孫 駿 胡 悅, 徐 回 李衛(wèi)民

1(合肥工業(yè)大學(xué) 合肥 230009)

2(中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院 深圳 518055)

1 引 言

混合動(dòng)力車輛將電力驅(qū)動(dòng)和傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)相結(jié)合，充分發(fā)揮了兩者的優(yōu)勢(shì)[1]，因此成為當(dāng)前解決節(jié)能和環(huán)保問(wèn)題切實(shí)可行的方案。目前學(xué)者們?cè)诨旌蟿?dòng)力汽車的動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)、參數(shù)匹配和控制策略研究等方面已經(jīng)做了大量的研究[2-4]。Chan 等人對(duì)燃料電池-鉛酸電池混合動(dòng)力叉車的能量系統(tǒng)進(jìn)行了仿真研究[5]，但是對(duì)油電混合動(dòng)力叉車的動(dòng)力系統(tǒng)研究卻相對(duì)較少。叉車動(dòng)力系統(tǒng)除了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以外還包括工作裝置動(dòng)力系統(tǒng)，比汽車動(dòng)力系統(tǒng)復(fù)雜，有必要對(duì)叉車動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行專門研究。采用計(jì)算機(jī)仿真是一條很好的研究途徑，通過(guò)建立系統(tǒng)的仿真模型并對(duì)實(shí)際工作狀況進(jìn)行仿真分析，能夠很好地預(yù)測(cè)系統(tǒng)將來(lái)工作的性能，不但可以事先靈活地調(diào)整設(shè)計(jì)方案，優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)，而且可以降低研究費(fèi)用，縮短開發(fā)周期[6]。

本文從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制策略兩個(gè)方面設(shè)計(jì)了并聯(lián)式和混聯(lián)式混合動(dòng)力叉車的動(dòng)力系統(tǒng)，在圖形化建模仿真工具 Matlab/Simulink 中建立并聯(lián)式和混聯(lián)式混合動(dòng)力叉車的仿真模型，并進(jìn)行了仿真分析，為動(dòng)力系統(tǒng)選型和進(jìn)一步優(yōu)化提供參考。

2 并聯(lián)式動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 并聯(lián)式動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

并聯(lián)式混合動(dòng)力叉車動(dòng)力系統(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)、蓄電池、電動(dòng)機(jī)、變速箱、驅(qū)動(dòng)橋等組成，如圖 1 所示。并聯(lián)式動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用了發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)兩套獨(dú)立的系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)車輪和工作裝置。本文設(shè)計(jì)的混合動(dòng)力叉車屬于助力型混合動(dòng)力叉車[7]，即發(fā)動(dòng)機(jī)作為叉車的主要?jiǎng)恿υ?，電?dòng)機(jī)作為輔助動(dòng)力源。叉車的行走由發(fā)動(dòng)機(jī)和牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)：當(dāng)叉車正常行駛時(shí)，只有發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，而當(dāng)叉車需要加速或爬坡時(shí)，可以由發(fā)動(dòng)機(jī)和牽引電機(jī)共同驅(qū)動(dòng)叉車。牽引電機(jī)在制動(dòng)或下坡時(shí)可以用作發(fā)電機(jī)來(lái)回收動(dòng)能和勢(shì)能并存儲(chǔ)到鋰電池中。叉車工作裝置起升靠雙向泵 1 和液壓泵 2 合流來(lái)達(dá)到規(guī)定的起升速度；叉車工作裝置下降時(shí)，勢(shì)能通過(guò)雙向泵 1 帶動(dòng)油泵電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電將勢(shì)能轉(zhuǎn)化成電能儲(chǔ)存到鋰電池中。

2.2 并聯(lián)式動(dòng)力系統(tǒng)控制策略

控制策略是混合動(dòng)力系統(tǒng)的技術(shù)核心，是實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力系統(tǒng)低油耗和低排放等目標(biāo)的關(guān)鍵所在[8]。

并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)的控制策略通常是根據(jù)電池的 SOC、駕駛員的加速踏板位置、車速和驅(qū)動(dòng)輪的平均功率等參數(shù)，按照一定的匹配規(guī)則使發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)輸出相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩(或功率)，以滿足驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)力矩的要求?；谝?guī)則的邏輯門限控制策略方法簡(jiǎn)單有效，是其它高級(jí)控制策略的基礎(chǔ)。從工程實(shí)際出發(fā)，制定了適合并聯(lián)式混合動(dòng)力叉車的邏輯門限控制策略。

