液压混合动力技术

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图 1 储能元件能量密度和功率密度比较
图 2 储能装置循环效率比较
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图 3 不同类型混合动力车辆节油效果对比
综合比较电动混合动力技术, 采用二次调节静液 传动技术的液压混合动力系统具有更大的功率输出, 更强的驱动能力,更能适应中重负载、频繁起停,大功 率高频能量交换的工况,在工程机械、特种车辆、城市 公交车辆有更强的应用优势。
液压混合动力汽车可根据车辆运行工况选择多种 工作模式,实现动力传动系统的效率最优化,并通过制 动能量回馈系统 (Regenerative Braking System, 简称 RBS)回收制动能量,提高整车效率。 液压混合动力技术 能显著降低车辆油耗主要体现在以下三个方面:
(1) 运 用 再 生 制 动 技 术wenku.baidu.com回 收 制 动 能 , 减 少 了 能 量 损 耗,直接提高了整车经济性。
Abstract: This paper briefly introduces hydraulic hybrid technology both at home and abroad. Summarize the key technology and development trend of hydraulic hybrid system. Comparative analysis of hydraulic hybrid technology and hybrid electric technology, this paper points out characteristics, applying conditions and application range of hydraulic hybrid technology. Key Words: hydraulic hybrid; secondary regulation; hydrostatic transmission
趋势,阐述了我国气动行业“十二五”发展规划的重点
参考文献
产品和关键技术。 (2) 以 气 缸 、 气 动 换 向 阀 和 气 动 元 件 流 量 特 性 为 例
介绍了气动行业内现行有效的国家标准、 行业标准和 国际标准, 指出应在行业中重视标准体系和典型标准 的全面培训和宣贯工作。
(3)重点 分 析 了 气 动 元 件 流 量 特 性 和 气 动 换 向 阀 和的质量检测标准和注意事项, 对气缸可靠性标准的 测试条件、检查项目、失效评判和数据处理进行了详细 阐述, 最后指出了气动产品检测过程中常见的不合格 项目。
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(1)发动机及其控制技术。 发动机依然是混合动力车辆的关键零部件, 但与 传统车辆不同的是, 混合动力车辆的性能不像传统汽 车那完全依赖于发动机的性能, 混合动力车用发动机 不要求过高的升功率和很好的动态响应特性, 在结构 原理设计、参数匹配优化及其控制策略设计时,可以按 最高热效率的原则进行,进一步提高发动机的效率。 (2)液压泵/马达和液压蓄能器。 车用液压元件工况与工程机械的运行工况有很大 的区别, 液压泵/马达在其应用环境的地位与作用也与 工程机械不同, 开发专门为液压混合动力汽车工况设 计的液压泵/马达对提高整车的性能有重大意义。 液压蓄能器是液压混合动力车辆的基本组成单 元,其性能直接影响到整车的再生制动能量回收率。 目 前,液压混合动力车辆上主要采用皮囊式液压蓄能器。 采用在钢制或铝制壳体外表面缠绕碳纤维, 可有效提 高液压蓄能器承压能力,减轻液压蓄能器质量,这将是 液压蓄能器发展的一个热点方向。 (3)集成动力耦合器的自动变速器。 从目前的文献资料看, 对耦合器的研究主要集中 对原车辆机械式变速器的改装上, 集成动力耦合器的 自动变速器是适应车辆运行工况实现各动力系统良匹 配的基础, 也是未来混合动力汽车动力传动系统一个 重要发展趋势。 通过采用新材料、新工艺,进一步简化 元件结构、提高效率、扩大工作范围,通过液压元件的 集成化提高系统的频响和控制精度, 提高控制系统的 可靠性、耐污染能力。
Hydraulic Hybrid Technology
LUO Nian-ning1 ZHANG Jian2 JIANG Ji-hai2
(1.Harbin Institute of Technology, School of Automotive Engineering, Weihai 264209, China; 2.Harbin Institute of Technology, School of Mechatronics Engineering, Harbin 150001, China)
基 金 项 目 :国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 (50875054)、 浙 江 大 学 流 体 传 动 及 控 制 国 家 重 点 实 验 室 开 放 基 金 资 助 项 目 (GZKF-2008003) 。 收 稿 日 期 :2011-12-26 作 者 简 介 :罗 念 宁(1969-),男 ,高 工 ,在 职 博 士 研 究 生 , 毕 业 于 哈 尔 滨 工 业
compressible fluids-determination of flow-rate characteristics [S]. [5] JB/T 5923-1997,气动气缸技术条件[S]. [6] ISO19973-3-2007, Pneumatic fluid power-Assessment of component reliability by testing -Cylinders with piston rod[S].
