隨著世界經(jīng)濟的快速增長,工業(yè)生產(chǎn)及交通運輸不斷進步,但隨著石油資源日漸匱乏以及環(huán)境污染日趨加重,節(jié)能減排越來越受到全世界的關(guān)注。工程機械作為高耗能行業(yè),相關(guān)的技術(shù)探索從未停止,近年來呼聲更加強烈。其中,混合動力技術(shù)是目前實現(xiàn)車輛節(jié)能減排的有效途徑之一,混合動力技術(shù)在汽車領域的成功應用為工程機械的節(jié)能減排提供了有益的參考。近年來,對工程機械混合動力系統(tǒng)的研究中,無論國內(nèi)還是國外,主要集中在挖掘機、叉車、推土機等產(chǎn)品上面,且我國對混合動力工程機械研究較晚,核心技術(shù)照國外還有一定的差距。在工程機械領域中,汽車起重機的這種機型是非常重要的,但是,由于其整車質(zhì)量非常重,所以要求裝機功率大、又由于其起動、制動比較頻繁等原因,所以燃油消耗很大,同時,排放性能也非常差�；旌蟿恿ζ鹬貦C產(chǎn)品種類非常少,相關(guān)理論尚不完善,缺乏系統(tǒng)整體性研究,且局限于油電混合方式,沒有液壓混合動力產(chǎn)品。而液壓混合動力系統(tǒng)功率密度大,在提高起重機燃油經(jīng)濟性的同時,還可以提供較大的驅(qū)動力,尤其適用于重負載的工程機械領域。為了提高汽車起重機整機性能、行業(yè)技術(shù)附加值和核心競爭力,進而促進整個工程機械行業(yè)的技術(shù)革新和產(chǎn)業(yè)化升級,開展汽車起重機液壓混合動力的研究無論在理論上還是現(xiàn)實上都具有非常重要的意義。本論文的研究是在吉林大學與國內(nèi)某知名企業(yè)的合作項目——“起重機底盤液壓混合動力系統(tǒng)開發(fā)”的資助下,以50噸級汽車起重機底盤為研究對象,在相關(guān)理論研究的基礎上,通過參數(shù)優(yōu)化匹配、設計合理的控制策略、計算機仿真和實驗對并聯(lián)式液壓混合動力系統(tǒng)的應用進行了較為詳細、深入的研究,實現(xiàn)起重機節(jié)能減排目標,為以后的產(chǎn)業(yè)化升級提供理論和實踐基礎。論文主要取得了以下幾個方面的進展:1、在充分分析國內(nèi)外關(guān)于混合動力車輛的研究現(xiàn)狀、混合動力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的基礎之上,提出了前置雙軸式并聯(lián)液壓混合動力結(jié)構(gòu),充分利用變速箱的調(diào)節(jié)作用,較大幅度地提升起重機的動力性能,并非常適合車輛改裝;2、從系統(tǒng)的角度建立了整車縱向力學模型、發(fā)動機、液壓泵/馬達、液壓蓄能器等關(guān)鍵元件的數(shù)學模型,為系統(tǒng)參數(shù)匹配及系統(tǒng)仿真打下理論基礎;3、在對汽車起重機液壓混合動力系統(tǒng)關(guān)鍵元部件重要參數(shù)匹配分析的基礎上,結(jié)合動力系統(tǒng)優(yōu)化目標函數(shù),利用提出的改進多目標粒子群算法(IMOPSO)對系統(tǒng)關(guān)鍵元部件的主要參數(shù)進行了優(yōu)化匹配,參數(shù)優(yōu)化結(jié)果將作為關(guān)鍵元部件最終選型的重要參考依據(jù);4、通過對整機行駛模式的分析,制定了制動能量再生、利用與主動充能控制策略。為了提高轉(zhuǎn)矩控制對系統(tǒng)參數(shù)大范圍攝動的魯棒性,采用分數(shù)階PID控制方法,對液壓泵/馬達進行轉(zhuǎn)矩控制,其控制效果優(yōu)于智能PID控制方法;5、為了縮短混合動力系統(tǒng)的開發(fā)時間并節(jié)約成本,尋找最佳設計方案及設計參數(shù),本文采用虛擬樣機技術(shù),應用LMS Imagine.Lab AMESim多體動力學仿真軟件,建立前置并聯(lián)式液壓混合動力起重機的虛擬樣機模型,并進行了相關(guān)的仿真分析和評估,找出了早期方案的不足,提前預測系統(tǒng)性能;6、基于國產(chǎn)某型號傳統(tǒng)起重機,與企業(yè)聯(lián)合開發(fā)了前置并聯(lián)式液壓混合動力起重機試驗樣機,并成功地將液壓混合動力系統(tǒng)移植到起重機底盤中,設計了系統(tǒng)性能測試方案并進行了物理樣機測試,驗證了理論分析及仿真的正確性。
【學位單位】：吉林大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TH21
【文章目錄】：
附件
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題背景及意義
    1.2 混合動力車輛研究現(xiàn)狀
