【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 力矩又可以對(duì)驅(qū)動(dòng)輪施加制動(dòng) ,產(chǎn)生制動(dòng)力 ；然后在汽車(chē)起步或加速時(shí)義釋放儲(chǔ)存的能量 (如圖 1所示 )，以增加驅(qū)動(dòng)輪 (軸 )上的驅(qū)動(dòng)力或增加混合動(dòng)力汽車(chē)及電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)駛里程。 動(dòng)能 圖 21 再生制動(dòng)系統(tǒng)原理示意圖 再生制動(dòng)的分類(lèi) 車(chē)輛制動(dòng)能量再生方法根據(jù)不同的儲(chǔ)能機(jī)理可分為：飛輪儲(chǔ)能式、液壓儲(chǔ)能式和電化學(xué)儲(chǔ)能式。 飛輪儲(chǔ)能式制動(dòng)能 量再生系統(tǒng) 飛輪儲(chǔ)能是機(jī)械儲(chǔ)能的一種形式，在車(chē)輛制動(dòng)或減速過(guò)程中，飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)拖動(dòng)飛輪加速，將車(chē)身的慣性動(dòng)能轉(zhuǎn)化為飛輪高速旋轉(zhuǎn)的動(dòng)能；當(dāng)車(chē)輛啟動(dòng)或加速時(shí)，飛輪減速，釋放本身旋轉(zhuǎn)動(dòng)能給車(chē)身，以增加車(chē)輛的行駛動(dòng)能。 圖 22 飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng) 飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)需要解決的問(wèn)題： 驅(qū)動(dòng)輪（軸） 能量轉(zhuǎn)換 再生能量 儲(chǔ)能裝置 安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 (1)飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)不能長(zhǎng)時(shí)間的儲(chǔ)能 ,只能是在汽車(chē)運(yùn)行時(shí)靠飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)暫時(shí)儲(chǔ)存能量 ,在汽車(chē)停止以后 ,飛輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)后就必須釋放能量。于是 汽車(chē)上應(yīng)該再裝有與之相配套的蓄電池 ,可以在汽車(chē)熄火是儲(chǔ)存飛輪上剩余的能量，在電動(dòng)汽車(chē)上 ,這個(gè)能量又可以支持汽車(chē)的正常運(yùn)行。 (2)安全問(wèn)題 飛輪要儲(chǔ)存能量就要高速旋轉(zhuǎn) ,一旦應(yīng)力超過(guò)材料的極限應(yīng)力 ,飛輪破裂 ,后果不堪設(shè)想 于是要求 ,首先飛輪的質(zhì)量盡可能輕 ,儲(chǔ)存能量盡可能多 ,可承受的應(yīng)力盡可能的大 最關(guān)鍵的是外面的殼體能承受飛輪在最高速旋轉(zhuǎn)時(shí)破裂所帶來(lái)的沖擊 汽車(chē)應(yīng)該有應(yīng)急系統(tǒng) ,在飛輪出現(xiàn)故障后 ,能按普通模式正常運(yùn)行。 (3)能量損耗 ,采用磁懸浮軸承而減少飛輪摩擦而損耗的能量 ,但飛輪本身的設(shè)計(jì)和制造的不平衡 ,同 樣會(huì)消耗能量 ,以及空氣阻力的影響到底有多大。 (4)飛輪的高速旋轉(zhuǎn)不可避免的會(huì)產(chǎn)生熱量 ,完全消除熱量是不可能的 ,于是這個(gè)熱量怎么回收利用 ,才能使得整個(gè)回收系統(tǒng)回收到更多的能量。 液壓儲(chǔ)能 汽車(chē)起動(dòng)或加速的過(guò)程就是液壓系統(tǒng)將儲(chǔ)存的液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能并釋放給汽車(chē) ,以增加汽車(chē)動(dòng)能的過(guò)程 系統(tǒng)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓泵 /馬達(dá)、液壓蓄能器、變速箱、驅(qū)動(dòng)橋、離合器和液壓控制系統(tǒng)組成起動(dòng)。加速或爬坡時(shí) ,液控離合器接合 ,液壓蓄能器與連動(dòng)變速箱連接 ,液壓蓄能器中的液壓勢(shì)能通過(guò)泵 /馬達(dá)轉(zhuǎn)化為車(chē)輛動(dòng)能 ,用來(lái)輔助發(fā)動(dòng)機(jī)滿(mǎn)足驅(qū)動(dòng) 汽車(chē)所要求的峰值功率 .