混合動(dòng)力推土機(jī)節(jié)能機(jī)理與控制策略研究.pdf

1、推土機(jī)是國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的重要技術(shù)裝備，而推土機(jī)具有能量利用率低、油耗高和排放差的特點(diǎn)。隨著能源短缺和環(huán)境污染問(wèn)題日趨嚴(yán)重，推土機(jī)的節(jié)能減排問(wèn)題引起了廣泛關(guān)注?；旌蟿?dòng)力技術(shù)被公認(rèn)為是節(jié)能減排的最佳解決方案之一，因此開展推土機(jī)混合動(dòng)力技術(shù)研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文以混合動(dòng)力推土機(jī)為研究對(duì)象，重點(diǎn)開展了作業(yè)循環(huán)工況、整機(jī)仿真模型、節(jié)能機(jī)理和控制策略四個(gè)方面的研究。
　　本文開展了構(gòu)建混合動(dòng)力推土機(jī)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(dòng)力推土機(jī)代表性作業(yè)循環(huán)工況的方法。進(jìn)行了混合動(dòng)力推土機(jī)作業(yè)工況運(yùn)行數(shù)據(jù)采集試驗(yàn);選取了作業(yè)工況表征參數(shù);采用最小二乘法辨識(shí)出了履帶式推土機(jī)動(dòng)力學(xué)模型的參數(shù)，利用動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)模型對(duì)CAN總線數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)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(zhǔn)則選取代表性作業(yè)片段，最終構(gòu)建了混合動(dòng)力推土機(jī)代表性作業(yè)循環(huán)工況。有效性檢驗(yàn)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(jī)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(dòng)力推土機(jī)整機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性仿真模型，模型由動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)部件模型、履帶式推土機(jī)動(dòng)力學(xué)模型、駕駛員模型和整機(jī)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(luò)修正的發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗模型，并建立了液壓泵模型。利用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)機(jī)試驗(yàn)對(duì)模型的仿真效果進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明:模型可以對(duì)混合動(dòng)力推土機(jī)在直行和轉(zhuǎn)向工況下

4、的性能進(jìn)行較高精度模擬，并能夠模擬出發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)油耗以及工作裝置液壓系統(tǒng)對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)工作過(guò)程和控制效果的影響。
　　研究了混合動(dòng)力推土機(jī)的節(jié)能機(jī)理問(wèn)題，提出了一種基于解析法的混合動(dòng)力推土機(jī)節(jié)能機(jī)理分析方法。該方法通過(guò)建立混合動(dòng)力推土機(jī)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(guān)系，通過(guò)采用混合動(dòng)力推土機(jī)和傳統(tǒng)機(jī)模型進(jìn)行能量消耗仿真計(jì)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(dòng)力推土機(jī)的節(jié)能機(jī)理。利用該方法進(jìn)行分析闡明了混

5、合動(dòng)力推土機(jī)的節(jié)能效果，揭示了關(guān)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(xiàn)率和節(jié)能潛力。
　　針對(duì)發(fā)電機(jī)組跟隨波動(dòng)的需求功率會(huì)因發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)波動(dòng)頻繁導(dǎo)致瞬態(tài)油耗較高，發(fā)電機(jī)組輸出功率變化率大會(huì)因瞬時(shí)響應(yīng)不足導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組工作點(diǎn)切換過(guò)程中偏離目標(biāo)工作軌跡，以及液壓泵消耗發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩同樣會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組工作點(diǎn)偏離目標(biāo)工作軌跡的三個(gè)問(wèn)題，本文研究了混合動(dòng)力推土機(jī)的控制策略，將功率跟隨控制策略、模糊自適應(yīng)濾波算法和發(fā)電機(jī)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(yīng)平滑功率跟隨控制策略。
　　應(yīng)用dSPACE實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，建立了混合動(dòng)力推土機(jī)整機(jī)控制器硬件在環(huán)試驗(yàn)平臺(tái)。通過(guò)硬件在環(huán)試驗(yàn)研究驗(yàn)證了基于最優(yōu)效率Map的自適應(yīng)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(yàn)結(jié)果表明:所建立的控制策略能夠?qū)崟r(shí)控制推土機(jī)實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能;與傳統(tǒng)機(jī)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(yàn)機(jī)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，