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De e ．2 01 3 机床与液压 Hy d r o me c h a t r o n i c s En g i n e e ring V0 l _41 No．2 4 DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 - 3 8 8 1 ． 2 0 1 3 ． 2 4 ． 0 0 4 Hy dr a u l i c Hy b r i d Te c hn o l o g y a n d I t s Re s e a r c h Pr o g r e s s L U O N i a n n i n g ， Z HN A G J i a n ， J I A N G J i h a i ， Z HA N G Q i n g r u n J ． S c h o o l o f A u t o m o t i v e E n g i n e e r i n g ， H a r b i n I n s t i t u t e of T e c h n o l o g y ，W e i h a i 2 6 4 2 0 9 ，C h i n a ； 2 ． S c h o o l of Me c h a t r o n i c s E n g i n e e r i n g， H a r b i n I n s t i t u t e of T e c h n o l o g y ， H a r b i n 1 5 0 0 0 1 ，C h i n a 1． I nt r o d uc t i o n Ab s t r a c t Hy dr a u l i c h y b r i d t e c h n o lo g y a n d it s t e c h n ic a l c h ar a c t e r is t i c s a r e b r i e f l y i n t r o d u c e d i n t h i s p a p e r ．I t s r e s e a r c h p r o g r e s s a s we ll a s t h e e x i s t i n g p r o b l e ms a n d s h o r t a g e s ar e d i s c u s s e d ．Th e k e y t e c h n olo g i e s t h a t c o n s t r a i n t h e c o mme r c i a l iz a t i o n o f t h e t e c h n o lo g y ar e p o i n t e d o u t i n t h i s p a 。 p er ． K e y wo r d sh y d r a u l ic h y b r i d，s e c o n d ar y r e gu l a t io n，h y d r o s t a t ic t r a n s mis s i o n Co n t i n u o u s d e t e r i o r a t i o n o f t h e e n e r g y a n d e n v i r o n me n t p r o b l e m o v e r t h e wo r l d h a s b e c o me a c r i t i c a l f a c t o r t h a t r e s t r i c t s t h e s u s t a i n a b l e d e v e l o p me n t o f t h e s o c i e t y．Be f o r e fin d i ng a s a f e，s t a b l e，a n d c h e a p n e w e n e r gy ，hy b r i d t e c h n o l o g y t h a t r e d u c e s e n e r g y c o n s u mp t i o n a n d e mi s s i o n s i s t h e mo s t r e a l i s t i c c h o i c e ba s e d o n t h e c u r r e n t l e v e l o f t e c hn o l o g y． Hy d r a u l i c h y b r i d t e c h no l o g y i s a s i g n i fic a n t b r a nc h o f h y b r i d t e c hn o l o g y． Hy dr a ul i c h y b rid t e c h - n o l o g y c o mb i n e s m a i n p o w e r u n i t i n t e r n a l e o m b u s t i o n e n g i n e ， MP U f o r s h o r t w i t h h i g h e n e r g y d e n s i t y a n d h y d r a u l i c a s s i s t a n t p o w e r u n i t AP U for s h o r t wi t h h i g h p o we r d e ns i t y，wh i c h c a n a c h i e v e b r a k i n g e n e r g y r e g e n e r a t i o n a n d i mp r o v i ng o u t p u t c h a r a c t e r i s - t i c s o f t he e n g i ne ．