双离合器混合动力系统稳态工况的仿真

针对单轴并联式(ISG)混合动力系统中能量回收效率低等不足,设计了一套含双离合器的总成结构方案,并采用较大功率的电动机.根据汽车动力学理论计算了车辆在中国典型城市等多种工况下的需求动力,对新方案的动力和传动进行了稳态工况的建模和仿真,仿真及试验结果表明,新方案的动力性可以实现无转矩波动的状态切换过程,改善了状态切换过程中动力传递的平顺性,缩短工况过渡的时间(从8s缩短剑4s),燃油经济性和排放性能也有一定的提高.     

山地果园蓄电池驱动单轨运输机传动系统设计

为解决将传统的蜗轮蜗杆传动机构应用于山地果园蓄电池驱动单轨运输机所带来的机械效率低的问题,该文设计了一种基于蜗轮蜗杆的双路传动链传动系统,该系统采用电动机为动力源,通过蜗轮蜗杆传动链和链条传动链两路并联传动链传递动力;两路传动链之间相互独立,根据运输机的运动状态,运用STM32内嵌控制程序对电磁离合器状态进行切换.文中分析了该系统的传动原理、关键零部件设计及机械传动效率,设计输出转速为44~131.18 r/min.采用尤奈特MY1020ZXF-75048 V电机作为动力源,4个12V40AH天能蓄电池串联作为能源,由NMRV040减速器(海格尔控股有限公司)、超越离合器与各型链轮组成双路并联传动链,并运用功率流分析法得出该系统平地与上坡运行状态下输出扭矩为44.352 N·m、输出转速为86.318 r/min、输出功率为609.31 W;下坡与反向运行状态下输出扭矩为105.760 N?m、输出转速为28.953 r/min,输出功率为487.342 W.结果表明,该系统结合了链传动的高效性与蜗轮蜗杆传动的自锁优势,在平地与上坡运行中理论机械效率为81.2%,下坡与反向运行中理论机械效率为60.5%.该研究可为山地果园蓄电池驱动单轨运输机提升机械效率提供参考.     

轻度混合动力汽车运行模式控制

基于实际工程应用的目的,分析了轻度混合动力汽车不同运行模式间的状态迁移及相应模式下的控制策略,通过加速踏板和电子节气门开度变化,详细讨论了行驶模式下的控制策略。在Matlab/Simulink中建立了整车运行模式的状态逻辑模型,在给定的ECE15+EUDC循环工况下进行了仿真分析。最后在转鼓试验台上对改装前后的传统车和轻度混合动力车进行了排放和油耗对比试验。仿真及试验结果表明：在给定的循环工况下,发动机和ISG电机的输出转矩能满足工况需求;改装后的轻度混合动力车相比传统车而言,HC排放降低73.3%、CO排放降低35%,且远低于欧Ⅲ排放限值,百公里油耗约降低15.1%,节油效果明显。     

太阳能驱动喷灌机组行走动力和光伏功率匹配设计与试验

为明晰太阳能驱动喷灌机组动力匹配设计理论和方法,促进太阳能喷灌机组推广应用,解决能源短缺地区的灌溉动力问题.文章以课题组研发的太阳能驱动喷灌机组为平台,通过对机组工作方式和行走驱动理论进行分析,构建了一种太阳能驱动喷灌机组动力需求与光伏功率匹配设计方法.通过试验对机组行走驱动需求功率计算理论进行了验证,并以夏季典型晴天下机组累积最大工作时长和设计日标准工作时间为标准,分别从纵向和横向上对机组日工作能力和光伏系统供电性能进行了分析.结果表明:喷灌机组行走驱动功率实测值与理论计算值基本吻合,最大相对误差为7.3％,进一步验证了行走驱动功率理论计算的可靠性;夏季典型晴天下,机组累积最大工作时间随机组喷灌功率和运行速度减小而变长,以试验当天为例,当机组以最大设计流量、最大运行速度处于最大负荷工况下时,最大工作时间接近20 h,表明机组工作能力较强;以机组设计日8h工作时间为准,在2016年7月进行了为期一个月的光伏供电监测,从横向上对系统供电能力进行分析,结果显示在为期一个月的检测过程中系统总缺电时数8.75 h,占系统总供电时长的3.5％,表明光伏供电系统可靠性较高.该研究为实现太阳能与农业机械相结合、太阳能喷灌机组驱动系统方案设计与优化,促进太阳能驱动喷灌机组在实际工程中的推广应用,解决能源短缺地区灌溉动力问题提供了参考.     

