《并联液压混合动力装载机的系统配置和能源控制策略的研究bgoh.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《并联液压混合动力装载机的系统配置和能源控制策略的研究bgoh.docx（47页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、Reseearcch oon tthe sysstemm coonfiigurratiion andd ennerggy cconttroll sttrattegyy foor pparaalleel hhydrraullic hybbridd looadeerSun Huii, , Jingg JuunqiingJianngsuu Xuuzhoou CConsstruuctiion Macchinneryy Reeseaarchh Innstiitutte, Jiaangssu, ChiinaAcceepteed 330 OOctooberr 20009. Avvaillablle oonl
2、iine 22 Novvembber 20009.httpp:/dx.doii.orrg/110.110166/j.auttconn.20009.10.0066, Hoow tto CCitee orr Liink Usiing DOIIPermmisssionns & ReepriintssAbsttracctAimeed aat tthe freequeent staartss/sttopss opperaatioon ccharractteriistiics of thee looadeer, an eneergyy saavinng sscheeme witth pparaalleel
3、 hhydrraullic hybbridd syysteem iis ppropposeed tto rregeenerratee annd rreusse tthe braakinng eenerrgy norrmallly losst iin aa coonveentiionaal lloadder. Hyydraauliic hhybrrid sysstemm iss deesiggnedd annd ssizeed tto ccaptturee brrakiing eneergyy frrom norrmallmooderratee brrakiing opeerattingg mo
4、odess whhilee ennsurres hybbridd syysteem wworkkingg inn hiigheer eeffiicieencyy reegioon. Acccorddingg too thhe hhighher powwer dennsitty ccharractteriistiic oof hhydrraullic hybbridd syysteem, thee reegenneraativve bbrakkingg sttrattegyy annd eenerrgy reuuse strrateegy aree deesiggnedd too cooordd
5、inaate alll thhe ppoweertrrainn coompoonennts in an opttimaal mmannner whiile sattisffyinng pperfformmancce cconsstraaintts oof lloadder. Ennerggy cconttrolllerr ussingg loogicc thhressholld aapprroacch iis bbuillt uup tto cconttroll thhe ddynaamicc trranssitiionss ammongg thhe vvariiouss opperaatio
6、on mmodees. Simmulaatioon aand expperiimenntall reesullts shoow tthe parralllel hyddrauulicc hyybriid lloadder (PHHHL) efffecctivvelyy reecovvereed aand reuusedd thhe bbrakkingg ennerggy, impprovved thee woorkiing perrforrmannce of loaaderr annd eeffeectiivelly rreduucedd thhe ffuell coonsuumpttionn
7、.KeywworddsLoadder; Hydrraullic hybbridd syysteem; Brakkingg ennerggy rregeenerratiion; Enerrgy mannageemennt; Hydrraullic pummp/mmotoor1. IIntrroduuctiionWithh thhe rrisiing conncerrn iin aa gllobaal sscalle eenviironnmenntall isssuee, eenerrgy savvingg inn auutommobiiless iss a verry iimpoortaant
8、subbjecct 1andd22. Offf-rooad vehhiclles havve bbeenn paaid mucch aatteentiion in thee fiieldd off ennerggy ssaviing andd ennvirronmmentt prroteectiion, foor tthe reaasonn off thheirr laargee apppliicattionn quuanttitiies, hiigh fueel cconssumpptioon aand badd emmisssionns 3. Looadeer hhas thee chha
9、raacteerissticcs oof ffreqquennt sstarrts/stoops andd laargeer vvehiiclee weeighht wwhicch ggeneeratted siggnifficaant amoountts oof bbrakkingg ennerggy. Usuuallly, thiis ppartt off ennerggy iis wwastted by thee frricttionnal braakinng ssysttem whiich cauusedd thhe eenerrgy losss aand heaat ggeneera
10、ttionn inn thhe ssysttem. Thhereeforre, thee brrakiing eneergyy reecovveryy annd rreusse iis aa prromiisinng wway to impprovve ffuell ecconoomy andd woorkiing perrforrmannce of offf-rooad vehhiclles 4annd5. Thheree iss a weaalthh off liiterratuure foccuseed oon hhybrrid eleectrric enggineeeriing veh
11、hiclles, buut tthe pubbliccatiionss deevotted to hyddrauulicc prropuulsiion opttionns aare rellatiivelly sscarrce 6annd7.A paaralllell hyydraauliic hhybrrid loaaderr iss onne tthatt coontaainss twwo ssourrcess off poowerr, wwithh onne ssourrce beiing an intternnal commbusstioon eengiine. Thhe oothee
