【正文】 。國(guó)際電工委員會(huì)所屬電動(dòng)汽車技術(shù)委員會(huì)對(duì)混合動(dòng)力汽車的定義為：有多于一 種能量轉(zhuǎn)換器提供驅(qū)動(dòng)力的混合型電動(dòng)汽車。 混合動(dòng)力汽車不僅繼承了電動(dòng)汽車低排放的優(yōu)點(diǎn)，而且還保持了傳統(tǒng)汽車 比功率大和比能量高的優(yōu)勢(shì)，因此它既能改善汽車排放，又能克服電動(dòng)汽車?yán)m(xù) 駛里程短的缺點(diǎn)，在電動(dòng)汽車時(shí)代還沒(méi)到來(lái)之前，混合動(dòng)力汽車將承擔(dān)這一角色。因此，再生制動(dòng)的研究對(duì)于混合動(dòng)力汽車節(jié)能效果的提高具有重要意義。由于我國(guó)在實(shí)車方面研究落后于世界先進(jìn)國(guó)家，故多在搭建的試驗(yàn)臺(tái)架上進(jìn)行再生制動(dòng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。內(nèi)燃機(jī)汽車經(jīng)過(guò) 120 年的發(fā)展和壯大 ,逐步實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化和全面應(yīng)用現(xiàn)代高科技 ,其性能已達(dá)到很高的程度了 ,在安全、環(huán)保、節(jié)能和廉價(jià)等方面取得了重大的進(jìn)展。首先，由于燃油汽車要消耗大量的石油資源 ,排放大量的廢氣 ,制造噪音 ,汽車也給世界帶來(lái)了無(wú)法回避的負(fù)面影響，機(jī)動(dòng)車輛運(yùn)行對(duì)環(huán)境的影響主要是大氣污染和噪聲污染。而電動(dòng)汽車在環(huán)保和節(jié)能方面表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì) ,日益受到汽車工業(yè)界重視。 再生制動(dòng)研究現(xiàn)狀 國(guó)外再生制動(dòng)技術(shù)的研究比較深入。 豐田公司 Prius的再生制動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)電液比例控制單元調(diào)節(jié)液壓制動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)與摩擦制動(dòng)的綜合控制 ，在豐田 HTS— II混合系統(tǒng)下，能提高整車能量利用率達(dá) 20％以上，同時(shí)確保制動(dòng)安全。 基于 ISG電機(jī) (Integrated Starter Generator集成啟動(dòng)電機(jī) )、液壓系統(tǒng)并結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門控制，本田公司提出了一種雙制動(dòng)力分配系數(shù)控制再生制動(dòng)系統(tǒng)，在 Insight車上實(shí)現(xiàn)了混合動(dòng)力汽車制動(dòng)能量的高效回收。 美國(guó)福特公司的 Escape應(yīng)用了線傳電液系列再生制動(dòng)系統(tǒng) (線傳操控技術(shù)、電子系統(tǒng)和機(jī)械制動(dòng)器 )代替機(jī)械及液壓制動(dòng)系統(tǒng)，把來(lái)自駕駛者的命令轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，以驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)現(xiàn)所需的操作，顯著提高了制動(dòng)能量回收效率、汽車制動(dòng)方向穩(wěn)定性和汽車舒適性。隨著混合動(dòng)力汽車和電動(dòng)汽車的發(fā)展，再生 制動(dòng)系統(tǒng)己成為這類汽車的一種常規(guī)配置，在普通的內(nèi)燃機(jī)車上使用再生制動(dòng)也越來(lái)越多。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)為研究再生制動(dòng)回收能量最大化和能量利用最優(yōu)相關(guān)理論而 安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 設(shè)計(jì)的模擬試驗(yàn)臺(tái)。有資料表明，在日本、美國(guó)和歐洲的任何市區(qū)行駛工況下以 Prius為例來(lái)看，制動(dòng)能量回饋對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性提高的貢獻(xiàn)超過(guò)了 20％，可以說(shuō)，和沒(méi)有制動(dòng)能量回收的其他驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)車輛相比其優(yōu)勢(shì)是異常明顯的。 再生制動(dòng)系統(tǒng)在保證車輛制動(dòng)效能的條件下，先將車輛制動(dòng)或減速時(shí)的一部分機(jī)械能 (動(dòng)能 )轉(zhuǎn)換 (或轉(zhuǎn)移 )為其他形式的能量 (如旋轉(zhuǎn)動(dòng)能、液壓能、化學(xué)能等 )，并儲(chǔ)存于儲(chǔ)能器中，同時(shí)產(chǎn)生一定的負(fù)荷阻力使車輛減速制動(dòng)，當(dāng)車輛再次啟動(dòng)或加速時(shí)，又將儲(chǔ)存在儲(chǔ)能器中的能量轉(zhuǎn)換為車輛行駛所需的動(dòng)能 (驅(qū)動(dòng)力 )，這樣，既實(shí)現(xiàn)了車輛 所需的減速和制動(dòng)，又能夠?qū)⒛芰炕厥赵倮?，提高燃油?jīng)濟(jì)性和減少污染物排放。 周勐：混聯(lián)式電動(dòng)汽車再生制動(dòng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì) 4 第 2 章 再生制動(dòng)系統(tǒng)原理及分類 再生制動(dòng)又稱再生回饋制動(dòng) ,混合動(dòng)力汽車制動(dòng)時(shí) , 通過(guò)與驅(qū)動(dòng)輪 (軸 )相連的能量轉(zhuǎn)換裝置把 制動(dòng)能量在儲(chǔ)存到電池中， 把汽車的一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，在減速或制動(dòng)的同時(shí)達(dá)到回收制動(dòng)能量的目的。而電機(jī)在發(fā)電過(guò)程中產(chǎn)生的電機(jī)制動(dòng)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)力汽車及電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程。 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)能給車身，以增加車輛的行駛動(dòng)能。于是 汽車上應(yīng)該再裝有與之相配套的蓄電池 ,可以在汽車熄火是儲(chǔ)存飛輪上剩余的能量，在電動(dòng)汽車上 ,這個(gè)能量又可以支持汽車的正常運(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。 液壓儲(chǔ)能 汽車起動(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 ,以增加汽車動(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)。 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)。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。 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)論任何車輛的制動(dòng)性能，首先必須滿足安全性能的要求 。 