液压挖掘机混合动力系统节能特性及试验研究

针对目前液压挖掘机能量利用率低、油耗高的问题,分析挖掘机在典型作业工况下的能量损耗,确定混合动力系统进行节能研究的重要方向.根据混合动力挖掘机的特点,提出基于超级电容与电机的并联式油电混合动力系统方案,以山河智能公司20吨级液压挖掘机为平台建立系统仿真模型,对系统动力耦合特性、控制策略及超级电容SOC等因素给混合动力挖掘机节能效果带来的影响进行理论计算和仿真分析,并对系统关键参数进行了优化匹配.搭建液压挖掘机混合动力系统试验平台,对系统的节能效果进行试验验证.研究结果表明,采用油电并联混合动力系统,并选择合适的动力耦合参数、瞬时优化控制策略及超级电容SOC补偿参数有利于提高液压挖掘机的节能指标,节能效率可改善20%以上.     

ISG并联混合动力轿车最优转矩分配策略

能量管理策略对混合动力汽车燃油经济性的改善具有关键作用。因为ISG混合动力轿车发动机转速不是受控变量,转矩成为能量管理策略惟一的控制变量,使其实质为转矩分配策略。考虑动力总成部件之间能量传递转换效率得到电机等效燃油消耗量,由此得到不同待选分配点动力总成等效燃油消耗率,以动力总成等效燃油消耗率最小化为原则优化转矩分配,使整车燃油经济性达到最优。通过离线计算,使转矩分配成为根据整车需求转矩、发动机转速和超级电容电压进行简单查表的过程,解决了计算量大的缺点,方便了实际应用和实时控制。建立整车和控制策略模型进行仿真计算,基于中国乘用车城区瞬态循环,与传统逻辑门限值分配策略相比,整车燃油经济性改善提高了5.2%。     

基于自动变速的混合动力装载机控制策略

为了提高装载机能源的利用率与变矩传动效率,通过分析某5 t装载机的工况特点,提出了基于自动变速的并联式混合动力方案;采用模糊逻辑控制策略,通过在线估计系统需求转矩与车速,以需求转矩、超级电容SOC值、车速、油门开度及液力变矩器效率作为输入,输出发动机与电动机的工作点及系统挡位.结果表明:发动机效率提高,超级电容SOC值稳定,挡位变化合理有效,混合动力比传统装载机节油约9.56%,混合动力自动变速比传统装载机节油约11.82%,改善了燃油经济性.     

集成发电机/起动机技术混合动力的动态转矩协调控制策略

针对基于集成发电机/起动机(ISAD)技术混合动力各部件的特性,在实现柴油机、ISG(Integrated Starter Generator)电机、蓄电池和传动系统最佳匹配的前提下,设计了混合动力系统动态转矩协调控制策略.以转矩为控制变量,通过转矩总需求和柴油机万有特性脉谱图,确定了状态切换的条件及柴油机和ISG电机的目标转矩.采用Matlab/Simulink平台进行了CYC_ECE_EUDC工况的动力性仿真.仿真结果表明:文中提出的控制策略能够满足ISAD迅速起动、低速补偿转矩、加速提供辅助动力、充电功率恒定等要求;瞬态工况时,通过ISG电机助力,缩短了工况过渡时间;稳态工况时,通过电机转矩补偿,实现了无转矩波动的状态切换,改善了状态切换过程中动力传递的平顺性;柴油机和ISG电机工作点集中在高效率区域,SOC(Stat of Charge)维持在最佳工作区域;整车实现起步-助力-发电一体化的功能,并为开发控制软件平台提供了理论依据.     

并联混合动力汽车的模糊转矩控制策略

提出了一种新的并联混合动力汽车(PHEV)模糊转矩控制策略(FTCS)及其设计方法.以并联混合动力系统的工作模式为基础,利用请求转矩与发动机最佳转矩的比值和电池电荷状态(SOC)为输入、电机归一化转矩指令为输出,构建了有22条规则的模糊推理器,用以确定发动机和电机的最佳转矩分配,实现系统的总体能量转换效率最高.仿真结果表明,与采用精确门限参数的策略相比,FTCS的燃油经济性有较大提高,并能更好地控制电池SOC在工作区变化.     

