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1、 安徽工程大学机电学院毕业设计 摘 要 电动汽车的再生制动，就是利用电机的电气制动产生反向力矩使车辆减速或停车。对于感应电机来说，电气制动有反接制动、直流制动和再生制动等。其中，能实现将刹车过程中能量回收的只有再生制动，其本质是电机转子的转动频率超过电机的电源频率，电机工作于发电状态，将机械能转化为电能通过逆变器的反向续流二极管给储能装置充电。 本文简要介绍再生制动系统的种类及其发展过程，分析了国内外再生制动系统的研究动态及发展趋势，掌握其原理，设计出一台再生制动系统试验台。试验台主要通过一个无级变速装置实现传动比的改变，配合其他装置，实现能量回收。其中，对核心装置，使用CAD画出其原理图，并
2、使用CATIA等三维软件进行建模。本文最后对自己所做工作进行总结，探讨了设计方案中可能存在的问题，并对下一步的工作进行了展望。 关键词：再生制动系统、试验台、无级变速器、模型 Abstract Electric vehicle regenerative braking, reverse torque developed is the use of electric braking of the motor vehicle to slow down or stop. For induction motor, the electric braking is dc braking and regen
3、erative braking, reverse connect braking, etc. Which can achieve the braking energy recovery is only in the process of regenerative braking, its essence is the power of the motor rotor rotational frequency over the frequency, the motor working in power state, convert mechanical energy into electrica
4、l energy through the inverter the reverse of the fly-wheel diode recharge energy storage device. This paper briefly introduces the kinds of regenerative braking system and its development process, and analyzes the domestic and foreign research status and development trend of regenerative braking sys
5、tem, master the principle, design a regenerative braking system test bench. Test stand is mainly achieved by a stepless speed change device transmission ratio of the change, cooperate with other devices, to achieve energy recovery. Among them, the core device, use CAD draw its principle diagram, and
6、 using CATIA three-dimensional modeling software. Finally to summarize their work, this paper discusses the design scheme of the problem4, and the further work is prospected.Key words: Regenerative braking system, test bench, stepless transmission, model - I -目录摘 要IABSTRACTII引 言1第1章 绪论21.1再生制动系统研究背景
7、21.2再生制动研究现状21.3再生制动系统研究意义2第2章 再生制动系统原理及分类42.1再生制动的分类42.1.1飞轮储能式制动能量再生系统42.1.2液压储能52.1.3电化学储能5第3章 实验台方案设计73.1实验台整体布置73.2试验台主要装置83.2.1无级变速器83.2.2飞轮93.2.3电机93.2.4蓄电池103.2.5功率变换器103.3混合动力系统与CVT融合的技术优势10第4章 试验台CVT三维模型的建立124.1、CATIA软件介绍124.2、CVT建模过程124.2.1、主动工作缸建模124.2.2、从动工作轮建模164.2.3、金属传动带建模184.2.4、斜齿轮
