液压混合动力中机液联合制动能再生机理及协调控制研究

Aiming at the disadvantage of less specific energy of the hydraulic accumulator in conventional hydrostatic hybrid transmission, a novel hydraulic energy-saving system for hydrostatic drives using flywheel and hydraulic accumulator as energy storage systems is proposed. The novel energy storage combined with the advantages of both flywheel and hydraulic accumulator. The specific energy of the system is higher than that of the hydraulic hybrid system using hdraulic accumulator, which is important for mobile applications. The subsystem of hydraulic accumulator energy storage uses the proportional valve to control the hydraulic accumulator, so the valve can adjust the energy recovery&reuse process in accordance with the load acquirement. In addition, the valve can absorb the high-frequency pulsating flow, and improve the driving performance of the hydraulic hybrid. Aiming at the flow-pressure coupling characteristics, the three-layer coordinate-control method based on hierarchical control theory is proposed to improve the control performance of the hydromechanical hybrid system. According to the study of parameters matching charteristics, the main feature parameters about the energy regeneration efficiency can be deduced and optimatized. For external disturbance and parameter perturbation, the robust control strategy will be deduced to reject the disturbance and perturbation. The project is expected to improve the drawbacks of the traditional hydraulic hybrid energy storage device. The system can not only achieve a benefit from energy-saving performance, but also a comfortable driving for mobile applications.The project can do some foundational research for the applications of hydrostatic hybrid transmission in medium&heavy trucks and construction machines.

针对传统液压混合动力中液压蓄能器比能量小的不足，提出基于飞轮储能与液压蓄能器储能为一体的机液联合储能方法及构造形式，结合两种储能方式的优点，将能有效提高传统液压混合动力储能单元的比能量；液压蓄能器储能子系统采用比例阀控蓄能器，按照制动能回收及再利用需求进行调节，并吸收由负载扰动等引起的流体脉动，提高液压混合动力的驾驶性能；针对机液混合动力中的流量、压力耦合特性，提出基于分层控制理论的三级协调控制方法，改善机液混合动力的控制特性；研究机液混合的参数匹配特性，得到影响制动能再生效率的主要特征参数，进行多学科动态优化；针对外界扰动及参数摄动，研究机液混合的扰动抑制鲁棒控制方法；项目研究成果将有望改善传统液压混合动力储能装置的弊端，做到比能量与比功率兼顾，而且有望提高制动能回收与再利用的效率，为液压混合动力在中重型车辆及工程机械上的应用做基础性工作。

传统液压混合动力系统中液压蓄能器的比能量小、释能速度不可控，本项目提出基于飞轮和液压蓄能器联合储能的新型液压混合动力回路，并对系统进行深入研究。主要研究内容有：(1) 机液联合储能装置的理论分析和建模研究。(2) 机液联合储能的协调控制方法。(3)机液联合能量回收的参数匹配性理论分析。(4) 机液联合能量回收对外界扰动的抑制作用分析。..通过项目研究，构建了基于飞轮和蓄能器联合储能的液压混合动力回路，该回路授权发明专利一项。通过对该联合储能装置进行建模及理论分析，得到各主要元件模型及系统整体数学模型，为系统后续研究和分析奠定基础。通过项目研究，得到了机液联合制动能再生系统的参数匹配特性，尤其是深入研究和分析了蓄能器的主要参数，即容积和预充压力对系统能量回收效率和响应特性的影响途径。通过项目研究，研究和分析了机液联合储能的制动能再生的协调控制方法。.针对机液联合制动能再生系统中的流量、压力耦合特性，研究基于分层控制理论的三级协调控制方法，最底层为执行层，对发动机子系统、机液储能子系统、液压泵/马达进行直接控制；中间层为协调控制层，分别于制动及驱动模式下对以上三子系统进行协调；最高层为监督管理层。采用该分层控制方法后，初步得到了较好的控制效果，后续工作将继续该部分研究工作。通过项目研究，初步分析了机液联合储能的扰动抑制作用，初步研究了抑制扰动的鲁棒控制器的构建方法并进行了仿真研究，得到了较好的抗干扰效果，后续研究将继续该部分工作。.项目研究成果将能够改善传统液压混合动力储能装置的弊端，做到比能量与比功率兼顾，提高制动能回收与再利用的效率，为液压混合动力在中重型车辆及工程机械上的应用做基础性工作。