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1 中文译文 混合动力驱动车辆安装高空作业平台的控制策略 a, a, b, b, a , 05b , 02要 本文提出的发展过程即假设，建造，模拟和分析混合动力驱动车辆安装高空作业平台的控制策略。特别注意的是支付控制系统策略的发展，确保适当的能源再生，通过电化学形式储存能量。控制策略是围绕上下分层控制系统的概念建立起来的。高空作业平台的高程控制被假定为控制系统的主要目标。控制系统的第二个目标是制定明确的跟踪和保持在预定义的范围内的可再充电的电化学蓄电池的充电水平。在 境下开发控制系统的仿真模型。控制系统仿真的示范性成果被一个液压动力结构驱动安装在特殊车辆的高空作业平台例子所显示。 关键字：控制策略，混合动力驱动，能量恢复，环境的保护，模糊逻辑 从这篇文章中的图和表： 如图 1 所示 专用车 1. 介绍 减少车辆 的 废气排放一直是 多年的 研究 目标 ，部分是迫于日益严格的环保立法。在 1997年 12 月 的 第三届缔约方会议通过的 京都议定书 ， 旨 在减少 相比于 1990 年的温室气体排 放量（ 平均 水平的 5 。 2005 年 2 月 16 日由俄罗斯批准后 生效 。 作为一个用于减少温室气体排放，提高燃油经济性和能源效率 的 装置 ， 混合动力系统正在受到关注 。 2 混合驱动汽车市场 动态 的增长 已经 多年。 现 代， 有 11 个大型汽车制造商 用于 交付或 深入 发展混合动力驱动 型 的车辆。即使这 些车商 主要 是专供 乘用车 部分 ，应当强调的是 他们 进行了显着的努力， 从而实现了 混合动力驱动 卡 车，送货车和公交车 1,2 。 ，一个先进的运输技术财团，在美国陆军国家汽车中心（ 支持下，组织一部分混合动力卡车用户论坛（ 计划试点项目，以加快和协助混合商业化。根据制定的 预测，混合驱动车的市场份额在 2010 年将达到约 9的增长， 2020 年 将 达 到 近 的 增 长 。 还有重型机器和特殊用途车辆 ，都是 实现混合动力驱动的解决方案 可能出现的对象 。 但也有一些疑惑，该应用程序在经济上 是否 是可行的。考虑到乘用车， 在 有关环保法规 的制定下 ， 需要 重要的角色扮演 规模 的影响 。在重负荷 机器 的情况下，高空作业平台 的 挑选和携带移动式起重机 专用车辆的 升降设备 ，应考虑其在 混合动力解决方案中的应用驱动与操作制约 和 应 用 。 在许多情况下，该类机械的工作条件强烈限制或 甚至消 除燃烧的应用 引擎 。特别是封闭的空间领域，如工厂商店，仓库，本质安全区 等。当前 实现柴油 - 电力驱动，可大大 推广使用该种设备。 另一方面， 和其他用于加工的市政服务工程在人口高度密集的区域在夜间（街道喷雾器人士，垃圾车，电车的牵引网络服务车辆等） 的 公共服务领域 相比， 是 非常独特的 。经常 由 市民报道 ， 有关于服务项目问题的解决 是 关乎于 柴油发动机产生的噪声的水平。 一个由瓦拉公司 4 设计电池供电的起重机 路 线 的 例子 ， 就如何满足不断增加的法规控制室内起重作业时的环境条件， 最近对混合解决方案将报盘延期 。另一例子是由伊顿公司5,6研究的，用于高空作业平台设备的中型卡车的混合动力系统。伊顿公司从 2007 年 8 月开始 使 中型混合动力系统的各种应用 商业化 ，例如一个：电信 和 直辖市，城市配送， 拒绝 ，城 市 公 交 大 巴 ， 挑 选 和 携 带 等 。 一种混合动力车辆，被定义为一个具有一个以上的源功率。 虽然 几种不同类型的混合解决方案虽已在过去被考虑，但目前仍在接受进一步的广泛研究， 如混合动力电动汽车（ 1，它使用的电动机 /发电机和电池 组（或其他电存储设备）和机械混合动力汽车用飞轮来储存能量。混合液压的车辆（ 2，车辆加速时的制动过程中它存储捕获的动能，并将其存储在液压气动蓄能器并返回能量传动系统。各个不同结构的混合驱动器（串行和并行）开发 7,8 。 