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1、绪论制动能量回收是现代电动汽车与混合动力车重要技术之一，也是它们的重要特点。在一 般内燃机汽车上，当车辆减速、制动时，车辆的运动能量通过制动系统而转变为热能，并向 大气中释放。而在电动汽车与混合动力车上，这种被浪费掉的运动能量已可通过制动能量回 收技术转变为电能并储存于蓄电池中，并进一步转化为驱动能量。例如，当车辆起步或加速 时，需要增大驱动力时，电机驱动力成为发动机的辅助动力，使电能获得有效应用。随着石油价格的飞速增长，混合动力汽车，特别是对于城市道路交通，显得更为重要。 另外，值得说明的是，世界石油存储量正在迅速减少，保守预测，石油资源将在3040年后 枯竭。通常意义上，采用热机的混合动力
2、架起了目前传统技术与未来混合动力燃料电池汽车 技术之间过渡的桥梁。目前，鉴于价格昂贵，制氢、储氢、加氢站等基础设施投入巨大，使 用燃料电池发动机取代内燃发动机的时机还不成熟。在城市交通中，空气污染的治理问题显 得尤为重要。混合动力技术为降低传统汽车的污染排放量提供了可能，特别是CO勺排放， 具体可通过尽可能地使用发动机的高效率点、维持发动机处于优化的工作区等措施以降低发 动机油耗。变惯量飞轮电池是一种高科技机电一体化产品，它在国防工业、汽车工业、电力 工业、电信业等领域具有广阔的前景。国际飞轮储能技术现状：飞轮储能系统主要由转子、电动 /发电机、电力转换器和真空室四部分1组成。80年代初，瑞士
3、 Oerlikon工程公司研制了第一辆完全由飞轮供能的公共汽车。飞轮直径 1. 63m,重1. 5t,在氢气环境里以3000rpm运行以降低风损。该车可载乘客70名，行程大约 0. 8km，在每一停靠站停车时，飞轮需要允电2min。1992年美国飞轮系统公司(American nywheel systems Inc.简称AFS)开发了一种用于汽车的 机电电池，每个“电池”长18cm，直径23cm。电池的核心是一个以2XlO5rpm旋转的碳纤维 飞轮转子，将12个“电池”放在lMPAcT轿车上，续航里程达480km。机电电池共重273kg，若 采用铅酸电池，则共重396kg。机电电池所储的能量为
4、铅酸电池的2. 5倍，使用寿命为铅酸 电池的8倍，且它的“比功率”(即爆发力)极高，是铅酸电池的25倍，可在8秒钟内使该车由 静止加速至100km / h。KERS是动能回收系统(Kinetic Energy Recovery Systems)的英文缩写。它是FIA在 F1赛车上使用的一项新技术。KERS系统是国外动能回收系统中技术已经比较成熟，其基础 原理是：通过技术手段将车身制动能量存储起来，并在赛车加速过程中将其作为辅助动力释放利用!国内飞轮储能的技术现状：我国在飞轮储能方面研究刚刚起步，1995年始清华大学和中科院电工所等单位开始进 行初步研究。实验室自筹部分资金，改建成用于飞轮研究的
5、专用实验室。鉴于国内在超导磁 悬浮、电磁悬浮方面技术差距，且附件多，成本高，尤其磁悬浮电涡流功率损耗较大，我们 提出了永磁悬浮与机械轴承混合支承储能飞轮结构方案。现阶段主要研究目标是基础固定的 飞轮储能模块（如电力调峰，不间断供电、电磁炮等）。行驶工况通过对应时间点的加速度、速度值，运用相关公式就可以确定车辆运动中需要的机 械能量。无论车辆采用何种动力，当需要复现这种行驶工况时，使用一种共同的环境如 温度、风速、滚动系数等一些可以控制的条件时，采用定容取样系统（CVS ）和数据分 析系统，可以对车辆的动力性、经济性以及车辆排放性能等指标进行比较判断。因此我 们希望找到一种方法来确定对应时间点的
6、加速度、速度值。这样，便出现了车辆行驶工 况图的概念。车辆在道路上的行驶状况可用一些参数（如加速、减速、匀速和怠速等）来反映， 这些参数的集合则构成了车辆的运动特征。通过对这种运动特征的调查和解析，绘制出 能够代表车辆运动状况，时间的步长通常为1秒，表达形式为速度一时间的曲线，即 为车辆行驶工况图。1发动机的选择1.1发动机的最大动率竺V76140max3）10.91560 X 9.8 X 0.0165 x 1 + 0.01(175 - 50)3600x 175 +0.32(1.710 x 1.427)76140x1753=91.73kw91.73*1.2=110kw故可选用东风康明斯ISBe
7、150 30型发动机，其参数为:额定功率/转速 110kw/2500（r*min-1）最大扭矩/转速550N*m/1500 （r*min-1）1.2轮胎的选择发动机前置前轮驱动，查表可知轴荷分配为：前轴占57%后轴占43%。G = mg x 57%1 a=1560x9.8x57%=8714.16NG = mg x 43%2 a=1560 x9.8x43%=6573.84N故轮胎选用米其林235/65 R18轮胎直径为76.27mm2离合器主要参数计算2.1从动盘数的选择出租车总质量较小，发动机的最大转矩一般不大，选择单片干式摩擦离合器。单片离合器 结构简单，轴向尺寸紧凑，散热良好，维修调整方便
