徐大雨，林慕義，2，李 釗，陳 勇，2，馬 彬，2

(1.北京信息科技大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，北京 100192；2.北京電動(dòng)車輛協(xié)同創(chuàng)新中心，北京 100192)

引言

裝載機(jī)作為主要的工程車輛之一，目前廣泛應(yīng)用于采礦、土建、海港、道路等施工領(lǐng)域[1]。但因?yàn)檠b載機(jī)的日常工作環(huán)境惡劣復(fù)雜，且作業(yè)任務(wù)靈活多變，導(dǎo)致裝載機(jī)的日常運(yùn)行及維護(hù)需要消耗大量資源，且同時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的污染。因此如何在保證裝載機(jī)基本功能的前提下，實(shí)現(xiàn)裝載機(jī)的節(jié)能減排成為當(dāng)下急需研究的重點(diǎn)[2]。目前國(guó)內(nèi)外存在很多針對(duì)復(fù)合儲(chǔ)能式混合動(dòng)力系統(tǒng)的研究。ROMAUS C等[3]設(shè)計(jì)了一種油-電復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)，并采用預(yù)估-校正法對(duì)該復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行了多目標(biāo)優(yōu)化，使該復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)在各工況下都可以表現(xiàn)出良好的工作性能。SANFéIX J等[4]將功率型和能量型鋰離子電池組合成復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)，并在不同工況下對(duì)該復(fù)合儲(chǔ)能式系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明該系統(tǒng)有效的提升了復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的電池壽命。王連新等[5]針對(duì)工程車輛的工作特點(diǎn)，在油電混合動(dòng)力系統(tǒng)和液壓混合動(dòng)力系統(tǒng)基礎(chǔ)上，通過充分結(jié)合兩種混合動(dòng)力系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)了一種新型的油-電-液復(fù)合儲(chǔ)能式混合動(dòng)力系統(tǒng)，將系統(tǒng)的節(jié)油率達(dá)到20%左右。于忠杰等[6]設(shè)計(jì)出一種基于工步識(shí)別的復(fù)合儲(chǔ)能式混合動(dòng)力系統(tǒng)，利用工步分析挖掘裝載機(jī)工作循環(huán)的運(yùn)行規(guī)律對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)學(xué)建模、參數(shù)匹配，仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)混合動(dòng)力系統(tǒng)具有較好的動(dòng)態(tài)特性和經(jīng)濟(jì)性，較好地提髙了現(xiàn)有裝載機(jī)儲(chǔ)能系統(tǒng)的整體性能。

復(fù)合儲(chǔ)能式混合動(dòng)力系統(tǒng)是由電池-電機(jī)系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)以及液壓驅(qū)動(dòng)-制動(dòng)能量回收系統(tǒng)三種供能系統(tǒng)構(gòu)成，因而其工作性能很容易受到諸多系統(tǒng)參數(shù)波動(dòng)的影響[7-9]。本研究在此基礎(chǔ)上利用穩(wěn)健設(shè)計(jì)的理論與方法將系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化處理，并接入整車后向仿真模型中進(jìn)行仿真，在仿真基礎(chǔ)上通過dSPACE硬件在環(huán)試驗(yàn)來驗(yàn)證設(shè)計(jì)優(yōu)化后的效果，以期在不損失裝載機(jī)動(dòng)力性前提下提升其燃油經(jīng)濟(jì)性。

1 穩(wěn)健設(shè)計(jì)的基本理論和方法

1.1 穩(wěn)健設(shè)計(jì)原理

穩(wěn)健設(shè)計(jì)基本原理為通過降低噪聲因子對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量特性的影響，來保證產(chǎn)品性能的穩(wěn)定性[10]。通常影響產(chǎn)品質(zhì)量特性的因素一般劃分為控制因子、噪聲因子、信號(hào)因子，其影響關(guān)系可由P-diagram系統(tǒng)圖來表示，如圖1所示。

