农业机械学报

类型	构成	优点	缺点	适配机型
动力换挡传动系统	齿轮传动机构、换挡执行单元、液压控制系统、电子控制系统	换挡无动力中断；重载工况平顺性好；操作方便、适应性强	结构与维护复杂；控制策略难度大；重量与体积较大	Deutz-Fahr L 720/Valtra N和T系列
液压机械无级变速传动系统	机械变速机构、变量泵-定量马达机构、动力分流/汇流行星齿轮机构、电子控制驱动系统	无级调速；机械传动高效；变速范围宽	结构复杂；控制难度大；液压系统效率较低	东方红LW3204/LW2304、雷沃P7000
纯电驱动传动系统	电源系统、驱动系统与作业装置，单电机、双电机独立、双电机耦合、轮边电机分布驱动等形式	零排放；能量效率高；控制灵活；适应性强	电池容量限制续航；充电速度较慢；部分构型动力协调性差	黄海金马YL254ET、ET1004-W、CA504ET、e100 Vario
油电混合动力传动系统	发动机与电机组合，串联、并联、混联构型	续航长；效率高；排放低；无级变速	系统复杂；控制难度大；成本高	东方红HB2204、柳工HE2604、MinskBelarus-3023/3523
氢能混合动力传动系统	氢燃料电池为主能源，配蓄电池/超级电容，FC+B、FC+SC、FC+B+SC构型	零排放；氢能能量密度高；续航潜力大	储氢技术不成熟；成本较高；基础设施不足	Kubota氢动力概念拖拉机、STEYR FCTRAC、芬特氢燃料电池拖拉机、ET504-H
甲烷混合动力传动系统	甲烷发动机为主动力，电力驱动辅助，串联、并联、混联构型	排放较低；燃料可再生；经济性较好	燃料制备难度大；存储困难；能量密度较低	纽荷兰T6系列、AUGA M1

类型	构成	优点	缺点	适配机型
动力换挡传动系统	齿轮传动机构、换挡执行单元、液压控制系统、电子控制系统	换挡无动力中断；重载工况平顺性好；操作方便、适应性强	结构与维护复杂；控制策略难度大；重量与体积较大	Deutz-Fahr L 720/Valtra N和T系列
液压机械无级变速传动系统	机械变速机构、变量泵-定量马达机构、动力分流/汇流行星齿轮机构、电子控制驱动系统	无级调速；机械传动高效；变速范围宽	结构复杂；控制难度大；液压系统效率较低	东方红LW3204/LW2304、雷沃P7000
纯电驱动传动系统	电源系统、驱动系统与作业装置，单电机、双电机独立、双电机耦合、轮边电机分布驱动等形式	零排放；能量效率高；控制灵活；适应性强	电池容量限制续航；充电速度较慢；部分构型动力协调性差	黄海金马YL254ET、ET1004-W、CA504ET、e100 Vario
油电混合动力传动系统	发动机与电机组合，串联、并联、混联构型	续航长；效率高；排放低；无级变速	系统复杂；控制难度大；成本高	东方红HB2204、柳工HE2604、MinskBelarus-3023/3523
氢能混合动力传动系统	氢燃料电池为主能源，配蓄电池/超级电容，FC+B、FC+SC、FC+B+SC构型	零排放；氢能能量密度高；续航潜力大	储氢技术不成熟；成本较高；基础设施不足	Kubota氢动力概念拖拉机、STEYR FCTRAC、芬特氢燃料电池拖拉机、ET504-H
甲烷混合动力传动系统	甲烷发动机为主动力，电力驱动辅助，串联、并联、混联构型	排放较低；燃料可再生；经济性较好	燃料制备难度大；存储困难；能量密度较低	纽荷兰T6系列、AUGA M1

纯电驱动类型	结构特点	优点	缺点
单电机驱动	单电机通过机械传动装置将动力传递至驱动轮和PTO	驱动轮和PTO达到额定功率；控制策略简单；动力性能好	PTO与驱动电机刚性连接，无法独立输出旋转动力；PTO仅同步转速，作业适应性差
双电机独立驱动	驱动轮和PTO由独立电机驱动，两条独立功率流	PTO独立输出旋转动力；PTO可调速；田间作业适应性好	驱动轮和PTO无法单独输出额定功率；动力协调性差
双电机耦合驱动	PTO由主电机驱动，辅助电机与主电机功率耦合后传递至驱动轮	PTO按标准转速工作；驱动轮无级调速	PTO无法输出额定功率；调速依赖变速器
分布式驱动	轮边电机安装在前后桥或半轴，配行星齿轮减速机构，线控供电	前后桥/四轮独立驱动；PTO独立驱动；参数可控，适应性强	系统复杂；成本高

纯电驱动类型	结构特点	优点	缺点
单电机驱动	单电机通过机械传动装置将动力传递至驱动轮和PTO	驱动轮和PTO达到额定功率；控制策略简单；动力性能好	PTO与驱动电机刚性连接，无法独立输出旋转动力；PTO仅同步转速，作业适应性差
双电机独立驱动	驱动轮和PTO由独立电机驱动，两条独立功率流	PTO独立输出旋转动力；PTO可调速；田间作业适应性好	驱动轮和PTO无法单独输出额定功率；动力协调性差
双电机耦合驱动	PTO由主电机驱动，辅助电机与主电机功率耦合后传递至驱动轮	PTO按标准转速工作；驱动轮无级调速	PTO无法输出额定功率；调速依赖变速器
分布式驱动	轮边电机安装在前后桥或半轴，配行星齿轮减速机构，线控供电	前后桥/四轮独立驱动；PTO独立驱动；参数可控，适应性强	系统复杂；成本高

系统结构	结构特点	优点	缺点
串联式	电机唯一驱动	无级变速作业工作稳定排放较小	能量二次转换损失大体积质量偏大
并联式	发动机、电机独立驱动或协同驱动	无级变速作业功率较小系统效率较高	依赖大容量电池，成本高控制系统复杂度较高
混联式	发动机独立驱动，电机独立驱动，发动机-电机，电机-电机协同驱动	无级变速作业适应性强传动效率高	电力系统复杂，成本高控制系统开发难度大

系统结构	结构特点	优点	缺点
串联式	电机唯一驱动	无级变速作业工作稳定排放较小	能量二次转换损失大体积质量偏大
并联式	发动机、电机独立驱动或协同驱动	无级变速作业功率较小系统效率较高	依赖大容量电池，成本高控制系统复杂度较高
混联式	发动机独立驱动，电机独立驱动，发动机-电机，电机-电机协同驱动	无级变速作业适应性强传动效率高	电力系统复杂，成本高控制系统开发难度大

系统结构	结构特点	优点	缺点
FC+B	燃料电池经单向DC/DC与母线连接，蓄电池直接并联	燃料电池高效区运行时间长峰值功率共同承担能量利用率高	实时响应能力较弱燃料电池负载波动大蓄电池寿命衰减较快
FC+SC	超级电容替代蓄电池，响应速度快	满足瞬态功率需求动力响应快循环寿命长	能量密度低，无法长时间储能燃料电池负载波动较大
FC+B+SC	燃料电池为主，蓄电池和超级电容协同	兼顾续航和瞬态响应减小燃料电池负载波动系统适应性强	硬件结构复杂能量管策略制定难度大系统成本高