基于規(guī)則的邏輯門限控制策略是通過(guò)設(shè)定一組參數(shù)，使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在一定的區(qū)域內(nèi)，并根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的規(guī)則及各工作模式的邊界條件，由 VCU 進(jìn)行判斷及選擇，具體如下：

(1)行車工況

正常行駛時(shí)，由發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車輛行駛；加速或爬坡時(shí)，如果發(fā)動(dòng)機(jī)提供的動(dòng)力不足以滿足需求功率，則電機(jī)參與工作，提供額外動(dòng)力。具體控制規(guī)則如下：

①踩下加速踏板，當(dāng)加速踏板行程為 0～60%，此時(shí)只有發(fā)動(dòng)機(jī)工作，發(fā)動(dòng)機(jī)油門開度大小為0～100%；

②當(dāng)加速踏板行程為 60%～100%，如果電池SOC大于 0.3 則電動(dòng)機(jī)提供額外動(dòng)力，電機(jī)占空比為0～100%，否則電動(dòng)機(jī)不工作。

加速踏板控制器規(guī)則如表 1 所示。

表1 加速踏板控制器規(guī)則

車輛減速制動(dòng)或下坡時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)行，電機(jī)運(yùn)行在發(fā)電狀態(tài)，將車輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存在動(dòng)力電池中。當(dāng)需求的減速度大于電機(jī)所能提供的最大減速度時(shí)，不足部分由機(jī)械制動(dòng)提供，兩者共同完成減速停車。具體控制規(guī)則如下：

①松開制動(dòng)踏板，有釋放制動(dòng)，制動(dòng)力的大小為電機(jī)最大制動(dòng)力的 30%；

②當(dāng)制動(dòng)踏板行程為 0～30% 時(shí)，只有電制動(dòng)，制動(dòng)力的大小為電機(jī)最大制動(dòng)力的 70%；

③當(dāng)制動(dòng)踏板行程為 30%～100% 時(shí)，電制動(dòng)與機(jī)械制動(dòng)共同參與，電制動(dòng)力的大小為電機(jī)最大制動(dòng)力的 70%，機(jī)械制動(dòng)力為 0～100%。

制動(dòng)踏板控制器規(guī)則如表 2 所示。

表2 制動(dòng)踏板控制器規(guī)則

(2)舉升工況

工作裝置起升時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)、舉升電機(jī)同時(shí)工作，分別帶動(dòng)兩個(gè)液壓泵，雙泵合流來(lái)提供舉升動(dòng)力；下降時(shí)，勢(shì)能通過(guò)雙向泵帶動(dòng)起升電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使起升電機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài)，將勢(shì)能轉(zhuǎn)化成電能儲(chǔ)存到能量?jī)?chǔ)存裝置(鋰電池)中，實(shí)現(xiàn)能量回收。

3 混聯(lián)式動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 混聯(lián)式動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

混聯(lián)式混合動(dòng)力叉車動(dòng)力系統(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)、蓄電池、電動(dòng)機(jī)、變速箱、驅(qū)動(dòng)橋、電磁離合器等組成，如圖 2 所示?；炻?lián)式動(dòng)力系統(tǒng)在并聯(lián)式動(dòng)力系統(tǒng)的基礎(chǔ)上用電磁離合器連接發(fā)動(dòng)機(jī)與油泵電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)拖動(dòng)油泵電機(jī)給鋰電池充電的功能。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)提供的功率大于驅(qū)動(dòng)叉車或起升貨物所需的功率時(shí)，電磁離合器吸合，發(fā)動(dòng)機(jī)拖動(dòng)油泵電機(jī)工作，油泵電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，將多余的能量充入電池中。其余工況下的動(dòng)力傳遞與并聯(lián)式結(jié)構(gòu)類似。

3.2 混聯(lián)式動(dòng)力系統(tǒng)控制策略

混聯(lián)式混合動(dòng)力叉車各動(dòng)力單元的動(dòng)力輸出及電磁離合器的分離與結(jié)合由控制策略決定。采用模式分層控制策略[9]將叉車的工作狀態(tài)按照不同的層次分為多個(gè)獨(dú)立的工作模式及其子模式，各模式之間根據(jù)外界輸入和叉車狀態(tài)的改變而實(shí)現(xiàn)遷移。

