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静液传动混合动力轮边驱动车辆节能与控制特性研究

王昕  
【摘要】:随着世界范围内工业生产及交通运输行业的迅速发展,能源短缺和环境污染问题日益严重。在新型清洁能源技术尚未取得重大突破之前,采用混合动力技术是缓解能源危机和环境恶化的有效途径。利用液压泵/马达可以工作在四象限的特点,静液传动混合动力系统能够回收系统制动时的动能,将其存储起来以实现再次利用;并且静液传动混合动力系统储能元件与主动力源的配合使用,便于实现主动力源工作点的优化控制。因此,静液传动混合动力系统能够提高系统对于能源的利用效率,减少由于效率低下造成的环境污染。利用静液传动恒压系统中并联的驱动元件能够相对独立运行这一特性,将静液传动混合动力系统应用于混合动力轮边驱动车辆中。静液传动混合动力轮边驱动车辆能够提高燃油经济性、减少尾气排放。其车体布局更加灵活合理,环境适应性增强。其控制方式更加灵活,并能加强对地面附着条件的利用效率,提高车辆操控稳定性。本文以静液传动混合动力轮边驱动车辆的节能和控制特性为主要内容,对相关关键技术进行了全面深入的研究。 在查阅大量国内外相关文献报道的基础上,从能量转化、环保效果和安全稳定性等方面,对现有混合动力技术方案进行对比,分析静液传动混合动力技术的特点及优势;综述了国内外静液传动混合动力车辆的研究现状,对静液传动混合动力车辆的配置方式进行比较,分析不同配置方式的适用性,并选择轮边驱动配置形式作为本文的研究方向,总结其主要的关键技术并确定本文的研究内容。 对静液传动混合动力轮边驱动车辆的工作原理进行分析,提出了新型的静液传动混合动力轮边驱动车辆模型,并建立相应的数学模型及仿真模型,推导车辆系统模型与模拟实验台系统模型的参数对应关系。 在对影响静液传动混合动力车辆节能效果的主要因素进行分析的基础上,对静液传动混合动力轮边驱动车辆驱动系统的主要元件规格及系统工作参数进行优化匹配。针对优化匹配中存在的设计变量与其约束条件存在复杂函数关系或非函数关系的情况,提出基于规则知识库的自适应模拟退火遗传算法。为验证经过优化匹配后的车辆在节能特性、动力性能等方面较传统车辆的改进,对不同优化重点的优化结果进行仿真研究。根据优化结果,对特定工况下的静液传动混合动力车辆模型进行修正。 根据轮边驱动车辆的特点,制定基于后向模型和准前向模型的静液传动混合动力轮边驱动车辆制动控制策略;在基于后向模型的策略中主要考虑车辆节能效果,而在基于准前向模型的策略中重点关注驾乘人员的舒适和安全性,其次考虑节能效果。根据仿真结果对制动初始速度和制动强度对能量回收率的影响进行分析。 分析“恒温器+功率跟随”方式的发动机功率管理策略的不足,针对静液传动混合动力轮边驱动车辆的传动系特点,提出基于随机动态规划方法的发动机功率管理策略。该策略能够合理的调整发动机工作点,有效提高发动机燃油经济性。仿真研究验证了该策略对降低发动机燃油消耗率,减少NOx和烟尘排放量的效果。 根据实际车辆控制特点,对静液传动混合动力车辆驱动轮进行转速控制。针对混合动力车辆驱动系统参数大范围摄动等特点,采用模糊预测控制器,能够有效提高转速控制系统对于系统参数摄动的鲁棒性。为提高车辆操控稳定性,提出基于转速控制,以车辆偏航角速度和角加速度为参考,以车轮滑移率为控制对象的轮边驱动车辆电子差速控制策略,并对该策略进行仿真研究。最后,为验证前文控制策略和方法,利用静液传动混合动力系统模拟实验台,对转速控制、制动控制策略及循环工况下的功率分配情况行模拟实验。


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