減速時(shí) ,電控元件發(fā)出信號(hào) ,使系統(tǒng)處于蓄能狀態(tài) ,將動(dòng)能轉(zhuǎn)換為壓力能儲(chǔ)存在液壓蓄能器內(nèi) ,這時(shí)車(chē)輛行駛阻力增大 ,車(chē)速降低直至停車(chē) 在緊急制動(dòng)或初始車(chē)速較高時(shí) ,再生制動(dòng)系統(tǒng)不工作 ,不影響原車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)揮效能。 圖 23 液壓式儲(chǔ)能系統(tǒng) 電化學(xué)儲(chǔ)能 儲(chǔ)能器可采用蓄電池或超級(jí)電容器 ,由發(fā)電機(jī) /電動(dòng)機(jī)執(zhí)行機(jī)械能一電能之間的轉(zhuǎn)化系統(tǒng)還包括一個(gè)電子控制單元 (ECU),用來(lái)控制蓄電池或超級(jí)電容器的充放電狀態(tài)，并且保證蓄電池的剩余電量在規(guī)定的 范圍內(nèi)。電儲(chǔ)能形式的再生制動(dòng)系統(tǒng)使用的蓄電池作周勐：混聯(lián)式電動(dòng)汽車(chē)再生制動(dòng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì) 6 為蓄能器 ,相對(duì)其他儲(chǔ)能方式而言 ,具有儲(chǔ)能時(shí)間長(zhǎng) ,一次儲(chǔ)能量大 ,儲(chǔ)能穩(wěn)定性好 ,維護(hù)次數(shù)少 ,使用方便等優(yōu)點(diǎn) 理論上講 ,電化學(xué)儲(chǔ)能方式再生制動(dòng)方法適用于各種車(chē)輛 近年來(lái)正在開(kāi)發(fā)和研制的電動(dòng)汽車(chē)上普遍考慮采用這種方法實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng) ,以節(jié)約能源 ,增加汽車(chē)連續(xù)行駛能力 制約這一方法應(yīng)用的技術(shù)瓶頸仍是缺乏高性能 !低成本的電化學(xué)儲(chǔ)能器 當(dāng)前作為電化學(xué)儲(chǔ)能器主要是各種可充電電池和超級(jí)電容 。超級(jí)電容的低比功率特性使之不可能單獨(dú)用作電動(dòng)汽車(chē)的能量源 ,但用它作為輔助能量源則具有顯著的優(yōu)點(diǎn) 一充放電率高 ,與蓄電池相比可迅速高效地吸收和釋放制動(dòng)回收的能量。 所以 ,本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用蓄電池加超級(jí)電容的電化學(xué)儲(chǔ)能形式 。 安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 第 3章 試驗(yàn)臺(tái)方案設(shè)計(jì) 無(wú)論任何車(chē)輛的制動(dòng)性能，首先必須滿(mǎn)足安全性能的要求 。 作為汽車(chē)三大功能 (行駛 ,制動(dòng)和轉(zhuǎn)向 )之一的制動(dòng)性能，也是汽車(chē)安全性能中的重要指標(biāo)之一。 整車(chē)再生制動(dòng)系統(tǒng)的搭建及試驗(yàn)成本較高 ， 而簡(jiǎn)易的再生制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)能夠節(jié)約再生制動(dòng)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)成本 ， 縮短開(kāi)發(fā)周期 。 實(shí)驗(yàn)臺(tái)整體布置 再生制動(dòng)理論主要是研究回收制動(dòng)能量方法、回收制動(dòng)能量的效率、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)與功率轉(zhuǎn)換器的控制技術(shù)、再生制動(dòng)控制策略、機(jī)電復(fù)合制動(dòng)的協(xié)調(diào)等。模擬試驗(yàn)臺(tái)采用模塊化設(shè)計(jì)方法，如圖 3所示，包括制動(dòng)踏板輸入模塊、制動(dòng)能量轉(zhuǎn)換模塊、慣性模塊、道路阻力模擬模塊（負(fù)載電動(dòng)機(jī)）、常規(guī)制動(dòng)模塊、能量?jī)?chǔ)存管理模塊、測(cè)控系統(tǒng)模塊等。 試驗(yàn)臺(tái)通過(guò)機(jī)械和電氣連接，主要完成把發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)能和蓄電池的電能轉(zhuǎn)換為飛輪的動(dòng)能和把飛輪的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為蓄電池的電能，由此模擬能量回收過(guò)程。