液壓蓄能器制動(dòng)能量回收系統(tǒng)建模與仿真

殷允朝

【摘 要】本文分析了液壓蓄能器混合動(dòng)力制動(dòng)回收系統(tǒng)基本組成和工作原理并建立力學(xué)模型，重點(diǎn)研究了基于Matlab/simulink仿真和傳動(dòng)比的匹配.結(jié)果表明：在最高轉(zhuǎn)速變化允許范圍內(nèi)合理選擇傳動(dòng)比的參數(shù)匹配，能縮短制動(dòng)時(shí)間和獲取較高的制動(dòng)回收率.

【關(guān)鍵詞】液壓蓄能器；制動(dòng)回收系統(tǒng)；Matlab/simulink仿真

【Abstract】Hydraulic accumulator hybrid brake recovery system basic composition and working principle are analyzed，Based on Matlab/simulink and the ratio of matching is key research， The results show that：In the range of allowable maximum speed change the rational selection of parameters matching ratio， Braking time is shortened and Brake recovery rate was improved.

【Key words】Hydraulic accumulator； Recycling braking system； Matlab/simulink simulation

隨著城市化的發(fā)展公交客車已經(jīng)成為城市不可或缺的交通工具，但其運(yùn)行過(guò)程中頻繁的啟停，增加了發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的能量損失.公交客車在啟停過(guò)程中，受力主要為制動(dòng)器的摩擦力與輪胎與地面的摩擦力，使其能量大都轉(zhuǎn)化為熱能擴(kuò)散到大氣中[1-4].因此，單動(dòng)力的公交客車在使用過(guò)程中燃油經(jīng)濟(jì)性較差，排放污染物較高.

為合理解決上述問(wèn)題，公交客車大都采用混合動(dòng)力或使用電動(dòng)公交客車，有效遏制單動(dòng)力公交客車能量的損失和環(huán)境污染.選取以混合動(dòng)力（蓄能器）、二次元件（泵/馬達(dá)）為研究對(duì)象，確定蓄能器的選擇，根據(jù)其選定最高轉(zhuǎn)速，對(duì)其在與公交客車相嚙合時(shí)的傳動(dòng)比進(jìn)行分析、選擇.確定最大傳動(dòng)比，并進(jìn)行仿真分析.

1 系統(tǒng)基本組成及原理

1.1 系統(tǒng)基本組成

混合動(dòng)力制動(dòng)回收系統(tǒng)基本組成：液壓系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三部分組成[5].

1）液壓系統(tǒng)：由蓄能器、二次元件（泵/馬達(dá)）和油箱組成，其主要功用為制動(dòng)時(shí)能量的回收、存儲(chǔ)和釋放.

2）傳動(dòng)系統(tǒng)：由傳動(dòng)軸上傳動(dòng)齒輪和二次元件（泵/馬達(dá)）上的齒輪嚙合傳遞制動(dòng)回收能量.

3）控制系統(tǒng)：由控制閥組成，用于對(duì)制動(dòng)回收系統(tǒng)進(jìn)行控制與公交客車的檢測(cè).

1.2 工作原理

公交客車在行駛中傳動(dòng)齒輪與泵/馬達(dá)分離，減少了能量的損耗。當(dāng)公交客車制動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)橋上的動(dòng)力帶動(dòng)傳動(dòng)軸通過(guò)傳動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)化給二次元件（泵/馬達(dá)），液壓泵將油液輸送到蓄能器實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ).

2 建立模型與仿真

2.1 模型的建立

制動(dòng)能量回收系統(tǒng)是一個(gè)封閉式循環(huán)路線，選取宇通公交客車為模型，考慮模型的復(fù)雜性，在不影響實(shí)際效果的情況下，對(duì)其模型進(jìn)行優(yōu)化，具體參數(shù)如下表1所示.

在制動(dòng)過(guò)程中制動(dòng)減速度的變化引起速度的變化并將能量傳遞給蓄能器，反應(yīng)為蓄能器體積和壓力的變化，進(jìn)而表現(xiàn)為液壓泵/馬達(dá)扭矩的變化。其變化的范圍又促進(jìn)制動(dòng)減速度的增加直至制動(dòng)停車。

2.2 Matlab/simulink仿真

由華德液壓選用手冊(cè)查閱液壓泵/馬達(dá)轉(zhuǎn)速參數(shù)表如表1所示. 所選泵/馬達(dá)排量為80（ml/r），故其最高轉(zhuǎn)速為2240（r/min）.通過(guò)設(shè)定不同的泵/馬達(dá)傳動(dòng)比，使得液壓泵/馬達(dá)的轉(zhuǎn)速不同.

由Simulink模塊仿真圖形，得出不同傳動(dòng)比下的轉(zhuǎn)速變化，進(jìn)而得出最大傳動(dòng)比，以評(píng)估其回收效率.做出不同液壓泵/馬達(dá)傳動(dòng)比下的轉(zhuǎn)動(dòng)變化如下表2所示.

通過(guò)Simulink模塊仿真結(jié)果表2可以得出在不同液壓泵/馬達(dá)傳動(dòng)比下，其最高轉(zhuǎn)速是不斷增加的.當(dāng)傳動(dòng)比為1.5時(shí)，其最高轉(zhuǎn)速達(dá)到了2231r/min，本文選取的液壓泵/馬達(dá)參數(shù)最高轉(zhuǎn)速為2240r/min.所以最大傳動(dòng)比為1.5.

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)Matlab/simulink仿真分析在不同液壓泵/馬達(dá)下傳動(dòng)比變化，仿真結(jié)果得出在允許最高轉(zhuǎn)速選擇的條件下，其傳動(dòng)比越大制動(dòng)能量回收系統(tǒng)效率就越高制動(dòng)時(shí)間也越短.本仿真設(shè)計(jì)可以有效解決液壓泵/馬達(dá)下的傳動(dòng)比的選擇和匹配，在缺乏試驗(yàn)設(shè)備和場(chǎng)地的條件下，有效完成理論試驗(yàn)節(jié)約資源。

【參考文獻(xiàn)】

[1]丁左武，曲金玉，任傳波，等.公共汽車制動(dòng)能量再生系統(tǒng)中的皮囊式液壓蓄能器計(jì)算與選擇[J].輕型汽車技術(shù)，2005（11/12）：25-27.

[2]于堯.液壓蓄能器在公交車中的節(jié)能應(yīng)用[J].貴州科學(xué)，2013，31（3）：49-51.

[3]陳林飛，倪紅軍，呂帥帥，等.混合動(dòng)力汽車制動(dòng)能力回收系統(tǒng)的研究[J].化工新型材料，2014，42（6）：12-14.

[4]閆葉翠，劉慶國(guó)，陳杰.液壓混合動(dòng)力公交車動(dòng)力性能仿真與試驗(yàn)研究[J].汽車工程，2010，2（32）：93-97.

[5]曲金玉，任傳波，任國(guó)軍，等.液壓儲(chǔ)能式公共汽車制動(dòng)能量再生系統(tǒng)的節(jié)能機(jī)理[J].河南科技大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2006，27（5）：14-17.

[6]余志生.汽車?yán)碚揫M].5版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[責(zé)任編輯：湯靜]