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能耗高、排放差和噪声大等问题一直是阻碍传统工程机械发展的重要因素。采用混合动力节能技术后,发动机的效率虽然得到了一定的改善,但难以真正实现零排放和降低噪声,而现有纯电驱动工程机械又没有充分发挥纯电驱动系统的高效驱动特性。因此,为了充分发挥纯电驱动工程机械的优势,探寻适合工程机械各种复杂工况和作业模式的纯电驱动动力系统,对纯电驱动工程机械的发展具有重要的理论和实际意义。 论文的研究对象为纯电驱动工程机械,其关键技术包括纯电驱动动力复合模式、基于变转速的功率匹配技术、能量储能管理技术、整机协调控制以及新型自动怠速技术等,受限于文章篇幅,本文首先研究纯电驱动动力复合模式,然后针对怠速工况,重点研究新型自动怠速技术,包括新型自动怠速系统原理和结构、数学建模及参数优化设计、以及同时兼顾操控性和节能性的控制方法及策略。从而为纯电驱动工程机械提供一种性能优越的、工程应用性强的自动怠速系统及控制方法,并且为纯电驱动工程机械的其他关键技术研究提供借鉴,为下一代节能型工程机械的产品开发提供设计依据。 各章内容分述如下: 第一章介绍了工程机械节能的背景和研究意义,综述了传统柴油机驱动型工程机械动力节能技术的研究现状,研究了传统工程机械能量利用效率不高的主要原因,概述了现有纯电驱动工程机械的研究现状,分析了其他领域的电动机驱动技术不能直接移植到工程机械上的原因,重点阐述了自动怠速控制的研究现状,最后概括了论文的主要研究内容。 第二章旨在为后续纯电驱动工程机械关键技术的研究奠定基础,分析了现有储能元件和动力电机的性能特点,提出了多种工程机械纯电驱动动力复合模式,总结了复合能源替代单一能源、多电机替代发动机、变转速替代变排量的动力复合模式结构特点。提出了新型纯电驱动液压挖掘机系统方案,研究了怠速工况能耗情况,提出了基于动力电机变转速和液压蓄能器辅助驱动的负载压力适应型自动怠速控制系统,介绍了其基本结构和工作原理。 第三章建立了新型自动怠速系统的执行器的速度控制数学模型并对控制特性进行了分析;优化设计了动力电机、液压泵以及液压蓄能器等关键元件参数和怠速转速设定,构建了AMESim-MATLAB/Simulink联合仿真模型,从液压蓄能器与复合控制算法对系统的响应影响对比,液压蓄能器充气压力和额定体积、系统管路体积与电机响应特性的匹配等方面研究了其对系统操控性能的影响。 第四章提出了新型自动怠速分段划分规则及相应的控制策略,一级自动怠速重点考虑操控性,采用最大负载压力适应控制策略并提出补偿压差优化策略;二级自动怠速重点考虑节能性,采用整机最低能耗控制策略;取消自动怠速以执行器快速恢复目标运动速度为目标,采用基于变转速的全局正流量控制策略。最后通过仿真模型验证了所提出的控制策略的可行性。 第五章搭建了新型自动怠速试验平台,对其节能性和操控性进行试验研究。结果表明,分段控制策略可行有效,取消自动怠速时的操控性能优于传统自动怠速控制;新型自动怠速系统节能效率达到67%。所提出的新型自动怠速控制系统同时兼具良好的节能性和操控性。 第六章总结了论文的主要研究工作和成果,概括了创新点,并展望了今后的研究工作和方向。