GKZ高空作業(yè)車液壓系統(tǒng)設(shè)計

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電力驅(qū)動，可大大推廣使用該種設(shè)備。另一方面，和其他用于加工的市政服務(wù)工程在人口高度密集的區(qū)域在夜間（街道噴霧器人士，垃圾車，電車的牽引網(wǎng)絡(luò)服務(wù)車輛等）的公共服務(wù)領(lǐng)域相比，是非常獨(dú)特的。經(jīng)常由市民報道，有關(guān)于服務(wù)項目問題的解決是關(guān)乎于柴油發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的噪聲的水平。 一個由瓦拉公司4 設(shè)計電池供電的起重機(jī)路線的例子，就如何滿足不斷增加的法規(guī)控制室內(nèi)起重作業(yè)時的環(huán)境條件，最近對混合解決方案將報盤延期。另一例子是由伊頓公司5,6研究的，用于高空作業(yè)平臺設(shè)備的中型卡車的混合動力系統(tǒng)。伊頓公司從2007年8月開始使中型混合動力系統(tǒng)的各種應(yīng)用商業(yè)化，例如一個：電信和直轄市，城市配送，拒絕，城市公交大巴，挑選和攜帶等。 一種混合動力車輛，被定義為一個具有一個以上的源功率。雖然幾種不同類型的混合解決方案雖已在過去被考慮，但目前仍在接受進(jìn)一步的廣泛研究，如混合動力電動汽車（HEV）1，它使用的電動機(jī)/發(fā)電機(jī)和電池組（或其他電存儲設(shè)備）和機(jī)械混合動力汽車用飛輪來儲存能量?；旌弦簤旱能囕v（HHVs）2，車輛加速時的制動過程中它存儲捕獲的動能，并將其存儲在液壓氣動蓄能器并返回能量傳動系統(tǒng)。各個不同結(jié)構(gòu)的混合驅(qū)動器（串行和并行）開發(fā)7,8。 混合電力系統(tǒng)維護(hù)傳統(tǒng)的傳動系體系結(jié)構(gòu),當(dāng)添加一個能夠提高發(fā)動機(jī)功率的電氣時。 該系統(tǒng)的一個特點(diǎn)是它通常能夠恢復(fù)在制動和儲存時丟失的能量，并存儲在電池中。存儲的能量被用于改善燃油經(jīng)濟(jì)性和車輛性，只能為給定速度或用于操作車輛的電力系統(tǒng)。 混合動力傳動系的控制比控制的ICE唯一的動力傳動系要復(fù)雜得多。首先，需要在五種可能的模式（只有電動機(jī)，僅發(fā)動機(jī)，動力輔助，充電和再生）中確定最佳的操作模式。此外，當(dāng)動力輔助模式或再充電模式被選擇，則發(fā)動機(jī)功率和電機(jī)功率需要進(jìn)行選擇，以達(dá)到最佳燃油經(jīng)濟(jì)性，電池充電的平衡性和可操作性。隨著增加的動力傳動系的復(fù)雜性和需要實(shí)現(xiàn)多個的目標(biāo)，最常用的是采用兩級控制體系結(jié)構(gòu)5。以下分析功率控制系統(tǒng)的優(yōu)化:功率效率因素，燃油消耗和排放量已給出3,9,10。調(diào)查主要集中在車輛制動階段的動能再生。 在本文中，設(shè)計一個動力管理控制系統(tǒng)，被描述成是一個配有液壓高空作業(yè)平臺（AWP）設(shè)備的專用汽車的驅(qū)動系統(tǒng)。AWP對該類型的車輛（被迫停止的占空比）處理應(yīng)認(rèn)真考慮負(fù)載勢能的可回收性11,12。 混合驅(qū)動相比其他被提議的解決方案的主要優(yōu)點(diǎn)是它是一個簡單的驅(qū)動架構(gòu)。它不同于已知的解決方案，那些廣泛適用于私家車。經(jīng)典方法（私家車）是需要完全重新設(shè)計動力傳動系統(tǒng)。創(chuàng)新的方法對于特殊用途的車輛，只需要擴(kuò)展經(jīng)典的ICE驅(qū)動和擴(kuò)展單元。擴(kuò)展單元組成的電動機(jī)加上液壓泵/馬達(dá)。