12、r ppoweer ssourrce is hyddrauulicc puump/mottor andd acccummulaatorrs. Onee feeatuure of PHHHL iis tthe abiilitty tto rrecooverr ennerggy nnormmallly llostt duurinng bbrakkingg annd sstorre tthe eneergyy inn a hyddrauulicc acccummulaatorr. TThe stooredd ennerggy iis uusedd too prroviide thee tootall
13、 coommaand powwer durringg looadeer llaunnchiing or proovidde aauxiiliaary traactiion powwer durringg shhoveelinng ooperratiion modde, whiich avooidss thhe eengiine worrkinng iin tthe reggionns oof llow effficiienccy aand siggnifficaant emiissiionss. IIn tthiss paaperr, aan eenerrgy savvingg scchemm
14、e wwithh paaralllell hyydraauliic hhybrrid sysstemm iss prropoosedd too caaptuure thee brrakiing eneergyy noormaallyy loost to friictiion braakess. HHydrraullic hybbridd syysteem iis ddesiigneed aand sizzed to cappturre bbrakkingg ennerggy ffromm noormaal-mmodeeratte bbrakkingg opperaatinng mmodees
15、wwhille eensuuress hyybriid ssysttem worrkinng iin hhighher effficiienccy rregiion. Acccorrdinng tto tthe advvanttagee off hiigh powwer dennsitty ffor hyddrauulicc acccummulaatorr annd tthe opeerattionn chharaacteerissticcs oof lloadder (sttop-andd-goo duuty cyccless), thee reegenneraativve bbrakkin
16、gg sttrattegyy annd eenerrgy reuuse strrateegy aree deesiggnedd too cooorddinaate alll thhe ppoweertrrainn coompoonennts in an opttimaal mmannner whiile sattisffyinng pperfformmancce cconsstraaintts. Eneergyy coontrrol strrateegy is buiilt up arooundd thhe cconcceptt off muultii-leevell hiieraarchhi
17、c conntrool ssysttem. PHHHL simmulaatioon mmodeel aand thee coontrrol sysstemm siimullatiion moddel bassed on thee prropoosedd ennerggy cconttroll sttrattegyy arre ddeveelopped in Mattlabb/Siimullinkk ennvirronmmentt. EExpeerimmenttal ressultts aand simmulaatioon rresuultss deemonnstrratee thhat PHH
18、HL wwithh prropoosedd coontrrol strrateegy efffecttiveely impprovves thee fuuel ecoonommy aand worrkinng pperfformmancce.2. CConffiguurattionn off thhe PPHHLL2.1. Opperaatinng pprinncipple of PHHHLFig.1 preesennts thee coonfiigurratiion of proopossed PHHHL, whiich connsissts priimarrilyy off ann enn
19、ginne, hyddrauulicc toorquue cconvvertter, booom tannks, duump tannks, a higgh ppresssurre aaccuumullatoor, a hhydrraullic resservvoirr, aa vaariaablee diispllaceemennt hhydrraullic pummp, andd a varriabble dissplaacemmentt hyydraauliic ppumpp/mootorr unnit, cllutcch, traansmmisssionn, ttorqque couu
20、pleer aand diffferrenttiall. TThe hyddrauulicc puump/mottor is couupleed tto tthe proopelllerr shhaftt viia aa toorquue ccoupplerr. EEngiine is thee poowerr soourcce oof tthe loaaderr, oone parrt oof tthe engginee poowerr iss ussed to driive thee looadeer tthrooughh hyydraauliic ttorqque connverrter
21、r annd ttrannsmiissiion, thhe rremaaindder parrt oof eengiine powwer is useed tto rreallizee thhe sshifftinng aand loaadinng ffuncctioons by meaans of hyddrauulicc cyylinnderrs. Hyddrauulicc reegenneraativve ssysttem, whhichh coonsiistss off a hyddrauulicc puump/mottor, hyydraauliic aaccuumullatoor,
22、 hyddrauulicc reeserrvoiir aand hyddrauulicc reelieef vvalvve, et al. drrivees tthe loaaderr toogettherr wiith thee ennginne. Durringg deecelleraatioon, thee hyydraauliic ppumpp/mootorr deecelleraatess thhe lloadder whiile opeerattingg ass a pummp tto ccaptturee thhe eenerrgy norrmallly losst tto ff
23、ricctioon bbrakkes in a cconvventtionnal loaaderr. AAlsoo, wwhenn thhe vvehiiclee brrakee iss apppliied, thhe hhydrraullic pummp/mmotoor uusess thhe bbrakkingg ennerggy tto ccharrge thee hyydraauliic ffluiid ffromm a loww prresssuree hyydraauliic aaccuumullatoor iintoo a higgh-ppresssurre aaccuumull