系统结构	结构特点	优点	缺点
FC+B	燃料电池经单向DC/DC与母线连接，蓄电池直接并联	燃料电池高效区运行时间长峰值功率共同承担能量利用率高	实时响应能力较弱燃料电池负载波动大蓄电池寿命衰减较快
FC+SC	超级电容替代蓄电池，响应速度快	满足瞬态功率需求动力响应快循环寿命长	能量密度低，无法长时间储能燃料电池负载波动较大
FC+B+SC	燃料电池为主，蓄电池和超级电容协同	兼顾续航和瞬态响应减小燃料电池负载波动系统适应性强	硬件结构复杂能量管策略制定难度大系统成本高

拖拉机新型动力传动系统关键技术研究综述

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赵思夏 ¹^,² , 李贤哲 ¹^,² , 闫祥海 ¹^,² , 张俊江 ¹^,² , 吴依伟 ¹^,² , 徐立友 ¹^,²

农业机械学报 | 智能农业动力装备关键技术专栏 2025,56(12): 24-40

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农业机械学报 |智能农业动力装备关键技术专栏 2025 , 56 (12) : 24 -40

拖拉机新型动力传动系统关键技术研究综述

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赵思夏¹^,², 李贤哲¹^,², 闫祥海¹^,², 张俊江¹^,², 吴依伟¹^,², 徐立友¹^,²

作者信息

^1.河南科技大学车辆与交通工程学院，洛阳　471003

^2.智能农业动力装备全国重点实验室，洛阳　471000

通讯作者:

徐立友（1974—），男，教授，博士，主要从事车辆传动理论与控制技术研究，E-mail：xlyou@haust.edu.cn

作者简介:

赵思夏（1992—），男，讲师，博士，主要从事车辆传动理论与控制技术研究，E-mail：zhao_sixia@haust.edu.cn

Review of Research on Key Technologies for New Power Transmission Systems in Tractors

Sixia ZHAO¹^,², Xianzhe LI¹^,², Xianghai YAN¹^,², Junjiang ZHANG¹^,², Yiwei WU¹^,², Liyou XU¹^,²

Affiliations

^1.College of Vehicle and Traffic Engineering, Henan University of Science and Technology, Luoyang 471003, China

^2.National Key Laboratory of Intelligent Agricultural Power Equipment, Luoyang 471000, China

出版时间: 2025-12-25 doi: 10.6041/j.issn.1000-1298.2025.12.002

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摘要

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拖拉机作为实现农业现代化与高效生产的核心动力装备，其技术发展水平直接关系到农业生产的效率、成本与可持续性，产业正加速向高端化、智能化、绿色化方向演进，而新型动力传动技术则成为这一变革中最为关键与活跃的创新领域。本文从新型传动理论研究、关键技术开发与国内外产业化应用3个维度，对国内外拖拉机新型动力传动技术的研究现状进行全面综述。研究聚焦于动力换挡传动、液压机械无级变速传动、纯电驱动系统、油电混合动力、氢能混合动力和甲烷混合动力的多元化技术路线。深入剖析了动力传动系统的基本结构、工作原理与性能特征，结合国内外典型拖拉机产品，分析了关键技术发展现状，以及实际应用成效与产品化路径。归纳并总结了当前新型动力传动关键技术亟待突破的瓶颈问题，主要包括电池容量和充电速率、控制精度和稳定性、电驱动系统环境适应性、多能量源能量管理、新型能源制备与存储等问题。最后，展望了未来拖拉机新型动力传动系统的发展趋势，提出在全局能量高效利用、全场景自适应适配以及模块化多功能拓展三大方向深度融合。

关键词

拖拉机 / 动力传动系统 / 纯电驱动系统 / 油电混合动力 / 氢能混合动力 / 甲烷混合动力

Abstract

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The tractor serving as the core power equipment for achieving agricultural modernization and efficient production, has a technological development level that directly influences the efficiency, cost, and sustainability of agricultural operations. The industry is rapidly evolving toward high-end, intelligent, and green directions, with new power transmission technologies becoming the most critical and dynamic area of innovation in this transformation. A comprehensive review of the current research status of new power transmission technologies for tractors, both domestically and internationally was provided, which systematically addressed the field from three dimensions: theoretical research on new transmission systems, development of key technologies, and industrial applications. It was focused on diverse technical pathways, including power shift transmission, hydro-mechanical continuously variable transmission, pure electric drive systems, as well as diesel-electric hybrid, hydrogen hybrid, and methane hybrid power systems. It delved into the basic structure, working principles, and performance characteristics of these power transmission systems, and the development status of key technologies was analyzed by examining typical tractor products from China and other countries, along with their practical application outcomes and productization paths. The critical bottleneck issues that needed to be overcome in current new power transmission technologies were generalized and summarized, primarily including battery capacity and charging rates, control precision and stability, environmental adaptability of electric drive systems, multi-energy source management, and the production and storage of new energy sources. Finally, it outlined future development trends for new power transmission systems in tractors, proposing deep integration in three major directions: global energy efficiency utilization, full-scenario self-adaptive compatibility, and modular multi-functional expansion.

Key words

tractor / power transmission systems / pure electric drive system / diesel-electric hybrid power / hydrogen-electric hybrid power / methane-electric hybrid power

引用本文

赵思夏, 李贤哲, 闫祥海, 张俊江, 吴依伟, 徐立友. 拖拉机新型动力传动系统关键技术研究综述. 农业机械学报, 2025 , 56 (12) : 24 -40 . DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2025.12.002

Sixia ZHAO, Xianzhe LI, Xianghai YAN, Junjiang ZHANG, Yiwei WU, Liyou XU. Review of Research on Key Technologies for New Power Transmission Systems in Tractors[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2025 , 56 (12) : 24 -40 . DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2025.12.002

正文

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0　引言

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拖拉机产业高质量发展将是农业现代化的基础，新型高效动力传动技术的研究成为推动农机装备产业高质量发展的关键^[1-4]。发展拖拉机新型动力传动技术符合国家“碳达峰、碳中和”战略需求，符合“中国制造2025”及“十四五”全国农业机械化发展规划等国家政策导向^[5-8]。

动力传动系统是拖拉机动力传递核心部件，传统机械式变速器无法有效应对田间因挂接不同农具而产生的连续负荷变化，降低了拖拉机作业经济性、动力性和舒适性，为克服这些不足并提高作业效率与质量，现代拖拉机正向多种新型动力传动技术发展，新型动力传动系统从根本上突破传统传动系统的技术瓶颈，通过程序化判断当前工况并自主换挡或调速调矩，实现对外部负载和阻力的及时适应，从而保证整机作业性能，具有重要的工程与应用价值。近年来，涌现出较多关于新型动力传动系统拖拉机的新路线、新思路与新方法，但是尚缺少系统性梳理。

本研究以系统解析新型动力传动技术发展态势为目标，重点聚焦于动力换挡传动、液压机械无级变速传动、纯电驱动系统、油电混合动力、氢能混合动力和甲烷混合动力的多元化技术路线。深入分析新型动力传动系统的基本结构、工作原理与性能特征，结合国内外典型拖拉机产品，分析关键技术发展现状，以及实际应用成效与产品化路径。总结归纳当前新型动力传动关键技术亟待突破的瓶颈问题，展望未来拖拉机动力传动系统的发展趋势，为拖拉机新型动力传动系统的研究提供参考。

1　拖拉机新型动力传动技术研究现状

收起

拖拉机新型动力传动系统核心在于融合两种或以上不同类型的能量源，并通过功率转换装置协同输出。该系统突破了传统单一机械路径的局限，实现了功率的多源输入、耦合调配与按需输出，从而在保证牵引性能的同时，显著提升了能源利用效率与工况适应性。表1总结了新型动力传动系统的具体分类、结构特点、优缺点及部分适配机型。

