液压动力展望类

液压混合动力传动技术展望

能源危机的加剧, 车辆亟待提高燃油经济性水平。采用混合动力传动, 显著提高了车辆的燃油经济性。与电混合动力相比, 液压混合动力传动具有更高的功率密度, 在能量交换频繁的场合其优势尤为突出。作者对液压混合动力传动的工作原理和不同传动形式的工作性能进行分析; 研究了其适用场合; 对国外不同形式的液压混合动力传动发展和技术现状进行论述, 对发展前景进行了展望。

关键词: 混合动力; 液压混合动力; 发展和现状; 燃油经济性 0 引言

能源危机的加剧和环保问题日益严峻, 对汽车节能技术和清洁车辆的开发提出了更迫切的需求。就目前的技术水平, 混合动力是在氢能源时代来临之前提高车辆燃油经济性的最佳选择。

液压传动在工业领域得到了广泛应用, 其技术和元件制造水平相对电混合动力传动较成熟。如果将储能技术应用到车辆液压传动中, 势必极大提高其燃油经济性, 提高系统传动效率。液压传动高功率密度的优点, 能处理高频率变化的能量转换情况, 在负载变化频繁的复杂运行工况更能发挥其优势。 1 液压混合动力传动工作原理

图1 液压蓄能器储能工作原理

与电混合动力传动工作原理相似, 液压混合动力传动系统包括能量转换元件- 液压泵/马达和储能元件- 液压蓄能器, 在车辆运行过程中, 实现再生制动功能, 通过能量转换元件将机械能转换为液压能, 并存储于液压蓄能器中, 在随后的加速或正常行驶工况, 释放出来单独或者辅助发动机驱动。其工作原理如图1所示。

采用液压混合动力传动的车辆, 燃油经济性得到了显著提高, 具体表现在:

(1) 再生制动功能

将车辆本来以摩擦生热形式浪费掉的制动能, 转化成液压能, 存储到储能元件中, 并用于驱动车辆。 (2) 优化发动机工作点

蓄能器作为一个负载调节器工作, 使发动机与路面载荷解耦,发动机始终工作在高效区, 蓄能器吸收或者释放能量, 以吸收发动机过剩能量或不足发动机亏缺部分能量。 (3) 减少、消除发动机启动/怠速工况

发动机启动和怠速工况的燃油经济性差,排放恶劣。采用蓄能器启动和怠速维持,这样极大减少了燃油消耗量,改善了排放状况,尤其对于长期运行在起停频繁的循环工况的车辆效果尤为显著。 2 液压混合动力分类及性能分析

液压混合动力传动根据其系统布置方式的不同可以分为串联式、并联式和混联(功率分流式) 式三种,其结构分别如图2(a) (c)所示。

图2 液压混合动力传动布置简图

布置方案的不同对系统的工作特性影响很大。不同的应用场合有不同的需求,诸多的布置方案中,很难简单地说哪种最优.下面对于三种不同形式的液压混合动力传动特点进行分析。 (1) 串联式液压混合动力驱动系统

属于重度混合动力的范畴, 是基于纯液压传动的一种混合动力传动形式.其优点是:发动机的转速和扭矩不受负载瞬态载荷影响, 发动机只在蓄能器的SOC (State ofCharge) 值低于某设定值的情况下才工作。这样可以使发动机更多时间工作在高效区, 可以实现较低的附加成本获得较高的燃油经济性。这种布置方式的缺点是: 能量转换次数多, 能量损失增多,效率较低。不能应用到大功率场合, 否则必须选用大排量的液压泵/马达, 体积、重量增加,效率低。而且,优良性能的大功率泵和马达目前还很少。

(2) 并联式液压混合动力驱动

属于轻度混合动力的范畴。基于在原有的机械传动的基础上增加液压储能机构, 通过一对定轴齿轮并联到原动力传输路线上。其优点: 在原有的传动基础上增加一套储能设备, 对原系统的改动小, 不需要重新布置动力传动系统, 保持了原系统的传动效率高的优点。并联式混合动力布置方式系统具有两个动力源- 发动机和马达, 通过一多挡传动可以单独或同时直接驱动车轮, 因此可以同时获得更多驱动功率。马达可以作为一个载荷调节器来工作, 使发动机工作在高效区。当车辆在低载下运行时, 断开离合器, 关闭发动机, 由液压能量源驱动车辆。当发动机发出的功率高于负载要求的时候, 过多的能量用于蓄能器能量补充。并联布置方式的缺点是不具备液压传动无级变速的优点。发动机与驱动轮直接联系, 要求对发动机瞬态操作, 降低了燃油经济性、使排放恶化。不能将点火正时和喷油在同一个工作区域优化。但在使用相同元件的前提下, 并联式布置方式的动态特性要比串联式布置方式更优。 (3) 混联式液压混合动力系统

混联式也称为功率分流式液压混合动力驱动, 是基于液压机械传动系统的储能传动形式。综合了串联和并联液压混合动力传动的特点。能够使发动机、液压泵、液压马达等部件进行更多的优化匹配, 从而在结构上保证了在更复杂的工况下使系统工作在最优状态, 因此更容易实现排放和燃油消耗的控制目标。通过多离合器控制不同元件, 可以实现串联、并联工作模式。每个工作模式下都能实现沿最佳特性曲