基于AMESim对并联液压制动能量再生系统的建模与仿真研究

论文摘要

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。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 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
• 学位论文数据集