24、atoor, inccreaasinng tthe preessuure of thee niitroogenn gaas iin tthe higgh ppresssurre aaccuumullatoor. Thee hiigh preessuure hyddrauulicc flluidd iss ussed by thee hyydraauliic ppumpp/mootorr unnit to genneraate torrquee duurinng tthe nexxt aacceelerratiion 8annd9. Hyydraauliic ppumpp/mootorr iss
25、 deesiggnedd annd ssizeed tto ccaptturee brrakiing eneergyy frrom norrmall, mmodeeratte bbrakkingg evventts aand is supppleemenntedd byy frricttionn brrakees ffor agggresssivve bbrakkingg. WWhille sshovveliing andd diiggiing, thhe hhydrraullic pummp/mmotoor wworkks iin mmotoor mmodee too prroviide a
26、uxxiliiaryy trracttionn poowerr foor tthe loaaderr whhichh ennsurres thee ennginne wworkkingg inn beetteer ffuell ecconoomy reggionn annd rreduucinng tthe oveerfllow losssess off hyydraauliic ssysttem.Fig.1.Coonfiigurratiion of parralllel hyddrauulicc hyybriid lloadder.Vieww thhumbbnaiil iimaggesLoa
27、dder hass thhe ccharractteriistiics of freequeent staartss/sttopss annd llargger weiightt, wwhicch eensuuress reegenneraatinng aand reuusinng ssignnifiicannt aamouuntss off brrakiing eneergyy inn thhe hhybrrid connfigguraatioons. Ellecttricc hyybriid ttechhnollogyy haas tthe advvanttagee off hiigh e
28、neergyy deensiity whiich is welll ssuitted forr liightt veehiccless too immproove fueel eeconnomyy annd eemisssioons 100. Butt a larrge chaalleengee iss thhe rrelaativvelyy loow ppoweer ddenssityy off ellecttriccal stooragge mmediia. Duee too thheirr hiigh intternnal ressisttancce, botth ffuell ceel
29、lss ass weell as battterriess haave a llow powwer dennsitty aand aree onnly marrginnallly ssuittablle ffor reccoveerinng bbrakke eenerrgy 111aand122. Unllikee ellecttricc baatteeriees, hyddrauulicc acccummulaatorrs hhavee thhe aabillityy off acccepptinng eexceeptiionaallyy hiigh rattes of chaargiing
30、 andd diischharggingg. AA coombiinattionn off hiigh effficiienccy aand higgh ccharrginng/ddisccharrginng rratees eenabbless efffecctivve rregeenerratiion andd ree-usse oof bbrakkingg ennerggy iin hheavvy eengiineeerinng vvehiiclees. In genneraal, thee maajorr addvanntagges of thee prropoosedd hyydra
31、auliic hhybrrid driive oveer ootheer ssoluutioons aree thhe hhighher effficiienccy, higgherr poowerr peerfoormaancee annd rrelaativvelyy miinorr moodifficaatioons to thee drrivee trrainn, ttherrebyy maakinng iit pposssiblle tto rretrrofiit eexisstinng lloadder witth hhydrraullic hybbridd syysteem.2.
32、2. Siizinng oof hhydrraullic hybbridd syysteemHydrraullic hybbridd syysteem iis ddesiigneed aand sizzed to reggeneeratte tthe tottal braakinng eenerrgy froom nnormmal braakinng mmodee off fuull loaad lloadder.2.2.1. Hyddrauulicc acccummulaatorrThe hyddro-pneeumaaticc acccummulaatorr coontaainss thhe
33、 hhydrraullic fluuid andd innertt gaas ssuchh ass Niitroogenn, ssepaaratted by a bbladdderr iss ussed forr ennerggy sstorragee inn PHHHL. Ass thhe ppumpp trranssferrs tthe hyddrauulicc flluidd innto thee acccummulaatorr, tthe preessuure of thee gaas ssealled inssidee off itt inncreeasees, thuus ssto
34、rringg ennerggy. Wheen ddisccharrginng, fluuid floows outt thhrouugh thee mootorr annd iintoo thhe rreseervooir. Hyydraauliic aaccuumullatoor iis ddesiigneed tto hhavee addequuatee caapaccityy foor sstorringg thhe bbrakkingg ennerggy oof lloadder. Thhe vvoluume of hyddrauulicc acccummulaatorr maay b
35、be eexprresssed as: (1)wherre ppminn iss thhe mminiimumm woorkiing preessuure of hyddrauulicc acccummulaatorr, VV1 iis tthe gass voolumme ccorrrespponddingg thhe mminiimumm woorkiing preessuure, n is polly-iindeex oof ggas, v is thee woorkiing speeed of thee looadeer, m iis tthe loaaderr maass. Mini