根據(jù)混聯(lián)式結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、能量流動(dòng)路徑和工作方式，混聯(lián)式混合動(dòng)力叉車的工作模式可劃分為三級(jí)模式。一級(jí)模式可劃分為驅(qū)動(dòng)模式、起升模式和下降模式。驅(qū)動(dòng)模式表示叉車不進(jìn)行起升下降工作，只驅(qū)動(dòng)叉車行駛的工作模式；起升模式和下降模式分別表示叉車的工作裝置進(jìn)行起升動(dòng)作或下降動(dòng)作的工作模式。一級(jí)模式之間的遷移通過(guò)起升下降信號(hào)的切換來(lái)完成。驅(qū)動(dòng)模式可以分為兩種二級(jí)子模式，分別是正常驅(qū)動(dòng)模式和怠速模式。驅(qū)動(dòng)模式和怠速模式之間的遷移通過(guò)方向開關(guān)信號(hào)的切換來(lái)完成。在驅(qū)動(dòng)二級(jí)模式中，根據(jù)負(fù)載情況和 SOC 的狀態(tài)可以分成六種三級(jí)子模式，分別是：(1)輕載驅(qū)動(dòng)(SOC：欠壓狀態(tài))；(2)輕載驅(qū)動(dòng)(SOC：不飽和狀態(tài))；(3)輕載驅(qū)動(dòng)(SOC：飽和狀態(tài))；(4)負(fù)載驅(qū)動(dòng)(SOC：欠壓狀態(tài))；(5)負(fù)載驅(qū)動(dòng)(SOC：不飽和狀態(tài))；(6)負(fù)載驅(qū)動(dòng)(SOC：飽和狀態(tài))。這六種三級(jí)子模式之間的遷移通過(guò)負(fù)載信號(hào)和 SOC 信號(hào)的切換來(lái)完成。在怠速二級(jí)子模式中，根據(jù) SOC 的狀態(tài)也可分為三種三級(jí)子模式，三級(jí)子模式之間的遷移通過(guò) SOC 信號(hào)的切換來(lái)完成。起升模式根據(jù)負(fù)載情況可以分為兩種二級(jí)子模式，分別是輕載起升和負(fù)載起升，這兩種二級(jí)模式之間的遷移通過(guò)負(fù)載信號(hào)的切換來(lái)完成。根據(jù) SOC 的狀態(tài)，這兩種二級(jí)子模式又可分別分成三種三級(jí)子模式，三級(jí)子模式之間的遷移通過(guò) SOC 信號(hào)的切換來(lái)完成。下降模式的分層控制方法和起升模式基本類似。模式層次圖如圖 3 所示。

圖2 混聯(lián)式混合動(dòng)力叉車動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖3 混聯(lián)式動(dòng)力系統(tǒng)控制策略模式層次圖

