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1、液压混合动力,能量控制策略,能量储存技术综述液压混合动力车辆的工作原理液压混合动力车辆的驱动方式及其优缺点液压混合动力车辆的优点液压混合动力车辆能量控制策略简述,理,能量储存技术飞轮蓄能器,飞轮蓄能器是机械蓄能的一种蓄能形式，以惯性能（动能）的方式，将能量储存在高速旋转的飞轮中。飞轮蓄能器突破了化学电池的局限，用物理方法实现储能。当车辆制动时，飞轮蓄能系统将车辆的惯性动能转化为飞轮的旋转动能。当车辆需要起动或加速时，飞轮释放本身旋转动能来驱动车辆。,超级电容,超级电容由带铝电极的多孔活性碳和有机物电解质组成，电能作为负荷储存于碳电极的表面。超级电容具有高的比功率（可达 24kW/kg）、高的循
2、环效率（可达 9298%，包括峰值功率工况在内）以及全充和全放能力，超级电容采用物理方式存储电能而没有可转变的化学反应，具有优越的工作循环承受能力和寿命。但其最主要的缺点是较低的比能量。,蓄电池,蓄电池又称电化学电池，以电化学能的方式储存能量。其中颇具应用潜力的几种包括铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池等。低功率密度，充放电频率小，不能迅速转化吸收大量功率使得蓄电池在大型城市公交车和工程机械等应用方面显得力不从心。,燃料电池,燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能通过电极反应直接转化为电能的发电装置。目前应用于电动汽车中的燃料电池是一种被称为质子交换膜的氢燃料电池，它以纯氢为燃料、以空气或氧
3、为氧化剂。氢燃料电池的真正实用化还面临氢的制取和存储困难、使用成本高等难题。,液压蓄能器,液压蓄能器是一种以液压能的方式来存储能量的储能装置。液压蓄能器具有高比功率、高循环效率、长时间储能以及全充和全放能力强等特点。由于液压蓄能器采用物理方式存储能量，因此具有优越的工作循环承受能力和寿命 液压蓄能器可分为皮囊式、复合式和活塞式液压蓄能器。皮囊式液压蓄能器采用钢制外壳和气囊将蓄能器分为两个部分，一端充入惰性气体（氮气），一端充入液体，利用气体的可压缩性对受压液体的能量进行储存和释放。,储能元件的比较,功率密度:单位质量的储能元件吸收和释放的最大功率;能量密度:单位质量的储能元件所储存的可用能量值
4、.,液压储能技术的优势,功率密度大 储能装置重量轻 循环效率高价格低廉、安全可靠 对环境污染小、便于维护,液压混合动力车辆的工作原理,在车辆正常行驶时，恒压变量泵在发动机的驱动下，与液压蓄能器共同为系统提供工作压力油，在系统压力油的作用下，液压泵/马达通过变速器和后桥驱动车轮。在车辆制动或下坡行驶工况中，液压泵/马达工作于液压泵工况，此时液压泵/马达被负载拖动，在惯性能或重力能的作用下，向系统回馈能量，液压泵/马达回馈的能量以高压液压油的形式存储在液压蓄能器中；在车辆的再次起动和加速过程中，储存于液压蓄能器中的能量又以液压能的形式输出到工作于马达工况的液压泵/马达，通过变速器和后桥驱动车辆，实
5、现车辆惯性能或重力能的重新利用。,液压混合动力车辆的驱动方式分类及其优缺点,液压混合动力车辆的驱动系统根据动力传动系的结构不同，可分为串联式、并联式、混联式及轮边驱动式四种，其中轮边驱动式是串联式中特殊的一种。无论其组成形式如何都包括以下主要部件：发动机、变量液压泵/液压马达、液压蓄能器，其中的变量液压泵/液压马达是一种双向可逆部件。,串联式驱动系统,串联液压混合动力系统具有两个动力源：发动机和蓄能器，发动机带动泵/马达旋转实现车辆的驱动，必要时发动机也可给蓄能器充液压油，以备下次加速或爬坡使用。串联式液压节能车适用于频繁起停的中小型城市公交车、军用汽车和工程机械的行走装置。,并联式驱动系统,
6、并联式液压混合动力系统的动力源同样是由发动机和高压蓄能器组成，不同的是车辆在无能量再生系统的情况下，可由发动机单独驱动车辆，这点跟普通的车辆一样。但是并联式混合动力系统比普通车多了一套能量再生系统，能量再生系统可单独驱动车辆行驶（启动或低速），也可联合发动机一起驱动（加速或爬坡），同样能量再生系统可回收车辆的制动能量。,混联式驱动系统,混联式系统具有串联式和并联式系统的功能，并且将此两种类型的系统良好的结合起来，发挥各自的优点。通过合理配置驱动方式，综合串联和并联的优点，可在大功率工况下获得高工作效率。混联式液压混合动力系统虽然在理论上能获得最佳性能，但是由于其过于复杂，所以在实际中很难实现，