1.1　动力换挡传动系统

1.1.1　结构特点及工作原理

动力换挡传动（Power-shift transmission，PST）是将机械、液压、电子控制及测试技术集成的机电液一体化系统，广泛应用于大功率拖拉机。其机械部分采用定轴轮系或周转轮系（部分动力换挡多用定轴轮系，全动力换挡常结合周转和定轴轮系），通过TCU采集驾驶员意图信号、作业模式开关、换挡手柄位置及农机具状态信号，按照换挡和油门匹配策略发出控制指令，驱动液压执行机构完成换挡离合器的分离与接合，实现带载荷、动力不中断的自动换挡，工作原理图如图1所示。

1.1.2　关键技术研究现状

（1）动力换挡控制技术

动力换挡控制技术目标是实现平顺、快速、可靠换挡，最大限度降低冲击和能量消耗。刘畅^[9]在传统双参数的基础上提出多参数智能换挡控制策略，在缩减换挡时间和换挡顿挫感的同时，将燃油经济性作为指标对换挡控制策略进行了优化。席志强等^[10]以动力换挡变速器输出转速变化幅值为指标，优化了换挡重叠时间与离合器接合油压，通过仿真验证了换挡过程中离合器部分控制策略的有效性，控制原理如图2所示。

（2）系统测试与试验技术

国内外众多机构投入大量研究，采用先进试验方法提高试验效率与精度。国际领先企业如John Deere、CNH、AVL、FIAT，以及测试机构美国NTTL、德国DLG、日本IAM、COTTEC等，按照OECD、国际和国家标准对拖拉机性能进行认证。多家单位（国家拖拉机质量监督检验中心、南京农业大学、河南科技大学等）开发了以电封闭内循环驱动加载为核心的台架，可在室内精确重现田间载荷^[11]。与涡流、液压或机械加载相比，电机加载更易控制、响应快且能量回收率高。

朱思洪等^[12]利用拖拉机传动系试验台架对ZF公司T7336型变速器进行了多种工况下液压系统动态特性试验，分析了液压系统压力和流量在换挡过程中的变化规律。席志强等^[13]利用传动系试验台架模拟发动机载荷和田间载荷，如图3所示，该试验台架基于交流变频多机驱动与加载的功率回馈试验系统，实现对驱动/加载电机、被试对象模块化编程控制，验证了PST换挡控制策略仿真研究结果的正确性。

1.1.3　国内外典型产品

国外，动力换挡拖拉机是国际市场的主流大功率拖拉机产品，如意大利Landini公司的Legend系列，荷兰Ford公司的30系列，Case公司的CX系列、Maxxum系列、Magnum系列，Same公司的Silver系列等。

在国内，中国一拖集团与国外合作，研发了东方红LZ、LA、LF等系列大型动力换挡拖拉机，使我国在动力换挡拖拉机上实现了突破。相关产品如图4所示^[14]。

1.2　液压机械无级变速传动系统

1.2.1　结构特点与工作原理

液压机械无级变速器（Hydro-mechanical continuously variable transmission，HMCVT）由机械变速机构、变量泵-定量马达液压无级变速系、动力分流/汇流的行星齿轮机构及电子控制驱动系统组成。发动机动力通过两路传输：一部分经机械多挡变速器传入差动轮系太阳轮，另一部分经齿轮变速后由变量泵转为液压能再由定量马达转回机械能并传入齿圈，二者在差动轮系合成由行星架输出。通过在机械传动保障高效的同时利用液压传动实现无级调速，HMCVT可在一定范围内实现连续变速；若需更宽变速范围，则由离合器/制动器换挡或改变传动路径，形成多段连续变速。传动原理如图5所示。

1.2.2　关键技术研究现状

（1）结构方案拓扑优化技术

HMCVT结构方案拓扑优化技术主要用于分析行星齿轮系的输入输出特性，优先选择结构简单且传动效率高的行星机构，并进行与发动机传动系统的匹配分析。不同功率流动方向下行星轮系转化机构受力如图6所示。

徐立友等^[15]结合拖拉机作业工况，设计了新型多段式HMCVT传动方案，并在各模式下讨论了变速器匹配机理和匹配实现方式，针对配备该变速器的东方红1302R拖拉机进行换段条件、转矩特性、效率特性和转矩特性分析。倪向东等^[16]建立了HMCVT各区段有级变速的等比连续方程，提出传动系统参数设计准则，在传动结构方案和传动性能分析上提供了可靠的理论基础。ZHU等^[17]设计了一种在原有HMCVT传动基础上添加电机动力传动的传动方式，制定了相应的速比控制策略和混合动力系统能量管理策略，分别对犁耕、收获和运输3种工况下的变速器效率和油耗等进行分析，实现新传动方式的理论和试验的可行性。

（2）无级调速控制技术

研究HMCVT中机械路换段条件，液压分流路的油液粘度、工作容积和输出轴负载惯量等对系统调速时的影响，确定其调速特性。魏超等^[18]以等差式HMCVT为研究对象，着重分析了等差式变速器组成原理，推论出速比关系表达式，提出换段条件，并试验验证了变速器工作的速比跟踪控制方法可行性，当跟踪阶跃速比时不存在稳态误差，跟踪斜坡速比时存在稳态误差。杨超杰等^[19]提出了基于双模糊PID算法的HMCVT恒转速输出控制方法，更好解决HMCVT在遇到阶跃负载时输出转速波动量大、调整时间长的问题。

（3）换段过程控制技术

换段品质对HMCVT运作至关重要，一定程度上决定换段是否稳定、少冲击等。王光明等^[20]通过仿真与试验结合，归纳影响HMCVT换段品质的3个要素为工况因素、设计因素与可控因素，研究了换段品质影响因素之间的关系并获得换段参数间的最佳匹配关系。对于换段控制策略方面，朱镇等^[21]提出融合变速器输出轴的速度降幅度、最大冲击度和换挡所需时间作为评价指标，采用极差法分析影响因素的主次、预测最佳的控制方案，通过数学分析和仿真验证了该方案可有效提升变速器器换挡品质。郭占正等^[22]针对HMCVT传动特性，采用换段期间段间重叠结合的方法实现动力连续换段，将动力连续换段过程划分4个阶段，经过理论与实验台架仿真分析，实现了动力传递连续无中断，虚拟样机结构如图7所示。

1.2.3　国内外典型产品

国外，德国的ZF与Fendt等先进农机企业推出了一系列采用无级传动技术的拖拉机产品，并获得广泛应用。ZF与Fendt各自生产的HMCVT已被装配到Deutz-Fahr、JCB、Steyr等企业生产的拖拉机上。

在国内，中国一拖集团自主研发了东方红LW3204和LW2304两款配备HMCVT的重型轮式拖拉机；潍柴动力则开发了大功率无级传动拖拉机雷沃P7000及雷沃阿波斯P2404-7V，相关产品如图8所示。

1.3　纯电驱动传动系统

1.3.1　结构特点与工作原理

纯电驱动系统由电源系统、驱动系统与作业装置组成，设计可采用单电机、双电机或多电机等多种形式，结构特点对比如表2所示。

（1）单电机驱动

单电机驱动式电动拖拉机由机械传动装置将驱动电机输出的机械功率依次传递至驱动轮和动力输出轴PTO，如图9所示。现有单电机驱动拖拉机优势为驱动轮输出牵引动力和PTO输出旋转动力能够达到拖拉机额定功率，控制策略制定较为容易，动力性能较好。局限性在于，PTO与驱动电机之间采用刚性连接，与驱动轮之间存在机械耦合关系，拖拉机难以独立输出旋转动力，而且PTO仅能以同步式转速工作，农机具跟随车速变化无法进行调节，田间作业适应能力较差。

