城市用車輛制動(dòng)能量回收的液壓系統(tǒng)探討

城市用車輛制動(dòng)能量回收的液壓系統(tǒng)探討

1提高車輛能量在當(dāng)今社會(huì)，交通車輛眾多，消耗嚴(yán)重。由于城市人口和車輛集中,造成城市車輛運(yùn)行工況的特殊性。特別對(duì)于城市用公交車輛,需要頻繁的起步加速與換擋制動(dòng)。車速低、油耗高、排放污染與噪聲嚴(yán)重是城市公交車輛的共有問題。制動(dòng)器頻繁的作用,造成能量的無謂消耗。如能把制動(dòng)器消耗的能量回收,在車輛起步時(shí)釋放,這無疑是提高能量利用率的有效途徑,同時(shí)也會(huì)改善車輛的排放性能。由于帶有液壓蓄能器的液壓系統(tǒng)具有能量密度高、可控性和可靠性高的特點(diǎn),非常適合車輛這類在起步和制動(dòng)時(shí)短時(shí)間需大能量的工況。2量回收系統(tǒng)的工作原理車輛在制動(dòng)初期具有一定的動(dòng)能,在一般制動(dòng)情況下,這部分能量除被道路阻力、風(fēng)阻消耗外,大部分被制動(dòng)器以摩擦形式消耗掉。為回收這部分動(dòng)能,在車輛傳動(dòng)系上加額外的阻力源,把動(dòng)能轉(zhuǎn)化為液壓能儲(chǔ)存起來。車輛制動(dòng)能量回收系統(tǒng)以雙向變量泵-馬達(dá)為能量轉(zhuǎn)化裝置,以皮囊式蓄能器為能量?jī)?chǔ)存單元,系統(tǒng)布置簡(jiǎn)圖如圖1所示。在車輛制動(dòng)時(shí),控制單元2根據(jù)制動(dòng)踏板1的制動(dòng)強(qiáng)度要求,打開二通插裝閥8,使高壓蓄能器7與雙向變量泵-馬達(dá)11高壓端接通,同時(shí)也供給泵-馬達(dá)排量來控制油壓,操縱泵-馬達(dá)排量在正方向,使它以泵的方式工作,車輛的動(dòng)能帶動(dòng)泵-馬達(dá)旋轉(zhuǎn),起到阻力源作用,同時(shí)把低壓液壓油壓入液壓蓄能器轉(zhuǎn)化為高壓油,實(shí)現(xiàn)能量的回收轉(zhuǎn)化。系統(tǒng)在作輔助動(dòng)力源時(shí),把泵-馬達(dá)排量調(diào)整到反方向,這樣可做到高低壓油路端口不變,旋轉(zhuǎn)方向不變這時(shí)泵-馬達(dá)以馬達(dá)的方式工作,打開二通插裝閥8,高壓蓄能器7中的高壓油推動(dòng)泵-馬達(dá)旋轉(zhuǎn),輔助車輛起步。3原油系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1泵-馬達(dá)的特點(diǎn)為車輛制動(dòng)能量回收的液壓系統(tǒng)由皮囊式蓄能器雙向變量泵-馬達(dá)及控制油路等組成,結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下。(1)采用二通插裝閥作為高壓蓄能器的開關(guān)閥本系統(tǒng)具有高壓大流量的特點(diǎn),最高工作壓力達(dá)到31.5MPa。二通插裝閥相對(duì)于傳統(tǒng)液壓閥,具有通流能力大、動(dòng)作快和泄漏少的特點(diǎn)。泄漏少對(duì)提高高壓蓄能器的效率至關(guān)重要。(2)低壓蓄能器作為油箱。這可使泵-馬達(dá)在馬達(dá)工況工作時(shí),出口具有一定的背壓;在泵工況工作時(shí),進(jìn)口具有一定的壓力,防止泵工作噪聲與失效。(3)泵-馬達(dá)采用高壓蓄能器壓力油源控制排量,提高系統(tǒng)控制靈活性。這可解決自帶供油系統(tǒng)的泵-馬達(dá)在轉(zhuǎn)速過低時(shí)工作失效的問題,同時(shí)避免使用外部動(dòng)力源,簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。3.2系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化計(jì)算車輛制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的關(guān)鍵點(diǎn)是能量轉(zhuǎn)化效率,盡量吸收車輛的剩余動(dòng)能并將其最大限度的釋放出去是系統(tǒng)研究的目的所在。系統(tǒng)研究涉及兩大部分:控制策略與系統(tǒng)參數(shù)選擇。系統(tǒng)控制策略采用開關(guān)控制,它是指:在大部分情況下的一般制動(dòng)工況采用液壓系統(tǒng)制動(dòng),而在緊急情況下采用原制動(dòng)器;在車輛起步初期,大部分功率由泵-馬達(dá)提供,當(dāng)蓄能器壓力降到一定程度后,再由發(fā)動(dòng)機(jī)提供功率。綜合各種控制策略,開關(guān)控制具有簡(jiǎn)單有效的特點(diǎn)。車輛制動(dòng)能量回收系統(tǒng)主要有5個(gè)關(guān)鍵參數(shù):泵馬達(dá)排量V針對(duì)城市公交車輛,制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的一個(gè)工作循環(huán)為:首先,一定車速的車輛需制動(dòng)時(shí),液壓系統(tǒng)動(dòng)作吸收車輛的動(dòng)能,然后在車輛靠站停車期經(jīng)過短暫的蓄能保壓,再利用高壓蓄能器中的高壓油驅(qū)動(dòng)車輛。經(jīng)過對(duì)北京城市公交車運(yùn)行工況的調(diào)查,得出其制動(dòng)與加速過程的典型工況,見圖2。系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化計(jì)算是在泵馬達(dá)最大排量時(shí),滿足此種要求下進(jìn)行。優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為式中,η式中,η系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化計(jì)算應(yīng)在目前液壓系統(tǒng)的技術(shù)水平下進(jìn)行。目前國(guó)內(nèi)高壓大容量液壓蓄能器的最高工作壓力水平在31.5MPa。蓄能器有效工作體積按式(2)計(jì)算。式中,ΔV是蓄能器有效工作體積;V從式(2)可看出:提高蓄能器有效體積的措施之一是提高蓄能器最高工作壓力,盡量高的蓄能器壓力也是使泵馬達(dá)具有足夠動(dòng)力的有效途徑。為此把蓄能器最高工作壓力定為31.5MPa。在蓄能器實(shí)際使用中,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)應(yīng)使p現(xiàn)有泵-馬達(dá)產(chǎn)品的排量是一系列序列值。為簡(jiǎn)化計(jì)算,在參數(shù)優(yōu)化計(jì)算時(shí),針對(duì)一系列相對(duì)固定的排量,選出最優(yōu)值。同時(shí)為降低成本,應(yīng)盡量采用低排量值。根據(jù)以上所述,系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化計(jì)算的優(yōu)化變量為:式中,V針對(duì)系統(tǒng)目標(biāo)函數(shù)和優(yōu)化變量,根據(jù)必要的約束條件,采用序列二次規(guī)劃(SQP)方法進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算,對(duì)優(yōu)化結(jié)果再進(jìn)行必要的工程修訂,以滿足工程應(yīng)用的需要。4制動(dòng)能量回收液壓系統(tǒng)仿真城市用車輛制動(dòng)能量回收系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造容易,調(diào)整方便,特別適合需頻繁制動(dòng)、加速的運(yùn)行工況。根據(jù)上述原理與方法,筆者針對(duì)CJ6101G5Q3型公交車,進(jìn)行了制動(dòng)能量回收液壓系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)。根