曾小華+李廣含+宋大鳳+李勝+李高志+李連強(qiáng)

摘 要：在傳統(tǒng)后驅(qū)重型車(chē)輛傳動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，加入液壓泵、輪轂液壓馬達(dá)、蓄能器等裝置形成一種輪轂液壓混合動(dòng)力系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)基于蓄能器的輔助驅(qū)動(dòng)和再生制動(dòng)功能.首先，基于整車(chē)最佳滑轉(zhuǎn)效率目標(biāo)設(shè)計(jì)蓄能器放液閥流量控制器，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛前后輪驅(qū)動(dòng)力協(xié)調(diào)控制；其次，根據(jù)加速踏板開(kāi)度、制動(dòng)踏板開(kāi)度、蓄能器壓力等反饋信號(hào)進(jìn)行綜合判斷，制定車(chē)輛各模式切換規(guī)則，集成整車(chē)輔助驅(qū)動(dòng)與再生制動(dòng)控制算法；最后，利用MATLAB/Simulink與AMESim聯(lián)合仿真平臺(tái)，利用實(shí)車(chē)試驗(yàn)工況數(shù)據(jù)作為仿真輸入，驗(yàn)證控制算法有效性并分析系統(tǒng)性能.結(jié)果顯示，該輪轂液壓混合動(dòng)力系統(tǒng)各工作模式可以實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)切換，車(chē)輛的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性明顯提高，與原傳統(tǒng)重型車(chē)相比節(jié)油率達(dá)到10.5%，同時(shí)在不同附著路面車(chē)輛爬坡度提升10%～40%.

關(guān)鍵詞：車(chē)輛工程；輔助驅(qū)動(dòng)；再生制動(dòng)；輪轂液驅(qū)系統(tǒng)；節(jié)能減排

中圖分類(lèi)號(hào)：U469. 7 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

Control and Simulation of Auxiliary Drive and Regenerative Brakefor Hydraulic Hub-motor Hybrid System

ZENG Xiaohua1，LI Guanghan1，SONG Dafeng1，LI Sheng2，LI Gaozhi1，LI Lianqiang2

（1. State Key Laboratory of Automotive Simulation and Control，Jilin University，Changchun 130025，China；

2. FAW Jiefang Automotive Co，Ltd，Qingdao 266043，China）

Abstract：By adding a hydraulic variable pump，two hub motors and an accumulator to a traditional rear-drive heavy vehicle，a new hydraulic hub-motor hybrid system was built，and the auxiliary drive and regenerative braking can be realized based on accumulator. Firstly，the flow controller of accumulator bleeder valve was designed based on the vehicle optimum slip efficiency to achieve coordinating control of vehicle driving force. And then，according to synthetic judgment of the feedback signals for the opening of the accelerator pedal，the opening of the brake pedal and the accumulator pressure，the driving and braking mode switching rules were divided. Moreover，the auxiliary driving and regenerative braking control strategy was developed. Finally，the control algorithm was simulated at the test driving cycle of prototype vehicle by co-simulation platform of MATLAB/Simulink and AMESim. According to the simulation results at the test driving cycle of prototype vehicle，the coordinated switch of operation mode was realized，and the vehicle power performance and fuel economy were obviously improved. Compared with the traditional trucks，the ratio of oil saving is up to 10.5%，and the maximum grade ability is increased by 10%～40% at different adhesion coefficient road.

Key words：vehicle engineering； auxiliary drive； regenerative brake； hydraulic hub-motor hybrid system； energy conservation

重型商用車(chē)輛行駛工況復(fù)雜，在低附著壞路面或較大坡度路面行駛時(shí)，常出現(xiàn)牽引能力不足問(wèn)題[1]；另外在頻繁制動(dòng)和下長(zhǎng)坡時(shí)，制動(dòng)器磨損嚴(yán)重，且車(chē)輛制動(dòng)能量不能被回收再利用，導(dǎo)致能量浪費(fèi)以及燃油經(jīng)濟(jì)性差的問(wèn)題[2].基于此，文中提出通過(guò)添加液壓泵、蓄能器、液壓輪轂馬達(dá)、控制單元等元件構(gòu)成一特殊輪轂液驅(qū)混合動(dòng)力系統(tǒng)[3]，不僅能回收車(chē)輛在頻繁制動(dòng)和下長(zhǎng)坡時(shí)的部分動(dòng)能，減少制動(dòng)器的磨損，還可以在車(chē)輛需要瞬時(shí)加速或爬坡時(shí)，通過(guò)釋放蓄能器能量實(shí)現(xiàn)動(dòng)力提升，由此達(dá)到節(jié)能和提升動(dòng)力性?xún)芍啬康?

