基于AMESim的汽车制动集能系统建模与仿真

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摘要：汽车制动集能够提高经济性并降低排放。以AMESim为平台，对某公共汽车制动集能系统进行设计与建模。以一定的初速度制动，分别对其制动集能过程和起步放能过程进行仿真，仿真算例表明制动集能能有效提高汽车燃油经济性，所建立的汽车制动集能系统模型能够便捷地用于汽车制动集能系统。设计，能够增强研发速度，节省成本。

关键词：制动能量回收 液压蓄能器 AMESim

中图分类号：TH86 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）08（c）-0092-01

汽车作为一种新的交通运输工具给人类社会带来了深远影响，但也给世界带来能源危机、环境问题，安全问题[1]。制动集能，又叫制动能量再生或制动能量回收，在制动时通过与驱动桥相连的能量转换装置将汽车的部分机械能转换为其他形式的能量，并储存在能量储存装置中，提高了整车燃油经济型，减少了污染物的排放[2～4]。本文以AMESim为平台，对某公共汽车制动集能系统进行设计与建模对集能系统的研发具有促进意义。

1 并联式液压制动集能系统AMESim模型的建立

模型由机械、液压、信号控制三部分组成：机械部分包括：离合器、变速器、传动轴、平动/转动转换器、车身质量块、踏板力传感器。液压部分包括：单向定量液压泵/马达、二位三通换向阀、液压蓄能器、溢流阀、单向阀、压力传感器、液压管路、过滤器、油箱。信号控制部分：x/y比较环节、离合器控制信号、换向阀控制函数。

系统工作原理如下：首先以Braking force处的K值模拟制动踏板力，经力传感器测定后与x/y比较环节处的K（设为0）进行比较，这里可以将制动踏板的受力情况简化为两种情形，即一种是踏板受力（此时K0）；另一种情形是踏板不受力（此时K=0）。当踏板受力时，离合器1结合，换向阀PA口通、T口止，表征系统开始制动集能，右边的机械部分可以设置汽车的制动初速度、质量等参数，这样系统便具有了初始动能，这部分能量以转矩的形式传递到液压泵的泵轴上，泵开始从油箱经换向阀的P、A口向蓄能器中泵油，储存在蓄能器中的氮气被压缩，车身的机械能转换为液压能在蓄能器中得以储存，其能量传递路线为：车身传动轴变速器离合器1液压泵单向阀换向阀P、A口液压蓄能器。

2 仿真算例及结果分析

由于常年行驶在城市的公共汽车大多数时候是以较低的车速运行的，所以本设计以45km/h为制动初速度对公交车进行制动集能仿真。仿真参数采用某企业的公交车物理参数。该车制动时，设置Braking force处的K值为正值（比如10），Body of vehicle处的速度为45km/h，运行时间15s，此时离合器1结合，换向阀PA口通、T口止，在制动初速度为45km/h时，车身质量为18000kg的城市公共汽车在仅使用制动集能系统进行制动时，制动距离为43m，制动时间10s，蓄能器气体压力在前3s上升迅速，而后增速变慢，并在第6s时达到定值21.6039MPa，这是由于制动一段时间后车身速度逐渐下降，泵轴转动的转速和转矩下降，当泵轴转动所造成的油压不足以克服蓄能器的预充压力时，蓄能器的储能过程结束。蓄能器的气体体积与气体压力之间满足波义耳定律，故其变化趋势与蓄能器气体压力相反。车身动能随着时间的推移而逐渐减小，蓄能器储存的能量则越来越多，最终达到一个定值。车身具有的初始动能为2.36×108J，蓄能器最终储存的能量为1.6×108J，能量回收率大约68%，造成能量损失的地方主要有汽车的行驶阻力损失（包括滚动阻力和坡度阻力）、机械传动系统的能量损失、液压泵的能量损失等。

3 结语

本文基于amesim软件对某公共汽车制动集能系统进行设计与建模分析。仿真算例表明制动集能能得到了较大的能量回收率，有效提高汽车燃油经济性，所建立的汽车制动集能系统模型能便捷地用于汽车制动集能系统设计，节省成本。

参考文献

[1] 吴正乾.汽车再生制动能量回收系统综述[J].理论科学，2010.

[2] 张子英，张保成.车辆制动能量回收再利用技术研究[J].节能技术，2010，28（3）.

[3] 张维刚，朱小林.液压技术在混合动力汽车节能方面的应用[J].机床与液压，2006（6）：144-146.

[4] 郗建国，高振萍，陈杰，等.基于AMESim的制动能量再生系统建模[J].机械设计与制造，2010（9）.