混合电力系统维护传统的传动系体系结构 ,当添加一个能够提高发动机功率的电气时。 该系统的一个特点是它通常能够恢复在制动和储存时丢失的能量，并存储在电池中。存储的能量被用于改善燃油经济性和车辆性，只能为给定速度或用于操作车辆的电力系统。 混合动力传动系的控制比 控制的 一的动力传动系要复杂得多。首先，需要在五种可能的模式（只有电动机，仅发动机，动力辅助，充电和再生）中确定最佳的操作模式。此外，当动力辅助模式或再充电模式被选择，则发动机功率和电机功率需要进行选择，以达到最佳燃油经济性，电池充电的平衡性和可操作性。随着增加的动力传动系的复杂性和需要实现多个的目标，最常用的是采用两级控制体系结构 5。 以下分析功率控制系统的优化 :功率效率因素，燃油消耗和排放量已给出 3,9,10。调查主3 要集中在车辆制动阶段的动能再生。 在本文中，设计一个动力管理控制系 统，被描述成是一个配有液压高空作业平台（ 备的专用汽车的驱动系统。 该类型的车辆（被迫停止的占空比）处理应认真考虑负 载 势 能 的 可 回 收 性 11,12 。 混合驱动相比其他被提议的解决方案的主要优点是它是一个简单的驱动架构。它不同于已知的解决方案，那些广泛适用于私家车。经典方法（私家车）是需要完全重新设计动力传动系统。创新的方法对于特殊用途的车辆，只需要扩展经典的 动和扩展单元。扩展单元组成的电动机加上液压泵 /马达。该解决方案允许区分热和电的功率流路径借助于液压子系统。然而，即使该解决 方案不是简单的从功率流的角度出发，它任需求先进的控制系统策略。 两层分层控制系统结构在本文中被提到。较低的控制水平是被本地经典的比例 - 积分 - 微分（ 制器所应用建造的。一个更高的控制水平是周围形成了一个模糊逻辑控制器 (目的是对低水平本地控制器动态设置控制规则。 点： 一个专 业 的汽 车 （图 1）打 算 利用市政通信服务维修和保养电车 、有轨电 车 架空 导 线的 系统， 以及 组装和拆卸的轨道部。 图 2 结构的混合动力驱动单元理念： X - 活塞杆的位移， V - 活塞杆速 度， 塞式压力，R 1 - 阀（ 8）的开关信号， - 供应压力， 切换阀（ 7）的信号 - 速， U - 电池电压， I - 电池电流， 速 4 通常，这种类型的车辆 在 设计的 基础上，为 定期卡车的底盘配备了相应的工作配件。 该设备是建立在架空工作嵌入式平台（ 1）驱动的动臂（ 2）的端部的两个液压缸和液压回转马达（ 3）的集合。除了标准的道路上运行的轮胎，这些车辆的主要特征是可能在轨道上继续运行。具有低速液压马达驱动的额外的（ 4）轨道轮组实现了这一目标。 常常， 牵引网络的维护和修理要耗时整晚，大都消耗在操作上。对于在维修工作的时间期间进行的，该车辆被停放 ;代替发动机连续不断地运行，并且驱动液压泵供应油给液压设备。在这个执行阶段周期，工作设备的功率需求很低 - 值不超过 3，由于柴油发动机的额定功率 2 接近它的低效率和重大排放量操作点的区域。同时，柴油机还产生特别恼人的噪音。 上述缺点可以消除，例如通过引入额外的由一个电化学电池组成的电动机（ 在这种情况下， 提供机械动力当车辆偏移操作区域时。停车时车辆的动力向 及可选的 作设备索取，从而保 持车辆平衡。 讨论的混合动力驱动系统的结构示意图 2。 用于电机的能源供给的是一组电化学蓄能器（ 5）。驱动设备单元的主要动力源是 动机牵引参数由脉冲宽度调制器（ 6）控制。它可能扭转电动机运行到发电机模式。 3）供应液压传动系统。 选择适当的工作点进行试转，成为第二液压泵（ 2）。液压油流量（ 2）和（ 3）在公共电源线上被添加在一起。液压切换阀（ 7）和（ 8）重定向油流量在干线电源上通过，要么储罐溢流到油箱阀或液压缸下活塞的腔室（ 9）。活塞缸（ 9）控制仰角臂（ 10）和间接高空作业平台部 （ 11）的位置。很明显，气缸（ 9）控制负载的势能 Q 从而影响平台的提升或降低。 5 图 3 结构的控制系统，概 念 :sp 定位点的位置。