混合动力液压挖掘机控制策略设计与参数优化研究

液压挖掘机由于其用量大、耗油高、排放差,已逐渐成为节能环保领域关注的主要对象之一,高效、节能一直是国内外液压挖掘机生产企业追求的主要目标。改善发动机一液压系统一执行器整个传动链的全局功率匹配是开展液压挖掘机节能研究的一个重要方向,但负载波动引起发动机工作点大范围变化,进而导致发动机燃油消耗大、排放和噪声性能差。本论文主要研究采用混合动力驱动系统来改善发动机工作条件的方法和理论,并通过仿真实验对研究成果进行验证。 论文首先将液压挖掘机全局功率匹配方面的研究归纳为“后向全局功率匹配”和“前向全局功率匹配”两大类,指出了它们各自在工程应用方面的欠缺。提出基于混合动力系统实现后向全局功率匹配的改进方案,阐明了系统实现全局功率匹配的原理和系统能实现的功能。 混合动力系统中发动机和电机之间的能量分配控制策略的设计是实现节能降耗目标的关键,论文接着对这一核心内容和技术难点进行了重点研究,对用于并联式混合动力汽车上的电气辅助控制策略进行了分析,并设计了定工作点控制策略和模糊控制策略。 随后,论文搭建了混合动力系统仿真平台,对传统液压挖掘机和各控制策略下的混合动力液压挖掘机进行了仿真对比分析,在没有涉及取消怠速、瞬态油耗减少和能量回收等节能环节的基础上,电气辅助、定工作点和模糊控制策略下的液压挖掘机仍分别比传统机型降低油耗0.48%、5.1%和6.09%。 最后,论文以燃油经济性为目标函数,电池的荷电状态上、下限为设计变量,利用遗传算法对电气辅助控制策略下的混合动力系统进行了单目标优化研究;以燃油经济性和发动机的档位切换次数为目标函数,电池的荷电状态上、下限为设计变量,利用遗传算法对定工作点控制策略下的混合动力系统进行了多目标优化研究。