混合动力挖掘机回转制动能量回收系统建模与试验研究

为了回收液压挖掘机回转阶段的制动能量,对挖掘机典型作业工况及能耗进行分析,设计一种以液压马达+电机为回收方式、超级电容为储能元件的回转制动能量回收方案。构建回转制动能量回收系统中发动机、电机、回收马达、超级电容等关键元件数学模型,在对回转运动状态确认与能量回收模式切换、回收电机力矩输出控制和超级电容SOC判断的基础上,建立能量回收系统的仿真模型,以挖掘机实际载荷谱为输入对系统能量回收效果进行仿真分析。搭建挖掘机回转制动能量回收系统试验平台,对该试验系统的能量回收效果和回转驱动性能进行试验研究。研究结果表明:该能量回收方案可行,在不影响挖掘机回转驱动性能的同时,平台回转制动能量回收效率可达到40%以上。     

汽车发动机起动过程的动力学仿真

发动机怠速自动起停是混合动力汽车的重要工作模式,它能避免发动机在怠速下运行,有效减少燃油消耗、尾气排放和发动机磨损.对混合动力汽车起步时发动机起动动力学进行了系统研究,基于发动机起动过程的阻力特性的建模与仿真,提出了ISG电机驱动控制策略,建立了ISG电机-发动机的综合控制模型,进行了发动机起动过程中的动力学仿真.仿真结果表明,所采用的ISG电机满足快速起动发动机的时间要求.     

四驱混合动力汽车模式切换平顺性研究

为实现混合动力电动汽车纯电动模式与发动机工作模式平顺地切换,依据切换前后驱动转矩相等的原则,提出一种新的电机转矩算法.该算法根据CVT的速比控制规律、车速、节气门开度得出发动机的伪目标转速;根据发动机输出特性、节气门开度和伪发动机转速,得出发动机输出转矩,由此推导出电机输出转矩.仿真结果表明:模式切换前后整车驱动转矩基...     

液压混合动力挖掘机回转装置控制方式的研究

为了降低挖掘机的燃油消耗,提高整机作业效率,提出了一种基于液压混合动力技术的挖掘机动力系统节能方案.该方案采用液压泵/马达独立驱动回转装置,可保证发动机工作于最佳燃油工作区,同时结合挖掘机回转装置的作业工况,通过分析液压混合动力系统的特点,对回转装置的控制方式进行了设计.针对回转系统参数的不确定性,设计了智能比例-积分-微分(PID)的分段变结构控制器,并通过仿真和模拟试验平台验证了控制器的有效性和适用性.研究结果表明,智能PID转矩控制方式更适合于回转装置的作业要求,相对于转速控制方式,系统响应速度快,回转装置运动控制平稳,能量回收率高,达到了理想的控制效果.     

并联混合动力客车模式切换过程控制研究

针对单轴并联混合动力客车结合离合器的模式切换,设计了发动机已启动和未启动时模式切换的控制策略.对于发动机未启动的模式切换,考虑离合器滑磨功和驾驶员需求,提出了在挡启动发动机和空挡启动发动机的控制策略.在转矩恢复时利用电机对发动机转矩进行补偿,考虑驾驶员需求、电池状态和整车控制策略,制定电机补偿发动机转矩的策略. 通过台架和实车试验验证了策略的可行性与优越性.      

