功率分流型液压变速器特性及系统应用方法研究

作     者：张浩翔 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王峰

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 

主      题：液压变速器 混联式液压混合动力 功率分流 双作用式叶片泵 

摘      要：随着家用车辆和工程车辆保有量的不断增长,能源短缺和环境污染问题日益突出。混合动力技术通过制动能量回收、优化发动机工作点从而提升车辆燃油经济性,减少污染物排放,逐渐被广泛应用。目前,家用汽车多采用油电混合动力。而液压混合动力由于功率密度大,在大型路面车辆和工程机械中具有独特优势。液压混合动力系统可分为串联式、并联式和混联式,其中混联式液压混合动力系统结合了串联式与并联式的优点,既能优化发动机工作点,又具有较高的传动效率,具有广阔的应用前景。目前,混联式液压混合动力系统通过行星齿轮组实现功率分流,其系统混合方式多变,控制复杂;此外分流的机械能还需通过液压泵转化为液压能,系统结构复杂,因此研究新型能量分流元件对混联式液压混合动力系统具有重要意义。本文针对混联式液压混合动力系统提出了一种新型功率分流元件。该元件集行星齿轮组和变量液压泵的功能于一体,本质上为液压变速器,故称其为功率分流型液压变速器。功率分流型液压变速器基于双作用叶片泵原理,能够将输入轴的机械能转化为输出轴机械能和输出油口液压能,实现能量分流,为混联式液压混合动力系统提供一种新的能量分流方式。本文对功率分流型液压变速器的工作原理进行分析,并对其机理及特性进行理论研究;研制了功率分流型液压变速器特性实验平台,通过实验和理论相结合的方式对元件机械特性和容积特性进行研究;在此基础上研究了基于功率分流型液压变速器的混联式液压混合动力系统,验证元件系统应用的可行性。论文各章的内容如下:第一章介绍了课题的研究背景,回顾了液压混合动力及功率分流型液压变速器的发展历史及国内外发展现状,介绍了功率分流元件在混联式液压混合动力中的重要性并阐明了课题研究的重要意义,最后说明了本课题的研究内容。第二章对功率分流型液压变速器的机理及特性进行研究。对功率分流型液压变速器的结构和工作原理进行介绍,给出了功率分流型液压变速器效率和能量传动比的定义,分析了功率分流型液压变速器机械特性和容积特性的影响因素。第三章对功率分流型液压变速器进行实验研究。研制了功率分流型液压变速器特性测试平台,给出了试验台元件的选型结果,标定了液压变速器的实际几何排量,介绍了实验研究的方法,并展示了特性实验研究的结果。第四章对功率分流型液压变速器的特性模型进行研究。介绍了机械特性和容积特性的研究方法,根据特性实验研究的结果,结合对机械特性和容积特性的分析,通过数据拟合最终得到功率分流型液压变速器的机械特性数学模型和容积特性数学模型。第五章将功率分流型液压变速器应用于汽车动力系统,介绍了基于功率分流型液压变速器的混联式液压混合动力系统的结构,给出了动力系统各元件的动力学模型,并对能量管理策略和控制器进行设计,最后对基于功率分流型液压变速器的混联式液压混合动力系统进行了仿真分析,验证了功率分流型液压变速器在混联式液压混合动力系统应用的可行性。第六章总结了论文的主要研究成果,指出了功率分流型液压变速器在理论建模、特性研究和系统应用过程中的不足之处,对未来的研究方向进行了展望。