《车辆工程毕业设计（论文）-黄海客车制动能量回收系统设计【全套图纸】》由会员分享，可在线阅读，更多相关《车辆工程毕业设计（论文）-黄海客车制动能量回收系统设计【全套图纸】（53页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、黑龙江工程学院本科生毕业设计4第 1 章 绪 论1.1 课题研究现状液压传动由于其本身所具有的高功率重量比，体积小且能进行无级调速等特点，使得液压传动具有在汽车、工程机械、拖拉机及军事车辆等中运用的潜力。在国外，70 年代由于能源危机的出现,以节能为目的的研究工作相继开，通过对二次调节系统施以不同的控制策略，可使车辆的燃油经济性提高，节省燃油可达30%。瑞典对二次调节系统在牵引机车和叉车上的应用进行了理论研究，得出结论：在这两个领域，二次调节系统比飞轮储能复合传动系统更有效。美国烕斯康星大学也对蓄能器储能复合传动进行了研究，并于 1985 年在德国礼公司的公共汽车上得到实现。通过推算，得出结论
2、：将公共汽车的传 动系统改成二次调节系统后，三年内车辆节省的开支就可以回收改装成本，而且 同时还有降低发动机废气排放的好处。最近几年加拿大、日本一些学者仍在继 续进行此方面的研究，并将成果申请了专利。全套图纸，加在国内，对该方面的硏究还不多，主要是哈尔滨工业大学和东北农业大学。 哈尔滨工业大学主要是对液压系统进行了理论分析和计算机仿真方面的研究。 上海交通大学对二次调节系统也进行了理论上的研究,但是尚无样车的试验研究。 东北农业大学提出了一种电控液压复合驱动系统，并对其进行了理论研究。与二次调节系统节能原理相似的是混合动力驱动系统。目前，从事该方面研究的人也越来越多。具有代表性的是 1997
3、年丰田公司在车上使用的混合动力驱动系统则。黑龙江工程学院本科生毕业设计5该系统在减小排放，提髙燃油经济性方面是比较明显，目前已有数种车型投放市场井将得到更广泛的应用。但是,由于作为该系统的重要组成元件之一的蓄电池的造价较高，使用寿命也较低。而对于二次调节系统，随着液压元件性能的提高和价格的降低，电子技术的飞越，将有越来越多的国内外学者从事该领域的研究，并在未来将电控液驱汽车 推向市场，实现商品化，使电控液驱汽车真正进入百姓生活。1.2 研究的目的和意义压传动由于其本身所具有的高功率重量比，体积小且能进行无级调速等特点，使得液压传动具有在汽车、工程机械、拖拉机及军事车辆等中运用的潜力。在国外，7
4、0年代由于能源危机的出现，以节能为目的的研究工作相继开，通过对二次调节系统施以不地球是人类生存和发展的家园，地球上的资源是有限的。自从 1973 年石油危机以来，人们倍加意识到能源的有限性。与此同时，地球环境也遭受多种产业及交通工具污染的威胁，汽车工业及汽车对环境的污染是其中的一个重要方面。 而交通事故造成很多人员的伤亡及巨大经济损失，已是社会的公害则。因此发展节能、环保、安全型汽车是汽车行业的主要研究方向。 汽车在制动时，其动能通过制动器的摩擦片和制动鼓的摩擦作用产生热能而 被浪费掉，不能加以利用。本课题综合考虑了上述多种因素设计了新型电控液驱汽车。它能很好满足汽车节能、环保、安全等方面的要
5、求。通过电控液驱客车 的设计研究，可以掌握电控液驱汽车的关键技术，促进定压网络液压马达控制系 统（二次调节系统）理论的发展，并使二次调节系统尽快应用于车辆中。同时， 也为今后电控液驱汽车的研究打下坚实的基础。新型电控液驱汽车降低燃油消耗 量和减少有害排放的效果是很明显的。这对于当前我国石化燃料不足，其它代替 能源尚未完全幵发利用的现状以及缓解城市空气污染状况来说具有很深远的意义。 新型电控液驱汽车能够显著提高车辆经济性、排放性能和主动安全性等多方面的性能，是对常规汽车有较大变革的、机电液一体化的高新技术产品。随着对车辆节能环保性能的重视与要求的与日提高，具有良好节能环保性能的新型电控液驱客车。