光伏 实际值的位置； e 用位置控制误差； sp 定位点取消或降低速度的实际工作压力；光伏 实际价值 ,用速度； 定位点的电池 阳能光伏电池 实际价值的电池 pv 实际价值的压力 伏 实际价值的压力 6 图 4 用隶属函数的位置控 制 误差 以下几个阶段是加以区别的占空比混合动力驱动单元： 段 - 提升的 段 - 较低的 - 停车的 在 段，由于气缸（ 9）的活塞式运转以及适当的吊杆上升运转，油流的添加或分化从泵（ 2）和（ 3）发生。万一流动减少，一个泵流量的一部分会被引导到主电源线，所述提供一部分驱动流量的泵（ 3）切换到电动机模式。在 段，油的流动方向在主油压供给线上发生变化，油运行泵（ 3）和机械耦合的电动马达（ 4）。在这两个阶段中它可能供给汽缸（ 9）通过油供给泵（ 3）由 电动马达（ 4）驱动。电池充电（ 5）发生在 段。在此阶段中， 被固定的，泵（ 3）是由石油供给给泵（ 2）所驱动的。 在一般情况下，功率控制策略的主要目标是操作混合动力驱动时尽可能达到高的能源效率和低的排放量，同时保持指定车的辆性能 13。控制系统的主要任务是最大限度地利用电力的混合动力驱动。 辆的噪声水平和经济运行符合相对应的具体要求。 这可以通过应用被建议的功率控制战略来实现。这一战略是基于通过控制一组电池的电荷（ 状态从而操作 其速度接近于所需的轨 迹以及捕获有效的再生能量。因为它是唯一可能的， 空比的阶段，应使用电力驱动。 目前电池充电时瞬间可能存储在电池中最大比例的电荷。 t = T 时，可表示为： 001( ) 1 ( )() C T i t d ; 7 其中： Q （ = Q 最 大 容 量 的 电 池 中 ， = 1 ， i(t)的电池充电或充电电流。 同时，一个电池组的 控制在最小的 最大的 间，从而有效的得到能源的再生制动，使能量最少的丢失和对电池组的压力最小。最低和 最高的 标准是根据电池吸收再生能量的能力，并重新启动交通工具系统所确定的。在一般情况下，最小的准和最大 准之间的差异，在于电池更多的可再生能源能有效地吸收。然而，对于在 准内大跨度地操作可能会降低电池的使用寿命，同时受放电深度的影响。因此， 平应适当地确定在最佳的最小和最大之间的水平 。考虑到电池的充电和放电效率，本文的 围被设置为 发动机和电动机之间的流量分布可以通过驱动反应的程度（ 确定： ; ( 0 , 1 )m o E m o H D O 其中： 发动机的功率， 电机功率。 合并后的电源管理 /设计优化问题可写为如下： ( ) ( )m i n ( ) m i n s p t p v te t X Xm i n m a C S O C S O C在 段出现最大值 中： T ） 所 需 的 迹 t）实际的 迹。 为这个目的所设计出的控制系统的结构在图 3 。 图 3 示出的控制系统的结构。该控制系统由两个循环： - 位置和速度的控制， - 控制电池组的 每个回路可以控制电动机控制器。控制信号是受逻辑单元管理。它的目标是适当的时刻供应平稳切换的控制信号。 制系统用一个级联结构来定位和控制速度。模糊控制器处理 速度。其是从实际的和需求的平台位移来计算的。辅助控制器 速度信号，被美联储以经典的 制器作为参考，把它与实际速度的平台 比。第二控制回路电池的 持在预定义的限制范围。这个循环是由 制器和逻辑单元组成的 。 元通过连续调节的液压阀位置控制管理电池的充电水平。 置控制器 制器的开发是基于已经开发的经典的级联控制器 控制器 经被选中，因为其适合控制的非线性，多领域的控制，并随时间变化有多种不确定因素 3的工厂。该控制器有两个输入：一个 制位置误差，和一个 测当前速度。 制器的电动马达计算 速度 定位值。 4由三个基本的 的块组成：模糊化，推断和非模糊化。控制器 的输入是在模糊块被统一标准模糊化。事实上，模糊化把清晰的空间映射到模糊的空间。在这个过程中，对于适当的模糊值（模糊集），把每个鲜明的输入信号的每个样品被转变为一组数字信号理解为这个样本的隶属度。 