Hy d r a u l i c h y br i d t e c h n o l o g y’ s a d v a n t a g e s s t a n d o u t i n u r b a n p ub l i c s e r v i c e d o ma i n s u c h a s u r ba n b us ， g a r b a g e c o l l e c t i o n，a n d e x p r e s s d e l i v e r y，wh i c h e x i s t i n ma n y c o mpl e x c y c l i c o p e r a t i n g c o n d i t i o n s l i k e f r e q u e nt l y s t a r t s t o p ． As t h e r e s e a r c h m o v e s a l o n g ， h y d r a u l i c h y b r i d v e h i c l e H HV for s h o rt h a s d r a w n mo r e a n d m o r e a t t e n t i o n w i t h i t s s up e r i o r e c o n o mi c e ffic i e nc y，d y n a mi c p r o pe rty，a n d s e c u r i t y t o h y b r i d e l e c t ri c v e h i c l e H E V f o r s h o rt ． Re c e i v e d201 30 43 0 N a t i o n a l N a t u r a l S c i e n c e F o u n d a t i o n 5 1 2 7 5 1 2 3 LUO Ni a nn i n g，Se n i o r En g i ne e r ． E ma i l l u o hi t ． e du ．c n 2． The a dv a nt a g e s o f h y dr a u l i c hy b r i d t e c hn o l o g y Hy d r a u l i c h y brid t e c h n o l o g y i n t e g r a t e s s e c o n da ry r e g u l a t i o n h y dr o s t a t i c t r a ns mi s s i o n t e c h no l o g y， h y d r a u l i c e ne r g y s t o r a g e t e c h n o l o gy a n d t r a di t i o n a l a u t o mo b i l e t e c h n o l o g y ． Hy d r a u l i c h y b r i d t e c hn o l o g y t a k e s a d v a n t a g e s o f t h e h i g h p o we r d e n s i t y o f h y dr o s t a t i c t r a n s mi s s i o n a n d f a s t c h a r g e - d i s c ha r g e p e r f o r ma n c e o f h y d r a u l i c a c c u mu l a t o r t h a t c a n r e c o v e r t h e b r a k i n g e n e r g y o f v e h i c l e e ffi c i e n t l y，a n d c o o r d i na t e t h e i n t e r n a l c o n s u mp t i o n e ng i n e a n d h y d r a u l i c a s s i s t a n t u n i t t o s e pa r a t e l y o r s i mu l t a n e o u s l y d r i v e t h e v e hi c l e i n s u b s e q u e n t d r i v i n g u n d e r t h e c o n t r o l o f c o mpu t e r ． Th i s i s e s s e n t i a l l y t h e pr o c e s s o f ma k i n g u s e o f h y d r a u l i c a c c u mu l a t o r a n d h y d r a u l i c pu mp ／mo t o r t o r e a l i z e br a k i ng e n e r g y c o n v e r s i o n a n d t e mp o r a ry s t o r a g e；t he r e f o r e，t h e p e r f o r ma n c e o f e n e r g y c o nv e r s i o n c o mp o n e n t a n d e n e r g y s t o r a g e e l e me n t d e c i d e s t he t o t a l e ffic i e nc y o f h y b rid v e h i c l e t o a g r e a t e x t e n t ，d i r e c t l y a f f e c t i n g t h e e f f e c t o f e n e r g y s a v i n g a n d e mi s - s i o n r e d uc t i o n．Th e r e i s no s i g n i fic a n t di f f e r e nc e b e - t we e n t h e e f f i c i e n c i e s o f h y d r a u l i c p u mp- mo t o r a n d mo t o r g e n e r a t o r ， w h i c h a r e a b o u t 8 9 ％ ～ 9 3 ％[ 1 ] ． Ho we v e r ，wh e n c o me s t o t h e e ffi c i e n c y o f e n e r g Y s t o r a g e e l e me n t ，d i f f e r e n c e s b e c o me o bv i o us l i m- i t e d b y i t s c h a r g e a c c e pt a n c e o f ma x i mum c h a r g i n g c u r r e n t a n d p o we r ． St o r a g e b a t t e ry c a n o n l y a bs o r b a p p r o x i ma t e l y 2 0 ％ b r a k i n g e n e r gy[ 2 ] ，a n d s e v e r a l L U0 Ni a n n i n g，e t a l Hy d r a u l i c Hy br i d Te c hn o l o g y a nd I t s Re s e a r c h Pr o g r e s s 3． W o r ki n g p r i n c i p l e o f hy d r a ul i c h yb r i d s y s t e m APU o