用于公交車(chē)制動(dòng)能量回收液壓系統(tǒng)的研究

摘要：經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，公交車(chē)在行駛過(guò)程中，約有將近一半的能量在制動(dòng)中被消耗。若能將制動(dòng)過(guò)程中消耗掉的能量回收，可達(dá)到節(jié)能減排、能源再利用的效果。設(shè)計(jì)公交車(chē)制動(dòng)能量回收液壓系統(tǒng)，并進(jìn)行仿真模擬，對(duì)公交車(chē)制動(dòng)能量回收工程具有積極的作用。

關(guān)鍵詞：公交車(chē)制動(dòng)；能量回收；液壓系統(tǒng)；研究

1公交車(chē)制動(dòng)能量回收液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究背景

公交車(chē)制動(dòng)能量回收液壓系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)除了考慮系統(tǒng)本身的參數(shù)之外，還需要考慮公交車(chē)在城市道路行駛過(guò)程中的各種參數(shù)。比如，公交車(chē)制動(dòng)能量回收液壓系統(tǒng)所回收的能量主要是公交車(chē)在輕度制動(dòng)過(guò)程中所消耗浪費(fèi)掉的能量，那么城市道路的路況決定了公交車(chē)制動(dòng)的次數(shù)和時(shí)間，從而也影響了公交車(chē)制動(dòng)能量回收液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是否具有現(xiàn)實(shí)意義。

本文隨機(jī)抽取了我國(guó)東部、西部、南部、北部經(jīng)濟(jì)和城市化發(fā)展差距較大的地區(qū)中具有代表性的城市，對(duì)城市道路行駛參數(shù)進(jìn)行了分析。分析的道路行駛的參數(shù)為道路寬度、道路坡度、一天各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的路況和車(chē)流量、交通燈設(shè)置的數(shù)量和位置等能夠體現(xiàn)出一座城市交通道路狀況的相關(guān)數(shù)據(jù)。對(duì)參數(shù)進(jìn)行分析對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的城市道路與經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)地區(qū)的城市道路行駛參數(shù)存在一定的差異，但總體上來(lái)看，相同的是城市道路對(duì)于公交車(chē)制動(dòng)的影響普遍存在，并具有不可避免性，即不會(huì)因?yàn)槌鞘薪?jīng)濟(jì)的發(fā)展情況而增加或減少了道路狀況對(duì)公交車(chē)制動(dòng)的影響。因此，本文的研究具有普遍的意義和價(jià)值，符合我國(guó)的國(guó)情，并且研究成果可以進(jìn)行推廣。

2公交車(chē)制動(dòng)能量回收液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

根據(jù)公交車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)可以知道，若將能量回收液壓系統(tǒng)安裝在變速箱輸入軸上，則需要對(duì)公交車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行較大的改動(dòng)才能安裝上。因此，經(jīng)過(guò)綜合分析和多次試驗(yàn)，主要為泵的釋放能力和液壓回收系統(tǒng)中蓄能容積和泵排量參數(shù)對(duì)回收系統(tǒng)效率的影響。將能量回收液壓系統(tǒng)安裝在變速箱的輸出軸上，即可以達(dá)到能量回收液壓系統(tǒng)工作穩(wěn)定，又方便操作，不需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的變速箱進(jìn)行改動(dòng)。

能量回收液壓系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)模塊、控制模塊和傳輸模塊組成。驅(qū)動(dòng)模塊主要對(duì)制動(dòng)能量進(jìn)行回收和釋放；控制模塊是對(duì)各種信號(hào)進(jìn)行決策處理和操控的；傳輸模塊是將控制模塊的各種決策信號(hào)傳輸?shù)津?qū)動(dòng)模塊，保障信號(hào)的暢通。

公交車(chē)制動(dòng)能量回收液壓系統(tǒng)的工作流程是：當(dāng)公交車(chē)處于輕制動(dòng)狀態(tài)，會(huì)將信號(hào)傳輸?shù)娇刂颇K，此時(shí)由于慣性帶動(dòng)泵發(fā)生運(yùn)動(dòng)，動(dòng)能被轉(zhuǎn)化成壓力能并存儲(chǔ)到儲(chǔ)能器中。當(dāng)公交車(chē)處于啟動(dòng)或者加速的狀態(tài)時(shí)，儲(chǔ)能器會(huì)將壓力能轉(zhuǎn)化成動(dòng)能，帶動(dòng)泵發(fā)生運(yùn)動(dòng)。

3公交車(chē)制動(dòng)能量回收液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的驗(yàn)證試驗(yàn)

經(jīng)過(guò)理論分析，公交車(chē)制動(dòng)能量回收液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案具有可行性，并能取得一定的效果。為了驗(yàn)證理論方案在實(shí)際操作中的效率，利用AMESim進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。圖1為利用AMESim做出的驗(yàn)證試驗(yàn)的數(shù)據(jù)模型。

3.1試驗(yàn)過(guò)程

將AMESim建成的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行能量回收和釋放的操作，模擬公交車(chē)制動(dòng)和啟動(dòng)或者加速時(shí)各零部件的工作狀態(tài)。

公交車(chē)制動(dòng)時(shí)，兩個(gè)離合器發(fā)生接通狀態(tài)與斷開(kāi)狀態(tài)的交換，此時(shí)在慣性的作用下，泵隨之發(fā)生運(yùn)動(dòng)，能量由動(dòng)能轉(zhuǎn)化成液壓能存儲(chǔ)在儲(chǔ)能器中。

當(dāng)公交車(chē)處于啟動(dòng)或者加速時(shí)，離合器接通后，儲(chǔ)能器中的壓力能就轉(zhuǎn)化成動(dòng)能作用在輪子上。

3.2數(shù)據(jù)分析過(guò)程

LabVIEW是一種圖形化的編程語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)環(huán)境，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室所接受，視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。為了保證數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性，數(shù)據(jù)采集的精確性，試驗(yàn)利用LabVIEW2013進(jìn)行數(shù)據(jù)采集分析程序編寫(xiě)，對(duì)驗(yàn)證試驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析。（b）飛輪轉(zhuǎn)速曲線(xiàn)

8.8得出結(jié)論

通過(guò)程序的分析，可以得出以下結(jié)論：第一，儲(chǔ)能器的壓力影響能量回收的效率，儲(chǔ)能器的容積越大，壓力越低，能量回收所需的時(shí)間越長(zhǎng)，回收的效率越差；第二，泵的排量影響能量回收的效率，泵的排量越大，儲(chǔ)能器的壓力越大，能量回收所需的時(shí)間越短，回收的效率越高；第三，公交車(chē)制動(dòng)能量回收液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案具有可操作性，合理的設(shè)置儲(chǔ)能器的容量參數(shù)和泵的排量參數(shù)，可以達(dá)到理論預(yù)計(jì)的較高的能量回收再利用的效果。分析如圖2所示。

4結(jié)語(yǔ)

節(jié)能減排是城市可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分，能源的再利用對(duì)我們的生活具有重大的意義。希望本文提出的設(shè)計(jì)方案在城市節(jié)能減排和能源再利用的實(shí)踐中能夠得到應(yīng)用，同時(shí)也相信將會(huì)有更多更高效的方案被設(shè)計(jì)研究出來(lái)。