近年來(lái)此類(lèi)重型車(chē)輛輪轂液驅(qū)混合動(dòng)力技術(shù)發(fā)展迅速，德國(guó)、法國(guó)等已經(jīng)取得了較大發(fā)展和應(yīng)用，比如博世力士樂(lè)液力牽引輔助系統(tǒng)[4]，法國(guó)波克蘭靜液壓輔助驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)[5]等.而國(guó)內(nèi)研究多圍繞串聯(lián)以及并聯(lián)構(gòu)型液驅(qū)混合動(dòng)力系統(tǒng)展開(kāi)，南京理工大學(xué)易綱等人[6]研究了液壓混合動(dòng)力車(chē)輛的控制方法與能量管理策略；文獻(xiàn)[7-8]提出不同結(jié)構(gòu)形式的液壓混合動(dòng)力車(chē)輛控制策略.文獻(xiàn)[9-11]則針對(duì)輪轂液壓輔助驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)展開(kāi)了相關(guān)研究，但尚未實(shí)現(xiàn)輔助驅(qū)動(dòng)與再生制動(dòng)的集成控制.endprint

文中基于作者前期輪轂液驅(qū)系統(tǒng)輔助驅(qū)動(dòng)控制的研究[9-11]，針對(duì)加裝蓄能器的輪轂液驅(qū)混合動(dòng)力系統(tǒng)方案，開(kāi)展蓄能器輔助驅(qū)動(dòng)與再生制動(dòng)集成控制研究，設(shè)計(jì)蓄能器放液閥流量控制器實(shí)現(xiàn)前后輪驅(qū)動(dòng)力協(xié)調(diào)，并通過(guò)MATLAB/Simulink和AMESim軟件平臺(tái)建立控制算法模型、車(chē)輛機(jī)械系統(tǒng)以及液壓系統(tǒng)模型，利用實(shí)車(chē)試驗(yàn)工況數(shù)據(jù)作為輸入進(jìn)行聯(lián)合仿真，驗(yàn)證算法有效性，并分析采用該輪轂液驅(qū)混合動(dòng)力系統(tǒng)方案的車(chē)輛動(dòng)力性與燃油經(jīng)濟(jì)性.

1 系統(tǒng)構(gòu)型方案

所提出的輪轂液驅(qū)混合動(dòng)力系統(tǒng)構(gòu)型方案，如圖1所示，基于傳統(tǒng)后驅(qū)重型車(chē)輛，添加液壓變量泵、輪轂液壓馬達(dá)、蓄能器、液壓控制閥組等元件.其中，液壓變量泵與補(bǔ)油泵同軸，通過(guò)萬(wàn)向節(jié)連接發(fā)動(dòng)機(jī)后端飛輪處的取力器輸出端與液壓泵的輸入端，帶動(dòng)補(bǔ)油泵從油箱吸油，并給變量泵供油，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)變量泵對(duì)蓄能器充液；為避免變量泵吸油口出現(xiàn)真空，變量泵的排量設(shè)置不大于補(bǔ)油泵的排量（本系統(tǒng)補(bǔ)油泵最大排量為22 cm3/r）.

當(dāng)車(chē)輛在低附著壞路面條件下行駛時(shí)，駕駛員可以通過(guò)泵助力開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)泵-馬達(dá)閉式液壓回路輔助驅(qū)動(dòng)；在高附著路面行駛或者短行程爬坡時(shí)，則可通過(guò)蓄能器助力開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)蓄能器-馬達(dá)開(kāi)式液壓回路輔助驅(qū)動(dòng)功能；同時(shí)當(dāng)車(chē)輛頻繁起?；蛑苿?dòng)時(shí)，除了傳統(tǒng)摩擦制動(dòng)外，車(chē)輛后軸傳動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)變量泵對(duì)蓄能器充能，可實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)功能.

