液压挖掘机并联式混合动力系统性能分析及其控制策略研究

论文摘要

节能减排计划在全球范围内已经提上日程,采用混合动力系统成为液压挖掘机节能减排的重要途径。近年来国外厂商不遗余力的开发混合动力液压挖掘机,国内也紧跟步伐。掌握液压挖掘机自主知识产权的混合动力技术是一件意义重大的事。本文针对液压挖掘机并联式混合动力系统开展了以下几项研究工作:(1)针对目前挖掘机混合动力系统研究的不足之处,进行了混合动力系统柴油发动机,电动/发动机等动力学模型研究。重点建立了主动力源柴油发动机基于气缸燃烧动力学的瞬态模型。混合动力系统动力学模型的建立为控制策略的制定和优化提供了良好的基础。(2)对液压挖掘机典型负载工况进行了分析,针对挖掘机的负载特点,对挖掘机混合动力并联系统采用了优化的多燃油经济工作点控制策略进行控制,并对动力系统中永磁同步电动/发电机采用了空间矢量控制方法对其输出转速和扭矩进行迅速准确地控制。(3)在已搭建的挖掘机并联式混合动力系统试验平台上对柴油发动机进行了油门阶跃响应等试验,验证基于气缸燃烧动力学的柴油发动机动态模型的有效性;对混合动力并联系统多燃油经济工作点控制策略进行加载试验,验证液压挖掘机混合动力并联系统节能效果。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 液压挖掘机混合动力系统研究意义
• 1.2 液压挖掘机混合动力系统研究现状
• 1.3 现有研究总结及课题提出
• 1.4 研究内容与方案
• 1.5 本章小结
• 2 液压挖掘机并联式混合动力系统模型研究
• 2.1 挖掘机混合动力系统柴油机性能参数
• 2.2 挖掘机混合动力系统柴油机模型建立
• 2.2.1 挖掘机混合动力系统柴油机调速系统建模
• 2.2.2 挖掘机混合动力系统柴油机气缸燃烧动力学建模
• 2.2.2.1 缸内气体成分定义
• 2.2.2.2 缸内气体能量守恒方程
• 2.2.2.3 缸内气体质量守恒方程
• 2.2.2.4 缸内气体状态方程
• 2.2.2.5 缸内气体状态求解
• 2.2.3 挖掘机混合动力系统柴油机指示扭矩建模
• 2.2.4 挖掘机混合动力系统柴油机曲柄连杆动力学建模
• 2.2.5 挖掘机混合动力系统柴油机摩擦扭矩建模
• 2.3 挖掘机混合动力系统电动/发电机模型建立
• 2.4 挖掘机混合动力系统镍氢电池组模型建立
• 2.5 本章小结
• 3 液压挖掘机工况分析及并联混合动力控制策略
• 3.1 液压挖掘机各工况负载
• 3.2 混合动力系统电动/发电机控制策略
• 3.3 液压挖掘机并联式混合动力系统控制策略
• 3.4 本章小结
• 4 液压挖掘机并联式混合动力系统仿真及试验
• 4.1 挖掘机并联式混合动力系统试验平台
• 4.2 混合动力系统柴油机气缸压力仿真及试验
• 4.3 混合动力系统柴油机动态特性仿真与试验
• 4.4 挖掘机并联式混合动力系统加载试验
• 4.5 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录 液压挖掘机并联式混合动力系统及加载试验台
• 科研及论文发表情况