36、imumm woorkiing preessuure of hyddrauulicc acccummulaatorr iss deeterrminned by Eq.(22). (2)wherre ii0 iis tthe finnal rattio of thee looad, iPP/M is thee raatioo off toorquue ccoupplerr, rr iss thhe wwheeel rradiius, VPP/M is thee maaximmum pummp/mmotoor ddispplaccemeent, dvv/dtt iss thhe ttargget
37、decceleerattionn. Maxiimumm woorkiing preessuure of acccumuulattor cannnott exxceeed tthe allloweed mmaxiimumm prresssuree off hyydraauliic aaccuumullatoor wwhicch iis eexprresssed as follloww. (3)pmaxxpaacc,maxx.2.2.2. Hyddrauulicc puump/mottorThe asssisttantt poowerr soourcce iin PPHHLL iss ann ax
38、xiall piistoon ppumpp/mootorr wiith varriabble dissplaacemmentt, wwhosse ddispplaccemeent is adjjustted viaa inncliinattionn off thhe sswassh pplatte tto aabsoorb or to prooducce ddesiiredd toorquue 6. Whhilee laauncchinng, hyddrauulicc puump/mottor prooviddes thee tootall prropuulsiion powwer avooi
39、diing engginee opperaatinng iin tthe reggionns oof llow effficiienccy aand siggnifficaant emiissiionss. DDuriing braakinng, hyddrauulicc puump/mottor is adjjustted viaa inncliinattionn off thhe sswassh pplatte tto pprodducee deesirred braakinng ttorqque. Acccorrdinnglyy, hhydrraullic pummp/mmotoor d
40、dispplaccemeent is dettermmineed bby tthe folllowwingg eqquattionns. (4)min(VP/M)=maxx(VPP/M11,VPP/M22)(5)(6)2.2.3. Rattio dessignn off toorquue ccoupplerrHydrraullic hybbridd syysteem iis ccouppledd too thhe pproppelller shaaft viaa a torrquee cooupller. Thhereeforre, thee toorquue ccoupplerr shhou
41、lld hhavee appproopriiatee drrivee raatioo too keeep thee hyydraauliic ppumpp/mootorr woorkiing in thee hiigh effficiienccy rregiion durringg brrakiing andd drriviing, whhichh iss exxpreesseed aas EEq.(7). (7)wherre nne_PP/M is thee raatioonall sppeedd coorreespoondiing thee hiigheest effficiienccy
42、oof hhydrraullic pummp/mmotoor. 2.3. Opptimmizaatioon ffor keyy coompoonennts sizzesThe dessignned parrameeterrs oof hhydrraullic hybbridd syysteem hhavee reemarrkabble infflueencee onn thhe wworkkingg peerfoormaancee annd ffuell saavinng ccapaacitty. Theerefforee, aan ooptiimizzatiion proocesss iis
43、 nneedded to finnd tthe besst ddesiign parrameeterrs ffor maxximuum ffuell ecconoomy whiile sattisffyinng tthe loaaderr peerfoormaancee coonsttraiintss. TThenn thhe ooptiimizzatiion fraamewworkk iss seetupp ussingg thhe aadapptivve ssimuulatted annneallingg geenettic alggoriithmm (AASAGGA), whhichh
44、iss deesiggnedd too taake advvanttagees oof ggeneeticc allgorrithhm aand simmulaatedd annneaalinng aalgooritthm forr diistiinguuishhingg thhe ooptiimall vaaluees 13. TThe opttimiizattionn reesullts ledd too thhe ffolllowiing sett off deesiggn pparaametterss ass shhownn inn Taablee1. Thhe iinflluennc
45、e of iP/M oon tthe loaaderr iss shhownn inn Fiig.2. Simmulaatioon rresuultss shhow thee brrakiing eneergyy reegenneraate cappaciity of PHHHL iimprrovees wwithh thhe iincrreasse oof iiP/MM vaaluee, bbut thee woorkiing effficiienccy oof ppumpp/mootorr deecreeasees ccorrrespponddinggly. Whhen thee vaal
46、uee off iPP/M appproaachees tthe opttimaal vvaluue (forr exxampple, 3.0), wiith thee coontiinuoous inccreaase of iP/M, thee brrakiing eneergyy reegenneraativve ccapaacitty iis aalmoost uncchanngedd, bbut thee hyydraauliic ppumpp/mootorr woorkiing effficiienccy ddecrreasses remmarkkablly, andd ovver-
47、speeed pheenommenoon oof hhydrraullic pummp/mmotoor oofteen ooccuurs.Tablle11. BBasiic ccompponeentss siize andd opptimmizaatioon rresuultss off PHHHL.Paraametter NammeValuuesLoadder parrameeterrsWheeel ddiammeteer (m)0.755Engiine powwer/revvoluutioon (rpmm)154kW/22000Speccifiicattionn looad (kgg)50000Totaal vvehiiclee maass (kgg)17,0000Max speeed (kmm/h)35Gearr raatio