液驱混合动力车辆的优化节能控制算法研究

    在混合动力技术研究领域,有混合电动技术和液驱混合动力技术之分,两者均已成为国内外相关机构的研究重点[1].目前,随着恒压网络技术和二次调节传动技术的发展,液驱混合动力设计方案取得了巨大的进展,尤其是荷兰Innas和Noax公司于1997年提出新型液压变压器(Hydraulic Trans-former HT)[2-3],该元件是一种能在液压系统中实现压力调节的二次元件,其结构集液压马达和泵于一身,不仅动态响应快,还可以无节流损失的快速改变变压比,其效率可达到80%以上[ 4 ],此外该元件可以相对独立工作,避免了整车液压系统中压力、流量耦联现象的产生[5-6].因此,本文提出采用液压变压器搭建新型液混动力车辆的设计思想,对该车辆能量回收最大化进行节能控制研究.

    1　工作原理

    新型混合动力车结构如图1所示,其工作原理为:车辆动力源为发动机M,由主变速箱1将能量流一部分以机械能形式驱动负载,即通过传动轴2、离合器3及副变速箱4驱动负载车轮5;另一部分则以液压能形式驱动负载,由主变速箱1驱动变量液压泵/马达6向系统供油,通过液压变压器8的升压作用,使液压泵/马达9以液压能最大功率驱动车轮5.

    反之,当车辆制动或减速时,打开离合器3,车轮5由副变速箱4带动液压泵/马达9工作,向系统供油即将制动能转化为液压能.此时通过液压变压器8的实时压力调节,以最大限度的回收制动能[7].

    2　HT节能思想及性能

    2.1　节能思想

    如图2所示,将初始压力pA调节到负载压力pB时,通常情况采用节流控制方式按A'B曲线调压,由此造成的能量损失为[8]:

    P_loss= q_B(p_A-p_B)·          (1)

    如采用液压变压器的控制方式按AB曲线进行调压.根据能量守恒定律,可得:

    p_A×q_A= p_B×q_B·         (2)

式中:p_A,p_B分别为A,B点的压力;qA,qB分别为A,B点的流量.

    亦可得出负载和油源的变压比λ方程为

    由式(3)可知,改变A,B点流量就可以调节变压比λ;由于qA≠qB,故必增设第三油路T口,满足q_T= qB-qA.

    2·2　工作性能分析

    根据文献[9]可知液压变压器配流盘上设有3个腰型槽口(既高压油槽A口、负载油槽B口及低压油槽T口),分别对应的排量V与变压比λ的数学模型为[10]:

式中:pB为HT的B腰型槽口压力,MPa;pA为HT的A腰型槽口压力,MPa;pT为HT的T腰型槽口压力,MPa;SA为柱塞面积,mm2;r为主轴分度圆半径,mm;z为柱塞数;α为腰型槽口包角;β为HT的轴向倾角.