6、设计一种新型电控液驱汽车液压系统。能够相助提高车辆经济性，排放性和主动安全性等多方面的性能。确定液压系统的总体组成，进行各个相关部件的设计与计算。1.电控液驱客车底盘布置方案设计，分析与优化。2.液压系统的设计与相关部件的设计与计算。3.重点是液压元件的设计与计算。在保证性能的前提下，尽可能减小质量和黑龙江工程学院本科生毕业设计6体积。4.对新型电控液驱汽车进行经济性和动力性分析第 2 章 新型电控液驱汽车工作原理及分析2.1 新型电控液驱汽车的工作原理电控液驱汽车具有节能、环保、操纵方便等优点。其液压系统的基本方案见图2.1。1、电控单元 2、发动机 3、溢流阀 4、单向阀 5、液压泵 6、
7、开关阀7、 液压蓄能器 8、二次元件液压泵丨马达）9、减速器 10、驱动车轮黑龙江工程学院本科生毕业设计7图 2.1 新型电控液驱汽车的基本方案新型电控液驱汽车的工作原理：由电控单元 1 控制发动机 2 间歇工作于最佳经性区域，发动机直接驱动液压泵。给液压系统和液压蓄能器 7 提供恒定高压油。压力油的作用下 二次元件（变量马达）8 通过减速器 9 驱动车辆的驱动轮 10，实现车辆的加速和匀速行驶。当车辆在制动过程中，二次元件在电控单元 1 的控制下，使二次元件处于液压泵工作状态，所输出的液压油送入液压蓄能器，将车辆的动能以液压能的形式存储在液压蓄能器中。在起动和加速过程中液压蓄能器中的压力能又
8、通过工作于液压马达工况的二次元件转变为汽车的动能。这样，使得发动机工作与否和汽车的行驶工况基本无关，而只取决于液压蓄能器的压力。发动机可以最大限度地工作在最佳经2.2 与混合动力车的比较2.2.1 节能，环保性能比较分析以混合动力汽车相同的整车有关参数及相同的发动机进行车辆的性能仿真计算。其主要技术参数见表 2.1。其中旋转质量换算系数是指由混合动力汽车改为电控液驱汽车后的数值。混合动力汽车的发动机万有特性图见图 2.2。NEDC 工况是欧洲使用的一种用于测试轻型车辆及轿车的燃油经济性的车辆试验表 2.1 混合动力汽车的整车有关参数 参数 数值车辆总质量（kg） 1000车辆迎风面积 A 2m
9、1.9发动机最大功率（kw） 50空气阻力系数 0.25旋转质量换算系数 1.01黑龙江工程学院本科生毕业设计8图 2.2 Insight 混合动力车的发动机万有特性图标准。图 2.3 是 NEDC 工况图。从图中可以看出，NEDC 工况分为若干个加速、等速、减速和怠速工况。假设车辆在水平的路面上按 NEDC 工况的要求行驶，直至行驶 100公里。每一个 NEDE 工况结束的蓄能器压力即为下一个工况蓄能器的初始压力。车辆釆用的是变量泵。发动机所釆用的控制策略：发动机工作与否完全取决于蓄能器的压力而与车辆的行驶情况无关，当蓄能器的压力低于其最低压力，则发动机工作在燃油消耗率最低的区域，也即发动机
10、工作在最佳经济区。发动机提供的能量一部分用来驱动车辆行驶，一部分存储在蓄能器中。当蓄能器的眼里达到最大值时，发动机处于怠速状态，车辆行驶所需的能量完全由蓄能器提供。此时，蓄能器开始释放液压能，待蓄能器的压力低于其最低压力值时发动机才再次工作。若发动机工作在最佳经济区内所提供的功率无法满足车辆行驶要求时，就逐步提高发动机与转速，直至满足车辆行驶要求为止。当车辆减速行驶或制动时，发动机也处于怠速状态，车辆所有的动能通过变量玛法储存在蓄能器中，进行能量回收。表 2.2 是电控液驱车在不同的蓄能器体积和初始压力下的 NEDC 工况的百公里 燃油消耗量和能量回收率。其中，能量回收率是蓄能器回收的总能量和
11、车辆按 NEDC 工况图 2.3 NEDC 工况图行驶时所能回收的总能量的比值。这里所能回收的总能量是指所有减速工况车辆所具有的动能的总和。蓄能器的体积为 40L 时，其对应的 NEDC 工况的能量回收率最髙，黑龙江工程学院本科生毕业设计9而 NEDC 工况的百公里燃油消耗量最低。其平均百公里燃油消耗量为 3.87 L/KM 蓄能器的体积减小时，因其能量回收率降低，使得其 NEDC 工况的百公里燃油消耗量有所增大。表 2.2 NDEC 工况的百公里燃油消耗率及能量回收率蓄能器体积（L）初始压力（MPa）最终压力(MPa)燃油消耗率（L/KM）能量回收率（%）40 20 30.7 3.88 56
