输出耦合功率分流液压混合动力系统控制策略

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Control Strategy on Output Coupled Power Split Hydraulic Hybrid Power SystemT0NG Meng .ZHAO Hui .Monika IVANTYSYNOVA(1.Colege of Machinery and Automation，Wuhan University of Science and Technology，W uhan Hubei 43008 1，China：2.Purdue University Maha Fluid Power Research Center，Lafayette 47905 IN.USA)Abstract：The fuel economy on vehicle can be improved by hydraulic hybrid power technology，and emission reduced. It hasgreat value on engineering application.The operational mode，characteristic of the power flow and control strategy of the output COU-pled power split transmission were studied. Further，on this basis，the structure and operational mode of the output coupled powersplit hydraulic hybrid power transmission system were analyzed，and a control strategy aiming at this kind of system was put forward。

These works provide reference for further study of the output coupled power split hydraulic hybrid power technology。

Keywords：Hydraulic hybrid power；Output coupled power split；Control strategy随着能源危机的加剧和环保问题日益严峻，对车辆燃油经济性和排放性能有极大提高和改善的混合动力传动技术逐渐引起了各国政府、研究机构及汽车制造商的高度重视，并得到越来越广泛的应用。

制动能再生技术为混合动力汽车的-项关键节能技术，与蓄电池、飞轮和超级电容等几种常用蓄能元件相比，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 。因此，液压混合动力技术得到日益广泛的关注。

目前，世界各国研究开发的混合动力汽车根据动力系统的连接方式不同，可以分为串联式、并联式、混联式3种组合方式 。国内科研机构对液压混合动力的研究主要集中在串联式和并联式，混联式技术则发展缓慢。

混联式液压混合动力也称功率分流液压混合动力，是串联式系统和并联式系统的综合。它体现了串联式和并联式系统的优点，功率分流机构的引入，使传动系统效率更高，可传递的功率也较大，并可实现系统的无级调速 。但相比于串联式和并联式系统，功率分流液压混合动力系统结构和控制系统都更加复杂。因此 ，功率分流液压混合动力系统工作模式的确定是对该类系统研究的基础，能量管理策略是对该系统研究的重点和难点。

功率分流液压混合动力传动系统是以功率分流传动系统为基础 ，通过加入液压蓄能器，实现制动能 回收和再利用。功率分流传动系统根据分流机构和汇流机构的不同有输出耦合和输入耦合等几种基本结构形， 文中主要以输出耦合功率分流液压混合动力系统为例展开研究。首先在第 1节中分析了输出耦合功率分流传动系统 (不含液压蓄能器，不存在能量的回收与再利用)的组成、工作模式、功率流及控制策略，并以此为基础，在第2节中进-步分析了输出耦合功率分流液压混合力传动系统的工作模式及控制策略。

收稿日期：2012-01-12基金项目：武汉科技大学绿色制造与节能减排中心开放基金资助项目 (B1006)作者简介：仝猛 (1985-)，男，硕士研究生，研究方向为液压混合动力系统设计。E-mail：tongbingqian###163.corn。

第3期 仝猛 等：输出耦合功率分流液压混合动力系统控制策略 ·49·1 输出耦合功率分流传动系统分析1.1 系统结构图1为输出耦合功率分流传动系统结构简图。图中液压元件 1和元件2分别为变排量液压泵/马达。发动机输出轴与行星排行星架相连，液压元件 1转轴与行星排齿圈相连，液压元件2转轴与行星排太阳轮相连，行星排太阳轮通过主减速器与车辆驱动轴相连 。

图中功率分流机构为内外啮合单行星排，功率汇流机构为固定轴齿轮，发动机输出功率被行星齿轮排分为两路，-路直接由机械轴传递，-路由液压系统传递，而后再由固定轴齿轮耦合传递至车辆驱动轴。

