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工程车辆液压混合动力技术研究进展
来源:工程机械与维修  作者:佚名  2016-06-02 10:25:45

    目前,应用混合动力技术的车辆主要分为油电混合动力车辆(HEV)、油液混合动力车辆(HHV)和机械储能混合动力车辆3种。汽车行业采用较多的是油电混合动力技术,从而被大多数人了解。从技术原理角度看,油液混合动力技术是将能量以液压能形式储存和释放,适合于载荷比大的工程车辆,对工程机械非常实用。
    当前,一些世界知名的液压汽车厂商已经开始液压混合动力技术的市场化研发,开发出多种集成化的系统组件和配套元件。国内对于液压混合动力的研究和开发大多还是在理论层面,其关键零部件—液压二次调节元件尚不能实现国内制造,导致该技术的应用受到很大影响。若采用国外的二次元件,整机成本较高,市场接受度低。为此,我们另辟蹊径,提出了一种新解决方案—液压逻辑控制有级变量系统。实验表明,该技术方案能很好的满足车辆制动过程中能量回收的要求,且成本较低。
    混合动力技术主要着眼于解决现有车辆存在诸多问题,如发动机工作区域不稳定,低效区多;发动机保留裕量大,“大马拉小车”现象;制动能量浪费,制动器损耗大。目前,对混合动力系统本身的节能潜力评估主要有2种标准,一是用能量存储元件在一次制动时回收的能量比照制动时车辆动能,即能量回收效率;二是用一个能量存储一释放周期内再次转化的动能比照制动动能,即能量再生效率。根据研究与试验数据表示,后者更加科学的反映了混合动力系统的实际节能效果。
    液压混合动力系统控制的核心内容是转矩链接:吉林大学液压混合动力车辆实验台简介吉林大学自主研发的液压混合动力车辆实验台是国内采用内燃机作为主动力源的装机功率最大的液压混合动力实验平台。目前采用并联式混合动力构型,采用有级变量技术,实验台可直接模拟4.3t车辆0~100km/h范围内工作状况。通过相似计算不仅可进行其他各种以内燃机为主动力源的液压混合动力车辆特性模拟实验,还可进行混合动力系统优化、元件控制特性、能量控制策略、联合制动/加速性能等实验。控制。由于蓄能器系统压力随着制动/加速过程产生非线性的变化,为了保证制动/加速过程的制动/驱动扭矩恒定而且可控,二次元件的排量必须根据压力变化实时的改变。转矩控制一直是液压混合动力系统中的技术难题之一。
    转矩信号跟踪实验以交变的目标转矩模拟实际驾驶过程中驾驶员各种不确定的制动/加速动作。由于蓄能器压力的非线性变化和系统的信号处理频率等因素,造成了一些信号跟踪失真。如何调整控制这种系统误差,是混合动力车辆控制特性研究中的一个重点。相关的研究问题还包括蓄能器参数优化与系统的匹配、液压二次元件扭矩祸合器速比优化、机械制动和液压再生制动复合控制策略等。
    目前,吉林大学和徐州重型机械有限公司共同开发了具有制动能量回收的液压混合动力汽车起重机,且进行了大量试验检测,具体情况如下。
    起重机从17.835km/h初始速度开始制动,至车速为0.3km/h时停止制动,期间车速为2.22km/h时蓄能器压力开始下降,蓄能器充气压力7MPa,已充液压力约为13.7MPa、蓄能器容积100L,制动时间约为11.7s,制动距离约为28.5m.蓄能器压力开始下降时,二次元件转速约为288r/min。按照制动结束时蓄能器内液压能与开始制动时起重机动能之比,计算能量回收率约为55.63%。
    各工况下。-20km/ h起步时间节省均在20%以上,最大可节省38%,起步时间明显缩短。各工况下0~20km/h起步加速距离缩短30%左右,最大缩短40%,起步加速距离明显缩短,动力性提升明显。0~20km/h起步加速过程中,控制方式不同,对节油效果影响较大,最大可节油18.22%。
      除了对起重机上进行制动能量回收外,课题组正在利用液压混合动力进行发动机的能量管理,以改善发动机的工作效率,这对于整机的节能意义将更大。
 

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