2 蓄能器放液閥流量控制器設(shè)計(jì)

蓄能器輔助驅(qū)動(dòng)時(shí)，前輪由液壓輪轂馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，中后輪則由發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)機(jī)械路徑輸出的動(dòng)力驅(qū)動(dòng).為實(shí)現(xiàn)整車(chē)前后輪驅(qū)動(dòng)力協(xié)調(diào)，必須合理控制蓄能器放液閥的流量.根據(jù)地面車(chē)輛理論[12]，若車(chē)輛前、后輪的尺寸相同，則當(dāng)前、后輪的轉(zhuǎn)速相等時(shí)，車(chē)輛牽引效率最高.基于此，文中采用前輪輪速跟隨后輪輪速的控制策略，根據(jù)車(chē)輛牽引效率最優(yōu)控制目標(biāo)，完成蓄能器放液閥流量控制器設(shè)計(jì).

2.1 放液閥目標(biāo)流量計(jì)算

分別安裝于前軸左右車(chē)輪的兩個(gè)液壓輪轂馬達(dá)屬于定量馬達(dá)，其流量滿(mǎn)足式（1）：

Qm=2·Vm·nm·ηvm1000（1）

式中：Vm為液壓馬達(dá)的排量，cm3/r；nm為液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，r/min；ηvm為液壓馬達(dá)的容積效率.

基于前輪輪速跟隨后輪輪速的控制思想，如果系統(tǒng)中后輪轉(zhuǎn)速為nr，那么前輪輪轂馬達(dá)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速如式（2）所示：

nm=nr（2）

根據(jù)流量連續(xù)性方程，蓄能器輸出流量以及放液閥流量滿(mǎn)足式（3）：

Qa=Qs=Qm（3）

式中，Qa為蓄能器的輸出流量；Qs為蓄能器放液閥流量.

結(jié)合式（1）～式（3），計(jì)算放液閥目標(biāo)流量如式（4）所示.

Qs=2·Vm·nr·ηvm1000（4）

由于本系統(tǒng)放液閥的最大流量為160 L/min，得到對(duì)應(yīng)馬達(dá)最大轉(zhuǎn)速為76.7 r/min，對(duì)應(yīng)的最大車(chē)速為15.73 km/h，因此蓄能器助力只適用于低擋位，用于低速助力，增大牽引力以提高通過(guò)性.

2.2 蓄能器放液閥流量控制器設(shè)計(jì)

根據(jù)式（4），蓄能器放液閥流量與車(chē)速有關(guān)，而放液閥的電流-流量特性如圖2所示.因此，在不同車(chē)速下，根據(jù)放液閥的目標(biāo)流量值即可通過(guò)查表法確定放液閥電流信號(hào)靜態(tài)控制目標(biāo).

但由于液壓系統(tǒng)本身強(qiáng)非線(xiàn)性、參數(shù)時(shí)變的特點(diǎn)以及液壓蓄能器、放液閥等液壓元件不同的響應(yīng)特性[13]，僅通過(guò)目標(biāo)電流靜態(tài)計(jì)算值進(jìn)行開(kāi)環(huán)控制難以保證動(dòng)態(tài)控制品質(zhì).基于此，文中通過(guò)前饋+反饋的控制思想設(shè)計(jì)蓄能器放液閥的流量控制器，如圖3所示，采用雙閉環(huán)調(diào)節(jié)器，外環(huán)路通過(guò)PI控制器修正由于前后輪轉(zhuǎn)速誤差導(dǎo)致目標(biāo)流量計(jì)算不精確問(wèn)題；內(nèi)環(huán)路給出放液閥電流控制信號(hào)，其中，內(nèi)環(huán)路前饋控制通過(guò)靜態(tài)查表方式得到放液閥電流信號(hào)目標(biāo)控制量，反饋控制則通過(guò)模糊邏輯控制方法動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)波動(dòng)產(chǎn)生的控制誤差.

模糊控制是將放液閥實(shí)際流量與目標(biāo)控制流量的誤差與誤差變化率轉(zhuǎn)化為輸入模糊量，并設(shè)計(jì)模糊控制器的推理規(guī)則，輸出與輸入相對(duì)應(yīng)的輸出模糊量，最后按照既定規(guī)則輸出精確值.

