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基于多岛遗传算法的电动拖拉机分布式驱动系统优化设计与试验

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农业机械学报 2024年第3期55卷 401-411页

作者：李贤哲张明柱刘孟楠徐立友闫祥海雷生辉河南科技大学车辆与交通工程学院洛阳471003 智能农业动力装备全国重点实验室洛阳471039 黄河科技学院工学部郑州450006 中国一拖集团技术中心洛阳471039

针对分布式驱动电动拖拉机(Distributed drive electric tractor, DDET)牵引效率低、系统能量损耗大的问题,提出了一种基于多岛遗传算法(Multi-island genetic algorithm, MIGA)的分布式驱动系统参数优化设计与验证方法。根据犁耕作业工... 详细信息

针对分布式驱动电动拖拉机(Distributed drive electric tractor, DDET)牵引效率低、系统能量损耗大的问题,提出了一种基于多岛遗传算法(Multi-island genetic algorithm, MIGA)的分布式驱动系统参数优化设计与验证方法。根据犁耕作业工况,建立了拖拉机分布式驱动系统7自由度耦合动力学模型以及轮胎-土壤交互模型,完成了驱动系统关键部件参数设计和匹配选型。提出基于MIGA的前后轮边传动比参数优化策略,将轮边传动比作为决策变量,驱动系统能量损失最小为优化目标,驱动电机功率和转速为约束条件。搭建Matlab/Simulink-NI PXI联合仿真平台验证了参数优化策略的正确性和实时可执行性。结果表明,基于MIGA参数优化后的分布式驱动系统各方面性能得到了有效提升。犁耕循环工况下,拖拉机平均牵引力为10 610 N,最大牵引功率为31.25 kW;平均效率提升了0.38%,驱动电机能耗降低了7.53%。本研究可为分布式驱动电动拖拉机优化设计和系统控制提供理论基础和验证方法。

关键词：电动拖拉机分布式驱动系统多岛遗传算法优化设计联合仿真

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基于自适应阈值优化的插电并联式混合动力拖拉机节能控制研究

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中国农机化学报 2024年第9期45卷 147-152页

作者：闫祥海闫宇翔张俊江王伟徐立友河南科技大学车辆与交通工程学院河南洛阳471003 智能农业动力装备全国重点实验室河南洛阳471000 中国一拖集团有限公司河南洛阳471004

为最大限度发挥电能在作业过程中的优势,以插电并联式混合动力拖拉机为研究对象,采用滚动优化的思想,提出基于时间窗口的自适应阈值优化混合动力拖拉机节能控制策略。搭建插电并联式混动拖拉机驱动系统模型,制订拖拉机多种能源模式切换... 详细信息

为最大限度发挥电能在作业过程中的优势,以插电并联式混合动力拖拉机为研究对象,采用滚动优化的思想,提出基于时间窗口的自适应阈值优化混合动力拖拉机节能控制策略。搭建插电并联式混动拖拉机驱动系统模型,制订拖拉机多种能源模式切换策略,对关键阈值参数进行自适应优化研究。基于拖拉机犁耕工况,利用Matlab/Simulink仿真平台,对文中策略与功率跟随策略进行仿真对比。结果表明:在循环犁耕工况下,基于时间窗口的自适应阈值优化混合动力拖拉机节能控制策略等效燃油消耗下降8.78%,为插电并联式混合动力拖拉机的节能控制提供新的控制方法。

关键词：混合动力拖拉机节能控制自适应阈值控制策略功率跟随

基于庞特里亚金极小值原理的混合动力拖拉机节能控制

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农业机械学报 2023年第5期54卷 396-406页

作者：张俊江冯港辉徐立友王伟闫祥海刘孟楠河南科技大学车辆与交通工程学院洛阳471003 智能农业动力装备全国重点实验室洛阳471039 中国一拖集团有限公司洛阳471004

以某并联式柴电混合动力拖拉机为研究对象,分析其拓扑结构特点及工作特性,构建拖拉机旋耕、犁耕耦合动力学模型,以整机等效燃油消耗量最小为目标,电机功率和柴油机功率为控制变量、电池荷电状态为状态变量,建立基于庞特里亚金极小值原... 详细信息

