混合動力推土機節(jié)能機理與控制策略研究.pdf

1、推土機是國家基礎設施建設中的重要技術(shù)裝備，而推土機具有能量利用率低、油耗高和排放差的特點。隨著能源短缺和環(huán)境污染問題日趨嚴重，推土機的節(jié)能減排問題引起了廣泛關注?；旌蟿恿夹g(shù)被公認為是節(jié)能減排的最佳解決方案之一，因此開展推土機混合動力技術(shù)研究具有重要的現(xiàn)實意義。本文以混合動力推土機為研究對象，重點開展了作業(yè)循環(huán)工況、整機仿真模型、節(jié)能機理和控制策略四個方面的研究。
　　本文開展了構(gòu)建混合動力推土機作業(yè)循環(huán)工況的研究，提出了基于車載

2、數(shù)據(jù)構(gòu)建混合動力推土機代表性作業(yè)循環(huán)工況的方法。進行了混合動力推土機作業(yè)工況運行數(shù)據(jù)采集試驗;選取了作業(yè)工況表征參數(shù);采用最小二乘法辨識出了履帶式推土機動力學模型的參數(shù)，利用動力學和運動學模型對CAN總線數(shù)據(jù)進行計算，獲取了工況總體數(shù)據(jù)集;提出了作業(yè)片段的特征參數(shù)組;提出了采用最小馬氏距離為準則選取代表性作業(yè)片段，最終構(gòu)建了混合動力推土機代表性作業(yè)循環(huán)工況。有效性檢驗顯示:所構(gòu)建的循環(huán)工況與總體數(shù)據(jù)的聯(lián)合概率分布較一致，推土機在該工況一

3、下的油耗與總體平均油耗的誤差約為2.1％，表明所構(gòu)建的循環(huán)工況具有顯著的代表性和有效性。
　　基于Matlab/Simulink建立了混合動力推土機整機燃油經(jīng)濟性仿真模型，模型由動力傳動系統(tǒng)部件模型、履帶式推土機動力學模型、駕駛員模型和整機控制器模型四部分組成。在該模型中構(gòu)建了基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡修正的發(fā)動機燃油消耗模型，并建立了液壓泵模型。利用現(xiàn)場實機試驗對模型的仿真效果進行驗證，結(jié)果表明:模型可以對混合動力推土機在直行和轉(zhuǎn)向工況下

4、的性能進行較高精度模擬，并能夠模擬出發(fā)動機瞬態(tài)油耗以及工作裝置液壓系統(tǒng)對動力系統(tǒng)工作過程和控制效果的影響。
　　研究了混合動力推土機的節(jié)能機理問題，提出了一種基于解析法的混合動力推土機節(jié)能機理分析方法。該方法通過建立混合動力推土機等效節(jié)油率的解析式，給出了等效節(jié)油率與其影響因素的函數(shù)關系，通過采用混合動力推土機和傳統(tǒng)機模型進行能量消耗仿真計算，結(jié)合能量消耗仿真數(shù)據(jù)和解析式可以揭示混合動力推土機的節(jié)能機理。利用該方法進行分析闡明了混

5、合動力推土機的節(jié)能效果，揭示了關鍵的節(jié)能影響因素和節(jié)能途徑，獲得了各節(jié)能途徑的節(jié)能貢獻率和節(jié)能潛力。
　　針對發(fā)電機組跟隨波動的需求功率會因發(fā)動機工作點波動頻繁導致瞬態(tài)油耗較高，發(fā)電機組輸出功率變化率大會因瞬時響應不足導致發(fā)電機組工作點切換過程中偏離目標工作軌跡，以及液壓泵消耗發(fā)動機轉(zhuǎn)矩同樣會導致發(fā)電機組工作點偏離目標工作軌跡的三個問題，本文研究了混合動力推土機的控制策略，將功率跟隨控制策略、模糊自適應濾波算法和發(fā)電機組最優(yōu)效率M

6、ap相耦合，提出了基于最優(yōu)效率Map的自適應平滑功率跟隨控制策略。
　　應用dSPACE實時仿真系統(tǒng)，建立了混合動力推土機整機控制器硬件在環(huán)試驗平臺。通過硬件在環(huán)試驗研究驗證了基于最優(yōu)效率Map的自適應平滑功率跟隨控制策略的控制性能和節(jié)能效果。分析試驗結(jié)果表明:所建立的控制策略能夠?qū)崟r控制推土機實現(xiàn)預期功能;與傳統(tǒng)機相比，采用該策略可獲得的等效節(jié)油率約為23.2％;與原試驗機控制策略和基于最低燃油消耗率曲線的功率跟隨控制策略相比，