在輕載驅(qū)動(dòng)模式下，發(fā)動(dòng)機(jī)是主動(dòng)力源，驅(qū)動(dòng)電機(jī)是否提供輔助動(dòng)力由踏板行程和 SOC 狀態(tài)共同決定。當(dāng) SOC 處于欠壓狀態(tài)或踏板行程較小時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)不提供輔助動(dòng)力，否則提供輔助動(dòng)力。當(dāng) SOC 處于不飽和或欠壓狀態(tài)時(shí)，且當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速小于 1200 rpm時(shí)，電磁離合器吸合，發(fā)動(dòng)機(jī)拖動(dòng)油泵電機(jī)發(fā)電，對(duì)蓄電池進(jìn)行補(bǔ)充充電。在負(fù)載驅(qū)動(dòng)模式下，發(fā)動(dòng)機(jī)是主要?jiǎng)恿υ?，?qū)動(dòng)電機(jī)是否提供輔助動(dòng)力由踏板行程和 SOC 狀態(tài)共同決定。當(dāng) SOC 處于欠壓狀態(tài)或踏板行程較小時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)不提供輔助動(dòng)力，否則提供輔助動(dòng)力。在這種模式下，電磁離合器始終處于分離狀態(tài)。在怠速模式下，發(fā)動(dòng)機(jī)維持在恒定轉(zhuǎn)速1100 rpm。當(dāng) SOC 處于不飽和或欠壓狀態(tài)時(shí)，電磁離合器吸合，發(fā)動(dòng)機(jī)拖動(dòng)油泵電機(jī)發(fā)電，對(duì)蓄電池進(jìn)行補(bǔ)充充電。在輕載起升模式下，驅(qū)動(dòng)電機(jī)不工作，發(fā)動(dòng)機(jī)是唯一動(dòng)力源。當(dāng) SOC 處于不飽和或欠壓狀態(tài)時(shí)，電磁離合器吸合，發(fā)動(dòng)機(jī)拖動(dòng)油泵電機(jī)發(fā)電，對(duì)蓄電池進(jìn)行補(bǔ)充充電。在負(fù)載起升模式下，驅(qū)動(dòng)電機(jī)不工作，發(fā)動(dòng)機(jī)是主要?jiǎng)恿υ?。?dāng) SOC 處于飽和或不飽和狀態(tài)時(shí)，油泵電機(jī)工作，發(fā)動(dòng)機(jī)和油泵電機(jī)聯(lián)合進(jìn)行起升動(dòng)作；當(dāng) SOC 處于欠壓狀態(tài)時(shí)，油泵電機(jī)不工作，只有發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行起升動(dòng)作。在輕載下降模式下，驅(qū)動(dòng)電機(jī)不工作，發(fā)動(dòng)機(jī)是主要?jiǎng)恿υ?。?dāng)SOC 處于不飽和或欠壓狀態(tài)時(shí)，電磁離合器吸合，發(fā)動(dòng)機(jī)拖動(dòng)油泵電機(jī)發(fā)電，對(duì)蓄電池進(jìn)行補(bǔ)充充電。在負(fù)載下降模式下，驅(qū)動(dòng)電機(jī)不工作，發(fā)動(dòng)機(jī)是主要?jiǎng)恿υ?。?dāng) SOC 處于不飽和或欠壓狀態(tài)時(shí)，油泵電機(jī)用作發(fā)電機(jī)回收貨物下降勢(shì)能，儲(chǔ)存在蓄電池中。

4 仿真試驗(yàn)與結(jié)果分析

4.1 仿真模型的建立

混合動(dòng)力叉車整車參數(shù)如表 3 所示。在對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合混合動(dòng)力叉車各部分的工作原理，利用圖形化建模仿真軟件Matlab/Simulink，建立了動(dòng)力系統(tǒng)單元(包括發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、電池)、傳動(dòng)系統(tǒng)(包括扭矩耦合器、變速箱、液力變矩器、主減速器)、整車動(dòng)力學(xué)模型、工作裝置模型、駕駛員與工況模型、整車控制器模型等各部分的仿真模型。

表3 混合動(dòng)力叉車整車參數(shù)

最后在 Matlab/Simulink 中建立并聯(lián)式以及混聯(lián)式混合動(dòng)力叉車的前向仿真模型，兩種仿真模型的主要區(qū)別在于混聯(lián)式混合動(dòng)力叉車模型中整車控制器發(fā)出的電磁離合器信號(hào)可以控制電磁離合器的結(jié)合和分離，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)拖動(dòng)油泵電機(jī)給蓄電池充電回路的連接與切斷。兩種混合動(dòng)力叉車仿真模型的示意圖如圖 4 所示。

4.2 結(jié)果分析

為了驗(yàn)證所建模型的有效性并比較兩種動(dòng)力系統(tǒng)控制策略的整車性能，需要在特定循環(huán)工況下進(jìn)行仿真試驗(yàn)。使用 JB/T 3300-92 中的能耗標(biāo)準(zhǔn)制定了仿真循環(huán)工況，并在此循環(huán)工況下對(duì)并聯(lián)式混合動(dòng)力叉車和混聯(lián)式混合動(dòng)力叉車進(jìn)行了仿真試驗(yàn)，仿真時(shí)間為112 s，電池 SOC 初始值設(shè)為 0.7。