串联式混合动力拖拉机驱动系设计

针对传统拖拉机存在变速器结构复杂、传动效率低、高油耗、高排放等问题,提出一种基于犁耕工况下串联式混合动力拖拉机驱动系设计方法,包括确定传动方案、匹配牵引电动机和主能源功率参数及设计变速器挡位和辅助能源参数等。基于提出的设计方法,以东方红1804拖拉机为研究对象,对其串联混合动力驱动系主要参数进行了设计计算,分析了其牵引性能,结果表明:混合动力拖拉机特性曲线在有效牵引力范围内完全覆盖原拖拉机的工作特性场,且牵引效率较高;发动机同机械传动装置解耦,等效燃油消耗率平均降低了2.64%;变速器结构得到较大简化,传动效率较高;变速器速比设置合理,可满足拖拉机不同作业工况下对负载的需求,同时实现了无级变速。该研究为混合动力拖拉机能量管理策略、换挡规律及控制系统的设计提供了理论依据。     

混合动力系统分流耦合机构工作模式分析

为实现机电混合动力车辆功率分流耦合机构的优选与工作模式的优化,对单行星排无级调速装置的联接形式进行了归类分析,建立了具有普适性的分流功率表达式,相对分流功率的计算结果表明输入分流形式的无级变速装置适于机电复合无级传动。针对发动机工作特性设计了分流耦合系统多种工作模式,计算了各模式的功率分配状态和系统效率,基于Artemis循环工况的电力分流仿真结果表明功率分流耦合系统可实现发动机工作状态的优化。     

混合动力汽车下坡辅助电-液复合制动控制方法

为提高混合动力汽车下坡辅助控制中电、液复合制动的综合性能,该文提出一种综合考虑整车安全及经济性的电、液复合制动控制方法。通过对混合动力汽车下坡辅助制动转矩变化过程及各辅助制动系统特性的分析,拟定了以安全性为基础、以经济性为目标的下坡辅助制动转矩分配原则,利用前馈加反馈的控制方法制定了电机辅助制动系统及液压辅助制动系统的转矩协调控制策略。并通过仿真及试验平台对以上算法进行了验证,结果表明该方法可以有效地减小液压系统启动延时,保证了液压辅助制动系统的响应速度及下坡辅助系统整体的响应精度。该研究提高了整车控制的安全性和经济性,也为电动车辆复合制动进一步研究提供了思路。     

电控液驱车辆加速策略研究

为了使液驱混合动力车辆在加速过程中满足驾驶员意图和车辆动力学的要求,该文针对一种应用定压网络液压马达控制系统的电控液驱车辆,进行了加速驱动控制策略的研究;提出了初始压力调节方案和命令速度调节方案2种加速控制策略;在建立系统数学模型、设计加速驱动控制器的基础上,利用MATLAB/SIMULINK对系统进行了加速性能和燃油经济性能仿真;仿真结果表明,本文所提出的2种加速控制策略能够满足驾驶员的加速意图要求,其中命令速度调节方案具有较好的燃油经济性能,初始压力调节方案具有较好的加速动力性能,研究结果可为液驱混合动力车辆加速控制提供参考。     