12、.240 25.75 30.7 3.87 56.240 31.5 30.7 3.86 56.225 20 31.5 3.96 47.825 25.75 31.5 3.95 47.825 31.5 31.5 3.94 47.816 20 31.5 4.06 37.616 25.75 31.5 4.05 37.616 31.5 31.5 4.04 37.62.2.2 动力性分析1.加速性能分析：表 2.3 是 Insingt 混合动力汽车与电控液驱汽车的加速性能比较。在车辆从 0 加速到 100km/h 的过程中，Insing 混合动力汽车的性能与电控液驱汽车的性能差不多。但是在车辆从 100km
13、/h 加速到最高车速时，Insingt 混合动力汽车的性能显然比电控液驱汽车的性能要好一些。这主要是因为 Insingt 混合动力汽车的传动效率较高，而电控液驱汽车的功率从发动机经变量（定量泵和变量马达及主减速器传递到车轮上的效率较低，一般只有 0.8 左右。这样使得相同功率的发动机所达到的车辆的最髙车速是不一样的。Insingt 混合动力汽车的最高车速 要比电控液驱汽车的最髙车速大，且在高速情况下的加速性能要好一些。比较项目 Insight 混合动力车 Insight 参数下的电控液驱车0-100km/h 所用时间（s） 12.5 12.9100-150km/所用时间（S） 17.3 30.
14、70-150km/h 所用时间（S） 29.8 43.6最大加速度（ )/2sm4.5 3.65 秒所行驶的距离（m） 44.4 44.8黑龙江工程学院本科生毕业设计10表 2.3 Insight 混合动力车与电控液驱客车的加速度比较2.爬坡能力分析图 2.5 车辆的最大爬坡度与行驶速度关系假设车辆以给定的车速匀速爬坡。车辆的最大爬坡度与爬坡时蓄能器的压力有关。蓄能器的压力越大，最 大爬坡度越大。在给定蓄能器的初始压力下,当车辆行驶的速度小于 44km/h 时， 变量马达的转速较低，由于变量马达的最大排量限制，变量马达所能提供的功率 要小于发动机的最大功率，因此在这一速度区间内车辆的最大爬坡度
15、受到变量马达的最大排量的限制，没有完全利用发动机的功率。这时通过增大变量马达的排 量可以在一定程度上提高最大爬坡度的数值。同时也能改善车辆在低速时的加速性能。车辆行驶的速度等于或大于 44km/h 时，正好是变量马达所能提供的功率等 于或大于发动机的最大功率。这时最大爬坡度就与变量马达的最大排量无关了,而与发动机的最大功率有关。2.3 新型电控液驱客车特点釆用二次调节系统，发动机的工作情况与负荷基本无关，可以保证发动机绝大部分时间工作于最佳经济性区域，同时实现制动能量的回收，将显著提高车辆经济性。而且在提高经济性的同时，可显著减少有害排放物。由于该种车辆中存在高压恒定液压源， “电控液驱”可进
16、一步扩展到车辆的其他子系统中，这一目标的实现不仅可以进一步提髙车辆性能，而且也对简化结构与降低制造成本有益。 例如，转向系统可实现电控液驱且各车轮独立控制与调节的动力转向；在悬架系 统中，可利用电控液驱实现主动悬架的功能。此外，目前已在一些车型中得到应用的电控液驱冷却风扇等也可实现一体化的设计与控制。车辆的特点表明其特别适用于频繁刹车、起动的城市公交车辆、越野车辆、清扫车辆、起重车辆、矿用挖掘车辆等。0-400m 所用时间（s） 18.7 18.6黑龙江工程学院本科生毕业设计11二次调节系统是一种压力耦联系统，通过调节完全可逆的斜盘式轴向柱塞泵广 马达（二次元件）的斜盘倾角来适应外负载的变化。二次调节系统具有以下特点： 1. 二次调节系统中液压泵和二次元件的配合使用，可以使二次元件的输出轴 上转速进行无级调节，能够实现传动系的无级变速，可使发动机在任何车辆行驶速度下都能充分发挥其功率，从而大大改善车辆的动力性，起步平稳，操纵方便。由于系统是压力耦联系统，在系统的主要能量传输管路中没有会产生节流损失的液压元