图1 功率分流传动系统结构简图1.2 单行星排工作模式分析输出耦合式功率分流传动系统中分流机构单行星排的结构如图2(a)所示，单行星排由太阳轮A、行星架B、齿圈c 3个元件组成，各元件之间的转速特性与转矩特性方程式如下 ：A-iotOc-(1-i0) B0- A l- -∞ r。 taB0- Z A： B： c1：(i0-1)：(-i0)式中： 、 、∞ 为行星排三元件旋转角速度，rad/s；、 为行星排三元件转矩，N/m；为行星排结构传动比；zA、zB、z 为行星排三元件齿数。

因行星排结构传动比i。为负值，可知太阳轮与齿圈转矩方向相同，行星架转矩方向与其相反。

单行星排三元件转速方 向可用图解法来确定 ，3个速度向量起点在同-条垂线上，终点可用直线连接 。如图2(b)所示。

C 齿圈行A太阳轮(a)单行星排结构简图 (b)单行星排三元件速度关系图2 单行星排结构与转向示意图现假设发动机转速确定，可知行星排行星架 B转速 确定，定义发动机转速为正，发动机输出转矩为正，即行星排行星架转速与输入转矩为正，功率通过行星架输入行星排。

根据车辆在不同工况下的行驶速度要求和行星排特性 ，分析行星排的工作模式如下 ：(1)车辆倒车行星排太阳轮与行星架转向相反，而齿圈与行星架转向相同。太阳轮转向与转矩同为负，转矩与转速方向相同，输入功率；而齿圈转速为正，转矩为负，转速与转矩方向相反，输出功率。

(2)车辆怠速太阳轮转速为零，无功率流；齿圈与行星架转向相同，齿圈转速与转矩方向相反，输出功率。

(3)车辆起步加速太阳轮转速由零逐渐增大，其转速与转矩方向相反，输出功率；而齿圈转速逐渐减小，其转速与转矩方向亦相反，输出功率。

(4)全机械工作点当车速增加到-个确定速度时，齿圈转速减小为零，无功率流。此时太阳轮依然输出功率，定义此时车速为全机械工作点速度 ( )。

(5)车辆正向加速车辆继续加速，太阳轮速度持续增加，直到太阳轮速度达到最大，此过程中太阳轮依然输出功率；而齿圈转速负方向增加，其转速与转矩方向相同，输入功率。

综上，输出耦合功率分流传动系统中单行星排的工作模式和三元件的转速、扭矩、功率流方向如表1所示。

表 1 单行星排三元件工作模式第3期 仝猛 等：输出耦合功率分流液压混合动力系统控制策略 ·51·合动力传动系统包含-个高压蓄能器和-个低压蓄能器。高低压蓄能器分别连接在油路 A和油路 B上。

图6 输出耦合功率分流液压混合动力传动系统结构简图为了提高效率，减少排量，要旧能地回收制动能量，用于驱动汽车起步加速。相比于输出耦合功率分流传动系统，输出耦合功率分流液压混合动力传动系统为了实现能量的回收和再利用，必须使用更复杂的控制策略，以实现系统更多的工作模式。 。

(1)车辆起步车辆起步过程发动机处于高油耗工况，如果采用蓄能器驱动车辆起步，当车速达到-定速度 ( )后，再关闭蓄能器由发动机驱动车辆，这样则可节省燃油，提高燃油利用率。在这种工作模式中高压蓄能器内压力必须保持在-定压力 (P )之上，以确保液压元件2能够输出足够大的转矩驱动汽车加速。在此工作模式下系统的功率流如图7所示。

图7 蓄能器驱动模式系统功率流图液压元件 1的排量由车速及高压蓄能器压力控制，即车速小于 高压蓄能器压力大于P。时液压元件 1的排量为零，发动机空转，由蓄能器驱动车辆。液压元件2的排量由期望车辆牵引力和高压蓄能器压力控制，以确保液压元件2能提供足够转矩。

