基于AMESim的汽車制動集能系統建模與仿真

張娟

摘要：汽車制動集能夠提高經濟性并降低排放。以AMESim為平臺，對某公共汽車制動集能系統進行設計與建模。以一定的初速度制動，分別對其制動集能過程和起步放能過程進行仿真，仿真算例表明制動集能能有效提高汽車燃油經濟性，所建立的汽車制動集能系統模型能夠便捷地用于汽車制動集能系統。設計，能夠增強研發速度，節省成本。

關鍵詞：制動能量回收液壓蓄能器AMESim

中圖分類號：TH86 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）08（c）-0092-01

汽車作為一種新的交通運輸工具給人類社會帶來了深遠影響，但也給世界帶來能源危機、環境問題，安全問題[1]。制動集能，又叫制動能量再生或制動能量回收，在制動時通過與驅動橋相連的能量轉換裝置將汽車的部分機械能轉換為其他形式的能量，并儲存在能量儲存裝置中，提高了整車燃油經濟型，減少了污染物的排放[2～4]。本文以AMESim為平臺，對某公共汽車制動集能系統進行設計與建模對集能系統的研發具有促進意義。

1并聯式液壓制動集能系統AMESim模型的建立

模型由機械、液壓、信號控制三部分組成：機械部分包括：離合器、變速器、傳動軸、平動/轉動轉換器、車身質量塊、踏板力傳感器。液壓部分包括：單向定量液壓泵/馬達、二位三通換向閥、液壓蓄能器、溢流閥、單向閥、壓力傳感器、液壓管路、過濾器、油箱。信號控制部分：x/y比較環節、離合器控制信號、換向閥控制函數。

系統工作原理如下：首先以Braking force處的K值模擬制動踏板力，經力傳感器測定后與x/y比較環節處的K（設為0）進行比較，這里可以將制動踏板的受力情況簡化為兩種情形，即一種是踏板受力（此時K0）；另一種情形是踏板不受力（此時K=0）。當踏板受力時，離合器1結合，換向閥PA口通、T口止，表征系統開始制動集能，右邊的機械部分可以設置汽車的制動初速度、質量等參數，這樣系統便具有了初始動能，這部分能量以轉矩的形式傳遞到液壓泵的泵軸上，泵開始從油箱經換向閥的P、A口向蓄能器中泵油，儲存在蓄能器中的氮氣被壓縮，車身的機械能轉換為液壓能在蓄能器中得以儲存，其能量傳遞路線為：車身傳動軸變速器離合器1液壓泵單向閥換向閥P、A口液壓蓄能器。

2仿真算例及結果分析

由于常年行駛在城市的公共汽車大多數時候是以較低的車速運行的，所以本設計以45km/h為制動初速度對公交車進行制動集能仿真。仿真參數采用某企業的公交車物理參數。該車制動時，設置Braking force處的K值為正值（比如10），Body of vehicle處的速度為45km/h，運行時間15s，此時離合器1結合，換向閥PA口通、T口止，在制動初速度為45km/h時，車身質量為18000kg的城市公共汽車在僅使用制動集能系統進行制動時，制動距離為43m，制動時間10s，蓄能器氣體壓力在前3s上升迅速，而后增速變慢，并在第6s時達到定值21.6039MPa，這是由于制動一段時間后車身速度逐漸下降，泵軸轉動的轉速和轉矩下降，當泵軸轉動所造成的油壓不足以克服蓄能器的預充壓力時，蓄能器的儲能過程結束。蓄能器的氣體體積與氣體壓力之間滿足波義耳定律，故其變化趨勢與蓄能器氣體壓力相反。車身動能隨著時間的推移而逐漸減小，蓄能器儲存的能量則越來越多，最終達到一個定值。車身具有的初始動能為2.36×108J，蓄能器最終儲存的能量為1.6×108J，能量回收率大約68%，造成能量損失的地方主要有汽車的行駛阻力損失（包括滾動阻力和坡度阻力）、機械傳動系統的能量損失、液壓泵的能量損失等。

3結語

本文基于AMESim軟件對某公共汽車制動集能系統進行設計與建模分析。仿真算例表明制動集能能得到了較大的能量回收率，有效提高汽車燃油經濟性，所建立的汽車制動集能系統模型能便捷地用于汽車制動集能系統設計，節省成本。

參考文獻

[1] 吳正乾.汽車再生制動能量回收系統綜述[J].理論科學，2010.

[2] 張子英，張保成.車輛制動能量回收再利用技術研究[J].節能技術，2010，28（3）.

[3] 張維剛，朱小林.液壓技術在混合動力汽車節能方面的應用[J].機床與液壓，2006（6）：144-146.

[4] 郗建國，高振萍，陳杰，等.基于AMESim的制動能量再生系統建模[J].機械設計與制造，2010（9）.