該解決方案允許區(qū)分熱和電的功率流路徑借助于液壓子系統(tǒng)。然而，即使該解決方案不是簡單的從功率流的角度出發(fā)，它任需求先進(jìn)的控制系統(tǒng)策略。兩層分層控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在本文中被提到。較低的控制水平是被本地經(jīng)典的比例 - 積分 - 微分（PID）控制器所應(yīng)用建造的。一個更高的控制水平是周圍形成了一個模糊邏輯控制器(FLC)，目的是對低水平本地控制器動態(tài)設(shè)置控制規(guī)則。2.目標(biāo)系統(tǒng)的特點(diǎn)：一個專業(yè)的汽車MONTRAKS的（圖1）打算利用市政通信服務(wù)維修和保養(yǎng)電車、有軌電車架空導(dǎo)線的系統(tǒng)，以及組裝和拆卸的軌道部。圖2結(jié)構(gòu)的混合動力驅(qū)動單元理念：X - 活塞桿的位移，V - 活塞桿速度，p1- 活塞式壓力，R 1 - 閥（8）的開關(guān)信號，p2的 - 供應(yīng)壓力，R2 - 切換閥（7）的信號- EM轉(zhuǎn)速，U - 電池電壓，I - 電池電流，n2 - ICE轉(zhuǎn)速通常，這種類型的車輛在設(shè)計的基礎(chǔ)上，為定期卡車的底盤配備了相應(yīng)的工作配件。該設(shè)備是建立在架空工作嵌入式平臺（AWP）（1）驅(qū)動的動臂（2）的端部的兩個液壓缸和液壓回轉(zhuǎn)馬達(dá)（3）的集合。除了標(biāo)準(zhǔn)的道路上運(yùn)行的輪胎，這些車輛的主要特征是可能在軌道上繼續(xù)運(yùn)行。具有低速液壓馬達(dá)驅(qū)動的額外的（4）軌道輪組實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)。 常常，牽引網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)和修理要耗時整晚，大都消耗在操作上。對于在維修工作的時間期間進(jìn)行的，該車輛被停放;代替發(fā)動機(jī)連續(xù)不斷地運(yùn)行，并且驅(qū)動液壓泵供應(yīng)油給液壓設(shè)備。在這個執(zhí)行階段周期，工作設(shè)備的功率需求很低 - 值不超過3，由于柴油發(fā)動機(jī)的額定功率2 接近它的低效率和重大排放量操作點(diǎn)的區(qū)域。同時，柴油機(jī)還產(chǎn)生特別惱人的噪音。上述缺點(diǎn)可以消除，例如通過引入額外的由一個電化學(xué)電池組成的電動機(jī)（EM）。在這種情況下，ICE將提供機(jī)械動力當(dāng)車輛偏移操作區(qū)域時。停車時車輛的動力向EM以及可選的ICE工作設(shè)備索取，從而保持車輛平衡。討論的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖 2。用于電機(jī)的能源供給的是一組電化學(xué)蓄能器（5）。驅(qū)動設(shè)備單元的主要動力源是EM。電動機(jī)牽引參數(shù)由脈沖寬度調(diào)制器（6）控制。它可能扭轉(zhuǎn)電動機(jī)運(yùn)行到發(fā)電機(jī)模式。EM運(yùn)行的液壓泵（3）供應(yīng)液壓傳動系統(tǒng)。 ICE，選擇適當(dāng)?shù)墓ぷ鼽c(diǎn)進(jìn)行試轉(zhuǎn)，成為第二液壓泵（2）。液壓油流量（2）和（3）在公共電源線上被添加在一起。液壓切換閥（7）和（8）重定向油流量在干線電源上通過，要么儲罐溢流到油箱閥或液壓缸下活塞的腔室（9）?；钊祝?）控制仰角臂（10）和間接高空作業(yè)平臺部（11）的位置。很明顯，氣缸（9）控制負(fù)載的勢能Q從而影響平臺的提升或降低。