3 整車(chē)控制策略

3.1 整車(chē)工作模式劃分

相比傳統(tǒng)重型商用車(chē)輛，文中所研究的輪轂液壓混合動(dòng)力系統(tǒng)提升車(chē)輛動(dòng)力性與燃油經(jīng)濟(jì)性主要有以下途徑：

1） 通過(guò)泵-馬達(dá)閉式回路輔助驅(qū)動(dòng)以及蓄能器-馬達(dá)開(kāi)式回路輔助驅(qū)動(dòng)功能，實(shí)現(xiàn)分時(shí)全輪驅(qū)動(dòng)，提高車(chē)輛通過(guò)性與動(dòng)力性；

2）通過(guò)在蓄能器-馬達(dá)開(kāi)式回路輔助驅(qū)動(dòng)模式下，主動(dòng)控制蓄能器充、放能，調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)盡可能工作于高效率區(qū)間，提升燃油經(jīng)濟(jì)性；

3）通過(guò)蓄能器再生制動(dòng)回收部分車(chē)輛制動(dòng)動(dòng)能，提升車(chē)輛燃油經(jīng)濟(jì)性.

基于此，建立該輪轂液壓混合動(dòng)力系統(tǒng)整車(chē)控制策略，包括輔助驅(qū)動(dòng)策略及再生制動(dòng)策略.首先劃分基本工作模式，如表1所示.

3.2 輔助驅(qū)動(dòng)控制算法

劃分車(chē)輛驅(qū)動(dòng)工作模式包括：傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)模式、主動(dòng)充能模式、蓄能器-馬達(dá)輔助驅(qū)動(dòng)模式以及泵-馬達(dá)輔助驅(qū)動(dòng)模式.文中重點(diǎn)研究蓄能器輔助驅(qū)動(dòng)與再生制動(dòng)控制功能，計(jì)算仿真過(guò)程中設(shè)定泵助力開(kāi)關(guān)始終處于關(guān)閉狀態(tài)，因此所描述的控制算法不涉及泵-馬達(dá)助力模式.

所建立的蓄能器輔助驅(qū)動(dòng)控制算法，如圖4所示.為盡可能提高車(chē)輛燃油經(jīng)濟(jì)性，文中采取發(fā)動(dòng)機(jī)最優(yōu)控制思想，依據(jù)駕駛員需求轉(zhuǎn)矩以及蓄能器當(dāng)前壓力狀態(tài)，對(duì)整車(chē)工作模式進(jìn)行判斷.根據(jù)圖4，當(dāng)車(chē)輛制動(dòng)踏板開(kāi)度小于設(shè)定閾值Xa，加速踏板開(kāi)度大于設(shè)定閾值Xo時(shí)，進(jìn)入輔助驅(qū)動(dòng)切換模式判斷.

1）若蓄能器壓力不小于其主動(dòng)充能壓力P2，且車(chē)輛需求轉(zhuǎn)矩不高于此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)高效區(qū)轉(zhuǎn)矩，系統(tǒng)進(jìn)入傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)模式，整車(chē)由發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力行駛；否則進(jìn)入蓄能器輔助驅(qū)動(dòng)模式.

2）當(dāng)蓄能器壓力低于最低工作壓力P1時(shí)，若整車(chē)需求扭矩不高于發(fā)動(dòng)機(jī)高效區(qū)所能提供的轉(zhuǎn)矩，系統(tǒng)進(jìn)入主動(dòng)充能模式，此時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)一部分動(dòng)力用于滿(mǎn)足整車(chē)行駛需求，剩余動(dòng)力帶動(dòng)液壓泵工作，為液壓蓄能器主動(dòng)充能；否則進(jìn)入傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)模式.endprint

3）若蓄能器壓力處于P1和P2之間，且整車(chē)需求不大于發(fā)動(dòng)機(jī)高效工作區(qū)所能提供的轉(zhuǎn)矩，則系統(tǒng)進(jìn)入主動(dòng)充能模式；否則進(jìn)入蓄能器輔助驅(qū)動(dòng)模式.