圖1 P-diagram系統(tǒng)圖

1.2 田口穩(wěn)健設(shè)計(jì)法

本研究采用的田口法主要為參數(shù)設(shè)計(jì)。將影響產(chǎn)品性能的因子劃分為可控因子、噪聲因子，并在初始方案的基礎(chǔ)上確定出各因子的水平范圍，然后通過正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)來研究噪聲因子對(duì)可控因子的影響，最后使用信噪比來評(píng)價(jià)產(chǎn)品性能對(duì)噪聲因子波動(dòng)的敏感性，并獲得最佳的可控因子水平組合，即穩(wěn)健設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)流程如圖2所示。

圖2 田口法參數(shù)設(shè)計(jì)流程

2 復(fù)合儲(chǔ)能式混合動(dòng)力系統(tǒng)分析與仿真建模

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

本研究所研究的復(fù)合儲(chǔ)能式混合動(dòng)力系統(tǒng)包括柴油發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)三種供能系統(tǒng)，如圖3所示。

1～3、6、7.電磁離合器 4.鎖止機(jī)構(gòu) 5.行星齒輪機(jī)構(gòu) 8.二次元件 9.液壓蓄能器

2.2 裝載機(jī)典型作業(yè)工況

裝載機(jī)在作業(yè)時(shí)常用工況有四種[11]，亦為本研究所需識(shí)別的工況，即“I”形工況、“L”形工況、“T” 形工況與“V”形工況，如圖4～圖7所示。

圖4 “I”形作業(yè)工況

圖5 “L”形作業(yè)工況

圖6 “T”形作業(yè)工況

圖7 “V”形作業(yè)工況

(1)“I”形工況：又稱穿梭工況，即裝載機(jī)的行進(jìn)路線垂直于運(yùn)輸車的行進(jìn)路線。

(2)“L”形工況：即裝載機(jī)作業(yè)開始前是與運(yùn)輸車的側(cè)面成垂直狀態(tài)，而物料又與裝載機(jī)、運(yùn)輸車形成直角三角形狀態(tài)。

(3)“T”形工況：即物料與運(yùn)輸車在一條水平線上，同時(shí)裝載機(jī)的行進(jìn)方向垂直于這條水平線。

(4)“V”形工況：即裝載機(jī)初始位置的前方垂直于物料，而運(yùn)輸車則停在與物料呈60°角的方向上。

2.3 整車后向仿真模型搭建

復(fù)合儲(chǔ)能式混合動(dòng)力裝載機(jī)仿真模型的建立是對(duì)裝載機(jī)各個(gè)系統(tǒng)的仿真優(yōu)化以及硬件在環(huán)仿真試驗(yàn)的基礎(chǔ)。需要搭建的 Simulink 仿真模型，所以利用Simulink軟件依據(jù)有關(guān)數(shù)學(xué)公式和數(shù)學(xué)模型搭建裝載機(jī)整車后向仿真模型,如圖8所示。

圖8 整車后向Simulink仿真模型

3 基于田口法的復(fù)合儲(chǔ)能式混合動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)

3.1 穩(wěn)健設(shè)計(jì)參數(shù)分析

研究的復(fù)合儲(chǔ)能式混合動(dòng)力系統(tǒng)主要由柴油發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)3個(gè)子系統(tǒng)組成。由于該系統(tǒng)的3個(gè)供能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也十分復(fù)雜，因此通過對(duì)混合動(dòng)力系統(tǒng)的3個(gè)供能系統(tǒng)進(jìn)行分析后，細(xì)化出對(duì)整車燃油經(jīng)濟(jì)性影響最大的3個(gè)系統(tǒng)：傳動(dòng)系統(tǒng)、電池-電機(jī)系統(tǒng)、液壓驅(qū)動(dòng)-制動(dòng)能量回收系統(tǒng)。所以需要對(duì)所選擇的3個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行分析，以確定出對(duì)3個(gè)系統(tǒng)的各自工作性能影響較大的影響因子，進(jìn)而確定對(duì)復(fù)合儲(chǔ)能式混合動(dòng)力系統(tǒng)工作性能影響較大的影響因子。

1)傳動(dòng)系統(tǒng)分析

傳動(dòng)系統(tǒng)作為傳輸動(dòng)力源所輸出動(dòng)能的關(guān)鍵系統(tǒng)，其主要通過調(diào)節(jié)有關(guān)傳動(dòng)參數(shù)來影響動(dòng)能的傳遞效率，而動(dòng)能的傳遞效率最終量化為裝載機(jī)的最大牽引力，所以傳動(dòng)系統(tǒng)的工作性能指標(biāo)選擇為最大牽引力，其計(jì)算公式為：