（2）双电机独立驱动

双电机独立驱动式电动拖拉机驱动轮和PTO由独立的电机驱动，根据工况需求独立调速，如图10所示。该方案存在2条独立功率流：动力电池组→DC/DC转换器→驱动电机控制器→驱动电机→传动机构→驱动轮，输出牵引力；动力电池组→DC/DC转换器→PTO电机控制器→PTO电机→动力输出轴，输出旋转动力。现有双电机独立驱动拖拉机优势为：由于驱动电机和PTO电机控制过程相互独立，能够实现PTO独立输出旋转动力，且可以通过电机调速控制使PTO转速在同步式转速和标准转速之间切换，田间作业适应性较好。局限性在于，由于驱动电机和PTO电机二者额定功率之和等于拖拉机额定功率，因此，驱动轮和PTO无法单独输出拖拉机额定功率，动力协调性较差。

（3）双电机耦合驱动

双电机耦合驱动式电动拖拉机动力输出轴PTO由主电机驱动，辅助电机与主电机功率通过机械耦合装置耦合后传递至驱动轮，能够使驱动轮输出额定牵引功率，而PTO无法输出额定功率，如图11所示。匹配农机具进行作业时，主电机转速能够保持在540 r/min和1 000 r/min附近，PTO能够按照国家标准转速工作，驱动轮处无级调速的能力与PTO输出最大功率接近整机额定功率的程度具有一定的反比关系。由于耦合后功率的转速较稳定，整机调速过程需要依靠变速器。

（4）轮边电机分布式驱动

轮边电机分布式驱动结构特点在于前后桥或4个半轴上安装驱动电机，在电机与轮毂之间配备行星齿轮减速机构，并由动力电池利用线控方式向驱动电机和PTO电机供电，实现拖拉机前后桥独立驱动、四轮独立驱动和PTO独立驱动，如图12所示。轮边电机分布式驱动主要优势在于，前后轴驱动电机与PTO驱动电机重要参数精确可知且独立可控，能够满足田间随机载荷自适应性和多种农机具匹配拓展性。

1.3.2　关键技术研究现状

（1）电驱动系统控制技术

驱动电机控制的目的是为电动机提供准确的转矩和转速控制信号，控制电机输出，满足拖拉机作业的驱动力和作业速度。驱动电机控制器通常具有2种基本控制策略：直接转矩控制和直接转速控制，如图13所示。在基础控制策略的基础上，国内外研究者进行了深入研究。徐立友等^[23]提出了应用于四轮驱动电动拖拉机的驱动系统转矩分配控制策略，改善了牵引性能。BAEK等^[24]对电动全轮驱动拖拉机牵引性能进行开发和评估。刘孟楠等^[25]结合犁耕和旋耕工况下波动载荷的时频特性，基于小波算法提出了采用超级电容平滑蓄电池放电峰值功率的电动拖拉机能量管理策略。李银平等^[26]针对纯电动拖拉机能量利用率低、续航里程短的问题，设计了一种超级电容和蓄电池复合的纯电动拖拉机动力电源系统，提出了基于动态规划的能量管理策略。

（2）系统仿真测试与试验技术

电驱动拖拉机领域对于新技术的应用较多、系统集成度更高，需要对能源系统、驱动系统、整机系统、控制系统等测试，以满足主要研究和开发环节需求。国内外学者针对控制器、部件及总成台架试验等进行了研究。赵思夏等^[27]对不同底盘布置方案对电动拖拉机牵引性能和动态性能的影响进行了仿真分析，如图14所示。YOO等^[28]对整机最大功率、充电状态、续航里程、最高车速等进行了仿真分析，验证了驱动系统设计方法。汪珍珍等^[29]开发了电动拖拉机快速原型平台测控系统并通过试验测试了平台性能。陈黎卿等^[30]搭建了用于电动拖拉机驱动电动机加载测试的试验台架，开展了驱动系统性能试验。

1.3.3　国内外典型产品

国外，Fendt开发了具备前后双PTO接口e100 Vario系列纯电动拖拉机，主要用于牧草作业；Monarch推出了基于双电机动力系统的MK-V系列电动拖拉机，具备较好的经济性^[31]；John Deere开发了配备锂离子电池，能持续作业4 h或55 km的拖拉机SESAM，并在2019年升级为采用电缆供电，全自主运行，有导航系统、避障系统、转弯系统等的Gridcon拖拉机。

在国内，江苏悦达公司成功研制出采用双电机工作模式的黄海金马YL254ET电动拖拉机；国家农机装备创新中心自主研发的国内首台大功率轮边驱动型无人驾驶电动拖拉机ET1004-W，填补了相关领域技术空白；中联重科则推出了轮边电机差速转向，具备1 h快速充电功能的CA504ET电动拖拉机，有效解决了电动农机续航补能效率问题，在新能源技术应用、设施园艺场景应用等方面已达到国际先进水平。相关产品如图15所示。

1.4　油电混合动力传动系统

1.4.1　结构特点与工作原理

由于现有电池技术制约，现有纯电动拖拉机难以实现长时间重负荷作业，采用混合动力技术可以较好解决该问题，依据混合动力的构型方式可分为串联式、并联式和混联式，结构特点如表3所示。

（1）串联式混合动力

串联式混合动力拖拉机驱动系统方案如图16所示，由发动机、蓄电池、电动机、发电机、变速器和减速器等组成。其工作原理为发动机带动发电机发电，发出的电力经过电力转换器根据电动机负载情况实现动力电池和电动机的功率分配，电动机将电能转化为机械能经变速器驱动车轮行驶。相较于纯电动拖拉机，串联式拖拉机因为存在多次能量转换，所以能量使用效率较低，但优点在于在保证作业面积的同时，串联式混合动力拖拉机能够大幅降低蓄电池容量达到60%以下，降低了整车成本，便于布置，能够有效省去发动机与驱动轮间的机械连接，发动机可以长时间保持在最佳工作区间高效工作。

（2）并联式混合动力

并联式混合动力驱动系统方案如图17所示，由发动机、动力电池、电动机、耦合装置、变速器和减速器等组成。工作时动力一路由发动机经耦合器、变速器至车轮，一路由电动机经耦合器、变速器至车轮，两路动力可以独立驱动，也可耦合驱动；PTO既可以通过发动机带动，也可以通过变速器带动作业。其优点在于采用了机械直连，能量转换较少，可以有效地提高能源利用效率；电机由于有驱动和发电两种工作模式，可以实现更多模式的组合。

（3）混联式混合动力

混联式混合动力系统组成如图18所示，主要由发动机、动力电池、电动机、发电机、耦合器、变速器和减速器组成。混联式混合动力拖拉机能够实现串联式或并联式的工作模式。与串联式结构相比，混联式增加了机械连接使得其发动机可以拥有并联形式的连接驱动，能够直接将动力传输到驱动轮。与并联式结构相比，混联式发动机可以直接与发电机相连使得其能够直接进行发电，将电能传输至蓄电池中。这种形式的拖拉机能够更加高效地传递动力，但由于其结构相较串联式和并联式较为复杂，所以设计、控制难度较高。