3.3 輔助制動(dòng)控制算法

系統(tǒng)輔助制動(dòng)控制首先依據(jù)制動(dòng)踏板開(kāi)度值和制動(dòng)踏板開(kāi)度變化率識(shí)別駕駛員制動(dòng)意圖.當(dāng)制動(dòng)踏板開(kāi)度小于踏板行程標(biāo)定值Xbr（15%）時(shí)，為防止踏板抖動(dòng)和駕駛員誤碰制動(dòng)踏板，車(chē)輛不制動(dòng)；當(dāng)制動(dòng)踏板開(kāi)度高于該值時(shí)，判定駕駛員存在制動(dòng)需求，并依據(jù)模糊邏輯算法實(shí)現(xiàn)制動(dòng)模式識(shí)別：根據(jù)不同制動(dòng)工況對(duì)應(yīng)的制動(dòng)踏板開(kāi)度以及開(kāi)度變化率范圍（表2），確定識(shí)別參數(shù)的隸屬度函數(shù)；不同的識(shí)別參數(shù)組合對(duì)應(yīng)的車(chē)輛制動(dòng)模式，即模糊推理規(guī)則，如表3所示.

根據(jù)表3，當(dāng)制動(dòng)踏板開(kāi)度小于踏板空行程時(shí)，車(chē)輛進(jìn)入純?cè)偕苿?dòng)模式；當(dāng)踏板開(kāi)度處于較大范圍時(shí)，車(chē)輛進(jìn)入緊急制動(dòng)模式；當(dāng)制動(dòng)踏板開(kāi)度處于中等范圍時(shí)，則車(chē)輛制動(dòng)模式應(yīng)結(jié)合開(kāi)度變化率進(jìn)行綜合判斷.

基于上述方法實(shí)現(xiàn)車(chē)輛制動(dòng)模式識(shí)別，并建立相應(yīng)的制動(dòng)力矩分配策略，如圖5所示.首先，根據(jù)實(shí)際制動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)，當(dāng)制動(dòng)踏板開(kāi)度小于達(dá)到再生制動(dòng)開(kāi)度門(mén)限閾值Xbr（15%）時(shí)，無(wú)車(chē)輛制動(dòng)力；當(dāng)制動(dòng)踏板開(kāi)度高于15%情況下，控制器根據(jù)上述模糊識(shí)別算法判斷車(chē)輛制動(dòng)模式：

1）當(dāng)制動(dòng)踏板開(kāi)度值較小時(shí)，為純?cè)偕苿?dòng)模式，此時(shí)后軸動(dòng)能經(jīng)由機(jī)械路徑傳遞至發(fā)動(dòng)機(jī)取力器輸出軸，帶動(dòng)補(bǔ)油泵從油箱吸油給變量泵供油，并對(duì)蓄能器充液產(chǎn)生再生制動(dòng)力，無(wú)氣壓制動(dòng)力.

2）當(dāng)制動(dòng)踏板開(kāi)度值為中等大小且制動(dòng)踏板開(kāi)度變化率不大的情況下，為中等強(qiáng)度制動(dòng)模式，后軸再生制動(dòng)力與氣壓制動(dòng)力共同起作用.

3）當(dāng)制動(dòng)踏板開(kāi)度值較大或制動(dòng)踏板開(kāi)度值為中等大小且制動(dòng)踏板開(kāi)度變化率較大的情況下，為緊急制動(dòng)模式，無(wú)再生制動(dòng)力，只有氣壓制動(dòng)力起作用.

4 系統(tǒng)建模與仿真分析

4.1 模型搭建

在MATLAB/Simulink環(huán)境下建立整車(chē)機(jī)械傳動(dòng)與控制系統(tǒng)模型，在控制系統(tǒng)模型中集成蓄能器輔助驅(qū)動(dòng)與輔助制動(dòng)控制算法，同時(shí)在AMESim中建立液壓傳動(dòng)系統(tǒng)模型，進(jìn)行聯(lián)合仿真驗(yàn)證蓄能器輔助驅(qū)動(dòng)與再生制動(dòng)算法有效性，并分析車(chē)輛動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性，如圖6和圖7所示.

4.2 整車(chē)及液壓系統(tǒng)參數(shù)

所研究的輪轂液壓混合動(dòng)力卡車(chē)整車(chē)基本參數(shù)與液壓系統(tǒng)元件參數(shù)如表4與表5所示.