式中,Fk—— 裝載機(jī)最大牽引力

MT—— 液力變矩器輸出轉(zhuǎn)矩

iT—— 液力變矩器的傳動(dòng)比

ig—— 裝載機(jī)主傳動(dòng)比

i0—— 轉(zhuǎn)載機(jī)最小檔傳動(dòng)比

iL—— 輪邊減速器傳動(dòng)比

ηg—— 傳動(dòng)系統(tǒng)效率

ηl—— 液力變矩器效率

rd—— 裝載機(jī)車輪半徑

由于最大牽引力的大小主要受到各種傳動(dòng)比的影響，結(jié)合式(1)可以得出，對(duì)最大牽引力影響最大的主要參數(shù)為：裝載機(jī)主傳動(dòng)比ig、輪邊減速器傳動(dòng)比iL、液力變矩器傳動(dòng)比iT、裝載機(jī)各擋位傳動(dòng)比i0。

2)液壓驅(qū)動(dòng)-制動(dòng)能量回收系統(tǒng)分析

裝載機(jī)制動(dòng)過程中產(chǎn)生的能量主要由液壓蓄能器來進(jìn)行回收，而制動(dòng)過程中產(chǎn)生的能量主要是裝載機(jī)由運(yùn)動(dòng)到靜止的過程中的動(dòng)能變化量，因此液壓蓄能器回收的能量與動(dòng)能變化量之比即為液壓驅(qū)動(dòng)-制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的工作性能指標(biāo)，即能量回收率。

能量回收率計(jì)算公式為：

式中，∑Eacc—— 液壓蓄能器回收的能量

∑Er—— 裝載機(jī)動(dòng)能變化量

p1—— 液壓蓄能器的最低工作壓力

n—— 氣體多變指數(shù)

m—— 裝載機(jī)整車質(zhì)量

V1—— 最低工作壓力下的液壓蓄能器的氣體體積

v1—— 裝載機(jī)制動(dòng)初始速度

V2—— 最高工作壓力下的液壓蓄能器氣體體積

v2—— 裝載機(jī)制動(dòng)結(jié)束速度

此外，在絕熱密封條件下液壓蓄能器還會(huì)受到其有效容積和工作壓力的影響：

式中，p2為液壓蓄能器的最高工作壓力。

除此之外，能量回收率最容易受到液壓泵/馬達(dá)的最大排量的影響，液壓泵/馬達(dá)的最大排量為：

式中，ηp/M—— 液壓泵/馬達(dá)傳動(dòng)效率

it—— 轉(zhuǎn)矩耦合器傳動(dòng)比

CD—— 風(fēng)阻系數(shù)

A—— 裝載機(jī)迎風(fēng)面積

vmax—— 裝載機(jī)最高車速

3)電池-電機(jī)系統(tǒng)分析

電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為重要的輔助動(dòng)力源，電池-電極部分的輸出轉(zhuǎn)矩通常會(huì)經(jīng)由液力變矩器與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行結(jié)合，一起為裝載機(jī)提供動(dòng)能。因此電池-電機(jī)系統(tǒng)的工作性能指標(biāo)選擇為驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩最大值，其計(jì)算公式為：

(1)

式中，Tb—— 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩

Pm—— 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定功率

nm—— 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速

其中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)額定功率為：

(2)

由式(2)可見，在電池-電機(jī)系統(tǒng)中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定功率Pm和驅(qū)動(dòng)電機(jī)nm的額定轉(zhuǎn)速2個(gè)參數(shù)因子對(duì)電機(jī)系統(tǒng)的工作性能指標(biāo)，即驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩最大值影響最大。