1.4.2　关键技术研究现状

（1）参数设计及匹配技术赵静慧等^[32]设计了采用柴油发电形式的增程式串联混合动力拖拉机，基于增程式电动拖拉机特点进行了参数设计，与传统的燃油拖拉机相比，经济型提高了5.37%。鲁植雄等^[33]设计了一种串联式混合动力拖拉机的驱动系统方案，并搭建试验台进行测试，验证参数设计的合理性。周志立等^[34]基于拖拉机犁耕作业特点提出了并联式混合动力拖拉机的参数设计方法，有效改善了拖拉机机械传动效率及牵引功率特性，提升了牵引特性，减少了挡位数量，精简了操作结构。LEE等^[35]基于混合动力驱动系统的主要部件特点，开发了一种并联混合动力拖拉机，在较高挡位、高工作负荷下功率输出和燃油效率更优。黄思源^[36]通过分析混合动力系统结构、工作模式和优缺点，结合混合动力拖拉机作业工况，提出一种机电复合传动方案，其变速范围、换挡平顺性方面得到了改善。中国一拖^[37]对160 kW混合动力拖拉机进行了参数设计，并实现了样机试制，实现了0~40 km/h无级变速行驶，具备从事农场深耕、深松、联合整地等田间作业的功能。

（2）能量管理技术

针对纯电动拖拉机续驶里程不足的问题，徐立友等^[38]设计了燃料电池/蓄电池混合动力电动拖拉机动力系统，制定了一种基于模糊控制的能量管理策略，该控制策略能够在满足整车动力性的基础上提高经济性，燃料电池和动力电池输出电功率稳定。针对拖拉机多工况作业时复杂能量源分配问题，周润东^[39]提出了基于庞特里亚金极小值原理的串联式混合动力拖拉机能量分配策略，动力电池组与轮毂电机的峰值功率损耗明显降低，燃油经济性显著改善。针对旋耕作业能量使用效率低的问题，DOU等^[40]提出一种旋耕作业模式下的需求功率预测算法，提高了混合动力拖拉机作业面积，改善了拖拉机燃油经济性。

（3）驱动系统控制技术

针对混合动力拖拉机作业精度差及能量消耗大的问题，徐立友等^[41]提出了兼顾轨迹跟踪精确性和作业过程经济性的分层协同控制策略，上层采用模型预测控制算法，以减小路径的纵向和横向跟踪偏差为目标，下层以发动机燃油消耗率和变速器传动效率为优化目标，通过预测拖拉机速度和实时犁耕阻力作为关键变量，实现上下层动态联系的驱动系统一体化精准控制。针对混合动力拖拉机作业工况复杂、动力匹配不佳和自适应性差等特点，时辉^[42]通过研究分析不同混合动力系统组成结构和工作原理，设计了一种适合于拖拉机的双轴并联式混合动力拖拉机动力系统，提出了HET动力系统理想驱动特性场，制定了HET动力系统3种工作模式下的协调匹配控制方法及其实现方法。

1.4.3　国内外典型产品

国外，结合作业载荷特点对混合动力技术展开探索，Minsk推出了Belarus-3023/3523系列串联式混合动力系统，作业性能较同规格动力换挡系统提升较大^[43]。STEYR Konzept系统适用于轻型或大功率的拖拉机，相比较燃油拖拉机能够节约8%的油耗，最高速度提升25%，驾驶体验和性能达到新的水平^[44]。

国内，一拖股份自主研发了三元复联式混动系统TX4H，开发了国内首台混动拖拉机HB2204，完成1 200 h可靠性试验。柳工集团发布的HE2604采用油电混合动力，具有低油耗、大扭矩、节能减排的特点，还采用电控双挡无极变速、电控液压输出和电控提升器，操作轻便。相关产品如图19所示。

1.5　氢能混合动力传动系统

1.5.1　结构特点与工作原理

氢燃料电池（Fuel cell stack，FC）作为混合动力系统的主要能源，通过单向DC/DC变换器与整车高压母线连接，提供稳定的直流母线电压；辅以二次电源动力电池（Battery，B）、超级电容（Supercapacitor，SC）或两者同时来满足瞬态功率需求、储能和平衡负载波动。根据不同组合形式，氢能混合动力传动系统结构与特点如表4所示。

（1）氢燃料电池/蓄电池动力系统

FC+B是当前最常见的氢燃料电池车用动力构型^[45-47]。因燃料电池输出特性较软、电堆电压较低，需经单向DC/DC与母线连接，蓄电池电压可与母线相同且电压稳定，通常直接并联^[48-50]。其优势在于蓄电池可延长燃料电池在高效区运行时间，峰值功率由两者共同承担，低功率时燃料电池为蓄电池充电，且蓄电池可吸收制动能量，提高整车能量利用率^[51]；蓄电池削峰填谷，减少变载频次，延长燃料电池寿命^[52]。缺陷在于制动能量全部由蓄电池吸收会加速其衰减，但拖拉机作业中制动较少，可不考虑制动能量回收，如图20所示。

（2）氢燃料电池/超级电容动力系统

FC+SC构型以超级电容替代蓄电池^[53-55]。超级电容响应速度快、功率密度高，能迅速满足整车的瞬时功率需求，从而改善动力响应并提升车辆的动力性能。在高频充放电条件下，超级电容也具有较长的循环寿命^[56-57]，使其适合承担频繁的短时功率波动。缺点在于超级电容的能量密度较低，不能长期储存大量能量，因而在中低频或持续功率需求下仍需依赖燃料电池输出，增加燃料电池参与能量供给的频率与累积负载变化，不利于燃料电池的使用寿命^[58]，如图21所示。

（3）氢燃料电池/蓄电池/超级电容动力系统

FC+B+SC构型中，氢燃料电池为主能量源，动力电池与超级电容作为协同的辅助电源^[59-61]。蓄电池具备较高的能量密度，适合提供持续能量，但其充放电电流受限，因而在回收制动能量或应对短时大功率需求时受限^[62-63]，降低制动能量回收效率并影响瞬态动力性能。超级电容则适合承担短时、高频的充放电任务，从而补偿蓄电池在瞬态功率输出方面的不足。将二者与燃料电池结合可以同时兼顾续航能力和瞬态响应性，减小燃料电池的变载与启停次数，提高系统整体性能；但相应地，系统硬件和控制策略变得更复杂，动力匹配与能量管理的设计难度和实现成本显著增加，如图22所示。

1.5.2　关键技术研究现状

1.5.2.1　能量优化管理技术

能量管理策略是新能源拖拉机整车控制系统研发的核心，主要解决的是形如“A+B=C”的问题，通过合理分配各个能量源的输出功率，在满足整车需求功率的前提下，最大程度降低能源消耗。如图23所示，能量管理策略可以分为3类：基于规则、基于优化和基于学习。

（1）基于规则的能量管理策略

基于规则的能量管理策略以系统的状态为判断依据，通过提前制定好的规则完成整车能量流的分配。规则制定基于工程师的经验或者实验标定，在实际应用中不需要感知车辆的运行工况。该策略具有鲁棒性和实时性强的优点，但对减缓燃料电池寿命衰减和降低整车氢耗方面效果有限，主要分为模糊规则和确定性规则。确定性规则即通过设定门限值为系统划分出若干工作模式，比如恒温器式、功率跟随式。相比于确定性规则，基于模糊逻辑的策略对于处理多参数、时变性、非线性的能量管理问题更具优势。

LEI等^[64]提出了一种基于最终状态约束的多维动态规划算法方法，通过高低频功率分配将氢气消耗控制在动态规划法基准的95.2%水平，有效改善了关键部件的工况与寿命；王成继^[65]设计了基于规则的功率跟随式控制策略，与同类传统燃油拖拉机对比，燃油经济性提高21.8%；YANG等^[66]提出了一种将恒温控制策略、功率跟随式策略和模糊逻辑控制策略相结合的能量管理策略，并采用禁忌搜索算法，提高了整机经济性。MARTINI等^[67]提出了参考速度控制策略，并将转换器的当前参考命令使用功率请求函数进行评估，与传统拖拉机相比，碳排放量有效减少。

