀螺转子4的转轴的转速；所述GPS定位仪安装于拖拉机主机体上，用于检测拖拉机实时车速；所述车轮六分力传感器安装于拖拉机各车轮上，用于检测车轮所受垂向力和侧向力。

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