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黄海客车制动能量回收系统设计

一、课题研究现状、选题目的和意义

1、课题研究现状

     在国外，70年代由于能源危机的出现，以节能为目的的研究工作相继展开在丹麦，P.Buchwald等学者在城市公共汽车上装备了二次调节系统，通过对二次调节系统施以不同的控制策略，可使车辆的燃油经济性提高，课节省燃油高达30%。瑞典对二次调节系统在牵引车和叉车上的应用进行了理论研究，得出结论：在这两个区域，二次调节系统比飞轮储能符合传动系统更有效。没过威斯康星大学也对蓄能器储能复合传动进行了研究，并于1958年在德国M.A.N.公司的公共汽车上得到实现。通过推算StefenMartini得出结论：将公共汽车的传动系统改成二次调节系统后，三年内车辆节省的开始就可以收回改装成本，而且同时还有降低发动机废气排放的好处。最近几年加拿大，日本一些学者仍在继续进行此方面的研究，并将成果申请了专利。日本早在混合动力车量产化之前，包括丰田、本田、日产等汽车公司都已申请多项制动能量回收系统的专利。近年来有关制动能量回收技术的专利申请继续增加，对制动能量回收技术研究进一步深入。液压传动由于其本身所具有的高功率重量比，体积小且能进行无级调速等特点，使得液压传动具有在汽车，工程机械，拖拉机及军事车辆等中运用的潜力

     在国内，对该方面的研究还不多，主要是哈尔滨工业大学和东北农业大学。哈尔滨工业大学主要是对液压系统进行了理论分析和计算机仿真方面的研究。上海交通大学对二次调节系统也进行了理论上的研究，但是尚无样车的试验研究。东北农业大学提出了一种电控液压复合驱动系统，并对其进行了理论研究。

     随着汽车工业汽车技术的发展，汽车的行驶速度不断提高，同时由于高速公路的反战，汽车的运输能力逐渐加大。据1976年统计，在日本的货运量当中，汽车占总运输量的74%。目前，世界发达国家公路运输在综合运输体系中起到主导作用。

     然而正式由于个性汽车产量及流量的剧增，给社会带来了许多问题，醉着社会的不断发展，特别是发展中国家经济的迅速发展，世界汽车的保有量增长迅速，能源需求量也将不断增长；同时由于车流密度大，造成交通拥挤，汽车需经常进行减速，起步和加速，制动次数极为频繁，一方面，制动时汽车的能量没有得到充分利用；另一方面，制动器的使用寿命大大降低，是汽车行驶安全性受到影响。此外，汽车排出的大量废气和制动时的尖锐噪声对环境产生严重危害。所以这些问题使人们开始研究环保和节能汽车。在环保方面，人们正在研究使用天然气，电力，核能等汽车，但是由于天然气在不同地区分布不一样蓄量有限制，电力汽车的电网及道路条件限制，高能蓄电池的研究还未获得实质性突破，燃料电池汽车价格居高不下，氢能及核能的研究技术还不成熟，使得汽车在这方面受到一定限制。

     随着液压元件性能的提高和价格的降低，电子技术的飞越，将有越来越多的国内外学者从事该领域的研究，并在将来将电控液驱汽车推向市场，实现商业化，使电控液驱汽车真正的进入百姓生活。

综观现有实用化的不同的混合动力系统，制动能量回收控制在细节上有所不同。一般都采用电子控制的液压制动与制动能量回收的组合方式，也称为电液制动伺服控制系统。

2、选题的目的和意义

地球是人类生存和发展的家园，地球上的资源是有限的。自从1937年石油危机以来，人们倍加意识到能源的有限性。与此同时，地球环境也受到多种产业及交通工具污染的威胁，汽车工业及汽车对环境的污染是其中的一个重要方面。而交通事故造成很多人员的伤亡和巨大的经济损失，已是社会的公害。发展节能，环保，安全型汽车是汽车行业的主要研究方向。

随着世界能源的日趋紧张及人们环保意识的日趋增强，汽车的节能和环保问题备受世界各国的极大重视。合理地开发和利用资源，保护生态环境，是实现社会和经济可是徐发展的基础。因此，降低能源消耗，实现能源再利用，降低废气的排放，保护环境，已经成文世界各国科技发展的重要课题之一。中国作为石阶上第二大石油进口国。为了保障国家的持续性发展，尤其要把资源和环境问题提到经济和社会发展的全局位置上来。

石阶上的汽车保有量，1960年为1.3亿辆，1970年为2.5亿辆，1980年为4亿辆，1990年突破到6亿辆，至2003年已经超过7.2亿辆。在我国，汽车作为国民经济发展的支柱产业之一，1980年为年产量20多万辆，保有量为168万辆；1990年年产量50多万辆，保有量为360多万辆；2000年年产量突破200万辆，保有量1608.9万辆；可见汽车的年产量和保有量的增幅是惊人的，戒指2006年，我国汽车年产量为888多万辆，保有量超过4000万辆。

由于汽车庞大的拥有量，因为对能源的消耗是惊人的，对环境的影响也是巨大的。据统计，目前全世界每日石油的消耗量为4000万桶左右，其中用于交通的约为30%~50%，而在交通运输的石油消耗中，汽车占整个交通运输石油消耗量的70%~80%，即汽车用油占是优良总消耗的30%多。环境污染方面，早晨大气污染的主要物质有CO.HV.NOX.PM.SO2.在发达国家，交通运输排污在大气污染尤其是城市大气污染中的比例早已上升为第一位。

液压传动系统，即将汽车制动时的动能转变为液压能，在汽车加速或者上坡时再利用，即可缩短加速时间，减少气动时的排污问题，提高汽车燃油经济性.