其中，通過(guò) CVT無(wú)級(jí) 變速器在啟動(dòng)時(shí)給起動(dòng)機(jī)減速，保證飛輪在合適的轉(zhuǎn)速下工作；在減速制動(dòng)時(shí)，打開(kāi)離合器，中斷動(dòng)力裝置，由于慣性，飛輪旋轉(zhuǎn)，再次通過(guò) CVT 調(diào)節(jié)，使發(fā)電機(jī)增速，保證飛輪的動(dòng)能一直能夠被利用發(fā)電。發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能通過(guò)變化器存儲(chǔ)在蓄電池中。具體布置圖如下圖所示： 圖 31 再生制動(dòng)系統(tǒng)方案布置圖 周勐：混聯(lián)式電動(dòng)汽車(chē)再生制動(dòng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì) 8 金屬帶式無(wú)級(jí)變速器 (CVT)的速比是在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)連續(xù)變化的，此過(guò)程由電控單元ECU 以及控制系統(tǒng)的測(cè)試、執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)完成。通過(guò)電子控制技術(shù)，將電 機(jī)的驅(qū)動(dòng)源和CVT 結(jié)合在一起實(shí)現(xiàn)汽車(chē)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合控制，能夠使動(dòng)力源與傳動(dòng)系統(tǒng)形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。 試驗(yàn)臺(tái)主要裝置 試驗(yàn)臺(tái)主要裝置包括無(wú)級(jí)變速裝置、飛輪裝置、電機(jī)、蓄電池、 ECU、功率轉(zhuǎn)換器等。 無(wú)級(jí)變速器 CVT技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)有了一百多年的歷史。德國(guó)奔馳公司是在汽車(chē)上采用 CVT技術(shù)的鼻祖，早在 1886年就將 V型橡膠帶式 CVT安裝在該公司生產(chǎn)的汽油機(jī)汽車(chē)上。 1958年，荷蘭的 DAF公司 Doorne博士研制成功了名為 Variomatic的雙 V型橡膠帶式 CVT，并裝備于 DAF公司制造的 Daffodil轎車(chē)上，其銷(xiāo)量超過(guò)了 100萬(wàn)輛。 1997年上半年，日本日產(chǎn)公司開(kāi)發(fā)了使用在 CVT。在此基礎(chǔ)上，日產(chǎn)公司在 1998年開(kāi)發(fā)了一種為中型轎車(chē)設(shè)計(jì)的包含一個(gè)手動(dòng)換檔模式的 CVT。新型 CVT采用一個(gè)最新研制的高強(qiáng)度寬鋼帶和一個(gè)高液壓控制系統(tǒng)。通過(guò)采用這些先進(jìn)的技術(shù)來(lái)獲得較大的轉(zhuǎn)矩能力，日產(chǎn)公司研究開(kāi)發(fā) CVT的電子控制技術(shù)，傳動(dòng)比的改變實(shí)行全檔電子控制，汽車(chē)在下坡時(shí)可以一直根據(jù)車(chē)速控制發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)，而且在濕滑路面上能夠平順地增加速比來(lái)防止打滑。 德國(guó)博世的電子式 CVT控制 系統(tǒng)是基于用傳感器和執(zhí)行器單元控制基礎(chǔ)上的電子 /液力模塊。博世公司已經(jīng)將獨(dú)立部件、執(zhí)行器、傳感器和變速器換檔 ECU組成一個(gè)單獨(dú)的模塊，變速器制造商只需增加一個(gè)集成控制單元。 CVT的主要結(jié)構(gòu)和工作原理如上圖所示，該系統(tǒng)主要包括主動(dòng)輪組、從動(dòng)輪組、金屬帶和液壓泵等基本部件。金屬帶由兩束金屬環(huán)和幾百個(gè)金屬片構(gòu)成。主動(dòng)輪組和從動(dòng)輪組都由可動(dòng)盤(pán)和固定盤(pán)組成，與油缸靠近的一側(cè)帶輪可以在軸上滑動(dòng)，另一側(cè)則固定?？蓜?dòng)盤(pán)與固定盤(pán)都是錐面結(jié)構(gòu)，它們的錐面形成 V型槽來(lái)與 V型金屬傳動(dòng)帶嚙合。