电动液压助力转向系统能耗分析与仿真

汽车节能已成为汽车技术发展的主题,而传统的发动机驱动助力转向系统已呈逐渐被取代趋势。首先基于MATLAB&Simulink建立了汽车电动液压助力转向系统(EHPS)的机械、液压模型进行仿真,并通过试验数据对其加以验证。在此基础上,研究了各主要参数在不同路况下的能耗变化规律,进而找到了对EHPS能耗起最大影响的关键参数。通过对关键参数敏感性的研究,提出了降低EHPS能耗的潜在方向,有利于进一步挖掘EHPS在较大轴荷乘用车、轻型商用车以及重型商用车领域仍有较大的应用潜质。     

可变助力液压转向系统

该文在分析了HPS和EHPS系统后提出了一种新型可变助力液压转向系统,即克服了HPS系统助力不可调、效率低、能耗大的问题,又克服了EHPS系统成本高的问题.     

EHPS系统助力特性温度补偿设计

EHPS系统在实际使用时会因为系统温度变化造成转向油黏度变化,从而引起方向盘手感的波动。在对EHPS系统的缝隙泄漏进行数学分析和AMESim热仿真分析的基础上,通过温度补偿的方法解决了EHPS系统的内部泄漏问题,并结合某电动车型参数设计了新的EHPS系统助力特性。为验证设计效果,在硬件在环仿真测试台上进行了试验,试验结果表明温度补偿可以有效提升EHPS系统性能并降低能耗水平。     

基于AMESim的EHPS系统的仿真及试验研究

基于AMESim软件建立了电动液压助力转向(EHPS)系统的仿真模型,制定控制策略、导入样机参数运行仿真,仿真结果证明该EHPS系统可使车辆低速行驶转向时转向轻便以及高速行驶转向时有合适的路感反馈。结合仿真结果,搭建试验台架并进行试验,证明台架试验与仿真结果一致。     

电动液压助力转向系统控制策略及其能耗分析

提出了一种运用中位闭式旋转控制阀的电动液压助力转向(EHPS)系统。设计了良好的控制策略以达到能耗最小及系统具有良好的助力跟随性。在没有转向操作时,液压泵和电机以极小的速度运作,且中位闭式旋转阀限制着液压油的流动,实现了能量的储存。当转向盘发生转动时,液压泵和电机以一定的转速运转,提供合适的液压油流量,以产生合适的助力大小。试验结果表明:提出的控制策略能达到预期效果;且与开式EHPS系统相比,闭式EHPS系统具有良好的节能性。     

电液复合转向系统能量优化分配方法研究

以新型电液复合转向系统(E-HHPS)为研究对象,对其复合助力模式下助力分配及能耗进行研究.建立E-HHPS动力学模型,根据典型工况下所需的助力力矩数据,以系统最低能耗为控制目标,设计电液复合转向系统双执行机构最佳分配比动态求解方法.仿真结果表明,该方法能够有效降低转向系统能耗.     

七轴全地面起重机电液助力转向系统能耗分析

针对七轴全地面起重机电液助力转向系统能耗高的问题,在考虑了油源因素对多轴转向系统能耗和效率影响的基础上,对起重机多轴转向系统的能耗特性进行了研究。首先,建立了起重机单轴转向系统能耗模型,并基于Ackerman定理,分析了多轴转向系统中各转向轴的转角关系,从而建立起了其多轴转向系统能耗模型;然后,设计了一种包含转向信息的新型能耗测试循环系统,并通过仿真的方式,分析了泵源压力和转向模式对行驶工况下多轴转向系统的能耗影响规律;最后,提出了一种适用于起重机多轴转向系统的多级压力源切换转向节能方案。研究结果表明：泵源压力和转向模式的选取对起重机多轴转向系统能耗有直接的影响;根据设计的多级压力源切换转向节能方案,各轴可实现随负载和转向模式的变化进行分级调压,从而可以实现多轴转向系统的节能,并为其他一源多驱液压系统的节能优化提供一定的借鉴依据。     

汽车EHPS系统助力特性曲线的改进与研究

汽车转向系统是决定汽车行驶状况的关键因素之一,与汽车的操作稳定性密切相关,其助力特性直接影响到汽车的安全性和舒适性。介绍了电动液压助力转向(EHPS)系统的结构原理,通过对汽车转向系统的分析建立了EHPS系统仿真模型。对常见的直线型、折线型和曲线型助力特性曲线进行了对比分析,从而对折线型助力特性曲线的不足进行了改进,给出了改进后曲线的函数表达式。通过仿真,对比改进前后的特性可知改进后的曲线更理想,理论上验证了这种改进方法的可行性。     

电动液压助力转向系统仿真及试验研究

通过对电动液压助力转向系统EHPS的研究,建立了系统主要模块的数学模型,并基于AMESim软件平台构建了EHPS系统的仿真模型.在Matlab/Simulink中设计了模糊PID控制器,通过创建S函数实现AMESim和Simulink接口互连,从而进行联合仿真.整车数学模型可根据车速和方向盘转角实时模拟汽车的转向阻力,解决了以弹簧模拟导致精度较差的问题.仿真和试验结果表明.EHPS系统能根据车速和方向盘角速度实时改变转向助力,实现了低速时转向轻便、高速时转向稳定的要求,提高了路感,同时系统的响应性好,为EHPS产品开发提供了理论和试验的依据.     

