探讨液压混合动力单元关键参数优化策略

探讨液压混合动力单元关键参数优化策略

吴秀强，缪茂禄，廖知博

温州美瑞克液压科技有限公司，浙江温州，325000

摘要：本文尝试对液压混合动力单元关键参数优化问题进行分析，首先对液压混合动力单元参数配置现存问题进行分析，指出在严格按照最大差值进行参数配置与设计会导致设计过度，对液压混合动力单元的利用率产生影响。然后尝试对关键参数优化配置策略进行分析，涉及到油耗、转矩-扭矩、以及蓄能器工况这三个方面的问题，希望能够引起业内重视。

关键词：液压混合动力单元；参数；优化策略

    液压混合动力单元作为混合动力内燃机等移动设备上广泛应用的节能技术方案之一，具有综合能效高的特点与优势，在频繁启动-制动的设备，如公交车等上得到深入应用。引入液压混合动力单元可以实现与现存液压系统的整合，以缩小能量转换次数，达到确切的节能功效，成为研究领域的热点课题之一。同时，随着应用经验的累积，发现引入液压混合动力单元后能够有效解决传统柴油机工况剧烈变化因素影响下所存在的燃油效率偏低问题，因此其现实应用价值是非常值得肯定的。以下即尝试对液压混合动力单元关键参数的优化问题进行分析，希望能够引起业内关注，以达到在不改变原液压系统前提下实现最大节油目标。

1 液压混合动力单元现存问题

    在液压混合动力单元实际应用中存在一系列的问题影响了参数配置方案质量水平的提升，需要引起工作人员的关注，如液压混合动力单元在最大功率差条件下的工作时间有限，严格按照最大差值进行参数配置与设计会导致设计过度，对液压混合动力单元的利用率产生影响，甚至造成系统整体能效的下降问题。其次，液压混合动力单元引入模式下实际系统最高工作压力水平、闭式泵最大排量参数以及蓄能器容积参数均会受到一定限制，若直接按照最大功率差值进行参数配置，可能导致成本显著升高的问题。最后，液压混合动力单元中闭式泵自身效率变化以及构成复杂，其工作效率可能受到压差、摆动角度以及转速等一系列参数的影响，必须将整体效率受参数调整的影响反应出来。

2 液压混合动力单元参数优化策略

    1）油耗分析。通过仿真分析的方式，以液压混合动力单元发动机油耗为关键指标，形成对应关系，在20.0s工作期间，通过各组参数组合的方式反应发动机油耗在累积数值上的变化，提示油耗变化范围较大。数据结果提示：首先，在发动机油耗累积数值最佳结果中，对于液压混合动力单元蓄能器装置而言，对应预充压力参数与闭式泵排量处于最优状态下，组合闭式泵额定功率达到150kW状态下所对应的转速取值为1800r/min，提示可以通过规避功率极限峰值的方式，促进系统运行效率的提升。其次，在发动机油耗累积数值最佳结果中，切换点功率对应理论取值为220kW，提示选取功率切换点会对液压混合动力单元整体油耗产生较大影响，理论平衡点的引入具有一定的设计参考意义。再次，在发动机油耗累计数值最差结果中，PRs点选择相较于液压混合动力单元功率大小而言，会对油耗产生更高的影响，需要在参数优化中予以首先考量。最后，在保持节能效果稳定性的前提条件下，提高发动机油耗切换点功率必须同步对蓄能器容积进行控制，以评估容积变化所产生影响。

    2）转矩-扭矩曲线分析。我们可以通过仿真分析的方式构建在原系统工况、最差油耗系统工况、以及最佳油耗系统工况条件下所对应的转矩-扭矩变化曲线。通过对仿真数据的分析认为：在最佳油耗系统工况下，液压混合动力单元发动机转速波动在133r/min内，与原系统对应工况相比有显著的下降趋势，同时带动扭矩波动明显下降。这一变化曲线提示我们可以通过对液压混合动力单元所配置混合动力模块的优选，提高发动机轴负载稳定性水平，确保燃油高效区内工作时间得到延长，以促进燃油效率的提升。而从发动机最差油耗系统工况的角度上来说，通过对其对应转速-扭矩变化曲线的分析发现，转速波动可以下降至85r/min范围内，虽然理论上发动机长时间处于高效区工作状态，但油耗水平也相对偏高，提示液压混合动力单元参数配置不但需要考虑发动机在高效区的工作状态，也需要评估能量回收的再生利用，以确保所配置参数达到最佳运行性能。

    3）蓄能器工况分析。通过仿真分析的方式，进一步获取液压混合动力单元蓄能器工作压力与气体容积对应变化趋势参数。在最佳参数配置工况下，液压混合动力单元的压力变化趋势偏小，这对于蓄能器保持蓄能工况与释放工况的平衡性有积极意义。在反应时间进展过程中，有部分时段下蓄能器装置对应油口压力下降至零值，此时对应的闭式泵也调节至零位。而在最差油耗系统工况条件下，液压混合动力单元蓄能器受所储存的能量影响，导致能量释放有限，反而会导致总油耗水平的升高。分析其原因在于，液压混合动力单元运行期间所选择功率切换点过高，无法在循环范围内对蓄能器能量予以有效释放，提示混合动力单元高效平衡发动机轴功率，高效工作的标准是回收能量和再生能量的平衡，而非一味追求回收能量的多少。

3 结束语

    本次研究中尝试对液压混合动力单元关键参数的优化与配置问题进行分析，通过深入研究得出以下几个方面的结论：第一，在20.0s工作期间，通过各组参数组合的方式反应发动机油耗在累积数值上的变化，提示油耗变化范围较大；第二，虽然理论上发动机长时间处于高效区工作状态，但油耗水平也相对偏高，提示液压混合动力单元参数配置不但需要考虑发动机在高效区的工作状态，也需要评估能量回收的再生利用，以确保所配置参数达到最佳运行性能；第三，混合动力单元高效平衡发动机轴功率，高效工作的标准是回收能量和再生能量的平衡，而非一味追求回收能量的多少。

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