通過對(duì)3個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)健設(shè)計(jì)參數(shù)分析，最終確定出對(duì)3個(gè)系統(tǒng)各自工作性能影響最大的參數(shù)因子，即：液壓蓄能器最低工作壓力p1、裝載機(jī)主傳動(dòng)比ig、一擋傳動(dòng)比i1、二擋傳動(dòng)比i2、三擋傳動(dòng)比i3、四擋傳動(dòng)比i4、液壓蓄能器最高工作壓力p2、輪邊減速器傳動(dòng)比iL、最低工作壓力下的液壓蓄能器的氣體體積V1、液力變矩器傳動(dòng)比iT、最高工作壓力下的液壓蓄能器的氣體體積V2、液壓泵/馬達(dá)的最大排量Vp/M,max、驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定功率Pb、驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速nb共14個(gè)影響參數(shù)因子。這14個(gè)影響參數(shù)因子亦為影響復(fù)合儲(chǔ)能式混合動(dòng)力系統(tǒng)工作性能指標(biāo)——燃油經(jīng)濟(jì)性能的影響參數(shù)因子[12]。

3.2 正交表設(shè)計(jì)

鑒于上述分析結(jié)果，本研究14個(gè)影響參數(shù)因子的初始方案值為：iL=4.5；iT=1.25；im=6；i1=4；i2=2；i3=1；i4=65；p1=5 MPa；p2=5 MPa；V1=100 L；V2=60 L；Vp/M,max=130 mL/r；Pb=60 kW；nb=1800 r/min。

通過對(duì)14個(gè)參數(shù)因子的分析發(fā)現(xiàn)：ig，i1，i2，i3，i4，iL，iT，Pb，nb這9個(gè)參數(shù)因子符合可控因子的特征，并將各可控因子劃分為三水平，如表1 所示。

表1 可控因子及水平

根據(jù)上述確定的可控因子及其水平來將內(nèi)表選擇為L(zhǎng)27(39)，然后對(duì)各可控因子進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，所得可控因子內(nèi)表如表2所示。

表2 可控因子內(nèi)表

液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)因?yàn)橐揽恳簤河瓦M(jìn)行動(dòng)能傳輸，因此屬于柔性能量傳遞系統(tǒng)，從而導(dǎo)致其中零部件的工作特性不易得到精準(zhǔn)控制，所以在裝載機(jī)的日常工作中這些零部件的某些指標(biāo)參數(shù)普遍存在一定波動(dòng)。而這些參數(shù)波動(dòng)會(huì)進(jìn)一步的影響到液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的工作性能，在本研究中具體體現(xiàn)為對(duì)能量回收率的影響。而液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為復(fù)合儲(chǔ)能式混合動(dòng)力系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成部分，其中的參數(shù)波動(dòng)勢(shì)必會(huì)影響到整個(gè)混合動(dòng)力系統(tǒng)的工作性能。

通過上述分析可以得出，液壓驅(qū)動(dòng)-制動(dòng)能量回收系統(tǒng)中的最低工作壓力下的V1，p1，V2，p2這4個(gè)影響參數(shù)符合噪聲因子的特征，即屬于研究設(shè)計(jì)人員不容易控制的參數(shù)因子，且屬于系統(tǒng)內(nèi)部噪聲因子，故將上述4個(gè)影響參數(shù)因子選擇為噪聲因子。

在初始方案的基礎(chǔ)上選擇等距劃分法將各噪聲因子劃分為三水平，劃分后的噪聲因子及水平如表3所示。

表3 噪聲因子及水平

根據(jù)上述確定的噪聲因子及其水平，選擇L9(34)外表對(duì)各噪聲因子進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，所得噪聲因子外表如表4所示。

表4 噪聲因子的外表

此外，鑒于液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)整個(gè)混合動(dòng)力系統(tǒng)具有較大的影響，因此選擇符合信號(hào)因子特征的Vp/M,max作為本研究穩(wěn)健設(shè)計(jì)的信號(hào)因子，即調(diào)整Vp/M,max以使混合動(dòng)力系統(tǒng)的工作性能指標(biāo)維持在目標(biāo)范圍內(nèi)。

在初始方案的基礎(chǔ)上選擇等距劃分法將信號(hào)因子劃分為三水平，劃分后的信號(hào)因子及水平如表5所示。

表5 信號(hào)因子及水平

4 基于Isight的復(fù)合儲(chǔ)能式混合動(dòng)力系統(tǒng)穩(wěn)健優(yōu)化及仿真分析

4.1 穩(wěn)健優(yōu)化

1)搭建田口穩(wěn)健設(shè)計(jì)流程

在Isight軟件的田口穩(wěn)健設(shè)計(jì)模塊中搭建的田口穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)流程如圖9所示。