可变助力液压转向系统试验台架的设计

该设计源于对传统液压助力转向系统的改进,该系统既克服了HPS系统助力不可调、效率低、能耗大的问题,又克服了EHPS系统成本高的问题.同时该试验台可应用于汽车专业的教学,使学生对汽车技术、液压技术、单片机控制技术的综合应用有一个实用的学习平台.     

气动应变能蓄能器充放气动态特性仿真与实验分析

气动应变能蓄能器是一种能量储存与供给装置,充气膨胀时以拉伸橡胶材料的应变能和压缩空气能的形式储存能量。影响储能的因素主要是橡胶材料的应变和装置内气体的压力。基于有限元分析软件,采用流固耦合方法模拟橡胶气囊充放气过程,获得不同充气流量、橡胶气囊壁厚、刚性护罩内径下橡胶气囊的膨胀压力、膨胀体积和储能特性。最后,基于所搭建的应变能蓄能器充放气试验台,进行了不同工况下蓄能器的压力和能量性能测试。结果表明,该蓄能器特性仿真分析方法是有效和正确的,为指导气动应变能蓄能器定量设计奠定了良好的基础。     

基于平衡油缸的势能液压式存储和再利用研究

为提高液压挖掘机的能量使用效率, 提出了一种基于平衡油缸的势能液压式存储和再利用系统。分析了平衡系统的工作原理, 通过建立平衡系统的动臂下降速度控制数学模型, 分析了平衡单元的加入对液压固有频率和阻尼比的影响。建立了系统的AMESim仿真模型, 分析了不同的管道容腔体积、蓄能器充气压力和蓄能器体积对动臂下降速度稳定性及动态响应特性的影响, 从而确定平衡单元关键参数的合理取值范围;以某型号1.5 t型的挖掘机为研究对象, 搭建了动臂势能回收试验平台, 验证平衡系统的节能效率。结果表明:该方案在标准工况下的节能效率为21%, 能量回收效率为58.2%。     

液电混合驱动轮式挖掘机行走系统特性分析

轮式挖掘机行走时,行驶速度变化频繁,负载的剧烈变化导致发动机效率低下;制动时动能由机械制动器消耗,大量机械能转化为热能,能量损失严重。为此,提出液电混合驱动轮式挖掘机行走系统,采用高能效的伺服电机控制行走速度,液压泵/马达与蓄能器组合,回收制动动能,并在加速等大功率工况辅助电机驱动行走系统。对系统的工作原理进行参数设计,制定驱动与制动控制策略,建立原机行走系统与所提系统的多学科联合仿真模型,进行仿真分析。结果表明：相同工况下,与原机行走系统相比,液电混合驱动行走系统能耗降低了56.5%,高效回收了制动动能。     

液气储能双缸驱动大型液压挖掘机动臂节能特性研究

液压挖掘机工作过程中存在大量的重力势能浪费,严重影响整机能效并造成大的排放污染。针对双液压缸驱动动臂的大型液压挖掘机,提出采用双液气储能液压缸驱动液压挖掘机动臂、集成驱动与势能回收一体化原理,降低机器作业能耗和排放。将原双腔液压缸改为集成有储能腔的三腔液压缸,储能腔与液压蓄能器直接连通,通过液压蓄能器初始充液压力平衡工作装置自重,直接回收利用工作装置重力势能。根据36 t大型液压挖掘机作业特点和重力势能变化情况,设计出液压缸和液压蓄能器的参数。进一步建立数字化样机,通过对液气储能驱动系统进行仿真研究,对液压泵输出流量和控制阀的阀口参数重新匹配,修改了与回转复合动作的合流控制策略,并初步验证了液气储能驱动系统的节能效果。在此基础上构建了试验样机,90°标准装车作业循环测试表明,与同型号液压挖掘机相比,在满足同样挖掘力的情况下,整机工作效率提升20.7%,燃油消耗降低17.1%,如按每天作业8 h计算,单台车每天可节约燃油达47 L,减少二氧化碳排放123.6 kg。     