混合动力挖掘机的建模与控制策略研究

以实现节能为目的,提出了一种应用于并联式混合动力液压挖掘机动力系统的控制策略。分析了该系统各个部分的结构,用AMEsim软件建立了其仿真模型,在MATLAB/Simulink中建立其动力系统控制策略模型,并进行联合仿真。该控制策略以发动机燃油经济性为优化变量,在工作中通过比较SOC值以及负载功率与发动机功率限值来确定发动机工作功率。仿真结果表明,该控制策略在轻载及重载两种工况下均能使发动机保持较好的燃油经济性,有利于系统的高效稳定工作。     

液压混合动力挖掘机动力系统的参数匹配方法

根据液压混合挖掘机动力系统的驱动结构、工作原理和负载特性,提出了其参数匹配方法.以蓄能器安装空间最小、蓄能器使用寿命最长和发动机工作点的稳定性为约束条件,从最大限度地发挥辅助驱动单元削峰填谷功能和降低系统装机功率的角度,对液压蓄能器的工作压力和体积、发动机功率、泵/马达的排量等参数的设计依据及其匹配进行分析,利用AMEsim软件建立仿真模型,以用于节能驱动系统中蓄能器的工作压力和额定体积的仿真.结果表明,进行参数匹配后,发动机的工作点切换满足稳定性的要求,且蓄能器的压力波动满足工况的要求.相对于原始驱动系统,其节能效果显著,节能比率为11.21%.
     

四轮驱动混合动力汽车能量管理策略仿真

通过仿真对四轮驱动混合动力汽车的能量控制策略进行分析研究，提出以扭矩作为控制策略中的主要控制变量，并根据发动机万有特性、汽车车速、电池稳态特性等因素，将整车扭矩需求合理地分配给内燃机和电机．根据车辆的动力需求，确立了动力系统各元件的匹配参数，并使用Matlab／Simulink仿真软件建立前向式混合动力车模型进行离线仿真计算．仿真结果表明，此能量管理策略可以进行合理的动力分配，并达到一定的动力系统效率．     

一种城市公交车用混联式混合动力系统的设计研究

在主要研究搭载ISG(integrated starter/generator)并联式混合动力城市公交车的技术背景下,设计一种搭载ISG混联式混合动力公交车的动力系统.采用以发动机效率最优为目标和以整车动力性需求为约束条件的能量控制策略,利用Cruise软件进行整车的动力性和经济性仿真.仿真结果表明,系统各工作模式切换平顺稳定,目标车速跟踪效果好.最后,在实车试验中进行参数标定和测试,证明了该动力系统方案及其控制策略的可行性.     

并联混合动力汽车的能量管理策略

经过系统研究并联混合动力汽车的控制策略,对并联混合动力汽车提出一种基于模糊逻辑和PID控制的混合能量管理策略,通过模糊逻辑控制器对引擎和电机的期望转矩进行分配,借助PID电量持续策略实现整个循环工况电池荷电状态SOC平衡.为了验证能量管理策略的有效性,对该策略进行仿真分析.仿真结果表明,该策略对提高混合动力汽车的动力性和燃油经济性、改善排放有明显的作用.     

混合动力挖掘机综合效率优化管理策略

为克服片面优化发动机工作点的缺点,建立了并联式混合动力液压挖掘机系统综合效率数学模型,在此基础上结合挖掘机实际工况及蓄电池的使用特性,提出了动态管理混合动力挖掘机工作状态间转换的充放电优化管理策略及分段变电流的充放电控制策略. 仿真研究结果表明,蓄电池能迅速调整在高效区范围内工作,且采用该控制策略与采用综合效率最大策略相比整机油耗几乎相同,从而验证了该策略的有效性.      

混合动力系统发动机停机过程控制策略

针对混联式混合动力系统,为减小其由混合驱动模式切换至纯电驱动模式过程中发动机停机引起的整车纵向冲击,利用模型预测控制算法可以在线滚动优化获得最优控制序列的特点,提出了一种基于模型预测控制的发动机停机优化控制策略. 首先,采用理论与试验相结合的研究方法,建立了发动机阻力矩模型;其次,依据动力元件工作状态的不同,将发动机停机过程划分为发动机工作点调整阶段和电机反拖发动机阶段,设计了分段式发动机停机控制策略;最后,通过仿真对所设计的控制策略进行了验证,并与传统基于比例-积分-微分的控制方法进行了对比. 仿真结果表明,所提出的控制策略能有效抑制发动机停机过程中的输出转矩波动,降低整车冲击度,提高车辆行驶的平顺性.