4.2.1 模型正確性驗(yàn)證

圖4 混合動(dòng)力叉車仿真模型示意圖

并聯(lián)式和混聯(lián)式式混合動(dòng)力叉車目標(biāo)車速和實(shí)際車速的跟蹤情況分別如圖 5 所示。由圖 5 可見，實(shí)際車速曲線與目標(biāo)車速曲線大部分重疊，說(shuō)明仿真模型能很好地反映叉車實(shí)際運(yùn)行工況。

4.2.2 控制策略仿真分析

并聯(lián)式混合動(dòng)力叉車動(dòng)力單元的功率曲線如圖 6所示，反映了發(fā)動(dòng)機(jī)、油泵電機(jī)和牽引電機(jī)在整個(gè)工作循環(huán)下的工作狀態(tài)?？梢娖渥兓厔?shì)符合控制策略：加速行駛(如 5～14 s)時(shí)，電動(dòng)機(jī)提供輔助動(dòng)力，減速制動(dòng)(如 20～22 s)時(shí)拖動(dòng)牽引電機(jī)實(shí)現(xiàn)能量回收；起升(如 22～28 s)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)油泵電機(jī)共同提供所需功率，貨物下降(如 28～35 s)時(shí)拖動(dòng)油泵電機(jī)回收勢(shì)能。

圖5 混合動(dòng)力叉車車速跟蹤圖

圖6 并聯(lián)式混合動(dòng)力叉車動(dòng)力單元功率曲線圖

圖7 混聯(lián)式混合動(dòng)力叉車動(dòng)力單元功率曲線圖

混聯(lián)式混合動(dòng)力叉車動(dòng)力單元的功率曲線如圖 7所示，反映了發(fā)動(dòng)機(jī)、油泵電機(jī)及牽引電機(jī)在整個(gè)工作循環(huán)下的工作狀態(tài)。可見其變化趨勢(shì)符合所制定的控制策略：負(fù)載驅(qū)動(dòng)(0～22 s 和 35～57 s)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)共同提供行駛功率；加速行駛(如 5～14 s)時(shí)，電動(dòng)機(jī)提供輔助動(dòng)力；減速制動(dòng)(如 20～22 s)時(shí)實(shí)現(xiàn)能量回收；負(fù)載起升(22～28 s)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)和油泵電機(jī)共同提供所需功率；負(fù)載下降(28～35 s)時(shí)，貨物下降時(shí)回收勢(shì)能；輕載驅(qū)動(dòng)(57～78 s 和91～112 s)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)共同提供行駛功率；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低于 1200 rpm 時(shí)，電磁離合器吸合，發(fā)動(dòng)機(jī)拖動(dòng)油泵電機(jī)給蓄電池充電；輕載起升(78～84 s)和輕載下降(84～91 s)，發(fā)動(dòng)機(jī)提供起升功率，同時(shí)電磁離合器吸合，發(fā)動(dòng)機(jī)拖動(dòng)油泵電機(jī)給蓄電池充電。

由于混聯(lián)式混合動(dòng)力叉車比并聯(lián)式混合動(dòng)力叉車多了一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)直接發(fā)電的系統(tǒng)，因此混聯(lián)式混合動(dòng)力叉車可在更多的模式下工作。對(duì)于上述循環(huán)工況，叉車不斷在輕載和滿載狀態(tài)下運(yùn)行，混聯(lián)式結(jié)構(gòu)可制定出更加細(xì)致和合理的多層模式控制策略，能更好地規(guī)劃不同狀態(tài)下的能量流路徑，使發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)和電池都能在最佳的區(qū)域工作。從圖 7 可以看出混聯(lián)式混合動(dòng)力叉車的發(fā)動(dòng)機(jī)基本處于最佳的工作區(qū)域。而并聯(lián)式混合動(dòng)力叉車發(fā)動(dòng)機(jī)較多地在高燃油消耗率的大負(fù)荷區(qū)域個(gè)工作，因此，并聯(lián)式混合動(dòng)力叉車電機(jī)的平均消耗功率比混聯(lián)式的高。

4.2.3 兩種動(dòng)力系統(tǒng)整車性能比較

選取最高車速作為動(dòng)力性能的指標(biāo)進(jìn)行比較。動(dòng)力性仿真在目標(biāo)車速提高 2 倍之后測(cè)得，并聯(lián)式混合動(dòng)力叉車與混聯(lián)式混合動(dòng)力叉車動(dòng)力性比較如表 4 所示。

