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混合动力叉车能耗模型与仿真研究

作　者: 李春林
导　师: 赵韩
学　校: 合肥工业大学
专　业: 车辆工程
关键词: 并联式混合动力叉车能耗模型 Matlab/Simulink 参数匹配试验
分类号: TH242
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着工业的不断发展,能源匮乏和环境污染问题日趋严重,节能减排成了当今社会发展的主旋律。不仅汽车领域大力发展新能源技术,在工程机械领域,新能源技术也开始受重视。叉车是用量较大的工程机械,而混合动力叉车集内燃机和电动机于一体,与传统内燃叉车相比,提高了燃油的利用率,降低了排放。混合动力叉车是当前工程机械研究的一大热点。本文以汽车技术与装备工程研究中心与安徽某公司联合开展的项目为背景,将并联式混合动力叉车作为研究对象,对其展开了研究。首先分析串联式、并联式和混联式混合动力系统结构的特点,根据叉车结构特点和实际工作需要,确定了混合动力叉车并联式结构方案,并对动力系统主要部件(包括发动机、电机和电池)进行选型和参数匹配。接着基于Matlab/Simulink建模仿真平台,运用前向建模思想,利用试验建模为主,理论建模为辅的方法,建立了发动机模型、电机模型、电池模型、工况模型、驾驶员模型、整车动力学模型和传动系统模型。借鉴混合动力汽车控制策略,初步设计了混合动力叉车控制策略,并将其运用至能耗模型中,仿真结果表明,本文所设计的并联式混合动力叉车满足了设计要求,提出的控制策略是合理有效的,与传统内燃叉车相比,降低了油耗,达到了节能的目的。最后参照JB/T3300-2010和GB/T19754-2005标准,对混合动力叉车试验样车的动力性和经济性进行测试。试验结果表明样车动力性能达到预期目标,经济性较内燃叉车提高了27.6%。仿真结果与试验结果较为接近,误差在允许的范围之内,验证了本文的建模方法和所建立模型的正确性和可行性,并且所建立的模型具有一定的精度。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-8
致谢  8-15
第一章绪论  15-22
  1.1 研究背景及意义  15
  1.2 混合动力叉车概述  15-16
  1.3 混合动力叉车国内外发展现状  16-18
    1.3.1 国外研究现状  16-17
    1.3.2 国内研究现状  17-18
  1.4 混合动力仿真技术研究现状  18-21
    1.4.1 后向仿真  19
    1.4.2 前向仿真  19-20
    1.4.3 仿真软件国内外现状  20-21
  1.5 课题来源及本文研究的主要内容  21-22
第二章混合动力叉车动力系统配置与参数匹配研究  22-34
  2.1 混合动力叉车驱动系统结构方案确定  22-25
    2.1.1 串联式混合动力驱动系统  22
    2.1.2 并联式混合动力驱动系统  22-23
    2.1.3 混联式混合动力驱动系统  23
    2.1.4 混合动力叉车各种驱动方式比较  23-25
  2.2 动力系统主要部件选型  25-27
    2.2.1 发动机选型  25-26
    2.2.2 电动机选型  26-27
    2.2.3 储能装置选型  27
  2.3 动力系统主要部件参数匹配  27-33
    2.3.1 发动机参数匹配计算  28-29
    2.3.2 电动机参数匹配计算  29-31
    2.3.3 储能装置参数匹配  31-33
  2.4 本章小结  33-34
第三章混合动力叉车能耗模型研究  34-56
  3.1 混合动力叉车建模基本原则  34-35
  3.2 工况模型  35
  3.3 驾驶员模型  35-36
  3.4 动力系统模型  36-47
    3.4.1 发动机模型  36-40
    3.4.2 电机模型  40-41
    3.4.3 储能装置模型  41-47
  3.5 传动系统模型  47-50
    3.5.1 液力变矩器模型  48-49
    3.5.2 车轮模型  49-50
  3.6 整车动力学模型  50-52
  3.7 起升装置模型  52-53
  3.8 能量分配控制策略设计  53-55
    3.8.1 能量分配控制策略设计原则  53
    3.8.2 行车能量分配控制策略设计  53-54
    3.8.3 起升能量分配控制策略设计  54-55
  3.9 本章小结  55-56
第四章混合动力叉车仿真及性能分析  56-70
  4.1 叉车运行工况及试验工况分析  56-57
    4.1.1 叉车运行工况分析  56
    4.1.2 叉车试验工况分析  56-57
  4.2 仿真过程  57-60
    4.2.1 建立能耗仿真模型  57
    4.2.2 模型参数调用设置  57-59
    4.2.3 设置仿真环境参数  59-60
    4.2.4 运行仿真  60
  4.3 混合动力叉车性能仿真分析  60-64
    4.3.1 试验工况速度跟踪分析  60-61
    4.3.2 发动机功率变化分析  61
    4.3.3 电动机功率变化分析  61-62
    4.3.4 发动机运行点分析  62-63
    4.3.5 电池SOC变化分析  63
    4.3.6 试验工况油耗分析  63-64
    4.3.7 整车动力性分析  64
  4.4 混合动力叉车与内燃叉车燃油经济性比较  64
  4.5 不同载荷仿真比较分析  64-66
  4.6 实际工况仿真分析  66-69
  4.7 本章小结  69-70
第五章混合动力叉车整车性能试验  70-76
  5.1 试验参照标准及试验设备  70-71
    5.1.1 试验参照标准  70
    5.1.2 试验设备  70-71
  5.2 试验项目及试验前期准备  71
    5.2.1 试验项目  71
    5.2.2 试验前期准备  71
  5.3 试验方案  71-74
    5.3.1 动力性试验  71-73
    5.3.2 经济性试验  73-74
  5.4 试验结果  74-75
  5.5 本章小结  75-76
第六章全文工作总结与展望  76-78
  6.1 全文工作总结与创新点  76-77
  6.2 进一步工作展望  77-78
参考文献  78-81
攻读硕士学位期间发表的论文  81-82
附录  82

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