环卫工程车辆液压制动能量回收技术

王海飞，孔　燕，徐飞宁，贾坤坤

（1.长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室，陕西西安710064；2.江苏华通动力重工有限公司，江苏镇江212003；3.宝鸡石油机械有限责任公司，陕西宝鸡721000）

环卫工程车辆液压制动能量回收技术

王海飞1，孔燕2，徐飞宁1，贾坤坤3

（1.长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室，陕西西安710064；2.江苏华通动力重工有限公司，江苏镇江212003；3.宝鸡石油机械有限责任公司，陕西宝鸡721000）

为了回收车辆在城市工况运行时的制动能量，降低工程车辆能源消耗和对环境的污染，提高车辆的综合性能，采用并联式液压制动能量回收技术，进行参数匹配计算，提出定比例复合制动力分配控制策略.利用AMESim软件对车辆的能量回收与释放过程进行建模与仿真，并对能量回收过程中二次元件的排量变化进行仿真分析.结果表明：在需求制动强度较低时，该控制策略能够有效地对车辆进行制动和能量回收，达到节能的效果，同时二次元件排量的变化对制动时间有较大影响；在保证制动安全的前提下，最大化的利用能量回收系统提供的制动力是提高能量回收率的最有效方法.

环卫工程车辆；制动能量回收；定比例复合制动力；二次元件；AMESim仿真

doi∶10.3969/j.issn.1671-7775.2015.06.001

随着我国城市化建设和乡镇城市化的快速发展，环卫工程车辆的需求量不断增加.由于城市道路行驶工况复杂，车辆频繁起停造成能量损耗，大量尾气造成环境污染相当严重［1］.在解决市场需求和节能减排的矛盾中，混合动力是一个较理想的方案.目前，混合动力的研究以电混合动力为主，相关理论与应用比较完善，液压混合动力技术在国内处于起步阶段，相比电混合动力有着较高的功率密度，在快速回收和释放制动能量方面有很大优势，更适合起停频繁的市政工程车辆.目前，有许多学者［2-5］对此进行了研究.主要在定排量和纯能量制动回收条件下进行仿真研究，未考虑发动机反拖制动、二次元件排量变化等因素的影响，整车制动过程需要的时间在20 s左右.在城市工程车辆实际的行驶工况中，制动过程往往小于此时间.另外，制动力的分配控制策略是影响能量回收率与制动时间的重要因素.笔者采用并联式液压制动能量回收技术，进行参数匹配计算，提出定比例复合制动力分配控制策略.利用AMESim软件对车辆的能量回收与释放过程进行建模与仿真，并对能量回收过程中二次元件的排量变化进行仿真分析.

1 并联式液压制动能量回收系统

并联式液压制动能量回收系统的结构原理如图1所示，系统驱动力由液压动力源和发动机提供.发动机为主要动力源，液压能量系统为辅助动力源.并联式系统在传统的车辆传动系统上改装而成.

图1　并联式液压制动能量回收系统

在制动过程中，能量回收离合器结合，通过二次元件（液压泵/马达）由泵将车辆的动能转化为液压能，完成能量回收后，离合器断开.回收的能量用于驱动车辆时，能量回收系统离合器结合，释放液压能驱动车辆.并联式液压制动能量回收系统与传统的车辆相比，发动机和液压系统可以独立或者共同驱动，使发动机尽量工作在最佳动态特性区域，可降低油耗和减少污染排放，提高整车的综合效率［3-4］.

2 元件参数匹配与选型

研究对象选用某型号压缩式垃圾车，其主要参数［5］∶整车质量为7 600 kg；最大总质量为11 000 kg；最高车速为90 km·h-1；车轮半径为0.5 m；发动机功率为136 kW；发动机转速为2 500 r·min-1；车辆质心至前轴中心线的距离a为3 S00 mm；车辆质心至后轴中心线的距离b为2 150 mm；滚动阻力系数f为0.015；空气阻力系数CD为0.56；主减速器速比为3.S；迎风面积A为5.Sm2；满载质心高度h为1 500 mm.

2.1二次元件的选型计算

机械液压复合制动时，车速下降较快，由图4可以看出∶大约经过9 s车辆完成了制动.根据汽车理论和汽车制动法规要求，在车辆制动初始速度为35 km· h-1，制动强度小于0.10时，车辆完成制动所需的最短时间约为10 s.因此定比例复合制动基本符合制动安全要求.车辆在复合制动过程中，前轮上施加的机械摩擦制动力矩变化过程如图7所示，其值随着二次元件制动力矩的增大而增大，符合定比例复合制动控制策略.

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式中∶Pmax为车辆的最大驱动总功率；umax为车辆的最大水平行驶速度.

