我国作为一个农业大国,农业机械在工业领域中占据着很大的比例,随着农业机械化的发展,新能源以及智能农业机械将逐渐取代传统的内燃机式机械。电动拖拉机,在国外的研究起始于上个世纪70年代左右,目前已经具有了一定的技术水平。在国内,电动拖拉机的研究则显得十分匮乏,由于缺乏关键技术的支持,目前还没有形成一定的产业链。目前的电动拖拉机驱动结构大多是保留了传统的驱动桥式,对于轮毂直驱式的研究则几乎没有。本文提出采用轮毂电机独立驱动方案,分析在不同作业工况下如何协调转矩分配,使电动拖拉机获得更好的性能。本文主要通过理论分析、软件仿真以及台架验证的手段进行研究,主要工作和结论概括为如下几个部分。(1)电动拖拉机驱动方案设计和系统参数匹配。以同等功率的柴油拖拉机为研究基础进行电动拖拉机相关参数的计算和匹配,主要有整机参数、电机参数、电池参数。整机参数方面设计为质心至前后轴的距离相等,保证前后驱动轮都有一定的载重,从而发挥良好的驱动性能。电机参数根据总功率进行匹配,设计为前轮两个5 kW,后轮两个10 kW,工作电压均为200V。动力电池需要保证四组电机能够同时工作,放电电压为211 V,容量为160A·h。(2)四轮独立驱动电动拖拉机试验台架的搭建。通过三维软件Pro e和二维软件CAD对试验台进行整体规划和设计,基于Labview软件对测控系统进行集成,对机械部件和测控系统进行安装调试。对传感器进行标定,保证试验数据的准确性,主要有转矩传感器、转速传感器、电压传感器以及电流传感器。对轮毂电机进行外特性试验分析,5 kW电机最大输出扭矩约为90N·m,最高转速约为850 r/min;10kW电机最大输出扭矩约为110N·m,最高转速约为1000r/min。(3)对四轮独立驱动电动拖拉机在牵引犁耕作业工况下的转矩分配策略进行研究。由于牵引作业需要良好的牵引性能,因此转矩分配是以动力性能为目标。提出以载荷比为基础的转矩分配策略,通过对前后驱动轮与地面接触点O1、O1取力矩平衡分析,得出载荷比即转矩分配比k随挂钩牵引阻力的变化关系,并与转矩恒均等分配情况进行比较。台架试验分析中,转矩恒均等分配的情况下,当挂钩牵引阻力矩为80N·m时,前驱动轮达到附着极限,而此时的后驱动轮还有很大的附着性能没有被完全利用;而在基于载荷比的分配策略下,当挂钩牵引阻力矩为110N·m时,前后轮同时达到地面的附着极限,产生的实际有效驱动力最多可以比恒均等分配情况下多2000N,验证了本文提出策略的有效性。(4)对四轮独立驱动电动拖拉机在道路运输作业工况下的转矩分配策略进行研究。道路运输时电动拖拉机对各项性能的需求相对稳定,追求的是更长的作业时间和行驶里程,因此转矩分配是以经济性能为目标。文中采取基于驱动电机效率最优的转矩分配策略,试验测得前后轮驱动电机的转矩—转速—效率Map图,建立基于驱动电机效率最优的转矩分配函数,与转矩恒均等分配情况进行比较。采用基于PI的转速闭环加载控制,使驱动电机达到目标分配转矩的同时保持转速的稳定,并分析此时的驱动效率。结果表明,基于驱动电机效率最优的转矩分配策略比转矩恒均等分配最多可提高8%的效率值,验证了本文提出策略的有效性。