以某并联式柴电混合动力拖拉机为研究对象,分析其拓扑结构特点及工作特性,构建拖拉机旋耕、犁耕耦合动力学模型,以整机等效燃油消耗量最小为目标,电机功率和柴油机功率为控制变量、电池荷电状态为状态变量,建立基于庞特里亚金极小值原理的节能控制策略,基于Matlab仿真平台对该节能控制策略进行仿真试验。结果表明:与基于最佳经济性曲线的节能控制策略相比,所制定的基于庞特里亚金极小值原理节能控制策略能够合理控制柴油机和电机的运行状态,使柴油机、电机工作在高效率区,有效降低了拖拉机田间作业时的等效燃油消耗量。旋耕工况下,等效燃油消耗量降低10.44%;犁耕工况下,等效燃油消耗量降低11.20%。

关键词：混合动力拖拉机庞特里亚金极小值原理节能控制等效油耗

拖拉机串联式液力机械复合传动系统设计与试验

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农业机械学报 2022年第1期53卷 406-413页

作者：李贤哲刘孟楠徐立友张明柱闫祥海河南科技大学车辆与交通工程学院洛阳471003 拖拉机动力系统国家重点实验室洛阳471039 中国一拖集团有限公司技术中心洛阳471039

针对现有拖拉机变速器存在机械结构复杂、挡位数较多、模式切换繁琐等问题,提出了一种串联式液力机械复合传动方案(Series hydraulic and mechanical hybrid transmission,HMD)及其配套拖拉机总体设计方法,包括功能需求、传动路线设计... 详细信息

针对现有拖拉机变速器存在机械结构复杂、挡位数较多、模式切换繁琐等问题,提出了一种串联式液力机械复合传动方案(Series hydraulic and mechanical hybrid transmission,HMD)及其配套拖拉机总体设计方法,包括功能需求、传动路线设计、组件特性分析、性能参数计算、仿真模型搭建、作业性能对比。针对无级调速模块有效性设计牵引性能与匹配性能试验,合理的发动机匹配使得液力传动最高效率达到0.894,重载与轻载区段能够实现无级变速,工况适应性良好。性能对比结果表明:HMD牵引特性场位于原拖拉机与HMCVT之间,各挡牵引功率峰值幅度变化平稳,深谷面积明显减小;犁耕工况下,牵引力覆盖范围平均提升15.3%,负载作业速度平均提升8.2%;旋耕工况下,动力输出功率平均提升1.7%。研究可为多模式无级变速拖拉机总体设计提供技术路线参考。

关键词：拖拉机串联式液力机械复合传动系统

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基于自适应多分辨率分析的电动拖拉机驱动功率分配策略

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农业工程学报 2023年第23期39卷 55-66页

作者：李贤哲张明柱刘孟楠闫祥海徐立友河南科技大学车辆与交通工程学院洛阳471003 智能农业动力装备全国重点实验室洛阳471039 中国一拖集团技术中心洛阳471039 机械装备先进制造河南省协同创新中心洛阳471003 黄河科技学院工学部郑州450006

燃料电池分布式驱动电动拖拉机(fuel cell distributed drive electric tractor,FCDET)能够有效解决环境污染和能源紧缺问题、推动农业可持续发展。针对FCDET牵引效率低、续航时间短、氢耗量大等问题,该研究提出了基于自适应多分辨率分... 详细信息