圖3 結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)，概念:sp xp -定位點(diǎn)的位置。光伏xp -實(shí)際值的位置；e xp -用位置控制誤差；sp vp -定位點(diǎn)取消或降低速度的實(shí)際工作壓力；光伏vp -實(shí)際價值,用速度；sp SOC -定位點(diǎn)的電池SOC；太陽能光伏電池SOC -實(shí)際價值的電池SOC；pv p1 -實(shí)際價值的壓力p1；光伏p2 -實(shí)際價值的壓力p2；OUT2 - PID控制器的輸出。 圖4 用隸屬函數(shù)的位置控制誤差以下幾個階段是加以區(qū)別的占空比混合動力驅(qū)動單元：SPL階段 - 提升的AWP，SPD階段 - 較低的AWP，SPP階段 - 停車的AWP。在SPL階段，由于氣缸（9）的活塞式運(yùn)轉(zhuǎn)以及適當(dāng)?shù)牡鯒U上升運(yùn)轉(zhuǎn)，油流的添加或分化從泵（2）和（3）發(fā)生。萬一流動減少，一個泵流量的一部分會被引導(dǎo)到主電源線，所述提供一部分驅(qū)動流量的泵（3）切換到電動機(jī)模式。在SPD階段，油的流動方向在主油壓供給線上發(fā)生變化，油運(yùn)行泵（3）和機(jī)械耦合的電動馬達(dá)（4）。在這兩個階段中它可能供給汽缸（9）通過油供給泵（3）由電動馬達(dá)（4）驅(qū)動。電池充電（5）發(fā)生在SPP階段。在此階段中， AWP是被固定的，泵（3）是由石油供給給泵（2）所驅(qū)動的。3.控制策略在一般情況下，功率控制策略的主要目標(biāo)是操作混合動力驅(qū)動時盡可能達(dá)到高的能源效率和低的排放量，同時保持指定車的輛性能13?？刂葡到y(tǒng)的主要任務(wù)是最大限度地利用電力的混合動力驅(qū)動。MONTRAKS車輛的噪聲水平和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行符合相對應(yīng)的具體要求。這可以通過應(yīng)用被建議的功率控制戰(zhàn)略來實(shí)現(xiàn)。這一戰(zhàn)略是基于通過控制一組電池的電荷（SOC）的狀態(tài)從而操作AWP使其速度接近于所需的軌跡以及捕獲有效的再生能量。因為它是唯一可能的，SPL和SPD占空比的階段，應(yīng)使用電力驅(qū)動。SOC是目前電池充電時瞬間可能存儲在電池中最大比例的電荷。t = T時，可表示為：;其中：Q（t0）= Q max的最大容量的電池中，SOC（t0）= 1，i(t)的電池充電或充電電流。同時，一個電池組的SOC應(yīng)控制在最小的SOC和最大的SOC之間，從而有效的得到能源的再生制動，使能量最少的丟失和對電池組的壓力最小。最低和最高的SOC的標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)電池吸收再生能量的能力，并重新啟動交通工具系統(tǒng)所確定的。在一般情況下，最小的SOC標(biāo)準(zhǔn)和最大SOC標(biāo)準(zhǔn)之間的差異，在于電池更多的可再生能源能有效地吸收。然而，對于在SOC標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)大跨度地操作可能會降低電池的使用壽命，同時受放電深度的影響。因此，SOC水平應(yīng)適當(dāng)?shù)卮_定在最佳的最小和最大之間的水平SOC min, SOC max.?？紤]到電池的充電和放電效率，本文的SOC范圍被設(shè)置為0.3，0.8。發(fā)動機(jī)和電動機(jī)之間的流量分布可以通過驅(qū)動反應(yīng)的程度（DOH）來確定：其中：PICE - 發(fā)動機(jī)的功率，PMOT - 電機(jī)功率。合并后的電源管理/設(shè)計優(yōu)化問題可寫為如下：在 SPL 和SPD 階段出現(xiàn)最大值DOH其中：XSP（T）所需的AWP軌跡XPV（t）實(shí)際的AWP軌跡。