4.3 動(dòng)力性仿真分析

所研究的重型商用車(chē)平均行駛車(chē)速較低，因此動(dòng)力性仿真以爬坡度作為蓄能器輔助驅(qū)動(dòng)時(shí)整車(chē)動(dòng)力性評(píng)價(jià)指標(biāo).仿真工況選取20 m坡道作為蓄能器助力爬坡行程目標(biāo)，對(duì)比分析車(chē)輛在不同附著系數(shù)路面的爬坡能力.

不同路面條件下，車(chē)輛在蓄能器助力模式（Accumulator Assist Drive Mode，AADM）以及無(wú)助力模式的仿真結(jié)果，如圖8所示.可以看出，有蓄能器助力時(shí)，不同附著條件下爬坡度可提高10%～40%，車(chē)輛動(dòng)力性明顯提高；同時(shí)隨著路面附著系數(shù)增大，車(chē)輛的爬坡度提高量逐漸減小.

此外，車(chē)輛爬坡過(guò)程中，由于蓄能器放能壓力逐漸減小到最低工作壓力，爬坡車(chē)速逐漸減小.車(chē)輛靜止前，蓄能器輔助驅(qū)動(dòng)車(chē)輛通過(guò)最大坡度道路，輔助驅(qū)動(dòng)通過(guò)行程用時(shí)均較短，如表6所示.因此，蓄能器更適合于短行程內(nèi)短時(shí)輔助驅(qū)動(dòng)車(chē)輛爬陡坡，以增強(qiáng)重型車(chē)輛在某些極端路面的通過(guò)性.

4.4 實(shí)車(chē)工況下經(jīng)濟(jì)性仿真分析

4.4.1 實(shí)際樣車(chē)工況提取

重型商用車(chē)輛常行駛于坡道、冰雪路面等復(fù)雜工況，而目前針對(duì)商用車(chē)仿真常用的標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)工況（C-WTVC等）僅包含車(chē)速、加速度等信息，難以反映商用車(chē)真實(shí)路況.為了更好驗(yàn)證該系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性能，通過(guò)實(shí)車(chē)試驗(yàn)采集車(chē)輛真實(shí)運(yùn)行工況信息作為仿真輸入，如圖9所示，所提取的實(shí)車(chē)運(yùn)行工況為實(shí)車(chē)滿(mǎn)載狀態(tài)下，進(jìn)行有坡度路面路試的實(shí)際工況，包含1 030 s的車(chē)速歷程和坡度值，總行駛里程3 778.8 m.

4.4.2 傳統(tǒng)車(chē)實(shí)車(chē)工況仿真

車(chē)輛僅在傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)模式下進(jìn)行實(shí)車(chē)工況仿真，結(jié)果如圖10所示.仿真過(guò)程車(chē)輛車(chē)速可跟隨上實(shí)車(chē)循環(huán)工況車(chē)速，液壓系統(tǒng)不工作.仿真結(jié)束發(fā)動(dòng)機(jī)總油耗為2 900.7 g，計(jì)算百公里油耗為91.3 L/（100 km）.

4.4.3 液壓混合動(dòng)力車(chē)輛實(shí)車(chē)工況仿真

利用建立的液壓混合動(dòng)力車(chē)輛整車(chē)控制策略，進(jìn)行實(shí)車(chē)工況仿真，結(jié)果如圖11～圖14所示.

根據(jù)圖11和圖12，液壓混合動(dòng)力系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)時(shí)，仿真車(chē)輛車(chē)速可跟隨上實(shí)車(chē)循環(huán)工況車(chē)速，液壓系統(tǒng)工作，車(chē)輛在6種不同工作模式下（實(shí)車(chē)工況中制動(dòng)強(qiáng)度較小，無(wú)緊急制動(dòng)）循環(huán)協(xié)調(diào)切換，車(chē)輛工作在1至11擋的較多擋位下，車(chē)速覆蓋較廣.仿真結(jié)束時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)總油耗為2 594.7 g，計(jì)算百公里油耗為81.7 L/（100 km）.

根據(jù)圖13和圖14，在蓄能器助力時(shí)（Mode=5）壓力逐漸降低，蓄能器放液流量隨著車(chē)速增大而不斷增大，直到蓄能器壓力降到最低工作壓力或擋位超過(guò)液壓系統(tǒng)起作用的擋位（本系統(tǒng)為六擋）.

