论文标题： Reducing Operation Emissions and Improving Work Efficiency Using a Pure Electric Wheel Drive Tractor

期刊：Engineering

作者：温昌凯, 任雯, 祝清震, 赵春江, 罗振豪, 张胜利, 谢斌, 孟志军

发表时间： June 2024

DOI：https://doi.org/10.1016/j.eng.2024.01.026

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近年来，随着全球对环境保护和可持续发展的关注度不断提高，农业领域的节能减排成为重要研究课题。在这一背景下，中国工程院院士、北京市农林科学院赵春江带领研究团队携手中国农业大学、江苏大学等科研团队，合作研发出一种新型纯电动轮边驱动拖拉机。相关研究成果，以“Reducing Operation Emissions and Improving Work Efficiency Using a Pure Electric Wheel Drive Tractor（一种可降低排放并且提高作业效率的纯电动轮边驱动拖拉机）”为题发表在中国工程院院刊《Engineering》上。温昌凯、任雯、祝清震为共同第一作者，张胜利、谢斌、孟志军为通讯作者。

传统柴油拖拉机在农业生产中广泛应用，但存在燃油消耗和尾气排放等问题，对环境造成了严重污染，同时其在复杂田间环境中的牵引效率也不尽如人意。因此，该研究以拖拉机作业机组为对象，以提高作业生产率和经济性为目的，研究了一种纯电动轮边驱动拖拉机。该拖拉机的底盘系统采用了独特的设计，包括电机驱动系统、电池变位系统和电液悬挂系统。电机驱动系统采用“驱动电机+轮边减速器”的形式，可满足特定的牵引性能要求并确保能耗经济性。电池变位系统中，高质量的动力电池包直接取代了原有的配重，并辅以实时移动机构，可实现精准的轴载分配。电液悬挂系统则为拖拉机提供了多种作业控制模式。

为了提高拖拉机的牵引效率和适应复杂土壤条件，研究人员构建了电动拖拉机耕作机组的动力学模型。该模型具有 9 个自由度，强调了耕作阻力、耕作深度、纵向加速度等多个因素，能够有效解决拖拉机在田间作业时出现的纵向车轮过度滑转、机组重心过分后移和整机牵引力严重不足等问题。

基于此模型，研究人员还提出了电动拖拉机子系统的控制方法。其中，基于最优滑转率的驱动轮转矩主动控制方法可根据左右车轮与地面的接触情况分配不同的转矩，提高牵引效率并降低能耗。而牵引力和前-后轴荷的联合控制方法，则通过联合调整耕作深度和电池位置，平衡机组耕作质量和高效牵引，解决了传统拖拉机牵引控制的不足。

图. 电动拖拉机线控底盘的解决方案

为了验证该拖拉机的性能，研究人员进行了一系列的田间测试。在驱动轮转矩主动控制测试中，与转矩平均分配控制模式相比，转矩主动控制模式使拖拉机滑转率减少了14.83%，牵引效率提高了10.28%。在牵引力和前–后轴荷的联合控制测试中，与传统牵引控制模式相比，所提的联合控制模式使拖拉机滑转率减少了15.05%，牵引效率提高了3.7%，驱动电机总能耗降低了4.9%。

该研究成果为电动拖拉机在复杂土壤条件下提高作业质量和牵引效率提供了有力支持，有助于减少农业机械的排放，提高农业生产效率。未来，随着对电动拖拉机驱动控制和牵引性能优化的深入研究，相信电动拖拉机将在农业生产中发挥更大的作用，为实现绿色农业和可持续发展做出重要贡献。

文章信息：

Reducing Operation Emissions and Improving Work Efficiency Using a Pure Electric Wheel Drive Tractor

一种可降低排放并且提高作业效率的纯电动轮边驱动拖拉机

作者：

温昌凯, 任雯, 祝清震, 赵春江, 罗振豪, 张胜利, 谢斌, 孟志军

引用：

Chang-Kai Wen,Wen Ren,Qing-Zhen Zhu,Chun-Jiang Zhao,Zhen-Hao Luo,Sheng-Li Zhang,Bin Xie,Zhi-Jun Meng. Reducing Operation Emissions and Improving Work Efficiency Using a Pure Electric Wheel Drive Tractor[J]. Engineering, 2024,37(6):230-245.

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https://doi.org/10.1016/j.eng.2024.01.026

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