圖9 田口穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)流程

將提到影響因子的有關(guān)數(shù)學(xué)公式，以及各影響因子與復(fù)合儲(chǔ)能式混合動(dòng)力系統(tǒng)的工作性能指標(biāo)有關(guān)的數(shù)學(xué)公式一起輸入到Calculator模塊中，驗(yàn)證結(jié)果如圖10所示。

圖10 Calculator數(shù)學(xué)公式驗(yàn)證結(jié)果

接著依據(jù)參數(shù)設(shè)計(jì)所得到的內(nèi)外正交表，以及信號(hào)因子水平表等來完成P-Diagram系統(tǒng)圖的參數(shù)設(shè)置，如圖11所示。

圖11 P-Diagram系統(tǒng)圖

2)結(jié)果分析

因?yàn)榭煽匾蜃?、噪聲因子以及信?hào)因子之間的組合方式有730種，而穩(wěn)健設(shè)計(jì)的過程便是在這730種方案中找到最穩(wěn)健的方案[13]。

復(fù)合儲(chǔ)能式混合動(dòng)力系統(tǒng)為動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，所以田口穩(wěn)健設(shè)計(jì)模塊依據(jù)動(dòng)態(tài)特性的參數(shù)設(shè)計(jì)流程，以及動(dòng)態(tài)特性評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)730種方案進(jìn)行一一設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)。Isight軟件完成穩(wěn)健設(shè)計(jì)后所得的穩(wěn)健方案為：輪邊減速器傳動(dòng)比iL為4.325，主減速器傳動(dòng)比im為5.347，一擋傳動(dòng)比ig1為3.444，二擋傳動(dòng)比ig2為2.176，三擋傳動(dòng)比ig3為1.406，四擋傳動(dòng)比ig4為0.485，液力變矩器傳動(dòng)比iT為0.964，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定功率Pm為48.235 kW，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速nm為1834 r/min。穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)前后的動(dòng)態(tài)特性評(píng)價(jià)指標(biāo)的對(duì)比結(jié)果，如表6所示。

表6 復(fù)合儲(chǔ)能式混合動(dòng)力系統(tǒng)田口穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)前后對(duì)比

通過與初始方案的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過田口穩(wěn)健設(shè)計(jì)法的穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)后，在噪聲因子的作用下，復(fù)合儲(chǔ)能式混合動(dòng)力系統(tǒng)的燃油消耗量對(duì)噪聲因子的敏感度由-3.8142下降到了-7.1730；誤差均方由23.329下降到13.368，降低了42.7%；而信噪比由-15.730提高到-13.215。穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果表明，對(duì)復(fù)合儲(chǔ)能式混合動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)健設(shè)計(jì)后，混合動(dòng)力系統(tǒng)的穩(wěn)健性得到一定提升，使得整車燃油經(jīng)濟(jì)性能抵抗噪聲因子波動(dòng)的能力得到加強(qiáng)，進(jìn)而為節(jié)省不必要的燃油消耗，完成節(jié)能減排的目標(biāo)提供了可能。

4.2 結(jié)果仿真驗(yàn)證

使用所搭建的整車后向仿真模型，對(duì)穩(wěn)健設(shè)計(jì)前后各作業(yè)工況下的燃油消耗曲線進(jìn)行對(duì)比分析，如圖12所示。

圖12 穩(wěn)健設(shè)計(jì)前后各工況的燃油消耗仿真對(duì)比

由圖12可見，采用穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的復(fù)合儲(chǔ)能混合動(dòng)力裝載機(jī)在4個(gè)典型作業(yè)工況下的燃油消耗量都有明顯下降，且燃油消耗量變化曲線較初始方案更加平穩(wěn)，符合具有抗干擾性能的特點(diǎn)，由此表明經(jīng)過田口穩(wěn)健設(shè)計(jì)優(yōu)化后，復(fù)合儲(chǔ)能式混合動(dòng)力系統(tǒng)的穩(wěn)健性得到有效提高。

