| 0 引言
近年來，能源回收再利用與能源的可持續發展，成為各界所追求的目標。混合動力技術能顯著提升能源使用效率，減少燃油消耗量與燃油廢氣排放量。
液壓混合動力系統由靜液壓傳動系統所發展而來，由于重型車輛車身重，增加液壓系統部分的質量相對于整體車重影響不大，因此該系統對于運行過程中低速率行駛、高頻率走停的重型車輛更為適合。液壓混合動力系統是以蓄能器來儲能，需要時釋放蓄能器中的能量，從而達到能量回收與再利用的目的。
1 液壓混合動力系統架構方式比較
近年來，許多學者針對液壓混合動力車進行了實驗和測試，驗證了液壓混合動力系統在節能減排和燃油經濟性等方而的效益。同時，為了提升液壓混合動力車的能量回收效率，研究不同系統的控制方式，增加能量回收效率，提升燃油經濟性。
液壓混合動力車系統可分為并聯式與串聯式2種。并聯式架構仍保留傳統車輛的傳動系統，新增液壓系統作為輔助動力源與剎車動能回收儲存;串聯式架構是直接由液壓系統取代傳統的機械式傳動系統。并聯式和串聯式比較:
(1)引擎運轉效率方而并聯式車輛引擎運行方式幾乎與傳統車輛相同，整體效率提升有限;串聯式車輛引擎單純作為動力輸出驅動液壓泵，利用控制系統使引擎工作于高效率區間，能有效提升引擎工作效率，更具燃油經濟性;
(2)車重方而并聯式仍保有傳統機械式傳動系統，相較于完全由液壓系統所建構的串聯式，整體車重較重;
(3)控制方而并聯式由于車輛引擎系統與液壓系統兩者獨立存在，需分別控制，較為繁雜;串聯式液壓系統與車輛引擎相連接，控制較為簡單;
(4)動能回收效率并聯與串聯式均為相同的能量回收液壓系統，則兩者回收效率基本相同。但串聯式液壓系統需負擔整體車輛動力輸出，必須具備較高的功率;
(5)能量轉換方而并聯式系統中液壓系統為輔助，主要能量傳輸仍為傳統機械式車輛系統，回收能量再利用時，仍需機械傳動部分傳遞，造成傳動損失，引擎的能量轉換效率也造成了多數的能量損失;串聯式系統完全由液壓系統構成，引擎單純作為動力輸出，減少了傳遞效率與能量轉換效率上造成的能量損失。
由上可知，串聯式液壓混合動力系統整體性能優于并聯式。本文以串聯式液壓混合動力車系統設計為研究對象，考慮車輛外型、車重、運行模式等條件，分析探討不同設定參數和不同系統控制方式對剎車動能回收效率與能量使用效率的影響。
2 串聯式液壓混合動力車系統架構
串聯式液壓混合動力車的液壓系統原因如圖1所示。
圖1 串聯式液壓混合動力車系統原理圖
1.電動馬達 2.定量液壓泵 3、11.常閉式力向控制閥
4、10、12,、13、19、24、30.控制信號 5 、8 、23.泄壓閥
6.高壓蓄能器 7、26. 止回閥 9.可變開度流量控制閥 14.三位四通力向控制閥
15.慣性負載 16、17.信號接地 18.阻尼負載 20.信號力程式 21.可變排液量液壓馬達
22.低壓蓄能器25.常開式力向控制閥 27.壓力傳感器 28.信號比較器 29.信號轉換器 31.信號傳感器
在本系統中，引擎與液壓泵相連接，以定轉速電動馬達取代車輛引擎進行仿真分析。若高壓蓄能器中具有足夠的液壓能，則由高壓蓄能器輸出液壓能至可變排量液壓馬達，從而驅使車輛加速;當高壓蓄能器中的液壓能不足時，則關閉輸出，由固定排量液
壓泵提供液壓能至可變排量液壓馬達，從而使車輛行駛。剎車時，固定排量液壓泵停比輸出，常閉式方向控制閥開啟，三位四通方向控制閥換位，可變排量液壓馬達以泵工況將低壓蓄能器中的液壓能傳輸回高壓蓄能器中，達到回收剎車動能的目的。回路中泄壓閥5是整個系統的安全閥，泄壓閥8和泄壓閥23作為溢流閥，避免高壓蓄能器與低壓蓄能器超過設定的最高操作壓力。
3系統運行仿真
使用HyPneu分析軟件仿真，將運行模式區分為4種狀態:0一10 s為加速狀態，1050 s為勻速狀態，5060 s為減速狀態，6090 s為靜比怠速狀態。可變排量液壓馬達的排量根據不同行駛狀態調整，開始加速時開度為100%，勻速行駛時80%;當開始減速時，再次增大至100%，使液壓油能快速傳輸回高壓蓄能器中儲存。
3.1 不同行駛狀態的系統狀態
(1)加速前行狀態