發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸輸出的動(dòng)力首先傳遞到 CVT的主動(dòng)輪，然后通過(guò) V型傳動(dòng)帶傳遞到從動(dòng)輪，最后經(jīng)減速器、差速器傳遞給車(chē)輪來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車(chē)。工作時(shí)通過(guò)主動(dòng)輪與從動(dòng)輪的可動(dòng)盤(pán)作軸向移動(dòng)來(lái)改變主動(dòng)輪、從動(dòng)輪錐面與 V型傳動(dòng)帶嚙合的工作半徑，從而改變傳動(dòng)比?？蓜?dòng)輪的軸向移動(dòng)是根據(jù)汽車(chē)的使用要求，通過(guò)液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行連續(xù)的調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。 安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 圖 32 CVT控制系統(tǒng)方案圖 飛輪 飛輪是 具有適當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、起貯存和釋放動(dòng)能作用的轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件。 安裝在機(jī)器回轉(zhuǎn)軸上的具有較大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的輪狀蓄能器。當(dāng)機(jī)器 轉(zhuǎn)速 增高時(shí)，飛輪的動(dòng)能增加，把能量貯蓄起來(lái)；當(dāng)機(jī)器轉(zhuǎn)速降低時(shí)，飛輪動(dòng)能減少，把能量釋放出來(lái)。飛輪可以用來(lái)減少機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程的速度波動(dòng)。 一般由飛輪、齒圈、離合器定位銷(xiāo)、軸承等組成，部分產(chǎn)品軸承用花鍵代替。 本試驗(yàn)臺(tái)中 飛 輪主要功能是模擬汽車(chē)在實(shí)際道 路行駛中的慣量，因此選用的飛輪的慣量應(yīng)當(dāng)與選擇的汽車(chē)的自重相適應(yīng)。采用車(chē)輛慣性四分之一的慣性飛輪組來(lái)模擬車(chē)輛慣性，這樣負(fù)載電動(dòng)機(jī)與輔助制動(dòng)電動(dòng)機(jī)可選較小功率電動(dòng)機(jī)，降低了試驗(yàn)系統(tǒng)搭建成本和試驗(yàn)成本。 電機(jī) 電機(jī)既可以把蓄電池電能轉(zhuǎn)換成飛輪動(dòng)能，也可以把無(wú)級(jí)變速器傳過(guò)來(lái)的動(dòng)能再裝換成電能存儲(chǔ)在蓄電池中，也是十分重要的裝置。一般可以選用的電機(jī)有：異步電機(jī)、永磁同步電機(jī)、磁阻電機(jī)、爪極電機(jī)等。當(dāng)然，每種電機(jī)都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。 爪機(jī)電機(jī)的有點(diǎn)表現(xiàn)在可調(diào)節(jié)性和費(fèi)用方面，這一點(diǎn)使爪機(jī)電機(jī)非常具有吸引力，因?yàn)樗?可提供直至約 6KW的發(fā)電機(jī)功率及大體積發(fā)動(dòng)機(jī)所需要的足夠的啟動(dòng)功率。主機(jī)電機(jī)受取決于機(jī)型結(jié)構(gòu)尺寸的限制。其他電機(jī)都適合于向上擴(kuò)大功率頻譜。永久磁鐵的同步電機(jī)優(yōu)點(diǎn)是勵(lì)磁無(wú)損耗，根據(jù)結(jié)構(gòu)形式只有少量的磁場(chǎng)減弱。這個(gè)必須通過(guò)超限度的脈沖反用換流器來(lái)平衡。磁阻原理首先在噪聲性能和對(duì)間隙公差要求上暴露出了弱電。異步電機(jī)不因其最佳值而引人注目，但在所有領(lǐng)域中都可提供可接受的特性，這是將它作為曲軸電機(jī)使用的最大理由。在故障情況下它也具有良好的特性，如在機(jī)動(dòng)車(chē)傳周勐：混聯(lián)式電動(dòng)汽車(chē)再生制動(dòng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì) 10 動(dòng)系統(tǒng)的離合器范圍中看到的那樣，它比較適用環(huán)境條件（如：水、油 、鐵屑）。 綜上所述，對(duì)于起動(dòng)機(jī) — 電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，異步電機(jī)（盤(pán)式轉(zhuǎn)子）的優(yōu)點(diǎn)是，轉(zhuǎn)子孔的內(nèi)腔可以用來(lái)安裝主動(dòng)的機(jī)械部件，在裝有自動(dòng)變速器的汽車(chē)上就可以使用這個(gè)內(nèi)腔。