车辆能量回收系统的建模与仿真.pdf

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1、第3期（总第40期）No．3(SerialNo．40)2010年5月FluidPowerTransmissionandControlMay2010车辆能量回收系统的建模与仿真邵建桥杨前明（山东科技大学机械电子工程学院山东青岛266510）摘要：介绍了能量回收系统的工作原理，并以其为对象建立了车辆力学模型及液压系统数学模型。对车辆制动时，能量回收过程中蓄能器压力变化及二次元件转速变化，利用MATLAB/Simulink进行仿真分析。仿真结果表明：设定不同的蓄能器初始工作压力，会导致不同的制动过程，从而车辆可以根据行驶工况的不同，选用

2、不同的蓄能器初试工作压力。关键词：能量回收系统；制动过程；二次元件；蓄能器；MATLAB/Simulink仿真中图分类号：TH137文献标识码：A文章编号：1672－8904（2010）03－0023－004原理简图：引言大型公交车已经成为城市中的主要交通工具，其频繁的启停造成了很大的能量损耗，并产生了大量的尾气排放。液压混合动力汽车的能量再生系统是并联在原有发动机传动系统的一套具有回收制动能量的装置。在汽车制动时，能量再生系统回收制动能储存在蓄能器中，并在启动时释放能量来协助驱动汽车行驶。本文以能量回收系统中的二次元件（泵/马达

3、）、蓄能器为研究对象，对汽车的制动过程进行分析，建图2制动能量再生系统机构原理简图立了能量回收系统液压传动部分的动态数学模型，对蓄能器在不同初始工作压力的液压传动系统进行能量回收过程：当车辆制动时，传动轴惯性转矩了仿真分析，为车辆制动能量回收系统的理论研究、通过传动齿轮带动二次元件转动（此时二次元件为实验研究及工程改造提供了依据。泵工况），车辆制动能以液压能的形式储存在蓄能器中，同时，二次元件给传动轴反向施加转矩，使车辆1能量回收系统的工作原理制动。车辆制动时，制动能量通过传动轴以机械能的能量释放过程：当车辆启动或加速时，蓄能器储

4、形式输入到二次元件（泵/马达）,能量通过二次元件存的液压能经过二次元件（此时二次元件为马达工转化为液压能输入到蓄能器中；在车辆启动时，液压况）转化为机械能，通过传动齿轮传递转矩带动传动蓄能器中所储存的液压能通过二次元件转化为机械轴转动，驱动或使车辆加速行驶。[1]能通过传动轴驱动车辆启动。图1为制动能量回2车辆能量回收系统数学建模与仿真收系统的能量转化过程原理图：根据并联式液压混合动力汽车实际工作过程，车辆在制动时，能量回收系统中蓄能器设定的能量再生系统工作原理可以分为能量回收过程和能初始压力大小，对车辆制动过程和能量回收有一定量

5、释放过程。图2所示为制动能量再生系统的机构的影响。为了描述、预测车辆制动时实际的工作状态，作为评价比较蓄能器初试设定压力大小不同的情况下车辆制动性能的依据，并通过对动态数学模型进行分析，来寻求提高车辆制动性能的途径，本文对车辆能量回收系统分别建立车辆的力学模型及液图1制动能量再生系统能量转化过程原理图压系统的数学模型。收稿日期：2010－03－192.1车辆力学模型作者简介：邵建桥（1980-），硕士研究生。242010年第3期[2]在纯再生制动模式（只采用能量回收系统进对式（3）进行拉氏变换得行车辆的制动）下，车辆制动时能量再生

6、系统中的二次元件所提供的制动阻力矩即车辆自身的制动力v（4）矩。由于此能量回收系统二次元件吸油口连接油箱，所以吸油口油压设定为0，则进出油口压差为二次元件出油口油压Pb。（5）车辆在制动过程中受力情况如下图3所示：ig———二次元件与车辆主轴动力结合传动比；i0———汽车主减速器的传动比；v0——车辆制动前速度，m/s。对式（5）进行拉氏变换得(6)[4]2.2二次元件的力矩平衡方程：图3车辆制动过程受力分析图(7)由图3可得到制动时车辆的力平衡方程为：3式中，Vg———二次元件的排量，m/rad；v(1)pb———二次元件出油口

7、油压，Pa；2JP———二次元件转动惯量，kg·m；式中：m———整车的质量,kg；ωp———二次元件的转速，rad/s；2B———当量粘性阻尼系数，kg/s；Iw1———前车轮的转动惯量,kg·m；P2T———等效到二次元件轴上的制动阻力Iw2———后车轮的转动惯量,kg·m；LTz———车辆制动阻力矩,N·m；矩，N·m。Ff———车辆滚动摩擦阻力,N；对式(7)进行拉式变换得Fw———空气阻力，N；Fi———车辆坡度阻力，N；(8)v———车辆行驶速度，m/s；车轮及传动轴的惯性矩远小于车辆自身惯性2.2液压系统的数学模型矩

8、，在此我们可以忽略。同时，由于车辆在低速情况液压传动部分是制动能量再生系统中的关键组下制动，其中，空阻Fw、坡度阻力Fi设为定值，滚阻成部分，其主要由二次元件及蓄能器组成。本文所分Ff认为是与车辆有关的定值。这三个阻力的合力为：析的液压混合动力汽车