并联式液压混合动力车辆的动力匹配性研究

伴随着车辆工业的发展壮大和石油资源的不断消耗,能源和环保问题日益突出,迫切的需要开发绿色环保汽车。燃料电池技术、电动汽车技术、液压混合动力技术以及电混合动力技术等汽车新技术为车辆节能、减排等带来新的机遇。 液压混合动力车辆使用液压蓄能器、液压泵/马达作为储能、能量转换元件,利用液压蓄能器具有功率密度大的优点,能够充分的回收车辆的制动能量,并能短时内释放大功率的能量。液压泵/马达能够通过改变斜盘摆角来实现在转矩—转角域内的四象限工作,既可为马达工况驱动车辆,又可为泵工况制动车辆,且液压泵/马达具有操作性强、可靠性高以及容易转换工况等优点。应用适当的能量控制策略,使液压动力系统在车辆起步和加速中释放能量,在制动过程中吸收能量,可有效减少车辆的燃油消耗率以及废气排放等。液压混合动力技术在大型车辆以及频繁启停工况中得到广泛的应用,如重型卡车、运输车以及城市公交车等。 本项目来自吉林省科技厅基金项目“液压混合动力汽车关键技术”以及校企合作项目“基于液压节能技术的混凝土式搅拌运输车研制”。本文旨在通过优化车辆的传动形式以及元件参数,在满足车辆动力性、舒适性以及安全性的前提下,制定了基于逻辑门限的能量控制策略；建立了液压动力系统数学模型和仿真模型,对影响车辆性能的主要因素进行了理论分析和仿真分析；利用液压混合动力车辆模拟实验台验证了理论分析的正确性。 本文针对液压混合动力车辆进行的主要研究工作包括以下几方面： 1.首先分析了并联式液压混合动力车辆工作原理,并简要阐述了车辆在起动、匀速、加速、减速以及制动工况下动力元件的控制规则；通过对双轴构型动力传动结构和单轴构型动力传动结构比较分析,并选择了双轴构型动力传动结构作为液压混合动力混凝土搅拌运输车的传动结构；根据液压混合动力系统的控制规则,结合整车实际工况确定了系统关键动力元件的选择原则；通过建立液压动力系统各部分的数学模型,建立了液压动力系统数学模型；并利用AMESim仿真软件建立液压混合动力系统模型,主要包括：发动机系统模型、液压动力系统模型等。 2.研究了液压混合动力车辆动力匹配的控制策略,结合对车辆混合度的分析制定了基于逻辑门限的能量控制策略,实时地控制混合动力系统的能量分配关系,实现混合动力系统的不同工作模式及模式间的动态切换；研究了基于发动机转速的最优工作曲线和高效工作区上下限的确定方法,并对发动机最优工作曲线和高效工作区进行了标定；利用AMESim软件建立了控制策略的仿真模型,主要包括发动机控制模型、液压泵／马达控制模型等。 3.建立AMESim和VB联合仿真平台(AMEVT),利用AMESim仿真软件强大的建模仿真运算能力以及VB6.0软件开发Windows应用程序的能力,将仿真模型的构建和仿真测试分析分离,提高设计仿真的效率,同时AMEVT软件较AMESim具有更好的仿真数据处理功能。 4.在已建立的液压混合动力系统仿真模型基础上进行仿真分析,分析液压蓄能器的容积和初始压力以及设定压力、液压泵/马达的排量、车辆惯性、发动机的功率输入等对车辆动力性、舒适性、节能性等性能的影响。 5.为验证本文所论述的液压混合动力车辆理论分析与仿真分析的正确性,建立了液压混合动力车辆模拟实验台,对车辆的起动性能和制动能量回收等问题进行了实验研究。