（2）基于优化的能量管理策略

基于优化的能量管理策略将能量分配问题表述为带有不等式约束的数学优化问题，通过最小化目标函数生成控制序列，以延缓电源衰退并提高能量利用率。按实现范围可分为全局优化和瞬时优化两类。前者基于整体行驶工况求解全局最优解，常用方法有动态规划、遗传算法、随机控制和模拟退火等。优点是结果靠近全局最优；缺点是需预知或准确预测全局工况、计算量大，难以实时应用，通常用于离线求解并作为基准或辅助策略改进。后者仅在当前或短期未来时域内追求最优，计算量小且不依赖全局工况信息，更适合实时控制，常见方法包括等效能耗最小化、模型预测控制等。

LI等^[68]将多种群遗传算法应用于FC+B构型，与功率跟随式能量管理策略对比分析，结果表明在犁耕工况和运输工况下，SOC波动均减小，运行结束时，剩余SOC分别高出11.22%、6.1%，理论氢燃料消耗量分别降低约26.49%、36.21%。LI等^[69]针对燃料电池分布式驱动电动拖拉机，设计了一种基于自适应多分辨率分析理论的驱动功率分配策略，有效实现各能源之间解耦，在犁耕和运输条件下，等效氢消耗分别降低了35.6%和43.89%。

（3）基于学习的能量管理策略

基于学习的能量管理策略通过数据驱动方法解决复杂非线性优化问题。按学习方式可分为监督学习、无监督学习和强化学习。监督/无监督主要用于分类、回归或聚类，常作为辅助；而强化学习因能在与环境交互中直接学得“状态→动作”的映射，适合控制与优化问题，因而成为混合动力系统能量分配的研究热点。

为了降低计算成本和提高燃料电池效率，SUN等^[70]提出了基于强化学习的等效消耗最小化策略，该策略利用强化学习算法得到了基于实验数据的功率分配方案，仿真结果表明，与现有的学习算法和优化方法相比，该策略能够获得较高的计算效率、较低的燃料电池功率波动和较高的氢气利用效率；为了进一步提高整车的氢气利用效率，LIU等^[71]提出了一种基于强化学习的在线递推能量管理策略，该策略通过对学习率、折扣因子、遗忘因子和余弦相似度变化率等重要参数的分析，从而优化了策略的在线更新能力，仿真和实验结果验证了所提策略的有效性和经济性，与基于规则的控制策略对比表明，所开发的策略性能优越，在长距离行驶时能耗显著降低；基于强化学习策略的计算强度大，为了减少计算量，LIU等^[72]提出了一种基于规则学习的能量管理策略，该策略利用庞特里亚金最小原则离线推导出燃料电池功率的最优控制顺序和动力电池在行驶过程中的充电状态轨迹，并使用K-means算法将最优解分层聚类到简化的数据集中，利用重复增量剪枝算法对潜在规则进行学习和分类，仿真结果表明，该策略计算强度较小，具有在线应用的可行性。

综上，改进并融合基于优化的方法以提高实时性、鲁棒性与工程可实现性，是拖拉机能量管理长期发展的重点方向。

1.5.2.2　储氢技术

目前主流的储氢技术分为高压气态储氢和低温液态储氢，其中高压气态储氢技术在国内外得到广泛使用，低温液态储氢技术在国外拥有较大发展，国内只有部分民航领域有小范围使用。催化剂、气体扩散层GDL等关键零部件或材料处在研究与小规模生产阶段，批量化产品的可靠性、耐久性还需要长期验证，主要技术为国外公司所掌握。中山大洋电机股份有限公司、思科涡旋科技（杭州）有限公司、上海汉钟精机股份有限公司等国内企业，均处于氢气循环泵的产品研发验证阶段，部分公司已实现小批量产品供货。碳纸、碳布是制备GDL的关键材料，基础材料是碳纤维；我国碳纤维研制从20世纪80年代中期才开始，目前尚处于小规模生产阶段，生产的碳纤维很难同时满足电堆对于低电阻、高渗透性、机械强度大等的要求，与国外高性能碳纤维材料相比仍有较大差距。上海河森电气公司、上海济平新能源科技公司均有小批量的碳纸生产能力。我国已将碳纤维列为重点支持的战略性新兴产业，在产业政策扶持下相关技术有望加速发展^[73]。

1.5.3　国内外典型产品

国外，日本久保田公司展示的氢动力无人驾驶拖拉机，集成了氢燃料电池系统与自动驾驶功能，实现快速加油、高功率输出和零二氧化碳排放。奥地利斯泰尔公司与维也纳工业大学联合开发的STEYR FCTRAC拖拉机配备14 kW·h高压电池和400 V电气系统，可以产生95 kW的功率，替代了柴油发动机。德国芬特公司的氢燃料电池拖拉机基于芬特700系列，结合氢燃料电池与25 kW·h电池，为100 kW电动机提供动力，并驱动传动系统、液压泵和动力输出轴。

在国内，国家农机装备创新中心与清华大学天津高端装备研究院等机构研制的ET504-H氢燃料电动拖拉机，采用氢燃料电池与锂电池的混合动力系统，搭载5G技术，实现无人化作业和实时环境感知，适用于平原和丘陵地带的农业生产。相关技术产品如图24所示。

1.6　甲烷混合动力传动系统

1.6.1　结构特点与工作原理

甲烷混合动力系统以甲烷发动机作为主要动力来源，电力驱动系统充当辅助动力源作为补充和调节以及包括串联、并联、混联的智能耦合方案，以串联式甲烷混合动力传动系统为例，如图25所示。储气罐为双层真空绝热储气罐，可存储液态甲烷作为燃料储备并向甲烷发动机提供燃料来源。驱动系统中发动机与发电机机械连接，为单向动力源；电池组通过电耦合器与电动机电气连接，为双向动力源。整机可满足3种工作模式，分别为纯电驱动模式、纯发动机驱动模式、混合驱动模式。

1.6.2　关键技术研究现状

（1）甲烷发动机技术

甲烷作为燃料具有高辛烷值、较低碳含量和更清洁的燃烧特性，但其燃烧特性和燃料形态对发动机设计、控制与耐久性提出了特殊要求。

凯斯纽荷兰工业集团在天然气动力车辆领域长期居于市场领先地位。纽荷兰推出的新款甲烷动力概念拖拉机，搭载专用甲烷发动机，最大功率达132.3 kW，最大扭矩为740 N·m，还采用菲亚特动力科技于1995年首次推出的化学计量燃烧技术。该技术已广泛应用于其全线天然气发动机产品，实现了更低的排放与更高的能效。2023年，凯斯纽荷兰发布全球首款液化天然气拖拉机纽荷兰T7 LNG型，相较于此前T6型号，T7凭借液化天然气的高能量密度，将续航里程提升1倍以上，燃料容量增加4倍，改善了整机作业的水平^[74]。

（2）燃料制备技术

在甲烷燃料制备方面，通过对沼气进行净化处理，去除二氧化碳、硫化氢等杂质，再经提纯、压缩与液化等多道工序，最终制得可供使用的生物甲烷燃料。

我国已在沼气能源领域进行了一定探索，但目前行业整体仍以传统发酵技术为主，尚有提升空间。周淑霞^[75]研究了沼气液化制取生物质LNG的关键技术，通过净化工艺去除二氧化碳、硫化氢等杂质，再经提纯、压缩与液化处理，最终获得生物甲烷燃料。国外，纽荷兰于2009年提出“能源独立农场”系统，实现了从农田残余物、作物废弃物到天然气，再到电力的资源转化路径。作为该系统的核心装备，T6甲烷动力拖拉机首台样机于2019年在Agritechnica展会亮相，标志着甲烷燃料技术在农业机械领域的应用迈入新阶段。