        1.2.1 混合動力汽車發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.2 混合動力工程機械國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.3 混合動力起重機發(fā)展現(xiàn)狀
    1.3 混合動力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析
        1.3.1 混合動力車輛底盤構(gòu)型
        1.3.2 儲能技術(shù)
        1.3.3 混合動力車輛的控制策略
    1.4 課題的提出及主要研究內(nèi)容
        1.4.1 課題的提出
        1.4.2 主要研究內(nèi)容
第2章 液壓混合動力起重機系統(tǒng)數(shù)學建模
    2.1 引言
    2.2 液壓混合動力起重機系統(tǒng)原理
    2.3 液壓混合動力起重機整車模型
        2.3.1 建模思想
        2.3.2 整車縱向動力學模型
        2.3.3 車輪模型
    2.4 駕駛員模型
    2.5 發(fā)動機模型
    2.6 液壓二次元件模型
        2.6.1 伺服滑閥數(shù)學模型
        2.6.2 變量油缸數(shù)學模型
        2.6.3 液壓二次元件數(shù)學模型
        2.6.4 液壓二次元件的轉(zhuǎn)矩控制
    2.7 液壓蓄能器模型
        2.7.1 液壓蓄能器的工作過程
        2.7.2 理想氣體能量方程
        2.7.3 液壓蓄能器熱損失修正
        2.7.4 液壓蓄能器SOC定義
        2.7.5 蓄能器低壓系統(tǒng)
    2.8 轉(zhuǎn)矩耦合器模型
    2.9 整車控制模型
    2.10 本章小結(jié)
第3章 動力系統(tǒng)關(guān)鍵元件參數(shù)優(yōu)化匹配
    3.1 引言
    3.2 系統(tǒng)關(guān)鍵部件參數(shù)匹配分析
        3.2.1 發(fā)動機功率的匹配
        3.2.2 液壓蓄能器匹配
        3.2.3 液壓二次元件參數(shù)匹配
    3.3 系統(tǒng)關(guān)鍵部件參數(shù)優(yōu)化
        3.3.1 多目標優(yōu)化問題及相關(guān)概念
        3.3.2 多目標優(yōu)化問題求解方法
        3.3.3 改進多目標粒子群算法(IMOPSO)
        3.3.4 基于IMOPSO算法的系統(tǒng)關(guān)鍵部件參數(shù)優(yōu)化匹配分析
    3.4 本章小結(jié)
第4章 液壓混合動力起重機制動能量控制策略
    4.1 引言
    4.2 整車行駛模式及能量管理策略分析
        4.2.1 整車行駛模式分析
        4.2.2 模式切換及能量管理策略
    4.3 混合動力系統(tǒng)控制策略
        4.3.1 制動能量再生策略
        4.3.2 制動能量利用策略
        4.3.3 主動充能控制策略
    4.4 本章小結(jié)
第5章 液壓混合動力起重機仿真
    5.1 引言
    5.2 整車底盤系統(tǒng)仿真建模
    5.3 混合動力車輛性能評價指標及仿真分析
        5.3.1 車輛整體性仿真分析
        5.3.2 制動效能評價指標
        5.3.3 動力性能評價指標
        5.3.4 燃油經(jīng)濟性評價指標
        5.3.5 平順性評價指標
    5.4 本章小結(jié)
第6章 液壓混合動力起重機實驗
    6.1 引言
    6.2 實驗設計
        6.2.1 實驗樣車整體結(jié)構(gòu)及主要參數(shù)
        6.2.2 實時控制系統(tǒng)
        6.2.3 測點布置與信號采集
        6.2.4 測試工況及方法
    6.3 整機測試與分析
        6.3.1 系統(tǒng)響應及噪聲特性測試與分析
        6.3.2 制動性能測試與分析
        6.3.3 動力性能測試與分析
        6.3.4 節(jié)油效果測試與分析
        6.3.5 緩沖效果測試與分析
        6.3.6 主系統(tǒng)能量利用及損失分析
    6.4 本章小結(jié)
第7章 總結(jié)與展望
    7.1 總結(jié)
    7.2 創(chuàng)新點
    7.3 展望
參考文獻
作者簡介及在學期間所取得的科研成果
致謝

【參考文獻】

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