假設加速時間為lOs，從靜i h:加速至30 km/h ,并在行駛前先將液壓油預充入高壓蓄能器中，加速時常閉式方向控制閥11接通，由高壓蓄能器供油使車輛加速，此時，常開式方向控制閥關閉，高壓蓄能器將油輸出存入至低壓蓄能器中，常閉式方向控制閥3打開，液壓泵處于待機循環。
(2)勻速行駛狀態
將常閉式方向控制閥11關閉，使高壓蓄能器停比供油，常閉式方向控制閥3關閉，由液壓泵供油至液壓馬達驅動車輛勻速行駛。此時，馬達的排量減小至80% 。
(3)減速剎車狀態
假設減速時間為lOs，此時，常閉式方向控制閥3、11都接通，液壓泵處于待機循環，常開式方向控制閥關閉，三位四通方向控制閥換位，液壓馬達的排量由80%漸增至100%，剎車時將低壓蓄能器中的油傳輸回高壓蓄能器中儲存。液壓馬達處于泵工況。
(4)靜比怠速狀態
當車輛靜n怠速時，常閉式方向控制閥3、11都關閉，三位四通方向控制閥置中位，常開式方向控制閥接通，此時，高壓蓄能器中儲存著剎車時所回收的能量，待下次加速時再次利用。
3.2能量回收效率和整體車輛系統的效率計算
(1)剎車動能回收效率
剎車時由低壓蓄能器供油，經液壓馬達以泵工況將車輛動能儲存回高壓蓄能器當中，因此回收效率為高壓蓄能器回收能量對低壓蓄能器輸出能量加上車輛動能的兩者之和的比值。
在分析時，每0.01、量取一次高壓蓄能器(低壓蓄能器)的壓力與流量值，計算得出每一時刻高壓蓄能器(低壓蓄能器)的功率，將 5060、內每一時刻的功率求和.可得高壓蓄能器的回收能量和低壓蓄能器的輸出能量。
設定車體質量為21 953 kg，車輛從30 km/h的勻速狀態，開始剎車至速度為0，由此可得剎車動能回收效率數據如表1所示。
表1 剎車動能回收效率數據
(2)整體車輛系統能量使用效率計算
整體車輛系統能量使用效率為液壓馬達的輸出能量與液壓泵的輸入能量的比值。分析時每0.01 s量取一次液壓馬達輸出的轉速與扭矩，由于液壓馬達在50 }60 s是以液壓泵的形式將剎車時的車輛動能儲存回高壓蓄能器中，此時間內液壓馬達并非消耗能量而是儲存能量，因此，液壓馬達總輸出能量時間為加速與勻速行駛時0一50 s，將這段時間每一時刻的功率求和，可得出液壓馬達總輸出能量。
液壓泵的輸入能量同樣是在分析時每0.01 s量取一次液壓泵輸入的壓力與流量值。然而，在本系統中液壓泵為固定排量式液壓泵，在任何行駛狀態下(0~60 s)液壓泵仍持續輸入液壓能，因此將每一時刻的輸入功率求和，即可得液壓泵的輸入能量，能量使用效率數據如表2所示。
表2 能量使用效率計算數據表
(3)回收能量比例計算
將泵的輸入能量與高壓蓄能器的回收能量相比，即可得回收能量占總輸入能量的比例，能量回收百分比計算數據如表3所示。
表3 能量回收百分比計算數據表
3.3泵控液壓系統的對比
液壓系統可分為閥控和泵控2種不同的方式。上而所構建的系統屬于閥控液壓系統，具有較高的控制靈敏度。而泵控液壓系統通過可變排量的液壓泵控制液壓油的流量大小，其控制靈敏度比閥控系統稍差。
作為對比，將閥控液壓系統改為泵控液壓系統，將固定排量液壓泵改為可變排量液壓泵，并去除之前系統中控制液壓泵輸出的油流方向的控制閥，液壓系統原理如圖2所示。
圖2 泵控串聯式液壓混合動力系統原理圖
1.電動馬達 2.可變排量液壓泵 3 ,4,21.泄壓閥 5.高壓蓄能器
6. 止回閥 7.可變開度流量控制閥 8.常閉式力向控制閥 9,10,
11,19,24,26.控制信號 12.三位四通力向控制閥 13.定排量液壓
馬達 14.慣性負載 15,16.信號接地 17.阻尼負載 18.低壓蓄能器
20.常開式力向控制閥 22. 止回閥 23.壓力傳感器 25.信號比較器
27.信號轉換器 28.信號傳感器
對圖2進行仿真模擬，其結果如表4所示。泵控串聯式液壓系統的能量回收率與閥控系統相近，而能量回收比例方而提升了13.6%。
表4 泵控液壓系統能量回收與使用效率計算表
4 結語
(1)設計的閥控液壓系統，其剎車動能回收效率為73%，整體車輛系統能量使用效率為32.8%，回收能量比例為17.22% ;
(2)泵控液壓系統中使用變量液壓泵和定量液壓馬達結合，回收能量的比例可達30.8%，能量回收能力提升78.9%。
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