為這個目的所設(shè)計出的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)在圖3。 圖3示出的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。該控制系統(tǒng)由兩個循環(huán)：- AWP的位置和速度的控制，- 控制電池組的SOC。每個回路可以控制電動機(jī)控制器?？刂菩盘柺鞘苓壿媶卧芾?。它的目標(biāo)是適當(dāng)?shù)臅r刻供應(yīng)平穩(wěn)切換的控制信號。AWP控制系統(tǒng)用一個級聯(lián)結(jié)構(gòu)來定位和控制速度。模糊控制器處理AWP的速度。其是從實(shí)際的和需求的平臺位移來計算的。輔助控制器SP_vp的速度信號，被美聯(lián)儲以經(jīng)典的PID控制器作為參考，把它與實(shí)際速度的平臺PV_sp相比。第二控制回路電池的SOC保持在預(yù)定義的限制范圍。這個循環(huán)是由PID控制器和邏輯單元組成的。 PID單元通過連續(xù)調(diào)節(jié)的液壓閥位置控制管理電池的充電水平。3.1 AWP位置控制器AWP控制器的開發(fā)是基于已經(jīng)開發(fā)的經(jīng)典的級聯(lián)控制器PID和控制器FLC。 FLC已經(jīng)被選中，因為其適合控制的非線性，多領(lǐng)域的控制，并隨時間變化有多種不確定因素3的工廠。該控制器有兩個輸入：一個AWP（SP_xp-PV_xp）控制位置誤差，和一個AWP（PV_vp）測當(dāng)前速度。 FLC為PID控制器的電動馬達(dá)計算AWP的速度SP_vp的定位值。FLC14由三個基本的的塊組成：模糊化，推斷和非模糊化?？刂破鞯妮斎胧窃谀：龎K被統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)模糊化。事實(shí)上，模糊化把清晰的空間映射到模糊的空間。在這個過程中，對于適當(dāng)?shù)哪：担：?，把每個鮮明的輸入信號的每個樣品被轉(zhuǎn)變?yōu)橐唤M數(shù)字信號理解為這個樣本的隸屬度。 同一的模糊化標(biāo)準(zhǔn)輸入被供應(yīng)到一個推理機(jī)。 推理機(jī)是在模糊輸入，模糊邏輯規(guī)則和知識嵌入在規(guī)則庫中（圖6）進(jìn)行模糊輸出。該規(guī)則是根據(jù)相應(yīng)的知識或通過依靠資料學(xué)習(xí)或從真實(shí)的后天獲得或模擬實(shí)驗建立起來的。模糊輸出從推理機(jī)被轉(zhuǎn)化成鮮明值通過依靠非模糊化程序。模糊化的過程中，專門三角形和梯形隸屬函數(shù)已被使用。每個模糊AWP速度控制器的輸入，都是依靠同一模糊化標(biāo)準(zhǔn)的7個隸屬函數(shù)的裝置來實(shí)現(xiàn)的（參見圖4和5）。推理過程中應(yīng)用的規(guī)則庫描繪在圖 6。規(guī)則庫被設(shè)定定量的知識集?？偣灿?9個規(guī)則已經(jīng)被FLC論證。對于清晰度，規(guī)則庫以彩色矩陣的形式顯示。每個條目的矩陣對應(yīng)于適當(dāng)?shù)哪：妮敵觯⊿P_vp）;呈現(xiàn)在圖6的右側(cè)垂直條的形式 。圖6 速度規(guī)則基于FLC使用，使用概念是表1中給出傳統(tǒng)的重力中心14的方法已被應(yīng)用于模糊輸出的非模糊化。先進(jìn)的FLC的控制面已示于圖7中。正如上面提到的，從FLC輸出供應(yīng)到AWP的速率PID控制器。AWP的速率被控制輸入到后續(xù)的控制系統(tǒng)，通過控制油壓泵（圖2）旋轉(zhuǎn)的速度。速度控制器的設(shè)置經(jīng)過精心調(diào)校，以確保非周期性過渡（不過沖），即使在分步激發(fā)的情況下（參見圖10和11）。