1.6.3　国内外典型产品

国外，拖拉机甲烷混合动力传动系统已从概念阶段进入商业化应用。纽荷兰的T6系列已实现量产并在欧洲市场占据12%份额^[76]，减排效果达45%以上。AUGA M1采用创新生物甲烷-电力混合系统，续航能力突破12 h。

国内，甲烷混合动力传动系统拖拉机的发展尚处于起步阶段，中国企业如柳工、潍柴雷沃等也积极布局此技术路线^[77]。相关技术产品如图26所示。

2　新型动力传动技术发展难点

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（1）电池容量和充电速率问题

电池是新能源拖拉机的核心部件，电池容量直接影响拖拉机的续航里程，电池充电速率则会影响到拖拉机的工作效率。农业作业对“时效性”要求极高，电动拖拉机的电池容量需要足够大，才能保证电动拖拉机能够在较长时间进行连续作业，无需频繁充电。电池充电慢将导致单日作业量不足，可能无法在最佳农时内完成全部任务，最终造成作物减产或品质下降，直接对农户经济收益造成损失。

（2）控制精度和稳定性问题

当前，拖拉机新型技术的控制技术仍处于不成熟的阶段，控制系统的稳定性和自适应能力不足。在复杂多变的田间作业中，控制系统对负载突变、路面起伏等工况的感知和响应不够精准，导致动力输出出现顿挫或延迟，影响作业质量。控制系统在持续重载、温变剧烈的工况下易出现数据漂移或逻辑故障。此外，在面对农村地区复杂的电网波动、电磁干扰时，控制模块的抗干扰能力不足，引发传感器误报、执行器执行错误动作，轻则影响作业质量，重则导致设备故障停机。

（3）电驱动系统环境适应性问题

传统电机设计与农业极端作业工况之间存在适应性的矛盾。在持续重载耕作工况下，永磁同步电机虽然具备高功率的密度优势，但却面临着不可逆退磁风险，当电机温度因散热不足超过居里点时，磁通量衰减将直接导致扭矩输出能力下降。更为严峻的是，电机构造对田间恶劣环境的适应性不足，粉尘侵入会加剧轴承磨损与绝缘老化，土壤中的金属杂质吸附在永磁体表面可能引发局部短路。

（4）多能量源能量管理问题

目前的能量调度和控制策略尚未达到优化效率的水平，导致能量的利用率低，能源浪费较大。尽管新型传动系统在理论上能够提升能量利用效率，但在复杂多变的农田作业环境有很大不足。精确的能量需求难以预测，导致能量分配策略难以优化，造成能量浪费或动力不足。能量回收技术，如再生制动，在低速、频繁启停的农田作业中效果有限，且受限于土壤条件和作业模式。此外，现有的能量管理策略智能化程度不高，难以根据实时工况和作业需求进行动态调整，导致整体能量利用效率提升有限。

（5）新型能源制备与存储问题

在氢能与甲烷等清洁能源应用于农业机械的过程中，其制备效率、储运安全性和经济性仍存在诸多挑战。氢气方面，电解水制氢依赖大量清洁电力，能耗较高；生物质制氢则受限于原料收集困难和转化效率低。高压储氢体积能量密度有限，影响续航能力，氢脆效应会对储氢罐和管路材料的耐久性构成威胁，在振动大、负荷重的农机作业环境中尤为突出。甲烷方面，生物质原料规模化连续生产受制于季节性与地域性差异。压缩甲烷储压高但能量密度较低，限制了拖拉机单次作业时长，同时农机工况严苛，对其储存系统的密封性与安全性要求更高。

3　新型动力传动技术发展展望

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未来，拖拉机新型动力传动技术将沿着智能化、绿色化与全场景适配发展。结合农业作业场景的区域差异性与能源资源的空间分布特征，动力换挡传动系统具有传动效率高、承载能力强、换挡平顺等优势，仍是当前100 kW以上大功率拖拉机的主流构型，适用于规模化农场的高速转场、重载牵引及深松整地等高强度作业。液压机械无级变速系统凭借其无级调速、牵引力连续可调及作业平顺性优异等特点，特别适用于复杂地形下的精耕细作作业。纯电驱动系统应充分发挥我国在动力电池产业链与制造规模上的全球优势，优先在电网基础设施完善、作业周期集中的平原及城郊区域推广应用，重点服务于中小型拖拉机在果园管理、设施农业及短时高强度作业等场景。油电混合动力系统融合了柴油机高能量密度与电驱动系统高响应性的双重优势，在电网覆盖薄弱、作业周期长的边远农区具备显著应用价值，可作为能源转型过渡阶段的重要技术补充。在零碳能源方面，氢能混合动力系统虽在理论上具备零排放、快速加注和长续航优势，但受限于当前绿氢制备成本高、储运安全性挑战大及加氢基础设施匮乏等现实约束，现阶段宜聚焦关键技术攻关与在可再生能源富集区的前瞻性试点。甲烷混合动力系统可有效利用畜禽粪便、秸秆等农业废弃物制取生物燃气，在畜牧养殖密集区构建绿色产业链闭环，具备良好的区域示范潜力。

综上所述，拖拉机动力传动技术发展应遵循近期以纯电驱动与先进机械传动并重、中期推进油电混合协同优化、远期布局氢能与生物燃气等多元零碳路径的梯次演进战略，通过材料创新、控制升级、系统集成与能源适配的深度融合，实现技术先进性、经济可行性与农业适用性的有机统一，全面支撑农业机械向绿色化、智能化、可持续化新阶段转型升级。

基金

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国家自然科学基金项目(52572495)
国家重点研发计划项目(2022YFD2001203)
智能农业动力装备全国重点实验室开放课题(SKLIAPE202508)
河南省自然科学基金青年基金项目(252300420515)
河南省高等学校重点科研项目(25B460001)
中原科技创新领军人才支持计划项目(244200510043)
河南省高校科技创新团队支持计划项目(24IRTSTHN029)

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文献

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2025年第56卷第12期

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文章信息

doi: 10.6041/j.issn.1000-1298.2025.12.002

接收时间：2025-09-12
首发时间：2026-09-30
出版时间：2025-12-25

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作者

出版历史

收稿日期：2025-09-12
修回日期：2025-09-22

基金

国家自然科学基金项目(52572495)

国家重点研发计划项目(2022YFD2001203)

智能农业动力装备全国重点实验室开放课题(SKLIAPE202508)

河南省自然科学基金青年基金项目(252300420515)

河南省高等学校重点科研项目(25B460001)

中原科技创新领军人才支持计划项目(244200510043)

河南省高校科技创新团队支持计划项目(24IRTSTHN029)

作者信息

^1.河南科技大学车辆与交通工程学院，洛阳　471003

^2.智能农业动力装备全国重点实验室，洛阳　471000

通讯作者:

徐立友（1974—），男，教授，博士，主要从事车辆传动理论与控制技术研究，E-mail：xlyou@haust.edu.cn

参考文献

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https://castjournals.cast.org.cn/joweb/nyjxxb/CN/10.6041/j.issn.1000-1298.2025.12.002

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2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