分速式多行星排液压混合动力系统制动能量回馈特性

城市车辆运行工况具有制动能量比例高、启停频繁的特点,非常适合应用混合动力技术,而液压混合动力相对电混合动力具有更高的功率密度,城市工况下具有更大节油潜力。为扩大调速范围,提供动力传输能力,本文提出一种双行星排混联式液压混合动力构型方案。采用机械定性分析方法研究了该系统的功率流模式,并研究了该方案不同工况下的制动能量回馈功率流和基本控制策略,分析了制动能量回收工况下液压元件的流量场特性。建立了动态系统数学模型,并基于美国测功机工况(UDDS)运行工况研究了基于基本控制策略的系统燃油经济性,系统综合节油率可达28%以上。     

车辆分矩式混合动力系统储能特性

为了提高采用分矩式液压机械传动商用车的燃油经济性,论证该系统应用混合动力驱动的可行性,该文研究分矩式混合动力系统制动能量回收条件和特性,基于功率分流分析法,在Matlab中建立流量分析模型,分析了调速范围内的分流工况、循环工况下的驱动功率流和制动功率流特性,并建立了制动能量回馈过程的转速、流量和转矩约束条件方程,得出了不同工况的制动能量回收特性。获得了不同工况条件下,可满足制动能量回收条件的液压元件相对变量率控制区间。为了验证理论分析结论,搭建了试验台,对分流工况和循环工况制动能量回收特性进行了试验台架验证。研究结果表明：分矩汇速式液压机械传动系统循环工况制动能量回收能力有限,分流工况高效制动能量回收效率较高,应用多段式方案制动能量回收潜力高约60%。研究结果可为制定合理的控制策略和评估系统的综合节油潜力提供参考。     

混合动力拖拉机动力耦合装置的研制

近年来,农用车辆特别是拖拉机对环境和资源造成的压力逐年增大,开展节能环保拖拉机特别是混合动力拖拉机的研发已成为迫在眉睫的重要课题,而动力耦合装置是混合动力拖拉机的核心。该文根据拖拉机工作特性和传动特性要求,对混合动力拖拉机动力耦合装置传动比、特征参数和齿数匹配等进行了设计。根据传动载荷需求和制造工艺要求进行了结构设计和强度校核,研制了适用于并联式混合动力拖拉机的动力耦合装置。在自行搭建的混合动力拖拉机试验台上对该耦合装置进行了测试。试验结果表明,该装置能够满足拖拉机工作状态下的工作特性要求,输出端转速对动力源的转速变化很敏感,实时变化性能优,而输出端转矩对动力源转速变化不敏感。该耦合装置的研制为混合动力拖拉机的研发提供了基础。     

基于myRIO的电动拖拉机驱动控制器设计与室内试验

由于传统的内燃机拖拉机污染严重,噪音大,不适合工作在温室大棚等空间封闭狭窄的场合,开发小型电动拖拉机的需求变得日益迫切。设计了一种小型电动拖拉机用的永磁直流无刷电动机控制器,该控制器以myRIO为控制核心,智能化程度高,满足电动拖拉机运输、作业时多种动力工况要求。控制器外围电路包括MOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,金属-氧化物半导体场效应晶体管)功率放大、栅极驱动、电流保护、低电压保护和温度保护等电路。运用Lab VIEW/FPGA图形化编程环境,编写了ARM实时处理器控制流程和FPGA(field-programmable gate array,现场可编程门阵列)I/O驱动程序,软件由启动、驱动、欠压保护、过流保护、过热保护等子VI程序组成。通过样机试验表明,电动拖拉机工作正常,空载时启动电流为120 A,带载时启动电流为164 A,驱动时序符合直流无刷电动机要求。该设计方案解决了驱动控制器开发困难的问题,为电动拖拉机智能化的发展提供了参考。     

串联型液压混合动力车辆节能控制策略

为了解决采用串联型液压混合动力系统车辆节能控制问题,该文在对串联型液压混合动力系统工作原理进行分析的基础上,考虑到系统的动态特性和液压储能器气体温度与热传递对储能器工作状态的影响,建立了系统数学模型。根据车辆行驶理论,考虑到车辆制动能的回收与再利用和串联型液压混合动力系统与发动机的匹配问题,设计了一种串联型液压混合动力系统综合控制策略,该控制策略通过主控制单元、液压泵控制单元、二次元件控制单元和发动机控制单元相互配合实现。运用Matlab/Simulink进行了控制系统仿真分析,仿真结果表明所设计的控制策略能准确实现驾驶员行驶车速要求,液压储能器能有效回收车辆制动能,在减速结束时能及时释放储能器能量以节约发动机所消耗的燃油,并能够使储能器能量耗尽时发动机及时介入保证车辆正常行驶。研究结果可为静液压传动车辆节能减排设计提供参考。     