3.2 SOC控制器線性PID控制器的已被應(yīng)用于控制電池的SOC（圖3）。SOC的實(shí)際值從Ep被連續(xù)地估算。（1）使用電池電流測量。一個額外的控制單元允許用于驅(qū)動電動液壓閥的線圈閥R1和R2。電動液壓閥的控制信號，用于獲得供應(yīng)壓力p2的測量，根據(jù)活塞壓力P1，以及電池的電流和電壓（I，U）。在提升階段的AWP，所述的控制單元提供了的電動液壓閥（7）和（8）的一個適當(dāng)?shù)募ぐl(fā)。結(jié)果，根據(jù)氣缸的滑閥腔的與主油壓供給線連接。后一個AWP要求的位置達(dá)到時，閥（8）朝著它的中間位置驅(qū)動，這將完成的平臺的移動。在這里，內(nèi)燃機(jī)燃燒的能量可用于電池充電。在電池充電階段，充電控制器還在控制壓合液壓缸的滑閥腔室。這防止不愉快情況，AWP的意外震搖所導(dǎo)致的負(fù)載變化。電動液壓閥（7）將切換到位置，引導(dǎo)油從泵（2）到油箱在達(dá)到所要求的電池充電水平之后。從低級階段的平臺開始，控制單元再次切換閥（7），均衡的供應(yīng)和根據(jù)活塞油的壓力。緊隨其后，閥（8）將被切換成上下移動的平臺。勢能平臺在這一運(yùn)動期間被轉(zhuǎn)換成電的形式，并用于電池充電。 圖7 控制表面的FLC3.3 無沖擊切換系統(tǒng)模擬實(shí)驗顯示，在控制單元的操作模式切換期間會出現(xiàn)控制信號的逐步變化。這種現(xiàn)象應(yīng)該被消除，因為它可能降低混合動力驅(qū)動的可靠性數(shù)據(jù)。例如，一個逐步改變的的控制信號，強(qiáng)制電動馬達(dá)動態(tài)變化的旋轉(zhuǎn)速度，導(dǎo)致壓力在供油線擺動。一個特別小組已經(jīng)開發(fā)，以避免突然變化的混合動力驅(qū)動控制信號的潛在影響。 “本單元的概念已被示于圖 8。塊P1，I1，D1分別表示：成比例的PID1控制器的加-積分 加-導(dǎo)數(shù)成分。控制器的主要部分是配有設(shè)置控制器輸出初始值的輸入配置。切換單元跟蹤各自的輸出：控制器PID1和PID2的OUT1和OUT2。在控制器輸出切換的時刻，跟蹤系統(tǒng)的設(shè)置輸出的積分動作I1和I2的值滿足下列條件：一）I1= OUT1切換到SOC控制器， 二）I2=OUT2時，切換到AWP速度控制器?？刂普`差值e切換的時刻（t = 0時）補(bǔ)償輔助值e k，由校正單元生成。校正值e k從值E0= SP_vp-PV_vp下降到零值，在預(yù)定義的時間間隔t內(nèi)。這意味著，OUT1和OUT2的值將等于在轉(zhuǎn)換i.e. 控制值時對于直流電動機(jī)控制器的不會改變切換時刻。此操作可確保的切換電動機(jī)控制裝置設(shè)定值時無沖擊。后來t消逝i.e.= 0時，輸入的PID1控制器er=e 。4.模擬調(diào)查 混合動力驅(qū)動在Matlab的Simulink環(huán)境下的分析模型的基礎(chǔ)上已經(jīng)進(jìn)行了模擬調(diào)查。圖11中給出。模型的調(diào)整參數(shù)部分是從專用汽車MONTRAKS的開發(fā)調(diào)查12所得的。開發(fā)的仿真模型具有的一般框圖被示于圖 9。 圖8 交換單元的方塊圖 圖9 MONTRAKS驅(qū)動裝置模型的方塊圖 以下組的主要參數(shù)已被用于模擬調(diào)查：電解鉛蓄電池標(biāo)稱容量Q nom=200Ah;額定電壓U nom=48 V，DC電機(jī)：額定功率P nom = 5千瓦，標(biāo)稱轉(zhuǎn)速速度n nom =2300 rpm，柴油機(jī)額定功率N = 120千瓦液壓泵提供的標(biāo)稱單位QP =42.310-6 m3/rev液壓缸活塞直徑D = 10毫米，最大行程S =0.65米AWP的慣性負(fù)載：M= 680千克AWP允許以V max=0.5米/秒速度的提升/降低：電池充電的初級水平SOC（T0）= 0.8。 