7、限制了其发展。,轮边驱动式驱动系统,该系统原理简单，实际上就是四个二次元件并联起来的串联系统，每个二次元件泵/马达均具有相等的输入压力。该系统具有一个特殊的优点，即可实现无级调速，这样就大大改善车辆的动力性，同时也大大简化了车辆的底盘系统，可实现多样化的工作模式，具有较好的节油效果和驾驶性能，适用于特殊车辆和飞机牵引车等。,串联式、并联式、混联式液压混合动力汽车对比分析,相对于传统内燃机汽车，液压混合动力传动车辆的优点,1）可以回收车辆的制动动能，明显提高车辆的燃油经济性；（2）发动机和液压蓄能器可以同时工作，提高了车辆的动力性能；（3）可以实现无级变速，保证发动机工作于最佳燃油经济区，降低油
8、耗；（4）减少制动器的使用次数和强度，延长其使用寿命，降低其维修、保养费用；（5）选用较小功率的发动机即可满足车辆的正常行驶要求，减少有害气体排放量，减少对环境的污染；（6）改善车辆行驶平稳性，提高乘坐舒适性。,相对于混合动力电动汽车，液压混合动力传动车辆的优点,（1）在同等条件下，液压蓄能器能为车辆提供更大的辅助动力；（2）液压蓄能器充放能量速度要比蓄电池快得多，在相同条件下，液压蓄能器回收的能量多，车辆动力性能强，而且价格便宜；（3）液压泵/马达输出扭矩大，控制精度高，响应速度快，结构紧凑，质量轻，所需安装空间小；（4）液压蓄能器使用寿命长，而且废旧储能元件不会对环境造成污染；（5）液压能
9、量再生系统结构简单、工作可靠、使用寿命长。,液压混合动力传动车辆存在的问题及研究难点,（1）由于使用高压蓄能器存储能量，存在潜在危险，因此液压蓄能器技术和防泄漏技术将是未来的研究重点之一；（2）液压蓄能器和液压元件重量大，在节能的同时也增加了车辆的整体重量，这对重型车辆影响较小，但对于非重型车辆来说，液压辅助元件的重量将占车辆重量的5%10%，因此需要研发合成材料来降低元件的重量；（3）液压混合动力传动车辆关键元件的匹配对车辆的燃油经济性和整体性能有着直接的影响。,（4）液压混合动力传动车辆的能量控制策略问题。行驶工况和控制策略直接影响车辆的燃油经济性；控制策略决定了能量的回收和多动力源能量的
10、分配，控制算法影响到驱动和制动系统的控制性能；（5）由于液压蓄能器中的能量释放速度很快，因此控制系统必须确保液压能的释放不影响车辆的驾驶性能和舒适性；（6）传统液压蓄能器的能量利用率较低，因此，需要设计高效的液压存储系统，提高能源的回收与重新利用效率。,液压混合动力车辆能量控制策略简述,早期的能量控制策略由于技术的限制大多是基于速度的控制。近年来，由于混合动力车辆的快速发展，不断有新的控制策略被提出，使得混合动力车辆能量控制策略的种类变得纷繁复杂，但总体上可以归纳成为逻辑门限控制策略、模糊逻辑控制策略、自适应控制策略和神经网络控制策略。,逻辑门限值控制策略,逻辑门限控制策略也被称为简单的基于规
11、则的控制策略，其基本思想是优先保证发动机在较高效率区间内工作，在该区间以外(当发动机转矩或转速较小时)利用液压泵/马达替代发动机工作，而液压泵/马达的能量来源是作为储能装置的液压蓄能器。基于规则的控制策略是一种简单易行、应用广泛的混合动力车辆控制策略，也是目前主要应用到混合动力车辆实车控制中的控制策略。,模糊逻辑控制策略,从本质上说，模糊逻辑控制策略也是一种基于规则的控制策略。两种控制策略的控制目标大致相同，主要区别是各种门限值的表示方式，逻辑门限值控制策略是基于布尔逻辑，用精确值描述控制规则，后者是基于模糊逻辑，用模糊值描述控制规则，门限值的模糊化更能反映各种控制模式之间存在过渡区这一客观事实。由于模糊控制方法本身具有良好的控制品质，其在混合动力车辆领域的应用日益受到人们的重视。,自适应控制策略,对于混合动力车辆来讲，动态自适应控制，就是根据发动机的经济性和排放运行要求，利用最优控制原理，考虑发动机的燃油经济性和各排放物的特点，建立相应的目标函数，并使目标函数值最小来实现燃油消耗和各排放物都较小的目标。动态自适应控制要实时采集大量的发动机运行数据，并计算发动机的最佳油耗点和最优排放点，并在运行中实时跟踪两点数值的变化。优化过程复杂，计算量大，这对实时性要求高的车辆控制系统不利，并使控制系统的软件和硬件都过于复杂。这些阻碍了自适应控制策略应用到实车控制中的发展。,
