混联式电动汽车再生制动系统试验台设计 精品.docx

混联式电动汽车再生制动系统试验台设计 精品.docx

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混联式电动汽车再生制动系统试验台设计精品

摘要

电动汽车的再生制动，就是利用电机的电气制动产生反向力矩使车辆减速或停车。

对于感应电机来说，电气制动有反接制动、直流制动和再生制动等。

其中，能实现将刹车过程中能量回收的只有再生制动，其本质是电机转子的转动频率超过电机的电源频率，电机工作于发电状态，将机械能转化为电能通过逆变器的反向续流二极管给储能装置充电。

本文简要介绍再生制动系统的种类及其发展过程，分析了国内外再生制动系统的研究动态及发展趋势，掌握其原理，设计出一台再生制动系统试验台。

试验台主要通过一个无级变速装置实现传动比的改变，配合其他装置，实现能量回收。

其中，对核心装置，使用CAD画出其原理图，并使用CATIA等三维软件进行建模。

本文最后对自己所做工作进行总结，探讨了设计方案中可能存在的问题，并对下一步的工作进行了展望。

关键词：

再生制动系统、试验台、无级变速器、模型

Abstract

Electricvehicleregenerativebraking,reversetorquedevelopedistheuseofelectricbrakingofthemotorvehicletoslowdownorstop.Forinductionmotor,theelectricbrakingisdcbrakingandregenerativebraking,reverseconnectbraking,etc.Whichcanachievethebrakingenergyrecoveryisonlyintheprocessofregenerativebraking,itsessenceisthepowerofthemotorrotorrotationalfrequencyoverthefrequency,themotorworkinginpowerstate,convertmechanicalenergyintoelectricalenergythroughtheinverterthereverseofthefly-wheeldioderechargeenergystoragedevice.

Thispaperbrieflyintroducesthekindsofregenerativebrakingsystemanditsdevelopmentprocess,andanalyzesthedomesticandforeignresearchstatusanddevelopmenttrendofregenerativebrakingsystem,mastertheprinciple,designaregenerativebrakingsystemtestbench.Teststandismainlyachievedbyasteplessspeedchangedevicetransmissionratioofthechange,cooperatewithotherdevices,toachieveenergyrecovery.Amongthem,thecoredevice,useCADdrawitsprinciplediagram,andusingCATIAthree-dimensionalmodelingsoftware.Finallytosummarizetheirwork,thispaperdiscussesthedesignschemeoftheproblem4,andthefurtherworkisprospected.

Keywords:

Regenerativebrakingsystem,testbench,steplesstransmission,model

插图清单

图2—1再生制动系统原理示意图6

图2—2飞轮储能系统7

图2—3液压储能系统8

图3—1再生制动系统方案布置图10

图3—2CVT控制系统方案图11

图4—1主动缸草图115

图4—2主动缸草图215

图4—3旋转体草图16

图4—4旋转体16

图4—5带轮轴建模17

图4—6模型倒角17

图4—7圆形阵列18

图4—8主动工作轮18

图4—9主动缸草图19

图4—10从动工作轮20

图4—11金属传动带草图21

图4—12金属传动带22

图4—13斜齿轮123

图4—14斜齿轮224

图4—15飞轮轴25

图4—16螺栓26

图4—17螺母27

图4—18飞轮28

图4—19飞轮装配图30

图4—20无级变速器31

图4—21CVT和飞轮装配图32

图5—1“分解”对话框33

图5—2模型爆炸图34

图5—3模型干涉检测35

图5—4干涉检测结果33

引言

汽车作为社会主要的交通工具之一，在社会进步和经济发展中起到了举足

轻重的作用，但同时它也给社会带来了环境污染和能源短缺等严重问题，因此，节能和环保就成了现代汽车发展的主题。

为了解决这两个难题，各国针对汽车节能和环保技术进行了大量的研究与开发，其中混合动力汽车（HybridElectricalVehicle,HEV）是目前最适应21世纪汽车技术发展趋势的车型之一。

混合动力汽车是指车上装有两个及其两个以上动力源，符合汽车道路安全法规的车辆。

国际电工委员会所属电动汽车技术委员会对混合动力汽车的定义为：

有多于一种能量转换器提供驱动力的混合型电动汽车。

一般说的混合动力汽车是指油电（发动机和电机）混合动力汽车。

混合动力汽车不仅继承了电动汽车低排放的优点，而且还保持了传统汽车比功率大和比能量高的优势，因此它既能改善汽车排放，又能克服电动汽车续驶里程短的缺点，在电动汽车时代还没到来之前，混合动力汽车将承担这一角色。

混合动力汽车的主要节能技术主要有4个：

（a）发动机减小（downsize）；（b）高效工作区域控制；（c）制动能量回收；（d）消除怠速。

因此，再生制动的研究对于混合动力汽车节能效果的提高具有重要意义。

再生制动系统就是在车辆制动时,将车辆行驶动能转化为其它形式的能量储存起来,在车辆启动或加速行驶时再次加以利用的装置或系统"这种系统属于新型的节能装置在未来的混合动力汽车及纯电动汽车上将有广泛的运用"在能源问题越来越突出的今天节约能源已成为所有行业的发展目标之一"再生制动系统,将原本摩擦制动耗散的能量,部分回收再利用,有效地提高了车辆的能量效率。