表4 動(dòng)力性比較

由動(dòng)力性仿真結(jié)果可知，在整個(gè)循環(huán)過(guò)程中，兩種動(dòng)力系統(tǒng)叉車的動(dòng)力性能指標(biāo)幾乎相等并且均滿足了設(shè)計(jì)值，說(shuō)明兩種動(dòng)力系統(tǒng)的叉車在動(dòng)力性能方面相當(dāng)，保證了叉車動(dòng)力性能。

在比較兩種動(dòng)力系統(tǒng)混合動(dòng)力叉車的燃油經(jīng)濟(jì)性時(shí)，首先保證循環(huán)工況、傳動(dòng)系統(tǒng)與工作裝置等因素的一致性，只考慮不同動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制策略對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性的影響。在一個(gè)循環(huán)工況下，將兩種僅動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制策略不同的混合動(dòng)力叉車進(jìn)行仿真試驗(yàn)，并將蓄電池耗電量折算成燃油消耗量，計(jì)算其等效油耗，然后再比較計(jì)算兩種結(jié)構(gòu)形式的燃油經(jīng)濟(jì)性，如表 5 所示。

表5 燃油經(jīng)濟(jì)性比較

由表 5 可以看出，并聯(lián)式混合動(dòng)力叉車和混聯(lián)式混合動(dòng)力叉車節(jié)油率分別是 28.51% 和 32.82%。可見在特定的循環(huán)工況下，混合動(dòng)力叉車的油耗相對(duì)于傳統(tǒng)內(nèi)燃叉車有較大幅度的下降?；炻?lián)式混合動(dòng)力叉車節(jié)油率高于并聯(lián)式混合動(dòng)力叉車。在循環(huán)工況、傳動(dòng)系統(tǒng)和工作裝置等因素一致的情況下，混聯(lián)式混合動(dòng)力叉車燃油經(jīng)濟(jì)性較并聯(lián)式混合動(dòng)力叉車好，說(shuō)明動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制策略對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性有較大影響。

在進(jìn)行動(dòng)力系統(tǒng)選型及設(shè)計(jì)時(shí)，要統(tǒng)籌仿真試驗(yàn)結(jié)果、使用環(huán)境、可靠性和成本等因素?；炻?lián)式混合動(dòng)力叉車相對(duì)于并聯(lián)式混合動(dòng)力叉車有較好的燃油經(jīng)濟(jì)性，還具有在線充電功能。但是混聯(lián)式混合動(dòng)力叉車結(jié)構(gòu)和控制策略比較復(fù)雜，因而可靠性相對(duì)較差，且成本較高。

5 結(jié) 論

(1)從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制策略兩個(gè)方面設(shè)計(jì)了并聯(lián)式和混聯(lián)式混合動(dòng)力叉車的動(dòng)力系統(tǒng)。其中，并聯(lián)式動(dòng)力系統(tǒng)采用基于規(guī)則的邏輯門限控制策略，混聯(lián)式動(dòng)力系統(tǒng)采用模式分層控制策略。

(2)基于圖形化建模仿真軟件 Matlab/Simulink建立了并聯(lián)式和混聯(lián)式混合動(dòng)力叉車的前向仿真模型，并在特定循環(huán)工況下進(jìn)行了仿真試驗(yàn)。結(jié)果表明所建立的模型有效，控制策略切實(shí)可行；并聯(lián)式混合動(dòng)力叉車和混聯(lián)式混合動(dòng)力叉車動(dòng)力性能相當(dāng)；與傳統(tǒng)內(nèi)燃叉車相比，并聯(lián)式混合動(dòng)力叉車節(jié)油28.51%，混聯(lián)式混合動(dòng)力叉車節(jié)油 32.82%。在循環(huán)工況、傳動(dòng)系統(tǒng)與工作裝置等一致情況下，混聯(lián)式混合動(dòng)力叉車比并聯(lián)式混合動(dòng)力叉車有更好的燃油經(jīng)濟(jì)性，說(shuō)明動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制策略對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性有較大影響。

(3)仿真結(jié)果可作為動(dòng)力系統(tǒng)選型和設(shè)計(jì)的參考，但是還要統(tǒng)籌考慮使用環(huán)境、可靠性和成本等因素。

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