f HHV c o n s i s t s o f h y dr a ul i c p ump ／mo t o r ， h y dr a u l i c a c c umu l a t o r a n d c o n t r o l v a l v e b l o c k， a nd ma k e s u s e o f t h e c h a r a c t e r i s t i c o f h y dr a u l i c pu mp ／ mo t o r t h a t i s c a p a b l e o f wo r k i n g i n f o u r - q u a d r a n t a n d t e mpo r a r y s t o r a g e o f h y d r a u l i c a c c u mu l a t o r t o o p t i mi z e t h e o p e r a t i ng po i n t o f e n g i n e，i mp r o v e t h e o u t p ut c h a r a c t e ris t i c o f e ng i n e a n d a c hi e v e b r a k i n g e n e r g Y r e g e n e r a t i o n．Th e h y d r a u l i c APU c a n a u t o ma t i c a l l y r e g u l a t e t he e ng i n e t o o p e r a t e i n h i g h f u e l e f f i e i e n c y a r e a a n d d r i v e t h e v e h i c l e a l o n e，o r t o g e t h e r wi t h t h e e n g i n e wh i l e t h e v e h i c l e i s r un n i n g ． Hy d r a u l i c p u mp ／mo t o r c o n v e Hs b r a ki n g e ne r g y o f t h e v e h i c l e i n t o h y d r a u l i c e n e r gy a n d s t o r e s i t i n h y d r a u l i c a c c u mu l a t o r wh e n t he v e h i c l e br a k e s a nd d e c e l e r a t e s ． Du r i n g s ub s e q ue n t s t a r t ，a c c e l e r a t i o n，o r i n a n o r ma l d r i v i n g c o n d i t i o n， h y d r a ul i c e ne r gy wi l l r e l e a s e d b y h y d r a u l i c mo t o r t o a s s i s t t he e ng i n e o r s e p a r a t e l y d r i v e t h e v e h i c l e [ 1 11 2 ] ．T h e t o p o l o g i c a l s t r u c t u r e o f HHV i s s i mi l a r t o t h a t o f HEV，wh i c h c a n b e c l a s s i fte d i nt o s e r i e s， p a r a l l e l a n d p a r a l l e l - s e rie s， a s s h o w n i n F i g ．5 d a s h a n d g r e e n d o t t e d l i n e s d e n o t e hy d r a ul i c e ne r g y，f u l l l i n e s d e n o t e me c h a n i c a l e n e r - g Y ，r e a d d o t t e d l i n e s d e n o t e c h e mi c a l e n e r gy ． 一．一一一一一一一．一一一一 盯 冒悃 a S e r i e s t y p e b P a r a l l e l t y p e ’ ■ 一 l c Pa r a l l e l - s e r i e s t y p e F i g ． 5 T y p i c a l t o p o l o g i c a l s t r u c t u r e o f h y b ri d s y s t e m S e rie s t y p e h a s s i mp l e s t r u c t u r e，i t s a r r a n g e me n t o f e n g i n e d o e s n o t b o u n d t o t h e d ri v e t r a i n，a n d o p e r a t i n g p o i n t c a n b e s e l e c t e d i n h i g h e ffic i e n c y a r e a w i t h o u t t h e c o n s t r a i n t o f t h e d r i v i n g c o n d i t i o n o f t h e v e h i c l e ． Bu t s e rie s t y pe’s d r i v i n g p o we r a l l c o me s f r o m h y d r a u l i c p u mp ／ mo t o r ； t h e r e f o r e ， t h e s y s t e m e ffi c i e n c y g e t s l o w a ft e r s e v e r a l t i me s o c o n v e r s i o n． Pa r a l l e l t y p e h a s c o mpa c t s t ru c t u r e，b u t i t s e n g i ne i s r i g i d c o nn e c t e d t o t h e a x l e；t h u s，t he e n g i ne s p e e d i s r e s t ric t e d b y t h e v e h i c l e s p e e d a n d c o ns e q u e n t l y c a n n o t b e