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液压气动与密封/2012 年第 2 期
1 液压混合动力技术及其技术特点
液压混合动力技术实际上就是通过计算机控制协 调发动机和液压辅助驱动装置同时或分时输出动力, 其实质是将具有较高能量密度的主动力装置(热机)和 具有较高功率密度的液压辅助动力装置组合在一起协 调控制,既发挥了内燃机连续工作时间长、能量补给方 便快捷的优点,又发挥了液压传动功率密度大、液压蓄 能器快充快放能力强的优点。 特别是液压动力系统相 对热机的快速响应特性和高功率密度特点, 可以处理 大功率高频变化的能量转换, 在负载变化频繁的复杂 工况更能发挥其优势。
当前工业技术水平下最现实的替代方案。 作为该技术 重要分支的液压混合动力技术, 将二次调节静液传动 技术应用于车辆或工程机械辅助驱动, 将成为传统中 重型车辆或工程机械的动力系统节能技术改造升级换
大学车辆工程专业,现从事汽车电子控制和流体传动与控制领域的研究。
代的主要技术手段。
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液压混合动力技术的核心是利用液压蓄能器的能 量暂存功能实现功率调峰和制动能的回收利用, 相比 电动混合动力系统, 其能量转换元件— ——液压泵/马达 与电动/发电机的效率相差无几(约 89%~93%)[4,5],但液 压蓄能器属于分子势能储能方式, 相比其它类型的储 能元件, 没有多次能源转换的循环效率和时间效应的 影响,具有功率密度大、污染小、效率高、使用寿命长、 装置简单、性能稳定可靠的特点[4,6~15]。 图 1、图 2 为当前 主要储能元件性能的比较。 图 3 表明了不同混合动力 系统在不同交通环境下的节能效果。
(1)混合动力系统的拓扑结构。 混合动力系统的拓扑结构主要有串联、 并联和混 联三种形式, 不同的结构形式其适应的工况范围各有 区别。 在混合动力系统中,动力耦合器负责把混合动力 系统的多个机械动力组合在一起, 它不仅能实现多动 力源间合理的功率分配并把动力传递给驱动桥, 也可 以把制动能传递给能量再生系统。 动力耦合器结构形 式决定着的系统的拓扑结构和系统的功能, 它在混合 动力系统开发中处于重要地位, 合理设计系统的拓扑 结构与耦合系统, 就能以最低的能量消耗获得良好的 动力性、经济性和排放性,以及良好的社会效益和经济 效益,对于提高整车综合性能具有重要意义。 (2)动力系统的参数匹配。 混合动力系统的主动力装置一般是内燃发动机, 参数匹配优化主要根据车辆的工况特点和混合动力系 统的拓扑结构,在保证整车动力性的前提下,依据最低 能耗为目标选择设计辅助动力系统的主要元件参数, 使辅助动力装置以最高的循环效能完成再生制动和功 率调峰功能。 对于一个拓扑结构确定的液压混合动力系统来 说, 如何选择液压系统的元件参数对汽车的燃油经济 性和整体性能有着直接的影响。 由于动力系统有多种 不同的组合方案,并且参数设计具有较大的自由度,因 此需要通过对混合动力车辆的实际工程约束条件、整 车性能设计指标及其与动力系统部件的相互影响进行 分析, 优化关键元件的匹配关系来提高车辆的整体性 能和燃油经济性。 (3)整车控制策略。 控制策略是指实现整车能量管理与动力系统控制 的算法简称,具有很强的针对性。 它根据驾驶员意图和 车辆的运行工况, 协调各部件间的能量流动合理进行 动力分配,以达到经济性、排放性和动力性的最优。 驱 动时能根据驾驶员的需求和液压马达驱动能力, 协调 主动力装置,保证液压动力在介入、工作与撤离过程中
2 液压混合动力系统工作原理
