基于AMESim的汽車(chē)制動(dòng)集能系統(tǒng)建模與仿真

張娟

摘要：汽車(chē)制動(dòng)集能夠提高經(jīng)濟(jì)性并降低排放。以AMESim為平臺(tái)，對(duì)某公共汽車(chē)制動(dòng)集能系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與建模。以一定的初速度制動(dòng)，分別對(duì)其制動(dòng)集能過(guò)程和起步放能過(guò)程進(jìn)行仿真，仿真算例表明制動(dòng)集能能有效提高汽車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性，所建立的汽車(chē)制動(dòng)集能系統(tǒng)模型能夠便捷地用于汽車(chē)制動(dòng)集能系統(tǒng)。設(shè)計(jì)，能夠增強(qiáng)研發(fā)速度，節(jié)省成本。

關(guān)鍵詞：制動(dòng)能量回收液壓蓄能器AMESim

中圖分類(lèi)號(hào)：TH86 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）08（c）-0092-01

汽車(chē)作為一種新的交通運(yùn)輸工具給人類(lèi)社會(huì)帶來(lái)了深遠(yuǎn)影響，但也給世界帶來(lái)能源危機(jī)、環(huán)境問(wèn)題，安全問(wèn)題[1]。制動(dòng)集能，又叫制動(dòng)能量再生或制動(dòng)能量回收，在制動(dòng)時(shí)通過(guò)與驅(qū)動(dòng)橋相連的能量轉(zhuǎn)換裝置將汽車(chē)的部分機(jī)械能轉(zhuǎn)換為其他形式的能量，并儲(chǔ)存在能量?jī)?chǔ)存裝置中，提高了整車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)型，減少了污染物的排放[2～4]。本文以AMESim為平臺(tái)，對(duì)某公共汽車(chē)制動(dòng)集能系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與建模對(duì)集能系統(tǒng)的研發(fā)具有促進(jìn)意義。

1并聯(lián)式液壓制動(dòng)集能系統(tǒng)AMESim模型的建立

模型由機(jī)械、液壓、信號(hào)控制三部分組成：機(jī)械部分包括：離合器、變速器、傳動(dòng)軸、平動(dòng)/轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器、車(chē)身質(zhì)量塊、踏板力傳感器。液壓部分包括：?jiǎn)蜗蚨恳簤罕?馬達(dá)、二位三通換向閥、液壓蓄能器、溢流閥、單向閥、壓力傳感器、液壓管路、過(guò)濾器、油箱。信號(hào)控制部分：x/y比較環(huán)節(jié)、離合器控制信號(hào)、換向閥控制函數(shù)。

系統(tǒng)工作原理如下：首先以Braking force處的K值模擬制動(dòng)踏板力，經(jīng)力傳感器測(cè)定后與x/y比較環(huán)節(jié)處的K（設(shè)為0）進(jìn)行比較，這里可以將制動(dòng)踏板的受力情況簡(jiǎn)化為兩種情形，即一種是踏板受力（此時(shí)K0）；另一種情形是踏板不受力（此時(shí)K=0）。當(dāng)踏板受力時(shí)，離合器1結(jié)合，換向閥PA口通、T口止，表征系統(tǒng)開(kāi)始制動(dòng)集能，右邊的機(jī)械部分可以設(shè)置汽車(chē)的制動(dòng)初速度、質(zhì)量等參數(shù)，這樣系統(tǒng)便具有了初始動(dòng)能，這部分能量以轉(zhuǎn)矩的形式傳遞到液壓泵的泵軸上，泵開(kāi)始從油箱經(jīng)換向閥的P、A口向蓄能器中泵油，儲(chǔ)存在蓄能器中的氮?dú)獗粔嚎s，車(chē)身的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能在蓄能器中得以?xún)?chǔ)存，其能量傳遞路線(xiàn)為：車(chē)身傳動(dòng)軸變速器離合器1液壓泵單向閥換向閥P、A口液壓蓄能器。

2仿真算例及結(jié)果分析

由于常年行駛在城市的公共汽車(chē)大多數(shù)時(shí)候是以較低的車(chē)速運(yùn)行的，所以本設(shè)計(jì)以45km/h為制動(dòng)初速度對(duì)公交車(chē)進(jìn)行制動(dòng)集能仿真。仿真參數(shù)采用某企業(yè)的公交車(chē)物理參數(shù)。該車(chē)制動(dòng)時(shí)，設(shè)置Braking force處的K值為正值（比如10），Body of vehicle處的速度為45km/h，運(yùn)行時(shí)間15s，此時(shí)離合器1結(jié)合，換向閥PA口通、T口止，在制動(dòng)初速度為45km/h時(shí)，車(chē)身質(zhì)量為18000kg的城市公共汽車(chē)在僅使用制動(dòng)集能系統(tǒng)進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)距離為43m，制動(dòng)時(shí)間10s，蓄能器氣體壓力在前3s上升迅速，而后增速變慢，并在第6s時(shí)達(dá)到定值21.6039MPa，這是由于制動(dòng)一段時(shí)間后車(chē)身速度逐漸下降，泵軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩下降，當(dāng)泵軸轉(zhuǎn)動(dòng)所造成的油壓不足以克服蓄能器的預(yù)充壓力時(shí)，蓄能器的儲(chǔ)能過(guò)程結(jié)束。蓄能器的氣體體積與氣體壓力之間滿(mǎn)足波義耳定律，故其變化趨勢(shì)與蓄能器氣體壓力相反。車(chē)身動(dòng)能隨著時(shí)間的推移而逐漸減小，蓄能器儲(chǔ)存的能量則越來(lái)越多，最終達(dá)到一個(gè)定值。車(chē)身具有的初始動(dòng)能為2.36×108J，蓄能器最終儲(chǔ)存的能量為1.6×108J，能量回收率大約68%，造成能量損失的地方主要有汽車(chē)的行駛阻力損失（包括滾動(dòng)阻力和坡度阻力）、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的能量損失、液壓泵的能量損失等。

3結(jié)語(yǔ)

本文基于AMESim軟件對(duì)某公共汽車(chē)制動(dòng)集能系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與建模分析。仿真算例表明制動(dòng)集能能得到了較大的能量回收率，有效提高汽車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性，所建立的汽車(chē)制動(dòng)集能系統(tǒng)模型能便捷地用于汽車(chē)制動(dòng)集能系統(tǒng)設(shè)計(jì)，節(jié)省成本。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳正乾.汽車(chē)再生制動(dòng)能量回收系統(tǒng)綜述[J].理論科學(xué)，2010.

[2] 張子英，張保成.車(chē)輛制動(dòng)能量回收再利用技術(shù)研究[J].節(jié)能技術(shù)，2010，28（3）.

[3] 張維剛，朱小林.液壓技術(shù)在混合動(dòng)力汽車(chē)節(jié)能方面的應(yīng)用[J].機(jī)床與液壓，2006（6）：144-146.

[4] 郗建國(guó)，高振萍，陳杰，等.基于AMESim的制動(dòng)能量再生系統(tǒng)建模[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2010（9）.