(2)发动机驱动模式如果车辆以-定的速度行驶，或者加速过程中车速大于 或高压蓄能器压力小于P。时，蓄能器系统关闭，车辆完全由发动机驱动。此时，输出耦合功率分流液压混合动力传动系统与输出耦合功率分流传动系统工作模式和控制策略完全相同。

(3)再生制动模式在车辆刹车时，液压元件 2必须以泵模式工作，为驱动轴提供-个负转矩，液压元件 1的排量为零。

系统功率流如图8所示。从液压元件2流出的高压油将为高压蓄能器充能，实现对刹车能的回收、储存。

高压蓄能器充满后高压油将通过溢流阀流人低压蓄能器。此时没有能量传递至液压元件1或发动机〖虑到安全性能和车辆紧急制动的情况，系统应该加入附加制动器。

ut· - -图8 再生制动模式系统功率流综上所述，混合动力传动系统控制策略的关键问题是在不同车辆行驶工况下对两种动力源的选择。输出耦合功率分流液压混合动力传动系统以期望车速作为控制输入信号，并实时监控高压蓄能器的储能状态和实际车速，作为能源选择的依据。在起步加速时，若高压蓄能器内压力大于P ，用蓄能器驱动车辆。此时液压元件1排量为零，发动机空转。当蓄能器中压力小于P。或车速达到-定速度 ('/3。)时关闭蓄能器，由发动机驱动车辆，使用顺序控制策略，控制流程如图9(a)所示。车辆倒车时的控制策略与起步加速相同。车辆刹车时，可根据实际情况判断是否需要紧急制动。非紧急制动时采用能量再生制动，回收车辆动能储存于蓄能器中，紧急制动时采用摩擦制动器制动，控制流程如图9(b)所示。

(a)车辆起步控制流程 (b)车辆制动控制流程图9 输出耦合功率分流液压混合动力传动系统控制流程图3 总结以输出耦合功率分流传动系统为基础，分别分析了该传动系统在车辆倒车、怠速、起步加速、全机械工作点、正向加速等不同工况下的工作模式、功率流特性，提出了针对该系统的顺序控制策略。并以此为(下转第73页)第3期 张炎亮 等：基于GMC(1， )模型的多品种、小批量产品质量预测方法研究 -73·对 比图 1和图2发现 ：两个模型对前 5个数据的预测都较为准确，第6个数据预测值与原始值相差较大，但是 GM(1，1)模型的预测值与原始值的差距更大，第7和第8个数据GMC(1，2)预测值与原始值之间的差值较校如图3所示，GM(1，1)模型的预测精度曲线波动比GMC(1，2)大，证明GMC(1，2)模型的预测精度要比GM(1，1)高，预测效果好。

通过对比发现，传统的质量预测模型在没有考虑质量的影响因素的情况下，对质量的预测是不准确的，因为在-个系统中，每个事物都要受到周围其他事物或多或少的影响，要对其中-个进行研究分析，不能将它与其他的事物分割开，不然实用价值就比较校而GMC(1，2)将影响轴承内圈内径大小的影响因素考虑到模型中，增加了模型的复杂性，但是却提高了内径大小的预测精度，因此，对于多品种、小批量产品质量预测而言，是-个很好的预测模型。

4 结论在多品种、小批量的质量预测过程中，影响质量的因素很多，例如产品的生产环境、生产设备和工作人员工作技能及综合素质等，在进行质量预测时，不能仅考虑表征质量特征的原始数据对预测值的影响，还应该将影响因素综合考虑到预测模型中，使得预测值更具有实用价值。有鉴于此，作者尝试利用GMC(1，n)模型对多品种、小批量产品进行多质量指标的质量预测，结果表明：此方法在-定程度上提高了产品的预测精度，是行之有效的质量预测模型。但是，由于多品种、小批量制造工艺的复杂性以及生产过程的不确定性，影响产品质量的因素有很多，而如何将这些因素旧能全面综合地引入到预测模型，对产品质量进行更高精度的预测 ，尚需进-步研究 。