當(dāng)蓄能器壓力小于主動(dòng)充能壓力閾值P2，并且整車(chē)需求不大于發(fā)動(dòng)機(jī)高效工作區(qū)所能提供的轉(zhuǎn)矩，則系統(tǒng)工作在主動(dòng)充能模式（Mode=4）.此時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)一部分動(dòng)力用于滿(mǎn)足整車(chē)行駛需求，剩余動(dòng)力帶動(dòng)液壓泵工作，為液壓蓄能器主動(dòng)充能，由仿真結(jié)果可看出，在車(chē)輛驅(qū)動(dòng)過(guò)程中，蓄能器充能壓力增大.

在制動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)制動(dòng)強(qiáng)度較小且液壓蓄能器壓力小于最高工作壓力330 bar時(shí)，蓄能器可回收車(chē)輛部分制動(dòng)能量，蓄能器壓力增大，直至達(dá)到最高工作壓力或制動(dòng)強(qiáng)度過(guò)大.

4.4.4 節(jié)油率對(duì)比分析

綜合傳統(tǒng)車(chē)、液壓混合動(dòng)力車(chē)輛循環(huán)工況油耗測(cè)試結(jié)果，如表7所示.可以看出，加入蓄能器等元件后，通過(guò)在車(chē)輛驅(qū)動(dòng)時(shí)以及在常規(guī)制動(dòng)可滿(mǎn)足要求條件時(shí)回收一部分車(chē)輛動(dòng)能，并在車(chē)輛啟動(dòng)后低擋位下進(jìn)行輔助驅(qū)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)能量回收與再利用.根據(jù)表7，實(shí)車(chē)工況下輪轂液壓混合動(dòng)力車(chē)輛節(jié)油率可以達(dá)到10.5%.4.4.4 節(jié)油率對(duì)比分析endprint

綜合傳統(tǒng)車(chē)、液壓混合動(dòng)力車(chē)輛循環(huán)工況油耗測(cè)試結(jié)果，如表7所示.可以看出，加入蓄能器等元件后，通過(guò)在車(chē)輛驅(qū)動(dòng)時(shí)以及在常規(guī)制動(dòng)可滿(mǎn)足要求條件時(shí)回收一部分車(chē)輛動(dòng)能，并在車(chē)輛啟動(dòng)后低擋位下進(jìn)行輔助驅(qū)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)能量回收與再利用.根據(jù)表7，實(shí)車(chē)工況下輪轂液壓混合動(dòng)力車(chē)輛節(jié)油率可以達(dá)到10.5%.

5 結(jié) 論

1）針對(duì)重型商用車(chē)輪轂液驅(qū)混合動(dòng)力系統(tǒng)蓄能器輔助驅(qū)動(dòng)與再生制動(dòng)功能，設(shè)計(jì)蓄能器放液閥前饋+反饋雙閉環(huán)流量控制器實(shí)現(xiàn)車(chē)輛前后輪驅(qū)動(dòng)力協(xié)調(diào)，并集成輔助驅(qū)動(dòng)與再生制動(dòng)控制策略.

2）蓄能器輔助驅(qū)動(dòng)模式下，車(chē)輛在不同附著路面的爬坡性能可提升10%～40%，同時(shí)隨著路面附著系數(shù)增大，車(chē)輛的爬坡度提高量逐漸減小，即蓄能器助力功能更適合于短行程內(nèi)短時(shí)輔助驅(qū)動(dòng)車(chē)輛爬陡坡，增強(qiáng)重型車(chē)輛在某些極端路面的通過(guò)性.

3）利用實(shí)車(chē)工況數(shù)據(jù)作為輸入進(jìn)行仿真驗(yàn)證，車(chē)輛工作模式協(xié)調(diào)切換合理，同時(shí)該輪轂液驅(qū)混合動(dòng)力系統(tǒng)與傳統(tǒng)車(chē)相比節(jié)油率可達(dá)到10.5%.

