针对液压挖掘机在15s的一个典型工作周期下的工况,分析液压挖掘机的工况特点,建立并联式混合动力液压挖掘机动力源部分的数学模型,提出一种并联式混合动力液压挖掘机动力参数的优化组合配置,研究空间矢量脉宽调制（SVPWM）控制的永磁同步电机（PMSM）以及NiMH电池组在典型工作周期下的发电/电动、充电/发电能量转化效率、电机转速、转矩等动态响应特性以及SOC变化特性.仿真结果表明,该优化组合的动力总成能满足液压挖掘机动力需求和能量转化效率要求,能提升整机系统的油耗特性,并且电池系统只充当能量交互的媒介,实现液压挖掘机的高效节能的控制.

为了回收液压挖掘机在回转阶段的制动能量,提出一种基于回转马达进/出口压力差自动识别回转过程所处阶段,决策能量回收的全液压自动控制回转制动能量回收系统.引入一正态分布函数,以蓄能器压力状态（SOP）、液压泵出口压力以及负流量反馈压力为输入信号,根据负载的实时需求功率,提出一种以复合恒功率-负流量动力控制决策发动机和蓄能器主辅动力源的能量分配方法,保证回转机构的正常高效运转.仿真结果表明,当回转系统作为单独执行机构时,采用该回收系统的液压挖掘机,能够实现高达50.0%的再生制动能量用于驱动回转的能量回收利用效率,在相同工况下比同吨位液压挖掘机节能16.3%,不影响操作习惯和操作性能.

现有的液压挖掘机功率匹配方法由于负载工况的剧烈波动和不可预知性导致动力源工作点很大部分分布于高油耗区域动力源本身效率无法得到提高从而影响了整机效率。为此提出了一种基于混合动力技术的液压挖掘机全局功率匹配与动力源优化的综合控制策略。该策略以传统功率匹配方法为基础结合混合动力的特点在实现动力源、液压泵和负载三者功率匹配的同时优化动力源的工作点提高整机的燃油经济性。试验表明采用该策略的液压挖掘机能够实现全局功率匹配同时减小了发动机的转速波动使其工作在高燃油效率区域提高了整机的燃油经济性。

为进一步提高液压挖掘机的节能效果提出了以混合动力源代替单一柴油机动力系统的新型节能方法。通过分析液压挖掘机的工况特点和发动机工作点波动情况证明了混合动力技术在液压挖掘机节能中的必要性和可行性。建立了5t级串、并联混合动力挖掘机的仿真模型并以采集的同等级动力配置的液压挖掘机工作负载作为仿真的载荷谱。以模型仿真和试验测试为研究手段对比分析了原型系统和串/并联混合动力系统的节能效果、系统成本和动力性能得出了并联式混合动力系统是目前最适合液压挖掘机的节能方案的结论。仿真和试验结果表明该方案能进一步提高液压挖掘机的节能效果。

通过对液压挖掘机典型工况特性的分析提出了一种并联式混合动力液压挖掘机动臂势能回收系统分析了液压缸负载受力情况建立了液压缸、节流阀、液压马达等液压元件以及永磁同步电机、镍氢电池组等电气元件的数学模型提出了具有动臂势能回收功能的混合动力液压挖掘机整机控制策略以及能量回收控制方法。理论分析和仿真结果表明并联式混合动力液压挖掘机除了能改善发动机工作状况提高燃油效率外可以通过动臂势能回收进一步提升系统的节能效果并且能量回收系统具有结构简单、回收效率高、回收速度可控、回收能量再利用范围广等优点。

从混合动力液压挖掘机的结构入手，以系统全局效率优化为目标，提出了并联式混合动力液压挖掘机动力源单元和能量储存单元的优化目标函数、约束方程以及整机的参数匹配方法，并结合一台5t混合动力液压挖掘机系统进行了部件参数匹配的实例研究，通过Matlab／Simulink建模分析得到经参数匹配后的系统，其各部件具有装机功率低、效率高、油耗低的良好特性。