液壓蓄能器制動能量回收系統建模與仿真

殷允朝

【摘 要】本文分析了液壓蓄能器混合動力制動回收系統基本組成和工作原理并建立力學模型，重點研究了基于Matlab/simulink仿真和傳動比的匹配.結果表明：在最高轉速變化允許范圍內合理選擇傳動比的參數匹配，能縮短制動時間和獲取較高的制動回收率.

【關鍵詞】液壓蓄能器；制動回收系統；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

隨著城市化的發展公交客車已經成為城市不可或缺的交通工具，但其運行過程中頻繁的啟停，增加了發動機負荷的能量損失.公交客車在啟停過程中，受力主要為制動器的摩擦力與輪胎與地面的摩擦力，使其能量大都轉化為熱能擴散到大氣中[1-4].因此，單動力的公交客車在使用過程中燃油經濟性較差，排放污染物較高.

為合理解決上述問題，公交客車大都采用混合動力或使用電動公交客車，有效遏制單動力公交客車能量的損失和環境污染.選取以混合動力（蓄能器）、二次元件（泵/馬達）為研究對象，確定蓄能器的選擇，根據其選定最高轉速，對其在與公交客車相嚙合時的傳動比進行分析、選擇.確定最大傳動比，并進行仿真分析.

1 系統基本組成及原理

1.1 系統基本組成

混合動力制動回收系統基本組成：液壓系統、傳動系統和控制系統三部分組成[5].

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

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

3）控制系統：由控制閥組成，用于對制動回收系統進行控制與公交客車的檢測.

1.2 工作原理

公交客車在行駛中傳動齒輪與泵/馬達分離，減少了能量的損耗。當公交客車制動時，驅動橋上的動力帶動傳動軸通過傳動齒輪轉化給二次元件（泵/馬達），液壓泵將油液輸送到蓄能器實現能量的存儲.

2 建立模型與仿真

2.1 模型的建立

制動能量回收系統是一個封閉式循環路線，選取宇通公交客車為模型，考慮模型的復雜性，在不影響實際效果的情況下，對其模型進行優化，具體參數如下表1所示.

在制動過程中制動減速度的變化引起速度的變化并將能量傳遞給蓄能器，反應為蓄能器體積和壓力的變化，進而表現為液壓泵/馬達扭矩的變化。其變化的范圍又促進制動減速度的增加直至制動停車。

2.2 Matlab/simulink仿真

由華德液壓選用手冊查閱液壓泵/馬達轉速參數表如表1所示. 所選泵/馬達排量為80（ml/r），故其最高轉速為2240（r/min）.通過設定不同的泵/馬達傳動比，使得液壓泵/馬達的轉速不同.

由Simulink模塊仿真圖形，得出不同傳動比下的轉速變化，進而得出最大傳動比，以評估其回收效率.做出不同液壓泵/馬達傳動比下的轉動變化如下表2所示.

通過Simulink模塊仿真結果表2可以得出在不同液壓泵/馬達傳動比下，其最高轉速是不斷增加的.當傳動比為1.5時，其最高轉速達到了2231r/min，本文選取的液壓泵/馬達參數最高轉速為2240r/min.所以最大傳動比為1.5.

3 結束語

通過Matlab/simulink仿真分析在不同液壓泵/馬達下傳動比變化，仿真結果得出在允許最高轉速選擇的條件下，其傳動比越大制動能量回收系統效率就越高制動時間也越短.本仿真設計可以有效解決液壓泵/馬達下的傳動比的選擇和匹配，在缺乏試驗設備和場地的條件下，有效完成理論試驗節約資源。

【參考文獻】

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

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

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

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

[5]曲金玉，任傳波，任國軍，等.液壓儲能式公共汽車制動能量再生系統的節能機理[J].河南科技大學學報：自然科學版，2006，27（5）：14-17.

[6]余志生.汽車理論[M].5版.北京：機械工業出版社，2010.

[責任編輯：湯靜]