4）輪轂液壓混合動(dòng)力車(chē)輛可實(shí)現(xiàn)車(chē)輛動(dòng)力性與燃油經(jīng)濟(jì)性的綜合提升，文中研究對(duì)于輪轂液驅(qū)混合動(dòng)力重型商用車(chē)輛節(jié)能減排性能的提升與應(yīng)用推廣具有重要意義.

參考文獻(xiàn)

[1] 管欣， 盧萍萍， 詹軍， 等. 多軸全輪驅(qū)動(dòng)車(chē)輛動(dòng)力傳動(dòng)系模型的建立與應(yīng)用[J]. 汽車(chē)工程， 2011，33（3）： 183-187.

GUAN Xin， LU Pingping， ZHAN Jun，et al. Modeling and application of power train model for multi-axle all-wheel-drive vehicle[J]. Automotive Engineering， 2011，33（3）： 183-187.（In Chinese）

[2] 曲金玉， 王儒， 任傳波，等. 液壓蓄能式公共汽車(chē)制動(dòng)能量回收系統(tǒng)匹配與試驗(yàn)分析[J]. 機(jī)床與液壓， 2014，42（11）：9-11.

QU Jinyu， WANG Ru， REN Chuanbo，et al. Analysis of testing and matching of braking energy recovery system of hydraulic energy storage type buses[J]. Machine Tool & Hydraulics， 2014，42（11）：9-11.（In Chinese）

[3] 曾小華，李相華，宋大鳳，等.一種允許能量回收的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)：CN201420087526[P].2014-07-16.

ZENG Xiaohua， LI Xianghua， SONG Dafeng，et al. Hydraulic transmission system capable of realizing energy recovery：CN201420087526[P].2014-07-16.（In Chinese）

[4] BASELEY S， EHRET C， GREIF E.et al. Hydraulic hybrid systems for commercial vehicles[R]. SAE Technical Paper， No. 2007-01-4150.

[5] SINCLAIR C. Hydrostatic drive：No. 6675575[P].2004-01-13.

[6] 易綱，常思勤，張慶永.液驅(qū)混合動(dòng)力車(chē)輛控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)[J].汽車(chē)工程，2007，31（3）： 312-316.

YI Gang， CHANG Siqin， ZHANG Qingyong. Development of control system for hydraulic hybrid vehicle[J]. Automotive Engineering， 2007，31（3）： 312-316. （In Chinese）

[7] SUN Hui， JIANG Jihai， WANG Xin. Parameters matching and control method of hydraulic hybrid vehicle with secondary regulation technology[J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering， 2009， 22（1）： 57～63.

[8] 曾小華， 蔣淵德， 李高志， 等. 重型車(chē)輛液壓輔助驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的前饋+ 反饋復(fù)合控制 [J]. 華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版， 2016， 44（9）： 116-122.

ZENG Xiaohua，JIANG Yuande，LI Gaozhi，et al. Feedforward+feedback control for hydraulic assistance drive system of heavy truck[J]. Journal of South China University of Technology： Natural Science Edition， 2016， 44（9）： 116-122. （In Chinese）

[9] 黃祖永. 地面車(chē)輛原理[M].北京： 機(jī)械工業(yè)出版社，1985：159-182.

HUANG Zuyong. Ground vehicle principle[M]. Beijing： China Machine Press， 1985：159-182. （In Chinese）

[10]WALKER P D， ZHU Bo， ZHANG Nong. Nonlinear modeling and analysis of direct acting solenoid valves for clutch control[J]. Journal of Dynamic Systems， Measurement， and Control， 2014， 136（5）： 562-576.

[11]LI Huimin， WANG Xiaobo， SONG Shangbin，et al. Vehicle control strategies analysis based on PID and fuzzy logic control[J]. Procedia Engineering， 2016， 137：234-243.

[12]王慶年，孫磊，唐先智，等.HEV制動(dòng)意圖識(shí)別的研究[J].汽車(chē)工程，2013， 35（9）：769-774.

WANG Qingnian， SUN Lei， TANG Xianzhi，et al. A study on braking intention identification for HEV[J]. Automotive Engineering， 2013， 35（9）：769-774. （In Chinese）

[13] PAN Chaofeng， LIAO Chen， CHEN Long，et al. Research on motor rotational speed measurement in regenerative braking system of electric vehicle[J]. Mechanical Systems and Signal Processing， 2015， 66（2）：B33-B36.endprint