燃料电池分布式驱动电动拖拉机(fuel cell distributed drive electric tractor,FCDET)能够有效解决环境污染和能源紧缺问题、推动农业可持续发展。针对FCDET牵引效率低、续航时间短、氢耗量大等问题,该研究提出了基于自适应多分辨率分析(adaptive multi-resolution analysis,AMRA)的犁耕驱动功率分配策略。首先建立燃料电池系统等效电路模型、总效率求解模型、能量耗散模型以及驱动电机响应模型。一次重构策略基于可调Q因子小波变换(tunable Qfactor wavelet transform,TQWT),获得有效反应功率信号振荡特性的子序列。二次重构策略将低频子序列经过变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)为若干个具有特殊稀疏性质的离散子信号。然后采用麻雀搜索算法(sparrow search algorithm,SSA)实时获取VMD的分解层数和二次惩罚因子的最优组合。最后将二次分解后的子序列和子信号按照频率特性进行重构,并将重构功率信号在各个能量源之间重新分配。以ET504-H样机为对象,通过田间试验采集犁耕载荷功率需求信息,并进行驱动电机台架试验。结果表明:基于AMRA的FCDET驱动功率分配策略能够有效提高燃料电池系统的能量利用率和犁耕作业的经济性。相较于功率跟随策略和一次重构策略,燃料电池系统的平均效率分别提升了8.30%和1.82%,等效氢耗量分别降低了35.60%和11.86%;驱动电机平均效率分别提升2.06%和1.27%,总能耗分别降低3.73%和2.60%。研究结果可为FCDET控制系统研发提供新的理论基础和技术途径。

关键词：拖拉机燃料电池功率分配分布式驱动自适应多分辨率分析

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农业装备电动化技术研究综述

农业机械学报 2023年第9期54卷 1-12页

作者：徐立友张俊江闫祥海赵思夏吴依伟刘孟楠河南科技大学车辆与交通工程学院洛阳471003 智能农业动力装备全国重点实验室洛阳471039 中国一拖集团有限公司洛阳471039

随着电力电子和储能技术的发展,动力装备电动化已成为全球车辆发展的重要方向,在新能源汽车领域已得到成功应用,我国率先形成了完整的产业基础。目前,全球电动农业装备处于起步阶段,多以理论研究为主,尚无批量化生产的电动农业装备产品... 详细信息

随着电力电子和储能技术的发展,动力装备电动化已成为全球车辆发展的重要方向,在新能源汽车领域已得到成功应用,我国率先形成了完整的产业基础。目前,全球电动农业装备处于起步阶段,多以理论研究为主,尚无批量化生产的电动农业装备产品,发展电动农业装备具有产业优势。本文简要分析了电动农业装备关键部件及软件平台,重点综述了国内外电动拖拉机、电动微耕机、电动移栽机、电动果园作业机、电动播种机研究现状,并对电动农业装备与传统农业装备进行了性能对比,得出了不同农业装备的优缺点,为农业装备的应用场景分析提供了支撑。针对不同农业装备的农艺特点和电动化关键部件特点阐述了不同形式农业装备的应用场景。结合当前电动车辆发展状况及农业装备作业特点对不同电动农业装备发展瓶颈进行了分析,为电动农业装备的发展指明了方向,可为我国电动农业装备的发展提供参考。

关键词：农业装备电动化应用场景综述

基于充油流量与曝气程度的拖拉机动力换向性能研究

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农业机械学报 2023年第8期54卷 381-393页

作者：闫祥海魏海江刘孟楠赵俊峰张静云徐立友河南科技大学车辆与交通工程学院洛阳471003 智能农业动力装备全国重点实验室洛阳471003 洛阳东方众成离合器有限公司洛阳453003

围绕拖拉机动力换向离合器充油流量易受温度、回位弹簧刚度和预紧力等因素影响,液压油在加注及工作过程中易受空气污染,导致液压油空气含量增加的工程应用问题,探究了不同充油流量及曝气程度对动力换向性能的影响。以换向时间、冲击度... 详细信息