电子液压制动系统的安全设计与匹配分析

针对电子液压制动系统的设计缺乏理论指导的问题,在建立电子液压制动系统数学模型的基础上,提出基于安全特性的电子液压制动系统匹配设计方法;通过试验验证所建立的数学模型的有效性,分析电子液压制动系统在普通制动和硬件失效下的制动性能。研究表明:基于安全特性考虑应保证在电机泵失效的情况下蓄能器仍能使车辆完成数次大强度制动;而电机泵的设计应兼顾期望的充液时间以及蓄能器失效下的保持车辆制动性能;备用制动回路作为电子液压制动系统系统的硬件冗余,要求其在蓄能器和电机泵均失效的情况下提供一定的制动能力。仿真分析表明:基于安全特性的电子液压制动系统匹配设计方法能够在正常情况和硬件失效的情况下均能保证车辆的制动安全性。     

电动轮式移动小车控制系统设计与试验

为了实现电动轮式移动小车能在实际不同的负载和路况下可以稳定的运行工作,该文研制了小车的四轮独立驱动的电机驱动和四轮转向控制系统,该系统由主控制芯片STM32F103RCT6对移动小车进行解算得出4个驱动轮的速度,然后对每个驱动电机进行转矩分配,控制4台用于驱动的无刷直流轮毂电机、2台转向直流电机以及2台制动用直流电机,使得小车实现直线行驶、转向和原地转向;通过单片机ATMEGA48PA控制4台无刷直流轮毂电机换相;采用驱动芯片IR2113驱动场效应管FQA140N10,并利用电机内部霍尔传感器输出的脉冲信号检测无刷直流电机的速度,采用放大器LM358搭建过载保护电路。试验结果表明,所开发的小车驱动控制系统实现了四轮电子差速与转矩分配,移动小车能在水泥路面、干泥土路面、斜坡和草地上稳定可靠运行,小车限速20 km/h,爬坡度为8°。在空载情况下能匀速运行8~10 h,带额定负载250 kg情况下能匀速运行4~5 h,有较好的负载性能,满足农业运输及农田作业的需求,减轻人的体力劳动,提高生产效率。该研究可为应用于田间作业的电动移动小车的机械设计及电气控制系统设计提供参考。     

面向耦合分流动力构型的拖拉机犁耕工况控制策略

当前中国农田集群和能源短缺现状极大地促进了混合动力拖拉机的推广与使用,然而混动拖拉机动态变载荷工况加大了整机功率的耦合与分流难度。为此,该研究以发动机和双电机为动力源,利用图论原理设计出满足全功率范围作业需求的两种动力系统耦合分流构型。此外,为实现整机的高能效目的,本文提出了基于马尔科夫决策的能量管理策略：首先根据拖拉机的载荷谱对整机作业环境进行辨识,采集犁耕作业环境下的拖拉机工作参数将需求功率抽象为马尔科夫决策中的状态转移过程;然后将整机能耗作为最优控制的成本函数,通过价值迭代函数求解最优控制律下电机2的工作区间。最后,采用硬件在环测试对提出的能量管理策略进行了有效性和可行性验证。测试结果表明,相比于传统基于规则的能量管理,提出的能量管理策略降低了7.2%的油耗。所设计的耦合分流构型拓展了拖拉机动力系统能量流的路径,直接耦合分流构型拟替代传统动力换挡的技术难点。能量管理策略在能效特性方面有一定优势,所提出的耦合分流动力构型为突破大马力拖拉机动力换挡的卡脖子技术提供了参考。