由于我国在实车方面研究落后于世界先进国家，故多在搭建的试验台架上进行再生制动系统实验。

第1章绪论

1.1再生制动系统研究背景

自1886年发明汽车以来,汽车成为人们日常生活中的代步和运输工具,可以说汽车大大的缩短了人们之间的距离,改变了人们的生活方式,提高了人们的生活质量。

内燃机汽车经过120年的发展和壮大,逐步实现了机电一体化和全面应用现代高科技,其性能已达到很高的程度了,在安全、环保、节能和廉价等方面取得了重大的进展。

但是内燃机汽车的发展也正在面临严峻的挑战。

首先，由于燃油汽车要消耗大量的石油资源,排放大量的废气,制造噪音,汽车也给世界带来了无法回避的负面影响，机动车辆运行对环境的影响主要是大气污染和噪声污染。

其次，20世纪90年代以来,由于石油等能源的日渐紧缺,节能成为汽车工业的一个重要发展方向。

而电动汽车在环保和节能方面表现出明显的优势,日益受到汽车工业界重视。

近年来,各大公司在政府的支持下,也制定了发展电动汽车的长远规划,调动了社会上各种力量参与电动汽车的研制。

1.2再生制动研究现状

国外再生制动技术的研究比较深入。

除了大量的理论研究成果，实车应用也比较成熟，丰田公司的Prius、Estima和本田公司的Insight轿车就是成功应用再生制动技术的典范。

丰田公司Prius的再生制动系统通过电液比例控制单元调节液压制动力，实现再生制动与摩擦制动的综合控制，在丰田HTS—II混合系统下，能提高整车能量利用率达20％以上，同时确保制动安全。

丰田公司在混合动力汽车Estima中采用了电控柔性制动系统，并将再生制动纳入整车动力控制系统进行集中控制，通过CVT控制，提高了制动能量回收率。

基于ISG电机（IntegratedStarterGenerator集成启动电机）、液压系统并结合发动机节气门控制，本田公司提出了一种双制动力分配系数控制再生制动系统，在Insight车上实现了混合动力汽车制动能量的高效回收。

在其EVPLUS纯电动汽车上，基于能量的最大化回收、驾驶员制动感觉以及能量的较大回收兼顾驾驶员制动感觉的三种再生制动目标，分别建立了再生制动系统制动力分配控制策略并进行了试验。

美国福特公司的Escape应用了线传电液系列再生制动系统（线传操控技术、电子系统和机械制动器）代替机械及液压制动系统，把来自驾驶者的命令转变为电信号，以驱动电机实现所需的操作，显著提高了制动能量回收效率、汽车制动方向稳定性和汽车舒适性。

1.3再生制动系统研究意义

汽车制动能量是一种亟待开发的能量，通过制动能量的回收与利用可大大提高汽车能源综合利用率，同时可降低汽车废气排放。

随着混合动力汽车和电动汽车的发展，再生制动系统己成为这类汽车的一种常规配置，在普通的内燃机车上使用再生制动也越来越多。

但是，再生制动能量回收与利用理论还很不完善，特别是在国内还处于起步阶段

通过模拟试验台对汽车再生制动理论进行验证与改进，可缩短系统开发研究的时间，降低开发成本。

本次毕业设计为研究再生制动回收能量最大化和能量利用最优相关理论而设计的模拟试验台。

作为和纯电动汽车共通的混合动力方式的特点之一，制动能量是能够在一定程度上进行回收的。

有资料表明，在日本、美国和欧洲的任何市区行驶工况下以Prius为例来看，制动能量回馈对燃油经济性提高的贡献超过了20％，可以说，和没有制动能量回收的其他驱动系统车辆相比其优势是异常明显的。

因此，为了提高燃油经济性，混合动力的再生制动系统是必要的条件之一。

再生制动系统在保证车辆制动效能的条件下，先将车辆制动或减速时的一部分机械能（动能）转换（或转移）为其他形式的能量（如旋转动能、液压能、化学能等），并储存于储能器中，同时产生一定的负荷阻力使车辆减速制动，当车辆再次启动或加速时，又将储存在储能器中的能量转换为车辆行驶所需的动能（驱动力），这样，既实现了车辆所需的减速和制动，又能够将能量回收再利用，提高燃油经济性和减少污染物排放。

对于本文所研究的混合动力汽车，能量的回馈和储存是通过发电机和动力电池组来实现的。

第2章再生制动系统原理及分类

再生制动又称再生回馈制动,混合动力汽车制动时,通过与驱动轮（轴）相连的能量转换装置把制动能量在储存到电池中，把汽车的一部分动能转化为其他形式的能量储存起来，在减速或制动的同时达到回收制动能量的目的。

在制动过程中,汽车行驶的惯性能量也经由车轮及传动系统传递给电机,此时电机充当发电机,以发电形式工作,为动力电池充电,实现制动能量的回收。

而电机在发电过程中产生的电机制动力矩又可以对驱动轮施加制动,产生制动力；然后在汽车起步或加速时义释放储存的能量（如图1所示），以增加驱动轮（轴）上的驱动力或增加混合动力汽车及电动汽车的续驶里程。