重型装备回转运动负载惯量大、周期性频繁启停、能耗巨大,制动能一般都以热能形式耗散,能量再生利用一直没有很好的解决方案。提出了一种新型能量再生型电液混合驱动系统并定义了系统3种工作模式,以重型装备中可逆轧机为例,研究了所提系统的特性。以电动机能耗及输出峰值功率作为评价指标,研究关键元件参数对系统驱动特性的影响规律,通过AMESim建立了纯电动驱动与电液混合驱动仿真模型。结果表明液压泵/马达排量对制动时间、电动机峰值功率及电动机能耗影响最大;最优参数下,所提电液混合驱动系统较原电动机驱动可降低电动机峰值功率45.75%,能耗可降低48.33%,启动时间缩短44.54%,制动时间缩短1.21%。

蓄电池循环寿命短、充放电效率低等缺陷制约了纯电动汽车储能系统的发展,将蓄电池与超级电容器组合成复合电源系统,并采用合理的能量管理控制策略,充分发挥两类能量源的优势,能有效降低纯电动汽车的能量消耗、提高储能系统的使用寿命。根据复合电源的工作方式设计了模糊逻辑能量管理控制策略,采用遗传算法对模糊控制器隶属度函数参数进行了优化。通过MATLAB与ADVISOR联合仿真,结果表明,经遗传算法优化后的能量管理控制策略能够显著降低系统的总能耗,提高制动能量回收效率,改善蓄电池放电状态,并提高储能系统的使用寿命。

为了降低混合动力汽车的油耗并减少有害气体的排放,提出了基于逻辑门限值的能量管理策略和自适应交叉NSGA-Ⅱ算法的控制参数优化方法。介绍了混合动力系统结构和工作模式,建立了混合动力系统仿真模型。基于逻辑门限值构造了混合动力汽车能量管理策略。以控制策略参数为优化对象,以降低油耗和减少有害气体排放为优化目标建立了参数优化模型。以NSGA-Ⅱ算法为基础,加入了基于t分布的tDX交叉算子,提出了自适应交叉NSGA-Ⅱ算法的参数多目标优化方法。经验证,自适应交叉NSGA-Ⅱ算法的收敛性优于传统NSGA-Ⅱ算法。经过自适应交叉NSGA-Ⅱ算法优化,油耗降低了8.13%,等效油耗降低了6.53%,CO排放量降低了10.97%,HC排放量降低了7.64%,NOx排放量降低了10.03%,说明自适应交叉NSGA-Ⅱ算法对混合动力汽车控制参数具有较好的优化效果。

针对大功率型燃料电池重卡混合动力系统尚无成熟能量管理策略的问题,提出在燃料电池重卡能量管理策略设计中燃料电池保护优先的控制方法。根据该方法,综合考虑重卡动态工况特性和动力系统工作特性,以实现燃料电池工作状态最优为前提,以提高重卡经济性和燃料电池耐久性为目标,建立了复合模糊控制能量管理策略;在此基础上,为降低燃料电池劣化工况出现的频率,使用加权均值滤波算法WAFA和燃料电池变载速率限制法,提出了WAFA复合模糊控制能量管理策略。仿真结果表明在重卡的复杂工况下,WAFA复合模糊控制策略在整车经济性和燃料电池耐久性方面均优于功率跟随策略,其中燃料电池平均工作效率提高6.46%,等效百公里氢耗降低4.64%,燃料电池劣化工况明显减少。本研究为大功率型燃料电池重卡的能量管理策略研发提供了参考。

为了提高某插电式桥间耦合混合动力汽车的能耗经济性,制定了一种基于系统效率最优的发动机启动策略,并引入发动机启动功率修正因子和启动车速限值。利用粒子群算法对发动机启动功率修正因子、启动车速以及能量管理控制规则的关键参数进行离线优化。在AMESim-Simulink联合仿真平台下搭建整车模型及控制策略模型进行仿真验证。结果表明,与未优化的能量管理策略相比,优化后控制策略的能耗经济型得到了明显提升,整车综合能耗降低了12.6%。

为了进一步挖掘混合动力重型货车的节油潜能,设计了基于动态规划的整车能量管理策略。首先,基于Matlab软件平台建立了混合动力重型货车准静态整车模型,并以燃油经济性为目标函数,以电池荷电状态为状态变量,以混合动力系统转矩分配比例系数为控制变量,建立了动态规划最优控制的数学模型;然后,基于中国重型混合动力汽车能耗测试工况C-WTVC进行了整车仿真分析;最后,基于动态规划的仿真结果,提取了改进的规则,并在AMESim与Simulink联合仿真平台下进行了C-WTVC工况仿真。仿真结果显示,相比于基于规则的能量管理策略,基于动态规划的能量管理策略能使整车燃油经济性提高了13.9%,基于改进规则的控制策略使整车燃油经济性提高了2.6%,验证了改进规则策略的有效性。

液力机械式装载机具有良好的自适应性,但其工况复杂,功率需求变化大,频繁的制动和装卸物料,造成发动机工作点和经济性变差,以及制动能量和势能浪费。为此,文中提出了一种适合于液力机械式装载机的新型并联式液压混合动力系统,该系统将泵马达、工作泵与机械系统并联,在能量控制阀组的控制下与高压蓄能器进行能量转换。提出了以发动机工作点、蓄能器压力状态、液压泵效率、液压马达效率为控制参数的多模式能量回收与再利用管理策略。基于MATLAB/Simulink搭建整车模型及控制策略模型,开展蓄能器压力和联合驱动控制参数对装载机油耗和能量平衡的影响分析。仿真结果表明:相比于原方案,新型并联式液压混合动力系统的发动机工作点得到优化,在泵马达、工作泵高效工作和蓄能器能量稳定的前提下,燃油经济性提高了18.44%。

液压机的特点是滑块质量大,工进负载力大,其滑块空程下放造成了重力势能、动能等能量的浪费。为了回收利用这部分能量并且降低电机转矩,基于“伺服电机+定量泵”的闭式泵控方案,提出了带超级电容储能系统的双排量泵/马达闭式驱动液压机方案,并制定能量管理策略对能量进行回收与再利用。搭建了液压机试验台,试验结果表明,储能系统的能量回收效率为79.3%;进一步开展仿真研究,基于SimulationX多学科仿真软件,构建了液压机的多学科仿真模型,仿真结果表明,双排量泵能大幅度降低电机转矩,储能系统能够减少液压机整机6.9%的能耗。

针对液压混合动力工程车辆工作过程中存在的燃油经济性较差和能量回收率低的问题以装载机为原型提出了一种基于模糊控制理论的车辆驱动与联合制动能量管理策略。根据车速、蓄能器SOC、泵/马达扭矩、制动扭矩等相关参数建立相应的模糊规则制定车辆驱动控制策略和再生制动控制策略。搭建整车前向仿真模型对制定的控制策略进行仿真然后进行硬件在环实验对仿真结果进行验证。结果表明提出的控制策略合理有效车辆的燃油消耗率有所下降。

以重型串联式液压混合动力汽车为研究对象，提出了基于规则的能量管理策略，并对整车设计了4种工作模式。搭建了其Matlab／Simulink整车仿真模型，对液压混合动力车辆总需求功率、发动机功率、液压系统回收功率、蓄能器流量、 SOC （ State of Charge）等参数进行了仿真，分析对比了传统汽车和液压混合动力汽车发动机扭矩工作点。仿真结果表明：液压混合动力汽车发动机和液压系统提供的功率可以满足总需求功率要求，其燃油经济性显著提高， SOC保持在合理范围内，发动机工作平稳，所设计的能量管理策略可靠有效。