另外，根據(jù)圖13所示，經(jīng)過穩(wěn)健設(shè)計(jì)優(yōu)化后的復(fù)合儲(chǔ)能混合動(dòng)力裝載機(jī)在4個(gè)典型工況下的平均燃油消耗量均有大幅下降，顯著降低了整車的燃油消耗。

圖13 優(yōu)化前后的平均燃油消耗量對(duì)比

最后，根據(jù)節(jié)油率計(jì)算公式對(duì)穩(wěn)健設(shè)計(jì)與控制優(yōu)化后的各工況下的節(jié)油率進(jìn)行計(jì)算和分析,如圖14所示。優(yōu)化后的各工況下的節(jié)油率β均達(dá)到了18%以上，說明經(jīng)過穩(wěn)健設(shè)計(jì)與控制優(yōu)化后的復(fù)合儲(chǔ)能式混合動(dòng)力裝載機(jī)的節(jié)油率得到明顯提升。

5 硬件在環(huán)仿真試驗(yàn)

5.1 硬件在環(huán)試驗(yàn)臺(tái)架基本原理

本研究使用的硬件在環(huán)試驗(yàn)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)是在MATLAB/Simulink軟件基礎(chǔ)上所開發(fā)的硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)-dSPACE硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)[14]。依據(jù)研究對(duì)象的有關(guān)數(shù)學(xué)公式或者數(shù)學(xué)模型在MATLAB/Simulink軟件中搭建研究對(duì)象的Simulink模型，并對(duì)搭建的Simulink模型的有效性進(jìn)行離線仿真測(cè)試驗(yàn)證。制動(dòng)能量回收試驗(yàn)臺(tái)架如圖15所示。

圖15 制動(dòng)能量回收試驗(yàn)臺(tái)架

5.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

由圖16可見，由于部分仿真模型被替換為了硬件實(shí)物，所以硬件在環(huán)試驗(yàn)的試驗(yàn)曲線存在一定的波動(dòng)，即兩者存在一定誤差，但各工況油耗誤差范圍均在0～0.5 g之間，所以從整體上看硬件在環(huán)試驗(yàn)與仿真所得試驗(yàn)結(jié)果基本一致。進(jìn)而再次驗(yàn)證了對(duì)復(fù)合儲(chǔ)能式混合動(dòng)力系統(tǒng)的穩(wěn)健設(shè)計(jì)與控制優(yōu)化效果的有效性，即復(fù)合儲(chǔ)能式混合動(dòng)力系統(tǒng)裝載機(jī)的穩(wěn)健性和燃油經(jīng)濟(jì)性得到有效提升。

圖16 作業(yè)工況下的燃油消耗試驗(yàn)與仿真對(duì)比

6 結(jié)論

本研究首先簡(jiǎn)述了穩(wěn)健設(shè)計(jì)的有關(guān)理論，并介紹了田口穩(wěn)健設(shè)計(jì)法的參數(shù)設(shè)計(jì)基本流程和評(píng)價(jià)指標(biāo)，同時(shí)還闡述了Isight軟件中的田口穩(wěn)健設(shè)計(jì)模塊的穩(wěn)健設(shè)計(jì)流程；然后對(duì)復(fù)合儲(chǔ)能式混合動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行了穩(wěn)健設(shè)計(jì)的參數(shù)分析，并根據(jù)參數(shù)分析結(jié)果使用田口穩(wěn)健設(shè)計(jì)法進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)；之后基于參數(shù)設(shè)計(jì)結(jié)果，使用Isight對(duì)復(fù)合儲(chǔ)能式混合動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)健設(shè)計(jì)；最后通過整車后向仿真模型，對(duì)4種典型作業(yè)工況下的整車燃油消耗量進(jìn)行穩(wěn)健優(yōu)化前后的對(duì)比分析以此驗(yàn)證穩(wěn)健設(shè)計(jì)的優(yōu)化結(jié)果。仿真分析結(jié)果表明，經(jīng)過穩(wěn)健設(shè)計(jì)優(yōu)化后，復(fù)合儲(chǔ)能式混合動(dòng)力系統(tǒng)的燃油經(jīng)濟(jì)性得到明顯改善，證明了穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)的有效性。