模擬調(diào)查被作為循環(huán)周期為T =18秒假設(shè)的職務(wù)執(zhí)行的，以下是幾個階段：SPL階段 - 解除平臺H=1.6米，SPP階段 - 停車平臺，tp=5秒，SPD階段 - 降低平臺H=1.6米。提升和下降A(chǔ)WP速度的模擬結(jié)果已給定圖10和11。圖10. AWP 的速度在 SPL 階段. 圖11. AWP 的速度在SPD 階段 如3.1節(jié)中提到的，速度設(shè)定值由FLC生成。在早期開始的平臺提升階段（圖10）和更低的階段（圖11），當(dāng)控制誤差最大，F(xiàn)LC快速推動最大的輸出值。在實(shí)際系統(tǒng)中，這可能造成阻尼以低振幅的速度振蕩（參照圖10）。 平臺速度的設(shè)定值和實(shí)際值在平臺運(yùn)行的結(jié)束階段會無效。這個合理的方法，保證了所要平臺的位置。一個較低的平臺改變電池的充電水平。在AWP的工作期間SOC的改變示于圖 12。輕微電池放電過程被觀察到在SPP階段。這是由于由電動馬達(dá)裝載電池運(yùn)行液壓泵所造成的。在SPD階段，可觀察到SOC增加是由平臺的勢能轉(zhuǎn)換和再生的。能量回收比率（在SPD階段熱能源的份額比上SPL階段所使用的能源）以約36為例被考慮。圖12 電池SOC改變占空比期間 建議配置電池放電的每一個責(zé)任周期是0.017。連續(xù)循環(huán)的模擬得出結(jié)論，SOC達(dá)到其最低值0.3在2920循環(huán)周期之后。這是相當(dāng)于14.6 h工作時間，見圖13。AWP的有效使用時間占整個工作周期時間74并達(dá)到2.5小時12。從而可以得出結(jié)論，即AWP的驅(qū)動電源只有在電池不過度放電時才能夠供給的電動機(jī)。如下所述，為整個車輛的工作時間估計平均燃油消耗量可以降低約24。 圖13 電池SOC下降5.結(jié)束語 一個用于混合動力驅(qū)動，由AWP速度控制器，AWP位置控制器和電池充電控制器組成的兩級多輸出控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，已經(jīng)研制成功。該系統(tǒng)允許轉(zhuǎn)移系統(tǒng)的工作點(diǎn)使其運(yùn)動軌跡能達(dá)到最佳的節(jié)能效果區(qū)域。模擬混合動力驅(qū)動的調(diào)查結(jié)果，實(shí)驗驗證表明了所開發(fā)的控制系統(tǒng)的正確性。 取得的模擬結(jié)果已經(jīng)制定了一個固定的基礎(chǔ)，發(fā)展用于發(fā)展原型實(shí)驗室控系統(tǒng)的調(diào)查。本文提出的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以考慮用在混合動力驅(qū)動器的應(yīng)用程序中，其在占空比之后致動元件改變它的潛在能量。例如：叉車，高空作業(yè)平臺，安裝轉(zhuǎn)盤的拖車，移動式起重機(jī)等。MONTRAKS需要增加現(xiàn)有的高空作業(yè)平臺驅(qū)動器的投資，估計占車輛總成本的2。為進(jìn)一步推廣應(yīng)用的技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性，研究報告應(yīng)詳細(xì)到每個個案。致謝 作者答謝在波蘭教育部和高等教育部的資金支持下獲得5 TO7C 0192：為市政工程發(fā)展建設(shè)環(huán)保的專用車和機(jī)器的電動機(jī)械動力傳送單元。參考文獻(xiàn)1 B.V. 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