制动能量回收是现代电动汽车与混合动力车重要技术之一，也是它们的重要特点。在一般内燃机汽车上，当车辆减速、制动时，车辆的运动能量通过制动系统而转变为热能，并向大气中释放。而在电动汽车与混合动力车上，这种被浪费掉的运动能量已可通过制动能量回收技术转变为电能并储存于蓄电池中，并进一步转化为驱动能量。例如，当车辆起步或加速时，需要增大驱动力时，电机驱动力成为发动机的辅助动力，使电能获得有效应用。

     汽车在制动时，其动能通过制动器的摩擦片和制动鼓的摩擦作用产生热能而被浪费掉，不能加以利用。本课题综合考虑了上述多种因素设计了新型电控液驱汽车。它能很好满足汽车节能环保安全等方面要求。通过电控液驱客车的设计研究，可以掌握电控液驱汽车的关键技术，促进定压网络液压马达控制系统。理论的发展，并使二次调节系统尽快应用于车辆中。同时，也为今后电控液驱汽车的研究打下坚实的基础。新型电控液驱汽车降低燃油消耗量和减少有害排放的效果是很明显的。这对于当前我国石化燃料不足，其他代替品尚未完全开发利用的现状以及环节城市空气污染状况来说具有深远的意义                

   新型电控液驱汽车能够显著提高车辆的经济性，排放性，和主动安全性等多方面性能是对常规契合有较大变革的，机电液一体化的高新技术产品。随着对车辆节能环保性能的重视与要求的日益提高，具有良好节能环保性能的新型电控液驱汽车显然具有很大的市场需求与良好的发展前景。

二、设计的基本内容、拟解决的主要问题

1、本设计的主要内容:

设计一种新型电控液驱汽车液压系统。能够小猪提高车辆经济性.排放性.和主动安全性等多方面性能。确定液压系统总体组成，进行各个相关部件的设计与计算。

2、拟解决的主要问题:

(1)电控液驱客车底盘布置方案设计，分析与优化。

(2)液压系统的设计与相关部件的设计和计算

(3)重点是液压元件的设计与计算。在保证性能的前提下，尽可能减小质量和体积。

(4)对新型电控液压汽车的动力性进行仿真分析

 

摘要

本文研究了一种新型电控液驱汽车的总体方案与液压系统设计。新型电控液驱汽车能够显著提髙车辆经济性、排放性和主动安全性等多方面的性能，是对常规汽车有较大变革的、 机电液一体化的髙新技术产品。随着对车辆节能环保性能的重视程度的日益提高，具有良好 节能环保性能的新型电控液驱汽车显然具有很大的市场需求与良好的发展前景。

本文所作的研究工作主要包括： 1.电控液驱客车底盘布置方案设计、分析与优化。 2.液压系统的设计与相关部件的设计与计算。3.对新型电控液驱汽车的动力性进行了分析。通过增加变速器改善了起动转矩不足的问题。4.对新型电控液驱汽车的燃油经济性进行了分析。根据国家标准中规定的燃料消耗量试验方法，对变量泵的客车进行燃油经济性的计算和对比研究，分析了其节能原理。5.将新型电控液驱汽车和节能机理相似的混合动力车进行研究。

通过设计，完成了新型电控液驱客车的总体方案与液压系统设计。

关键词；电控；液压驱动；客车；设计；能量回收；

 

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 4

1.1课题研究现状 4

1.2研究的主要目的 5

第2章 新型电控液驱汽车工作原理及分析 6

2.1新型电控液驱汽车的工作原理 6

2.2与混合动力车的比较 6

2.2.1 节能，环保性能比较分析 6

2.2.2 动力性分析 8

2.2.3结论 9

2.3新型电控液驱客车特点 10

2.4本章小结 10

第3章 电控液驱汽车制动能量回收系统方案设计 12

3.1主方案的选择 12

3.2本章小结 13

第4章 液压系统的主要部件设计 15

4.1液压系统压力的确定 16

4.2液压马达的选择 16

4.2.1 根据最高车速要求 16

4.3液压泵的选择及零部件的设计 18

4.3.1液压泵的选择 18

4.3.2法兰和弹性联轴器的设计 19

4.4液压油的选择 19

4.5管件的选择 19

4.6液压蓄能器的选择 20

4.6.1 蓄能器类型的选择 20

4.6.2 蓄能器参数确定 20

4.7油箱的设计 21

4.7.1 液压油箱有效容积的确定 21

4.7.2  液压油箱的外形尺寸设计 22

4.8液压缸的设计 24

4.8.1液压缸的工作压力确定 24

4.8.2液压缸内径D和活塞杆直径d的确定 24

4.8.3 液压缸壁厚和外径的计算 24

4.8.4 液压缸工作行程的确定 24

4.8.5缸盖厚度的确定 25

4.8.6 最小导向长度的确定 25

4.8.7 缸体长度的确定 25

4.8.8 液压缸强度校核 25

4.9液压阀的选择 25

4.9本章小结 26

第5章 电控液驱客车的动力性分析 27

5.1 行驶阻力特性分析 27

5.2动力性分析 27

5.2.1 加速过程的性能分析 27

5.2.2制动过程的性能分析 30

5.2.3最大爬坡度分析 32

5.3方案分析 33

5.4本章小结 33

第6章 电控液驱客车的经济性分析 34

6.1 采用变量泵的燃油经济性分析 35

6.1.1加速工况燃油消耗量计算 35

6.1.2等速工况燃油消耗量计算 37

6.1.3减速工况燃油消耗量计算 37

6.1.4怠速工况燃油消耗量计算 38

6.1.5四工况循环百公里燃油消耗量计算 39

6.2本章小结 39

结  论 40

参考文献 41

致    谢 42

 

参考文献

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