液压混合动力系统的辅助动力装置由能量转换元 件(液压泵/马达)和储能元件(液压蓄能器)组成,利用 液压蓄能器能量暂存特性和液压泵/马达可工作于四象 限的特点,对主动力装置(一般为热力发动机,下称发 动机)进行功率调峰和再生制动。 系统工作时,液压辅 助动力装置主动调节发动机工作于燃油经济性较高区 域,视情单独或与发动机一起输出动力;制动时,液压 泵/马达将制动能转换成液压能,储存在液压蓄能器中, 在随后的启动、加速或正常运行工况,制动过程中回收 的液压能通过液压马达释放出来, 辅助发动机或者单 独驱动车辆行驶 。 [6~7,16~23]
Hydraulics Pneumatics & Seals/No.2.2012 动力的平顺性和整车动力的连续可控性。 制动时能协 调再生制动与摩擦制动关系, 保证整车制动性能安定 性,避免再生制动过程中因天气原因、路面状况、制动 深度变化引起的制动跑偏、驱动轮抱死等危险。
控制策略是混合动力车辆的灵魂, 其核心是根据 传动系的结构和辅助能量源的瞬态工作特性进行合理 的功率分配。 控制效果的好坏直接影响混合动力车辆 的综合性能。 整车控制系统如同混合动力车辆的大脑, 负责指挥各个系统协调工作,以达到效率、排放和动力 性的最优,同时兼顾行驶的平顺性。 3.2 关键零部件技术
Hydraulics Pneumatics & Seals/No.2.2012
液压混合动力技术
罗念宁 1 张 健 2 姜继海 2
(1.哈尔滨工业大学汽车工程学院,山东威海 264209; 2.哈尔滨工业大学机电工程学院,黑龙江哈尔滨 150001)
摘 要:简要介绍了液压混合动力技术及其国内外研究概况,总结了液压混合动力系统的关键技术及其发展趋势;通过与电动混合动 力技术的对比分析,指出了液压混合动力技术的特点、适用的条件与应用范围。 关键词:液压混合动力;二次调节;静液传动 中图分类号:TH137.1 文献标识码:A 文章编号:1008-0813(2012)02-0081-04
0 前言
众所周知, 热力内燃机汽车的发展是现代工业技 术最重大成就之一, 汽车工业为现代社会的发展做出 了重大贡献。 然而,全球范围内不断恶化的能源和环境 问题已成为制约社会可持续发展的关键因素。 对于汽
车工业来说,经过近 200 年的发展,很难通过对传统汽 车技术的革新大幅提高其经济性和排放性,因此,发展 以清洁的、具有多元化结构的、可再生的能源为动力的 新能源汽车将成为汽车产业发展的主要方向 。 [1~3] 在尚 未找到安全、稳定和低成本的新型能源解决方案之前, 能够延缓能源消耗和降低污染排放的混合动力技术是
3 液压混合动力的关键技术
液压混合动力技术是以先进的计算机控制技术为 基础的, 集传统内燃机驱动技术与二次调节静液传动 技术于一身,涉及了机电工程、车辆工程、汽车电子控 制工程、流体传动与控制工程及系统工程等学科。 除了 与传统汽车的共性技术外, 液压混合动力汽车的关键 技术大致可以分为整车系统集成与关键零部件技术两 大类 。 [4~6,16~18] 3.1 整车系统集成关键技术
(2)运用“平谷抑峰”技术降低了对发动机储备功率 的需求,可减小整车装机功率,相对提高了的经济性。
(3) 运 用 主 动 调 节 技 术 稳 定 和 优 化 发 动 机 工 作 点 , 减少热机动态过程,减少了额外的油耗。
液压混合动力技术对改善车辆尾气排放的途径表 现在以下三个方面:
(1)混合动力汽车的经济性提高,直接降低了排放量。 (2)优化后的热机工作点,降低了污染物排放的强度。 (3) 热 机 动 态 过 程 相 对 稳 定 , 为 汽 车 排 放 的 后 处 理 降低了技术难度。
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