新型混合动力液压挖掘机的能量再生系统研究

尽管在混合动力液压挖掘机中采用液压马达和发电机的传统能量再生系统(ERS)能够再生部分能量,但对要求其拥有大功率的电机和发电动机且再生能量的时间较短。结合电动液压蓄能器的优点,分析了新型电动助力转向器的结构,并提出了一种液压蓄能器工作压强设定方法。为了避免额外能耗、噪声和冲击压强,给出了一种两级压强阈值约束方法,介绍了动臂下降时控制臂架速度,以及臂架停止下落时回收效率的控制策略,建立了具有ERS的混合动力挖掘机实验平台,研究了ERS对能量转换效率和控制性能的影响。实验结果表明,所提出的ERS比传统的ERS具有更好的动臂速度控制性能,当动臂下降时,总势能的45%可以再生,并且发电机和液压马达的功率水平可以降低60%。     

民航运输机蓄压器刹车系统建模与故障仿真研究

蓄压器刹车是民用运输机在主液压系统失效以后唯一的刹车形式,为保证飞机着陆的安全起着至关重要的作用。研究蓄压器刹车系统的工作过程,即主液压系统失效后踩刹车时由蓄压器提供刹车液压油至刹车作动筒进行刹车,并进行了蓄压器刹车过程理论计算。利用AMESim建立蓄压器刹车系统模型,模拟在充压和释压过程中的蓄压器工作过程和蓄压器存储的可用油量。根据AMESim仿真模型分析了蓄压器刹车系统在气穴和漏油情况下的工作特点,得出不同情况下蓄压器刹车的有效刹车次数,为民航运输机蓄压器刹车系统的维护提供技术支持,也为保障飞行安全提供技术支持。     

高低压蓄能器在回转泵控液压系统中应用及仿真

为了提高挖掘机回转系统的运行稳定性,通过引入高低压蓄能器的方式提出了一种回转泵控液压系统,通过相互协同的方式来实现泵控过程,并在Simulink 平台开展了仿真分析。结果表明:单蓄能器和双蓄能器在各运动阶段和泵输出功率基本一致,形成了相同的能量释放与保持特性。相对于单蓄能器,双蓄能器回转系统缩短了约0.5 s的制动时间。高压蓄能器形成较小的油液充放范围,但能够达到较高压力,同时低压蓄能器起到弥补高压蓄能器体积偏小问题。减速制动时,高压蓄能器升高到最大压力后高低压蓄能器开始回收能量,可以更加高效回收能量,显著缩短制动时间。该系统的液压系统设计具有能量回收以及系统自动补油的功能,表现出很好的节能高效性能,对提高挖掘机液压系统运行效率具有一定的理论意义。     

基于二次调节技术的旋挖钻机节能研究

旋挖钻机钻杆升降系统作业频繁且能耗高,其卷扬系统一般采用带平衡阀的液压马达驱动,钻杆下降时在平衡阀的节流作用下钻杆大部分的重力势能转化为液压油的热能,为此,提出了利用带二次调节的泵／马达配合蓄能器进行钻杆下放的能量回收,同时在提升钻杆时从蓄能器释放能量的二次调节系统。建立了二次调节系统模型,采用基于主轴转速反馈的PID控制算法,对系统的动态性能进行了仿真,并且建立了蓄能器能量回收数学模型,根据仿真的数据获得了蓄能器的能量回收率和释放率。研究表明,闭环控制系统响应迅速,运行稳定。     

Hydraulic Accumulator-Motor-Generator Energy Regeneration System for a Hybrid Hydraulic Excavator

Though the traditional energy regeneration system(ERS) which used a hydraulic motor and a generator in hybrid excavators can regenerate part of the energy, the power of the motor and the generator should be larger and the time for regenerating energy is so short. At first, the structure of new ERS that combines the advantages of an electric and hydraulic accumulator is analyzed. The energy can be converted into both the electric energy and the hydraulic energy at the lowering of the boom and the generator can still works when the boom stops going down. Then, a method how to set the working pressure of the hydraulic accumulator is proposed. To avoid the excess loss, extra noise and shock pressure, a two-level pressure threshold method that the generator starts to work at the rising edge of the high pressure threshold and stops working at the falling edge of the low pressure threshold is presented to characterize the working mode of the generator. The control strategies on how to control the boom velocity at the lowering of the boom and how to improve the recovery efficiency when the boom stops going down are presented. The test bench of hybrid excavator with ERS is constructed, with which the studies on the influences of ERS on energy conversion efficiency and control performance are carried out. Experimental results show that the proposed ERS features better speed control performance of the boom than traditional ERS. It is also observed that an estimated 45% of the total potential energy could be regenerated at the lowering of the boom in the proposed ERS, and the power level of the generator and the hydraulic motor could be reduced by 60%. Hence, the proposed ERS has obvious advantages over the traditional ERS on the improvement of energy regeneration time, energy efficiency, control performance and economy.