基于功率识别的静液传动工程车辆节能控制策略研究

作     者：袁昊昱 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孔德文

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：静液传动 工程车辆 流量耦合 功率识别 节能控制 

摘      要：静液传动技术（Hydrostatic Transmission,HST）因其所具有的高功率密度、能够实现无极调速等技术特点,近年来在军事车辆、公共交通及工程机械等领域得到了广泛的应用。本文针对行驶系统及工作系统均采用流量耦合闭式液压系统的静液传动工程车辆在行驶及作业时的节能控制问题,以行驶及工作液压系统流量作为控制目标变量,通过对发动机转速与液压泵排量的协调控制,实现液压马达输出转速与发动机转速间的解耦,并在此基础上参考混合动力技术中的功率跟随式能量管理控制策略,提出了一种基于功率识别的流量耦合静液传动系统节能控制方法,通过对行驶液压系统及工作液压系统作业时的需求功率进行识别,完成对包括发动机及液压系统在内的工程车辆整体的节能控制,能够实现对发动机输出功率的“按需分配。本文依托吉林省科技发展计划资助项目（No.20160101285JC）,主要研究内容如下:（1）构建了用于实现基于功率识别的静液传动系统节能控制方法的分层式控制系统架构。基于静液传动工程车辆自身结构特点及控制需求,开展了对控制系统控制架构的研究;采用分层式控制系统设计方法构建了控制系统的分层式总体架构,同时构建了静液传动系统需求功率识别控制策略、发动机工作点规划及协调控制策略、液压系统协调控制及辅助控制策略三个子控制策略的控制架构;并对实现控制功能所必须的关键技术进行了规划。（2）对静液传动工程车辆控制系统中所涉及的各项策略进行了研究。基于对驾驶员意图的综合分析及对液压系统压力信号的实时采集,制定了静液传动系统整体需求功率的识别策略;在综合考虑发动机作业工况对静液传动工程车辆作业动力性能及经济性能的影响的前提下,提出了适用于静液传动工程车辆的发动机工作点规划方法;制定了发动机及行驶/工作变量泵排量协调控制策略,能够实现行驶/工作变量泵流量与发动机转速间的解耦;针对静液传动工程车辆在坡道工况及大功率需求等特殊工况下的节能控制需求,制定了相应静液传动系统辅助控制策略,完善了控制系统在多样化作业环境下的适应能力。（3）以实车实验采集得到的压力数据作为载荷输入,通过MATLAB/Simulink-AMESim联合仿真对各项控制策略的控制效果进行了仿真验证。为保证仿真模型的真实性,提高仿真结果的可信度,搭建数据采集实验平台对静液传动工程车辆在行驶/作业联合工况下的载荷数据进行了采集,作为联合仿真模型的载荷输入;使用MATLAB/Simulink及LMS *** AMESim软件建立静液传动工程车辆传动系统联合仿真模型;基于联合仿真模型得出的仿真结果,对本文制定的各项控制策略的控制效果进行了综合分析验证。本文提出的控制方法及相应研究结果可为现有应用流量耦合一次调节（变量泵-定量马达）或一、二次联合调节（变量泵-变量马达）闭式液压系统静液传动技术的工程机械或公路车辆控制系统开发提供参考。