8、建模204.2.5、飞轮轴及飞轮建模224.3、主要零件装配264.3.1、飞轮的装配274.3.2、无级变速器装配28第5章 模型的干涉检测32结论与展望34致 谢35参考文献36附录A37附录B 主要参考文献及其摘要42 插图清单图21 再生制动系统原理示意图6图22 飞轮储能系统7图23 液压储能系统8图31 再生制动系统方案布置图10图32 CVT控制系统方案图11图41 主动缸草图115图42 主动缸草图215图43 旋转体草图16图44 旋转体16图45 带轮轴建模17图46 模型倒角17图47 圆形阵列18图48 主动工作轮18图49 主动缸草图19图410 从动工作轮20图41
9、1 金属传动带草图21图412 金属传动带22图413 斜齿轮123图414 斜齿轮224图415 飞轮轴25图416 螺栓26图417 螺母27图418 飞轮28图419 飞轮装配图30图420 无级变速器31图421 CVT和飞轮装配图32图51 “分解”对话框33图52 模型爆炸图34图53 模型干涉检测35图54 干涉检测结果33I 引 言 汽车作为社会主要的交通工具之一，在社会进步和经济发展中起到了举足 轻重的作用，但同时它也给社会带来了环境污染和能源短缺等严重问题，因此， 节能和环保就成了现代汽车发展的主题。为了解决这两个难题，各国针对汽车节能和环保技术进行了大量的研究与开发，其中
10、混合动力汽车（Hybrid Electrical Vehicle, HEV）是目前最适应21 世纪汽车技术发展趋势的车型之一 。 混合动力汽车是指车上装有两个及其两个以上动力源，符合汽车道路安全法规的车辆。国际电工委员会所属电动汽车技术委员会对混合动力汽车的定义为：有多于一 种能量转换器提供驱动力的混合型电动汽车。一般说的混合动力汽车是指油电（发动机和电机）混合动力汽车 。 混合动力汽车不仅继承了电动汽车低排放的优点，而且还保持了传统汽车 比功率大和比能量高的优势，因此它既能改善汽车排放，又能克服电动汽车续 驶里程短的缺点，在电动汽车时代还没到来之前，混合动力汽车将承担这一角色。混合动力汽车的
11、主要节能技术主要有4 个：(a)发动机减小（down size）； (b)高效工作区域控制；(c)制动能量回收；(d)消除怠速。因此，再生制动的研究对于混合动力汽车节能效果的提高具有重要意义。 再生制动系统就是在车辆制动时,将车辆行驶动能转化为其它形式的能量储存起来,在车辆启动或加速行驶时再次加以利用的装置或系统这种系统属于新型的节能装置在未来的混合动力汽车及纯电动汽车上将有广泛的运用在能源问题越来越突出的今天节约能源已成为所有行业的发展目标之一再生制动系统,将原本摩擦制动耗散的能量,部分回收再利用,有效地提高了车辆的能量效率。由于我国在实车方面研究落后于世界先进国家，故多在搭建的试验台架上进
12、行再生制动系统实验。第1章 绪论1.1再生制动系统研究背景自1886年发明汽车以来,汽车成为人们日常生活中的代步和运输工具,可以说汽车大大的缩短了人们之间的距离,改变了人们的生活方式,提高了人们的生活质量。内燃机汽车经过 120 年的发展和壮大,逐步实现了机电一体化和全面应用现代高科技,其性能已达到很高的程度了,在安全、环保、节能和廉价等方面取得了重大的进展。但是内燃机汽车的发展也正在面临严峻的挑战。首先，由于燃油汽车要消耗大量的石油资源,排放大量的废气,制造噪音,汽车也给世界带来了无法回避的负面影响，机动车辆运行对环境的影响主要是大气污染和噪声污染。其次，20世纪90年代以来,由于石油等能源
13、的日渐紧缺,节能成为汽车工业的一个重要发展方向。而电动汽车在环保和节能方面表现出明显的优势,日益受到汽车工业界重视。近年来,各大公司在政府的支持下,也制定了发展电动汽车的长远规划,调动了社会上各种力量参与电动汽车的研制。1.2再生制动研究现状国外再生制动技术的研究比较深入。除了大量的理论研究成果，实车应用也比较成熟，丰田公司的Prius、Estima和本田公司的Insight轿车就是成功应用再生制动技术的典范。丰田公司Prius的再生制动系统通过电液比例控制单元调节液压制动力，实现再生制动与摩擦制动的综合控制，在丰田HTSII混合系统下，能提高整车能量利用率达20以上，同时确保制动安全。丰田公
14、司在混合动力汽车Estima中采用了电控柔性制动系统，并将再生制动纳入整车动力控制系统进行集中控制，通过CVT控制，提高了制动能量回收率。基于ISG电机(Integrated Starter Generator集成启动电机)、液压系统并结合发动机节气门控制，本田公司提出了一种双制动力分配系数控制再生制动系统，在Insight车上实现了混合动力汽车制动能量的高效回收。在其EV PLUS纯电动汽车上，基于能量的最大化回收、驾驶员制动感觉以及能量的较大回收兼顾驾驶员制动感觉的三种再生制动目标，分别建立了再生制动系统制动力分配控制策略并进行了试验。美国福特公司的Escape应用了线传电液系列再生制动系统(线传操控技术、电子系统和机械制动器)代替机械及液压制动系统，把来自驾驶者的命令转变为电信号，以驱动电机实现所需的操作，显著提高了制动能量回收效率、汽车制动方向稳定性和汽车舒适性。1.3再生制动系统研究意义 汽车制动能量是一种亟待开发的能量，通过制动能量的回收与利用可大大提高汽车