围绕拖拉机动力换向离合器充油流量易受温度、回位弹簧刚度和预紧力等因素影响,液压油在加注及工作过程中易受空气污染,导致液压油空气含量增加的工程应用问题,探究了不同充油流量及曝气程度对动力换向性能的影响。以换向时间、冲击度、滑摩功和磨损量为评价指标对换向性能进行了评估,以期提高拖拉机动力换向品质、工作效率和传动系使用寿命。以东方红LF2204型拖拉机TX4A传动系为研究对象,建立了考虑充油流量和曝气程度的动力换向过程数学模型,基于ADAMS、Matlab/Simulink和AMESim平台分别建立了换向离合器机械模型、控制模型和液压模型,对拖拉机Ⅰ挡作业时前进挡切换为倒退挡的工况进行了仿真分析与台架试验验证。仿真结果表明:当液压油曝气程度为0.1%,充油流量分别为16、14 L/min时,与20 L/min流量相比,换向时间分别增长20%和43%,变速器最小输出转矩分别下降26%和52%,滑摩功分别上升33%和78%,最大冲击度分别下降11%和18%,最大磨损量分别上升24%和44%。当充油流量为20 L/min,曝气程度分别为1%和5%时,与0.1%曝气程度相比,换向时间分别增长26%和85%,变速器最小输出转矩分别下降0.4%和0.8%,滑摩功分别上升38%和163%,最大冲击度分别下降57%和50%,最大磨损量分别上升47%和163%。台架试验结果表明:试验数据与仿真试验数据变化趋势基本保持一致,误差都在5%之内,最大误差出现在充油流量为20 L/min、曝气程度为5%时,主要原因是油液自身脉动对传感器产生冲击影响,以及比例阀受油液气泡影响,输出精度降低。

关键词：拖拉机动力换挡变速器充油流量曝气程度换向性能

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纯电动汽车动力系统结构参数与整车控制参数集成优化

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现代制造工程 2022年第8期 65-70页

作者：闫祥海李宗召徐立友李敖河南科技大学车辆与交通工程学院洛阳471003 中国一拖集团有限公司洛阳471004

为提高纯电动汽车的经济性,提出了一种基于目标工况的纯电动汽车动力系统结构参数与整车控制参数集成优化方法。为了兼顾纯电动汽车的动力性要求,确定动力参数的边界条件,基于郑州某路公交车的实际行驶工况,利用正交试验方法分析了不同... 详细信息

为提高纯电动汽车的经济性,提出了一种基于目标工况的纯电动汽车动力系统结构参数与整车控制参数集成优化方法。为了兼顾纯电动汽车的动力性要求,确定动力参数的边界条件,基于郑州某路公交车的实际行驶工况,利用正交试验方法分析了不同整车控制参数对经济性的影响度,选取了5个整车控制参数作为优化目标。利用Matlab/Simulink、CRUISE及Isight这3个软件进行了联合仿真,对动力系统结构参数与整车控制参数进行了集成优化。仿真结果表明:在目标工况下,利用集成优化的方法,纯电动汽车百公里燃料消耗量相比于优化前降低了10.8%;相比于传统的分段优化,优化效能提升了16.9%。

关键词：纯电动汽车动力系统结构参数整车控制参数集成优化

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基于虚拟样机的交流底盘测功机系统研究

现代制造工程 2022年第9期 123-131页

作者：张尚浩张晓瑞徐立友闫祥海河南科技大学车辆与交通工程学院洛阳471003

针对传统底盘测功机系统存在的加载精度低和程序繁琐等问题,基于虚拟样机技术构建交流底盘测功机系统。利用ADAMS软件建立交流底盘测功机动力学模型,在Matlab软件的Simulink模块中建立交流底盘测功机控制系统模型,通过Adams/Controls模... 详细信息

针对传统底盘测功机系统存在的加载精度低和程序繁琐等问题,基于虚拟样机技术构建交流底盘测功机系统。利用ADAMS软件建立交流底盘测功机动力学模型,在Matlab软件的Simulink模块中建立交流底盘测功机控制系统模型,通过Adams/Controls模块完成交流底盘测功机虚拟样机系统搭建,最后基于车辆滑行工况对基于虚拟样机的交流底盘测功机系统进行仿真,并与实车试验进行对比分析。结果表明:所设计的基于虚拟样机的交流底盘测功机系统相比于传统底盘测功机系统,能将检测误差由7.63%降低到1.71%,证明该系统相比于传统底盘测功机系统具有更高的模拟精度,可以代替传统底盘测功机系统进行车辆滑行试验,降低车辆试验的成本,为车辆台架性能试验提供一种新途径。

关键词：交流底盘测功机联合仿真 ADAMS软件虚拟样机