s t a b i l i z e d a t i d e a l c o n d i t i o n． P a r a l l e 1 ． s e r i e s t y p e c o mb i n e s a d v a n t a g e s o f t h e t wo a b o v e，wh i c h g e n e r a l l y a d o p t s p l a n e t a r y g e a r t r a i n t r a n s mi s s i o n t o de c o mp o s e，mo d u l a t e，a n d t he n c o n v e r g e s t h e o u t p u t p o we r o f e n g i n e s o a s t o r e a l i z e t h e d e c o u p l i n g o f t he e n g i ne a n d v e h i c l e ． Th e ma i n s t ruc t u r e mo d e s a t p r e s e n t a r e i n p u t c o u p l e d t y p e a n d o ut pu t ． c o u p l e d t y pe s h o wn i n Fi g．6． Al t h o u g h t h e i r s t r uc t u r e a n d c o n t r o l a r e mo r e c o mp l e x，s t e p l e s s s p e e d r e g u l a t i o n s o f t h e v e h i c l e c a n b e a c hi e v e d b y r e g u l a t i n g t he di s t r i b u t i o n r a t i o o f h y d r a u l i c po we r ； h e n c e， s pe e d c h a n g e me c h a n i s m c a n be r e mo v e d． 王 k I Hy draulic I “ “ T I i T 1 T _ [ -●一 l1 _ - J 上 } a i n p u t c o u p l e d t y p e Hy d r a u l i c 1 ． l } 臼匝 闰 H IJ T 三 J 一 _ I ∞ 厂 上 b ou t p u t c o u p l e d t y p e F i g ． 6 T w o t y p e s o f p a r a l l e l s e r i e s s t ruc t u r e mo d e [ 1 41 5 ] 4． Do me s t i c a nd o v e r s e a s r e s e a r c h s t a t us o f hy d r au l i c hy b r i d t e c h no l o g y 4． 1 ． Ov e r s e a s r e s e a r c h s t a t us S i n c e Ge r ma n p r o f e s s o r Ni ko l a u s fir s t p u t f o r - wa r d t h e c o nc e p t o f h y d r o s t a t i c t r a ns mi s s i o n wi t h s e e o n d a r y r e g u l a t i o n i n 1 9 7 7 [ 1 2 ] ， B a c k 6 ， M u rr e n h o ff ， Me t z n e r a n d Ko d a k h a d c o n d u c t e d ma n y s t u d i e s o n i t s c o n t r o l a n d e n e r gy s a v i n g p rin c i p l e ．P．B u c h w a l d a n d G．C h r i s t e n s e n h a d s t u d i e d t h e t h e o ry o f b r a k i n g e n e r gy r e g e n e r a t i o n i n 1 9 7 9 ．I n 1 9 8 5，Ge rm a n p r o d u c e d t h e fi r s t h y b rid v e h i c l e n a me d MAN Hy d r o - b u s ．Af t e r t h a t ．ma n y r e s e a r c h i n s t i t u t e s l i k e At h e n s LUO Ni a n n i n g，e t a l Hy dr a u l i c Hy b r i d Te c h n o l o g y a n d I t s Re s e a r c h Pr o g r e s s 23 S h a n g h a i C e x hi bi t i o n．Re x r o t h Co r p．di s p l a y e d a h y d r a u l i c h y b r i d r e f u s e t r u c k wi t h pa r a l l e l t y p e s t ru c ． t u r e H R B H y d r o s t a t i c R e g e n e r a t i v e B r a k i n g s y s t e m f o r t h e fi r s t t i m e [ 2 O ] ，w h i c h ma r k e d t h e b e g i n n i n g o f c o mme r c i a l i z a t i o n p r o c e s s o f hy d r a u l i c h y brid t e c h． n o l o gy ． T he n．US Ea t o n Co r p．b r o u g ht o u t t he HL Hy d r a u l i c L a u n c h A s s i s t s y s t e m i n 2 0 1 0 ．a n d Au s t r a l i a HHT C o r p ． b r o u g h t t h e HDA f Hy d r a u l i c D ri v e A s s i s t i n 2 0 1 2『 2 1 ] ．P a r k e r C o r p ．