同一的模糊化标准输入被供应到一个推理机。 推理机是在模糊输入，模糊逻辑规则和知识嵌入在规则库中（图 6）进行模糊输出。该规则是根据相应的知识或通过依靠资料学习或从真实的后天获得或模拟实验建立起来的。模糊输出从推理机被转化成鲜明值通过依靠非模糊化程序。模糊化的过程中，专门三角形和梯形隶属函数已被使用。每个模糊 度 控制器的输入，都是依靠同一模糊化标准的 7 个隶属函数的装置来实现的（参见图 4 和 5）。 推理过程中应用的规则库描绘在图 6。规则库被设定定量的知识集。总共有 49个 规则已经被 于清晰度，规则库以彩色矩阵的形式显示。每个条目的矩阵对应于适当的模糊的输出（ ;呈现在图 6的右侧垂直条的形式 。图 6 速度规则基于 用概念是表 1中给出 传统的重力中心 14的方法已被应用于模糊输出的非模糊化。先进的 中。正如上面提到的，从 过控制油压泵（图 2）旋转的速度。速度控制器的设置经过精心调校，以确保非周期性过渡（不过冲），即使在分步激发的情况下（参见图 10和 11）。 9 线性 3）。 1）使用电池电流测量。一个额外的控制单元允许用于驱动电动液压阀的线圈阀 2。电动液压阀的控制信号，用于获得供应压力 据活塞压力 及电池的电流和电压（ I， U）。 在提升阶段的 述的控制单 元提供了的电动液压阀（ 7）和（ 8）的一个适当的激发。结果，根据气缸的滑阀腔的与主油压供给线连接。后一个 （ 8）朝着它的中间位置驱动，这将完成的平台的移动。在这里，内燃机燃烧的能量可用于电池充电。在电池充电阶段，充电控制器还在控制压合液压缸的滑阀腔室。这防止不愉快情况， 动液压阀（ 7）将切换到位置，引导油从泵（ 2）到油箱在达到所要求的电池充电水平之后。 从低级阶段的平台开始，控制单元再次切换阀（ 7），均衡的供应和根据活塞油的压力。紧随其后，阀（ 8）将被 切换成上下移动的平台。势能平台在这一运动期间被转换成电的形式，并用于电池充电。 图 7 控制表面的 无冲击切换系统 模拟实验显示，在控制单元的操作模式切换期间会出现控制信号的 逐步变化。这种现象应该被消除，因为它可能降低混合动力驱动的可靠性数据。例如，一个逐步改变的的控制信号，强制电动马达动态变化的旋转速度，导致压力在供油线摆动。 一个特别小组已经开发，以避免突然变化的混合动力驱动控制信号的潜在影响。 本单元的概念已被示于图 8。 块 比例的 积分 加 制器的主要10 部分是配有设置控制器输出初始值的输入配置。切换单元跟踪各自的输出：控制器 控制器输出切换的时刻，跟踪系统的设置输出的积分 动作 2的值满足下列条件： 一） 二） 换到 控制误差值 t = 0时）补偿辅助值 e k，由校正单元生成。校正值 e 0= 预定义的时间间隔 意味着， 控制值时对于直流电动机控制器的不会改变切换时刻。此操作可确保的切换电动机控制装置设定值时无冲击。后来 0时，输入的 er=e 。 混合动力驱动在 11中给出。模型的调整参数部分是从专用汽车 12所得的。开发的仿真模型具有的一般框图被示于图 9。 图 8 交换单元的方块图 11 图 9 以下组的主要参数已被用于模拟调查： 电解铅蓄 电池标称容量 Q 00定电压 U 8 V， 定功率 P 5千瓦，标称转速速度 n 2300 柴油机额定功率 N = 120千瓦 液压泵提供的标称单位 0-6 m3/液压缸活塞直径 D = 10毫米，最大行程 S =M= 680千克 秒速度的提升 /降低： 电池充电的初级水平 = 模拟调查被作为循环周期为 T =18秒假设的 职务执行的，以下是几个阶段： - 解除平台 H= - 停车平台， 秒， - 降低平台 H= 提升和下降 0和 11。 12 图 10. 速度在 段 . 图 11. 速度在 段 如 度设定值由 早期开始的平台提升阶段 （图 10）和更低的阶段（图 11），当控制误差最大， 实际系统中，这可能造成阻尼以低振幅的速度振荡（参照图 10）。 平台速度的设定值和实际值在平台运行的结束阶段会无效。