基于AMESim对并联液压制动能量再生系统的建模与仿真研究

摘要

随着人类社会的快速发展,人类对汽车的需求与日俱增。与此同时汽车也给人类带来诸多问题,例如:能源与环境问题的加剧,交通事故的频繁发生,所以对汽车节能、安全等的研究具有重大的意义。
　　 本文针对城市出租车工作情况对制动能量再生系统进行研究。对现有的各种储能方案进行了综合对比,分析确定了采用液压储能技术,选择了并联式驱动形式,并设计了液压系统。根据制动能量再生系统的要求,分析了定量泵/马达的不足之处,提出了采用变量泵/马达作为系统的能量转化元件。根据泵的工作原理和能量守恒定律,确定了变量泵/马达的伺服控制形式——比例排量控制泵。对各种形式的蓄能器进行分析对比,选择皮囊式蓄能器作为能量回收装置,并对皮囊式蓄能器性能进行了研究。为了使制动能量再生系统单独制动时能充当等效制动器的作用,对变量泵/马达、蓄能器进行了参数匹配。
　　 对制动时的汽车进行了受力分析,在制动力分配理论的基础上,根据制动强度的大小,蓄能器的压力,协调控制后轮液压.摩擦制动力矩和再生制动力矩,提出了比例制动分配策略与最大制动能量回收制动力分配策略,通过分析选择了最大能量回收制动分配策略。
　　 基于自动控制原理技术,建立变量泵/马达伺服控制系统的数学模型以及传递函数,以及制动能量再生系统防抱死控制模型,ABS控制模型。利用传统PID技术对各种自动控制器进行调控,并利用调试法匹配了PID参数。
　　 在AMESim软件中建立了汽车制动主要部件(制动主缸、ABS液压、制动轮缸、车轮、四轮汽车、路面等等)以及液压制动能量回收系统、逻辑控制系统的仿真模型。制定了12种仿真工况和介绍了制动性能评价方法。仿真结果表明:并联式液压制动能量再生系统在单独制动时,能够防止车轮被抱死,使汽车具有很好的稳定性。制动力矩从最小到最大的响应时间为0.3秒,符合国家制动器标准,能够充当等效制动器的作用。在联合制动时,再生制动系统与液压——摩擦制动器能够实现联合制动,在所制定的各种工况下,都能使前、后车轮不被抱死,符合制动性能评定原则。联合制动时不同的路面附着系数、制动强度都会影响再生系统吸收能量的能力。仿真结果表明:单独制动时能吸收77％-84％的制动能,联合制动时能吸收33％-47％的能量。

目录

文摘

英文文摘

致谢

1 绪论

1.1 本课题研究背景

1.1.1 能源问题

1.1.2 环境问题

1.1.3 安全问题

1.2 车辆制动能量再生技术简介

1.2.1 车辆制动能量再生技术分类

1.2.2 储能形式的确定

1.3 国内外液压制动能量再生研究现状

1.3.1 国外液压制动能量再生研究现状

1.3.2 国内液压制动能量再生系统研究现状

1.3.3 国内目前研究不足之处

1.4 本论文研究主要内容

1.5 本章小结

2 液压制动能量再生系统理论研究

2.1 制动能量再生系统技术要求

2.2 液压制动能量再生系统研究

2.2.1 系统驱动方式选择

2.2.2 驱动动力耦合位置确定

2.3 液压制动能量再生系统总体设计

2.3.1 并联式液压制动能量回收系统原理确定

2.3.2 制动方式研究

2.4 本章小结

3 汽车制动理论分析及制动分配策略研究

3.1 制动时车轮的受力

3.1.1 地面制动力

3.1.2 制动器制动力

3.1.3 地面制动力、制动器制动力、附着力之间的关系

3.1.4 制动滑动率、路面附着系数、侧向力系数

3.2 汽车前、后轴制动器制动力分配策略分析

3.2.1 汽车侧滑时运动分析

3.2.2 地面对前、后车轮的法向反作用力

3.2.3 理想的前、后制动器制动力分配曲线

3.2.4 实际制动器制动力分配

3.3 车轮防抱死学

3.4 后轮液压—摩擦制动力与再生制动力分配策略研究

3.4.1 液压—摩擦制动力与再生制动力分配策略

3.4.2 后轮制动力分配策略控制逻辑

3.5 本章小结

4 变量泵/马达、蓄能器选择以及参数匹配

4.1 变量泵的分类与控制方式

4.1.1 变量泵的分类

4.1.2 变量泵伺服控制系统

4.2 变量泵/马达控制形式确定和结构选择

4.2.1 变量泵/马达控制形式的确定

4.2.2 变量泵/马达结构确定

4.3 蓄能器简介

4.3.1 蓄能器功用

4.3.2 蓄能器分类

4.3.3 蓄能器性能分析

4.4 蓄能器形式选择

4.5 变量泵/马达、蓄能器主要参数确定

4.5.1 系统压力范围初选定

4.5.2 变量泵/马达、蓄能器参数计算方法

4.5.3 变量泵/马达、蓄能器参数确定以及型号选择

4.6 本章小结

5 并联式液压制动能量再生系统部件建模

5.1 AMEsim软件简介

5.2 自动控制原理

5.3 制动能量再生汽车部件建模

5.3.1 四轮汽车模型

5.3.2 ABS液压

5.3.3 制动主缸模型

5.3.4 制动轮缸模型

5.3.5 制动轮胎和路面模型

5.4 并联式液压制动能量再生系统能量再生模块建模

5.4.1 制动能量再生系统建模

5.4.2 变量泵伺服控制部分数学模型建立

5.4.3 变量泵传递函数计算

5.5 制动能量再生系统控制策略模型建模

5.5.1 联合制动时制动力分配控制模型建立

5.5.2 再生制动力单独制动时的控制模型建立

5.5.3 ABS和再生制动系统防抱死控制模型建立

5.6 本章小结

6 并联式液压制动能量再生系统仿真与分析

6.1 再生制动系统仿真工况和评价指标的选择

6.1.1 再生制动系统仿真工况的选择

6.1.2 制动能量再生系统仿真评价指标的选择

6.2 典型制动工况下的仿真与分析

6.2.1 再生系统单独在高路面附着系数制动时的各种工况仿真分析

6.2.2 再生系统单独在低路面附着系数满强度制动仿真分析

6.2.3 蓄能器初始压力为21MPa时的各种联合制动工况仿真分析

6.2.4 蓄能器初始压力为32MPa时的各种联合制动工况仿真分析

6.2.5 紧急制动仿真

6.3 仿真结果分析

6.4 本章小节

7 全文总结与展望

7.1 全文总结

7.2 论文创新点

7.3 研究展望

参考文献

作者简历

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