這樣可以更好的利用空間，這種盤(pán)式轉(zhuǎn)子電機(jī)就是一種理想的解決方案，所以本次畢業(yè)設(shè)計(jì)選用異步電機(jī)。 蓄電池 近些年，許多汽車(chē)制造商都完成了新汽車(chē)電源結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。努力的兩個(gè)主要目標(biāo)是： 一、 開(kāi)發(fā)高效率的技術(shù)方案，并以此繼續(xù)降低汽車(chē)單位電能消耗。 二、 順應(yīng)汽車(chē)上使用越來(lái)越多的電氣負(fù)載的發(fā)展趨勢(shì)，提供必要的功率。 對(duì)汽車(chē)制造商的挑戰(zhàn)是將這兩點(diǎn)結(jié)合起來(lái)的 ，當(dāng)然也能給用戶(hù)提供一種具有新功能和新特點(diǎn)的汽車(chē)電源結(jié)構(gòu)。 混合電力車(chē)輛可以選用的電池種類(lèi)有鉛酸電池，鎳氫電池，鎳鎘電池、鋰離子電池，鐵電池等很多種。但是鎳氫電池以其非常好的綜合性能成為了大多數(shù)混合動(dòng)力車(chē)輛的首選配套電池。其能量密度、功率密度均高于鉛酸電池和鎳鎘電池，循環(huán)使用壽命在實(shí)際電動(dòng)車(chē)輛使用電池中是最高，快速充電和深度放電性能很好，充放電效率高，無(wú)重金屬污染，全密封免維護(hù)。所以在此采用的也是鎳氫電池作為動(dòng)力電池。電池組額定電壓為 216V， 16Ah。電池和電機(jī)和配合工作在改善發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況方面，特別 在動(dòng)力性能不變的前提下提高發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性能和排放性能的方面起到了巨大的作用。 功率變換器 功率變換器調(diào)節(jié)不同的負(fù)載處于額定功率運(yùn)行同時(shí)也有不受電網(wǎng)波動(dòng)影響的作用。功率變換器通過(guò)電力電子裝置，在一個(gè)周期內(nèi)調(diào)節(jié)而導(dǎo)通時(shí)間或是在幾個(gè)周期內(nèi)調(diào)節(jié)若干個(gè)連續(xù)導(dǎo)通或管斷，保證再生發(fā)電時(shí)蓄電池充電穩(wěn)定。 再生制動(dòng) 系統(tǒng)與 CVT 融合的技術(shù)優(yōu)勢(shì) 由于無(wú)級(jí)變速器 (ContinuouslyVariable Transmission， CVT)可以連續(xù)改變速比，使得汽車(chē)在任意行駛工況下，都可以按照駕駛員的 操作意圖實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)與變速器的最佳匹配 (最佳經(jīng)濟(jì)性匹配或最佳動(dòng)力性匹配 )，使發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與車(chē)速相互獨(dú)立，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，可以通過(guò)調(diào)節(jié) CVT 的速比使車(chē)速在一定范圍內(nèi)變化，使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在高效區(qū)，從而可降低排放，提高燃油經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性、操縱性及乘坐舒適性。 用在本試驗(yàn)臺(tái)上， 其優(yōu)勢(shì)是顯而易見(jiàn)的： （ 1)通過(guò)電動(dòng)機(jī)提供額外的轉(zhuǎn)矩，克服 CVT技術(shù)僅適用于小排量汽車(chē)的局限性，將其搭載到中、高排量的汽車(chē)上。 (2)CVT速比的可連續(xù)變化配合適當(dāng)?shù)?電機(jī)作為動(dòng)力源 ，能夠降低其電機(jī)功率和電池組容量，達(dá)到減 輕自重和降低成本的目的。 (3)兩者結(jié)合提高了 試驗(yàn)臺(tái) 的自動(dòng)化水平，為合理分配動(dòng)力與改進(jìn)綜合控制策略提供了廣闊的空間。 安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 (4)因?yàn)樽兯倨鞯目傋兯俦冗x擇得很長(zhǎng)，所以在回收時(shí)，不能因?yàn)榇鎯?chǔ)重要的動(dòng)能而把飛輪慣量提到足夠高的轉(zhuǎn)速，即使