a 1 s o a n - n o un c e d t ha t i t s s e r i e s t y pe s t ru c t u r e Run W i s e s y s t e m wo u l d b e b r o u g h t t o ma r ke t a t t he e n d o f t hi s y e a r [ 1 8 ] ，w h i c h i s a p p l i e d i n n o n p a s s e n g e r v e h i c l e s ， l i k e t he f o r me r t hr e e pa r a fle l t y p e s t r u c t u r e s y s t e ms ． T h i s i n d i c a t e s t h a t ．a l t h o u g h h y d r a u l i c h y b r i d t e c h ． n o l o g y o v e r s e a s i s f a r a h e a d，i t s s e c u rit y ．c o mf o r t o r r i de c a n n o t r e a c h t he r e q u i r e me n t o f p a s s e n g e r c a r ． I n Chi n a，t h e c o r r e s po n d i n g r e s e a r c he s a r e r e l a t i v e l y f e w a n d a r e r e ma i n e d i n t h e o r e t i c a l e x p l o r a ． t i o n． Th o s e t e s t v e hi c l e s a r e a l s o s t a y i n g i n t h e pr o c e s s o f p r i nc i p l e o r f u n c t i o n a l i t y v e r i fic a t i o n ， a n d t h e e x i s t i ng p r o b l e ms a r e l a r g e no i s e ， l a r g e i mp a c t i o n a n d p o we r s h o rta g e a t t he e a r l y s t a g e o f br a k i n g e ne r - gy r e g e n e r a t i o n p r o c e s s，a n d t he b r a ke wh e e l i s e a s y t o l o c k a t t h e l a t e r s t a g e o f t h e p r o c e s s ．S o me e v e n c a u s e b a c kl a s h a n d mo t o r i n g a t t h e e n d o f b r a k i n g e n e r g y r e g e ne r a t i o n p r o c e s s ，wh i c h wi l l s e r i o u s l y e n da n g e r t he s a f e t y o f v e hi c l e o r d riv e r ． T h o s e a r e t he r e a s o n s wh y mo s t r e s e a r c h e r s f o l l o w o r i n h e r i t t h e r e ． s e a r c h a p p r o a c h o f HEV．a n d f o c u s o n t h e j mp r o v e me n t o f e n e r g y e f f i c i e nc y，b u t n e v e r r e a l l y o r g a n i c a l l y c o mbi n e t he s e c o nd a r y r e g u l a t i o n h y d r o s t a t i c t r a n s ． mi s s i o n t e c h n o l o g y ，h y d r a u l i c h y b r i d t e c h n o l o gy a n d t r a d i t i o n a l a u t o mo b i l e t e c h no l o g y ． Af t e r c o mp r e h e n s i v e l y s t a t us a t h o me a nd a b r o a d， s u mma r i z e d s o far a s f o l l o ws a n a l y z i n g t h e r e s e a r c h t h e ma i n p r o b l e ms a r e 1 I n fl u e n c e me c h a n i s ms o n t h e v e h i c l e o f h v ． d r a u l i c p ump ／mo t o r ’ s c r e e p c h a r a c t e r i s t i c，h y s t e r e t ． i c c ha r a c t e r i s t i c a n d h y d r a u l i c s y s t e m ’s flu i d n o i s e he a t mu l t i fie l d c o up l i ng c h a r a c t e r i s t i c i n s p e c i fic s y s t e m t o p o l o g i c a l s t ruc t u r e a n d a c t u a l o p e r a t i n g c o n ． d i t i o n a r e s t i l l u n c l e a r ． 2 D u r i n g t h e p r o c e s s o f h y d r a u l i c a c c u mu l a t o r r e l e a s i n g e n e r g y t o d r i v e， i mpa c t i o n me c h a n i s m c a u s e d b y t h e c o n d i t i o n o f MPU a nd APU s i mu I t
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