8、，从动部分转动惯量小，在使用时能保 证分离彻底。2.2离合器主要参数的选择后备系数0=1.5摩擦离合器的静摩擦力矩Tc：T = B Tce max=1.5x550=825Nm摩擦片外径D (mm)可根据发动机的最大转矩Temax (Nm)按如下经验公式选用：=14.6 x ：550=342mmVD = & r=2500r/minx342/2mm=44.18m/s 65m/s又 0.53 -d 0.7故选 d=188mm2.2离合器基本参数的优化目标函数：离合器参数优化设计追求的目标，是在保证离合器性能的条件下使其结构尺寸尽可能 小，即目标函数为：兀f （x） = min（D2 一 d 2）约束
9、条件：（1）摩擦片外径D （mm）的选取应使最大圆周速度VD不超过65-70m/s，即兀Vn = nD x 103 65 70m/ sD 60 e max式中，VD为摩擦片最大圆周速度；n 为发动机最高转速（r/min）。Demax（2）摩擦片的内、外径比C应在0.530.70范围内，即0.53 c 0.70（3）为了保证离合器可靠地传递发动机的转矩，并防止传动系过载，不同车型的0值应在 一定的范围内，最大范围为1.24.0,即1.2 0 4.0（4）为了保证扭转减振器的安装，摩擦片内径d必须大于减振器弹簧位置直径2R0约50mm, 即d2R 0 + 50mm式中R 0为减震弹簧的位置半径，一
10、般取R = （0.60 0.75）d/2取 R0 = 06d/2 = 0.6 x 188/2 = 564d2R + 50 = 162.8（5）为反映离合器传递转矩并保护过载的能力，单位摩擦面积传递的转矩应小于其许用值, 即式中，T0为单位摩擦面积传递的转矩(Nmm2)； T 为其允许值(Nmm2)。0c 0丁4 x卩T/=e max -c0 兀Z ( D 2 一 d 2)4 x 1.5 x 550-3.14x2(3422 -1882)x 10-6=6.43 x 10 -3 (N m / mm 2)T 0 匕 =0.40( N m / mm 2)(6) 为降低离合器滑磨时的热负荷，防止摩擦片损伤
11、，对于不同的车型，单位压力P0根据 所用的摩擦材料在一定范围内选取，P0的最大范围值0.101.50MPa，即0.10MPa p 1.50MPa0(7) 为了减少汽车起步过程中离合器的滑磨，防止摩擦片表面温度过高而发生烧伤，离合 器每一次接合单位摩擦面积滑磨功应小于其许用值，即4Ww 二 w兀 Z (D 2 d 2)式中，w为单位摩擦面积滑磨功(J/mm2)，乘用车w=0.40J/mm2； W为汽车起步时离合器接 合一次所产生的总滑磨功(J)，可根据下式计算兀2 n 2 m r 2 x 二e ( a r )1800 i02 i 2 0 g式中，m为汽车总质量(kg)； r为轮胎滚动半径(m)；
12、 i为汽车起步时所用变速器档位的传 arg动比；i0为主减速器传动比；n为发动机转速，计算时乘用车取2000r/min。0e-1800 (i02 i 2)0 g3.142 x 20002 (1500x0.3821800( 4.02 x 2.42=51494 (J)4w 二兀 Z (D2 d2)4x514943.14 x 2 x (3422 1882)=0.40 (J/mm2) w二 0.40( J / mm2)3变速器主要参数的设计计算3.1变速器传动机构布置方案：采用两轴式变速器、四档传动，其传动方案如下:3.2变速器主要参数的选择中心距A：初选中心距时可根据下述经验公式计算:式中，A为变速
13、器中心距（mm）； KA为中心距系数，乘用车取KA=8.99.3;Temax 为发动机最大转矩（Nm）； n为变速器传动效率，取96%。gA 二 KA 3TF=9 x 3550 x 4 x 96%=115.4mmi.二 4 i 二（3.4）2 二 2.5 i 二 3切二 1.6 i = 11234试选A=70mm, m=2.5, z =15，卩=22.58二 2A cos 0 =51.73取 二 52 ；则 h mhz = z - z = 52 -15 = 377 h 8修正后中心距A = 2笄2蔦)=70.35mm2 cos 22.5确定一档齿轮的齿数: 一档传动比为.z zi 二71z z
14、1 8空二 4 x15 二 1.62z 则T二iz1z二19iz 二 3321 z 737二档用直齿轮，模数与一档相同.z zi 二5-2z z1 6又 A 二 m(z5 + z6)2故 z 5 二 31, z & 二 21三档是斜齿轮，螺旋角0 4与常啮合齿轮齿轮的传不同:z . z3 二 i 1 z 3 z4 2m(z + z ) A =32 cos 04tan 0 z z、2 二3 (1 + )tan 0 z + z z4124故 z = 26, z = 27,0 = 18.753 44四档i4二1为直接档 倒挡齿选用的模数与一档相近，选m=2.5初选Z10=21中心距A = m(z + z ) = x 2.5(15 + 21) = 45mm28 io 2De82+ 0.5 + e92A贝 ID = 2 A-D -1 = 2 x 45 - 2.5 x (15 +1.01) = 49.975e 9e849.975mz2.5=19.99故选z = 20e 9故离合器各档齿轮数如下表:档位一档二档三档四档倒挡齿轮Z7Z8Z5Z6Z3Z4Z1Z2Z9Z10齿数371531212627193320
