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混合动力挖掘机控制系统研究与设计

作　者: 王特治
导　师: 姚凯学；莫应强
学　校: 贵州大学
专　业: 计算机技术
关键词: 液压挖掘机混合动力控制系统 SOC预估能源管理
分类号: TU621
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着能源和环保问题的日益突出,混合动力车辆(HEV)以其排放低、噪声低等优点而受到世界各国的高度重视。国外少数工程机械厂商已成功地开发出工程车辆混合动力节能控制系统,这些控制系统都不同程度地改善了挖掘机的节能性能和燃油经济性,取得了良好的节能减排效果。而目前国内在工程机械行业中的混合动力技术的研究仅处于探索和起步阶段,还没有能够实际应用于工程车辆的混合动力系统。本文致力于混合动力液压挖掘机控制系统的研究与设计,在综合分析了混合动力现阶段的发展情况,以及在液压挖掘机上的应用研究现状和发展趋势的基础上,提出了一种模块化的HEV系统的设计方案,将整个系统分成电液控制器、能量管理器、电机控制器和监测仪表四大模块,并采用CAN总线作为各模块间进行信息沟通的桥梁。本文详细介绍了系统的组成结构、系统的动作方式、构成系统的各部件的功能和各部件在系统中的作用、关键电路的实现以及液压挖掘机电液系统的控制原理和功率匹配方法。此外,本文还详细分析了混合动力运作机制,提出了一种基于查表计算的实用的蓄电瓶剩余电量的预估方法和混合动力能量调配方案,并在经过混合动力改造的挖掘机上进行了研究试验。研究试验的结果表明,本文提出的系统构成方案和能量管理方案是切实可行的,将其应用于混合动力挖掘机上能够达到较好的节能降噪效果。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-6
第1章绪论  6-11
  1.1 工程机械节能减排的主要意义  6
  1.2 混合动力系统简介  6-7
  1.3 混合动力结构形式  7-8
  1.4 混合动力技术发展概况  8-9
  1.5 国内外HEV液压挖掘机应用研究概况  9-10
  1.6 本课题研究的主要内容  10-11
第2章液压挖掘机HEV控制系统的构成  11-19
  2.1 系统的总体架构  11
  2.2 电机控制器  11-13
  2.3 动力分配箱  13
  2.4 温度感应器  13
  2.5 大电流的测量与电流感应器  13-15
  2.6 车用铅酸蓄电池  15
  2.7 CAN现场总线  15-19
第3章液压挖掘机HEV系统的硬件实现  19-22
  3.1 VCU、EMU处理器的选择  19
  3.2 采样单元电路设计及数据处理  19-22
    3.2.1 电压/电流采样电路  19-20
    3.2.2 温度采样电路  20
    3.2.3 转速输入采样电路  20-21
    3.2.4 提高采样准确度的措施  21-22
第4章混合动力液压挖掘机电液系统控制方法研究  22-26
  4.1 工程机械用柴油机介绍  22-23
  4.2 挖掘机动力系统功率匹配原理  23-24
  4.3 柴油机-变量泵控制方案  24-26
第5章混合动力挖掘机动力系统能量的调配研究  26-33
  5.1 蓄电瓶SOC的基本定义  26
  5.2 SOC的计算方法  26-27
  5.3 SOC算法的具体实现  27-28
    5.3.1 SOC的算法实现(铅酸电池的剩余容量的估计)  27
    5.3.2 影响SOC的因素及补偿措施  27-28
  5.4 挖掘机的工作过程与能量消耗分析与蓄电池充放电的时机  28-29
  5.5 能量调配原理及其实现方案  29-33
    5.5.1 实现混合动力的原理  29-31
    5.5.2 能量调配的实现方案  31-33
第6章系统监测与故障处理  33-34
  6.1 系统状态监测的内容  33
  6.2 HEV系统故障的处理  33-34
第7章系统方案的软件实现与结果分析  34-44
  7.1 整车动作描述  34-35
  7.2 SAE J1939总线协议  35-36
  7.3 能量管理系统总线协议设计  36-38
  7.4 系统流程  38-40
    7.4.1 启动流程  38-39
    7.4.2 能源管理器(EMU)工作流程  39-40
  7.5 方案试验与分析  40-41
  7.6 试验结果分析  41-44
第8章研究总结与展望  44-45
  8.1 研究总结  44
  8.2 展望  44-45
致谢  45-46
主要参考文献  46-49
附录  49-52
在校期间的主要研究成果  52-53

混合动力挖掘机控制系统研究与设计

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