整車再生制動(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 。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。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。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。 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。德國(guó)奔馳公司是在汽車上采用 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)汽車上。 1997年上半年，日本日產(chǎn)公司開(kāi)發(fā)了使用在 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)。 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。 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。主動(dòng)輪組和從動(dòng)輪組都由可動(dòng)盤和固定盤組成，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。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、差速器傳遞給車輪來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車?？蓜?dòng)輪的軸向移動(dòng)是根據(jù)汽車的使用要求，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。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)。 本試驗(yàn)臺(tái)中 飛 輪主要功能是模擬汽車在實(shí)際道 路行駛中的慣量，因此選用的飛輪的慣量應(yīng)當(dāng)與選擇的汽車的自重相適應(yīng)。 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。當(dāng)然，每種電機(jī)都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。主機(jī)電機(jī)受取決于機(jī)型結(jié)構(gòu)尺寸的限制。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。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。在故障情況下它也具有良好的特性，如在機(jī)動(dòng)車傳周勐：混聯(lián)式電動(dòng)汽車再生制動(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）。這樣可以更好的利用空間，這種盤式轉(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)。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)降低汽車單位電能消耗。 對(duì)汽車制造商的挑戰(zhàn)是將這兩點(diǎn)結(jié)合起來(lái)的 ，當(dāng)然也能給用戶提供一種具有新功能和新特點(diǎn)的汽車電源結(jié)構(gòu)。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)力車輛的首選配套電池。所以在此采用的也是鎳氫電池作為動(dòng)力電池。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。 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的局限性，將其搭載到中、高排量的汽車上。 (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。這樣，小型電機(jī)的回收也能得到改進(jìn)。作為 PLM協(xié)同解決方案的一個(gè)重要組成部分，它可以幫助制造廠商設(shè)計(jì)他們未來(lái)的產(chǎn)品，并支持從項(xiàng)目前階段、具體的設(shè)計(jì)、分析、模擬、組裝到維護(hù)在內(nèi)的全部工業(yè)設(shè)計(jì)流程。 CATIA產(chǎn)品基于開(kāi)放式可擴(kuò)展的 V5架構(gòu)。 CATIA在汽車、航空航天領(lǐng)域的統(tǒng) 治地位不斷增強(qiáng)。國(guó)際一 些著名的公司如空中客車、波音等飛機(jī)制造公司， 寶馬、克萊斯勒等汽車制造公司都將 CATIA作為他 們的主流軟件。 、 CVT建模過(guò)程 實(shí)體造型主要有兩種模式。兩種模式生成的形體都具有完整的幾何信息，是真實(shí)而唯一的三維實(shí)體。零件設(shè)計(jì)的基本思路是以二維草圖為基礎(chǔ)，通過(guò)拉伸、旋轉(zhuǎn)等操作生成三維實(shí)體，再通過(guò)倒角、變換、布爾操作等操作對(duì)三維實(shí)體做進(jìn)一步修飾。 、主動(dòng)工作缸 建模 選擇菜單【開(kāi)始】→【機(jī)械設(shè)計(jì)】→【零件設(shè)計(jì)】，即可進(jìn)入零件三維建模模塊。 安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 圖 4— 1 主動(dòng)缸草圖 1 圖 4— 2 主動(dòng)缸草圖 2 2） 選擇上一步建立的凸臺(tái)圓面為基面點(diǎn)擊草圖再次進(jìn)入草圖界面完成草圖后，使用凸臺(tái)命令過(guò)程與第 一步相同。 3） 選擇 YZ平面為基面進(jìn)入草圖編輯器完成旋轉(zhuǎn)體的建模。 6） 建立固定帶輪的螺母具體步驟同上。 安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 圖 4— 9 從動(dòng)缸草圖 通過(guò)旋轉(zhuǎn)體、倒角、凹槽、凸臺(tái)等操作，形成如下從動(dòng)缸外形輪廓。 安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 圖 4— 11 金屬傳動(dòng)帶草圖 周勐：混聯(lián)式電動(dòng)汽車再生制動(dòng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì) 20 圖 4— 12 金屬傳動(dòng)帶 、斜齒輪建模 由于使用 CATIA 畫斜齒輪難度比較大，要先創(chuàng)建參數(shù)及關(guān)系，然后利用這些參數(shù)創(chuàng)建出齒輪模型，比較復(fù)雜。具體從動(dòng)缸上斜齒輪 1和飛輪軸上 斜齒輪 2如下圖所示： 安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 圖 4— 13 斜齒輪 1 周勐：混聯(lián)式電動(dòng)汽車再生制動(dòng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì) 22 圖 4— 14 斜齒輪 2 、飛輪軸及飛輪建模 飛輪軸用于連接斜齒輪和飛輪，但是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通過(guò)簡(jiǎn)單的拉伸，倒角即可得到。為了安裝固定飛輪，設(shè)計(jì)成 6顆螺栓連接形式。 周勐：混聯(lián)式電動(dòng)汽車再生制動(dòng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì) 24 圖 4— 16 螺栓 安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 25