这个合理的方法，保证了所要平台的位置。一个较低的平台改变电池的充电水平。在 12。轻微电池放电过程被观察到在 是由于由电动马达装载电池运行液压泵所造成的。在 观察到 量回收比率（在 约 36为例被考虑。 13 图 12 电池 建议配置电池放电的每一个责任周期是 连续循环的模拟得出结论， 920循环周期之后。这是相当于 14.6 图 13。 4并达到 12。从而可以得出结论，即 下所述，为整个车辆的工作时间估计平均燃油消耗量可以降低约 24。 图 13 电池 降 5. 结束语 一个用于混合动力驱动，由 经研制成功。该系统允许转移系统的工作点使其运动轨迹能达到最佳的节能效果区域。模拟混合动力驱动的调查结果，实验验证表明了所开发的控制系14 统的正确性。 取得的模拟结果已经制定了一个固定的基础，发展用于发展原型实验室控系统的调查。本文提出的控制系统结构可以考虑用在混合动力驱动器的应用程序中，其在占空比之后致动元件改变它的潜在能量。例如：叉车，高空作 业平台，安装转盘的拖车，移动式起重机等。 计占车辆总成本的2 。为进一步推广应用的技术经济可行性，研究报告应详细到每个个案。 致谢 作者答谢在波兰教育部和高等教育部的资金支持下获得 5 192： 为市政工程发展建设环保的专用车和机器的电动机械动力传送单元。 参考文献 1 2003 2 F. A. of a a 52, 2002, 425430. 3 B. B. G. of on 55(1), 2000, 2. 4 5 C. H. J. M. 003003. 6 R. J. S. p 0032003. 7 C. of of 0 (2) (2002)247275. 8 M. Y. A. 2004. 9 a 001 0012001. 10 D. M. H. An of a of J. 217 (9) (2003) 801807. 11 J. A. of of in on of of (9 (2005) 1519. 12 A. J. M. of of 5 in 2007, 269271, ( 13 A a CE 2, 0995, 11691175. 14 3 (1995) 345377. 英文原文 of a, a, b, b, a , 05b , 02he of a of is in to of by of in is up of of is as of of is in of of in A is of on of a on 1. he of an of it is by at 997, is to by an % 990 It 6, 2005 as a HG by is up to or to is on it be is to in 6 1,2. 3, an as of ) to up to to % 010 020. of if is in of of . In of or of is of or of In is of as of of of on of is to be in . It is by to be is of by An on to is 4,is a 5,6007 in a of a: so A is as of of in 17 1. 1, a or to 2, it in to of 7,8 to of is to in is to a or to of is CE to or is to be to to a is 5. 18 2. of x v of 8), of 7), EM U I of 19 3. of of WP of WP of or of of WP of of of of ID of ,9,10. on of in of In of a a of of of WP be as 11,12. of is a It in 0 of of CE
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