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类型	构成	优点	缺点	适配机型
动力换挡传动系统	齿轮传动机构、换挡执行单元、液压控制系统、电子控制系统	换挡无动力中断；重载工况平顺性好；操作方便、适应性强	结构与维护复杂；控制策略难度大；重量与体积较大	Deutz-Fahr L 720/Valtra N和T系列
液压机械无级变速传动系统	机械变速机构、变量泵-定量马达机构、动力分流/汇流行星齿轮机构、电子控制驱动系统	无级调速；机械传动高效；变速范围宽	结构复杂；控制难度大；液压系统效率较低	东方红LW3204/LW2304、雷沃P7000
纯电驱动传动系统	电源系统、驱动系统与作业装置，单电机、双电机独立、双电机耦合、轮边电机分布驱动等形式	零排放；能量效率高；控制灵活；适应性强	电池容量限制续航；充电速度较慢；部分构型动力协调性差	黄海金马YL254ET、ET1004-W、CA504ET、e100 Vario
油电混合动力传动系统	发动机与电机组合，串联、并联、混联构型	续航长；效率高；排放低；无级变速	系统复杂；控制难度大；成本高	东方红HB2204、柳工HE2604、MinskBelarus-3023/3523
氢能混合动力传动系统	氢燃料电池为主能源，配蓄电池/超级电容，FC+B、FC+SC、FC+B+SC构型	零排放；氢能能量密度高；续航潜力大	储氢技术不成熟；成本较高；基础设施不足	Kubota氢动力概念拖拉机、STEYR FCTRAC、芬特氢燃料电池拖拉机、ET504-H
甲烷混合动力传动系统	甲烷发动机为主动力，电力驱动辅助，串联、并联、混联构型	排放较低；燃料可再生；经济性较好	燃料制备难度大；存储困难；能量密度较低	纽荷兰T6系列、AUGA M1

类型

构成

优点

缺点

适配机型

动力换挡传动系统

齿轮传动机构、换挡执行单元、液压控制系统、电子控制系统

换挡无动力中断；重载工况平顺性好；操作方便、适应性强

结构与维护复杂；控制策略难度大；重量与体积较大

Deutz-Fahr L 720/Valtra N和T系列

液压机械无级变速传动系统

机械变速机构、变量泵-定量马达机构、动力分流/汇流行星齿轮机构、电子控制驱动系统

无级调速；机械传动高效；变速范围宽

结构复杂；控制难度大；液压系统效率较低

东方红LW3204/LW2304、雷沃P7000

纯电驱动传动系统

电源系统、驱动系统与作业装置，单电机、双电机独立、双电机耦合、轮边电机分布驱动等形式

零排放；能量效率高；控制灵活；适应性强

电池容量限制续航；充电速度较慢；部分构型动力协调性差

黄海金马YL254ET、ET1004-W、CA504ET、e100 Vario

油电混合动力传动系统

发动机与电机组合，串联、并联、混联构型

续航长；效率高；排放低；无级变速

系统复杂；控制难度大；成本高

东方红HB2204、柳工HE2604、MinskBelarus-3023/3523

氢能混合动力传动系统

氢燃料电池为主能源，配蓄电池/超级电容，FC+B、FC+SC、FC+B+SC构型

零排放；氢能能量密度高；续航潜力大

储氢技术不成熟；成本较高；基础设施不足

Kubota氢动力概念拖拉机、STEYR FCTRAC、芬特氢燃料电池拖拉机、ET504-H

甲烷混合动力传动系统

甲烷发动机为主动力，电力驱动辅助，串联、并联、混联构型

排放较低；燃料可再生；经济性较好

燃料制备难度大；存储困难；能量密度较低

纽荷兰T6系列、AUGA M1

纯电驱动类型	结构特点	优点	缺点
单电机驱动	单电机通过机械传动装置将动力传递至驱动轮和PTO	驱动轮和PTO达到额定功率；控制策略简单；动力性能好	PTO与驱动电机刚性连接，无法独立输出旋转动力；PTO仅同步转速，作业适应性差
双电机独立驱动	驱动轮和PTO由独立电机驱动，两条独立功率流	PTO独立输出旋转动力；PTO可调速；田间作业适应性好	驱动轮和PTO无法单独输出额定功率；动力协调性差
双电机耦合驱动	PTO由主电机驱动，辅助电机与主电机功率耦合后传递至驱动轮	PTO按标准转速工作；驱动轮无级调速	PTO无法输出额定功率；调速依赖变速器
分布式驱动	轮边电机安装在前后桥或半轴，配行星齿轮减速机构，线控供电	前后桥/四轮独立驱动；PTO独立驱动；参数可控，适应性强	系统复杂；成本高

纯电驱动类型

结构特点

优点

缺点

单电机驱动

单电机通过机械传动装置将动力传递至驱动轮和PTO

驱动轮和PTO达到额定功率；控制策略简单；动力性能好

PTO与驱动电机刚性连接，无法独立输出旋转动力；PTO仅同步转速，作业适应性差

双电机独立驱动

驱动轮和PTO由独立电机驱动，两条独立功率流

PTO独立输出旋转动力；PTO可调速；田间作业适应性好

驱动轮和PTO无法单独输出额定功率；动力协调性差

双电机耦合驱动

PTO由主电机驱动，辅助电机与主电机功率耦合后传递至驱动轮

PTO按标准转速工作；驱动轮无级调速

PTO无法输出额定功率；调速依赖变速器

分布式驱动

轮边电机安装在前后桥或半轴，配行星齿轮减速机构，线控供电

前后桥/四轮独立驱动；PTO独立驱动；参数可控，适应性强

系统复杂；成本高

系统结构	结构特点	优点	缺点
串联式	电机唯一驱动	无级变速作业工作稳定排放较小	能量二次转换损失大体积质量偏大
并联式	发动机、电机独立驱动或协同驱动	无级变速作业功率较小系统效率较高	依赖大容量电池，成本高控制系统复杂度较高
混联式	发动机独立驱动，电机独立驱动，发动机-电机，电机-电机协同驱动	无级变速作业适应性强传动效率高	电力系统复杂，成本高控制系统开发难度大

系统结构

结构特点

优点

缺点

串联式

电机唯一驱动

无级变速作业
工作稳定
排放较小

能量二次转换损失大
体积质量偏大

并联式

发动机、电机独立驱动或协同驱动

无级变速作业
功率较小
系统效率较高

依赖大容量电池，成本高
控制系统复杂度较高

混联式

发动机独立驱动，电机独立驱动，发动机-电机，电机-电机协同驱动

无级变速作业
适应性强
传动效率高

电力系统复杂，成本高
控制系统开发难度大

系统结构	结构特点	优点	缺点
FC+B	燃料电池经单向DC/DC与母线连接，蓄电池直接并联	燃料电池高效区运行时间长峰值功率共同承担能量利用率高	实时响应能力较弱燃料电池负载波动大蓄电池寿命衰减较快
FC+SC	超级电容替代蓄电池，响应速度快	满足瞬态功率需求动力响应快循环寿命长	能量密度低，无法长时间储能燃料电池负载波动较大
FC+B+SC	燃料电池为主，蓄电池和超级电容协同	兼顾续航和瞬态响应减小燃料电池负载波动系统适应性强	硬件结构复杂能量管策略制定难度大系统成本高

系统结构

结构特点

优点

缺点

FC+B

燃料电池经单向DC/DC与母线连接，蓄电池直接并联

燃料电池高效区运行时间长
峰值功率共同承担
能量利用率高

实时响应能力较弱
燃料电池负载波动大
蓄电池寿命衰减较快

FC+SC

超级电容替代蓄电池，响应速度快

满足瞬态功率需求
动力响应快
循环寿命长

能量密度低，无法长时间储能
燃料电池负载波动较大

FC+B+SC

燃料电池为主，蓄电池和超级电容协同

兼顾续航和瞬态响应
减小燃料电池负载波动
系统适应性强

硬件结构复杂
能量管策略制定难度大
系统成本高