在城市车辆行驶工况中，车辆的平均速度约为35 km·h-1.将垃圾车主要参数代入式（1），（2）中，计算出所需二次元件的最小功率和最大功率分别为17.S7 kW和72.35 kW.根据以上计算结果，本研究选用力士乐轴向柱塞变量液压泵/马达作为二次元件，元件型号为A4VG125，最大排量为125 cm3，额定功率为131 kW，最高压力为315 MPa.

近几年，以比特币为代表的数字货币成为众多投资者趋之若鹜的对象，它最早起源于中本聪2008年发表的一篇名为《比特币：一种点对点的电子现金系统》[1]的论文。比特币共有2 400万个，当前已经挖出超过1 700万，预计在2040年剩余的比特币将全部挖光。2017年12月，比特币价格接近20 000美元，足见其火爆程度。姑且不谈比特币是否真的具有价值，但其核心技术——区块链已经吸引了互联网、金融界足够多的眼球。简单来说，比特币是区块链的成功产物，区块链是比特币的底层技术，两者相辅相成。

2.2液压蓄能器的选型计算

在并联式液压制动能量回收系统中，蓄能器的最低工作压力为

［1］王玉军.我国环卫机械设备现状与发展趋势浅析［J］.科技信息，2012，31（9）∶396，323. Wang Yujun.Situation and develoPment trend analysis of China′s machinery and equiPment sanitation［J］. Science and Technology Information，2012，31（9）∶396，323.（in Chinese）

其中，Vi1是上一级变换器的输入，Vo2是下一级变换器的输出，Tm=Zo/Zi为前级输出阻抗与后级输入阻抗之比，Middle Brook指出，可以按阻抗比Tm是否满足奈奎斯特判据来判定系统的稳定性[9-10]，且通过确保全频段内|Zo|均远小于|Zi|，可解除电源侧与载荷的耦合关系，确保级联系统的稳定性。

式中∶Pmin为车辆的最小驱动总功率；m为车质量；g为重力加速度；uavg为车辆的平均水平行驶速度.

今年11月6日至7日，习近平总书记在考察上海期间强调，经济强国必定是海洋强国、航运强国。要有勇创世界一流的志气和勇气，要做就做最好的，努力创造更多世界第一。

RCZ‐8型智能溶出实验仪（上海黄海药检仪器有限公司）；752N紫外‐可见分光光度计（上海精密科学仪器有限公司）；XS105DU型电子天平（瑞士梅特勒‐托利多公司）。

式中∶iP/M为转矩耦合器传动比；G为车辆的满载重力；i0为主减速器速比；VP/M，max为力士乐轴向柱塞变量液压泵/马达，型号为A4VG125的最大排量.

4.1定排量复合制动仿真

式中usloP为车辆在坡度上的行驶速度.

试验选取该柴油机高、中、低3种转速进行，以部分工况为重点研究对象，选取转速900 r/min和1 500 r/min下25%、50%、75%、100%负荷等8个工况点。每个工况点通过调节EGR阀门开度获得不同EGR率，同时为保证该柴油机其他废气排放及稳定运转，并保证NOx的有效降低，试验中将EGR率控制在15%之内。

考虑泄露、温度变化等因素，充气压力一般取∶

把参数代入式（3）-（5）计算可得

p1=20.0 MPa，p2=30.7 MPa，p0=16.0 MPa.

在车辆制动过程中，液压蓄能器可吸收的最大能量为

负向迁移即母语干扰,主要是由于母语和目的语的某些形式和规则系统不同而被(学习者)误以为相同所致，从而对学习产生不利影响。有学者对母语在二语习得中的负迁移影响进行了详细地概括。

式中∶n为气体多变指数，等温过程为1.0，绝热过程为1.4，一般充液过程为等温变化，充液后和放液时为绝热变化，一般取1.2［6］；V1为最低工作压力时对应的气体体积；V2为最高工作压力时对应的体积.

2.3转矩耦合器的参数计算

对并联式液压混合动力车辆，二次元件通过转矩耦合器与车辆传动系统耦合，其传动比对车辆制动能量的回收和二次元件的工作效率有着直接的影响，因此需综合考虑转矩耦合器的最佳传动比.

1）转矩耦合器传动比iP/M的设计要求保证二次元件在较低的车速下驱动和制动时工作于高效区域，即

式中∶r为车轮半径；nP/M，min为二次元件高效时对应的最低转速；umin为车辆的最低水平行驶速度.

式中∶Fμ1为车辆前轮制动器制动力；Fμ2为车辆后轮制动器制动力；φ为地面附着系数.

式中∶nP/M，max为二次元件对应的最高转速；umax为车辆的最大水平行驶速度.

将车辆的参数和二次元件的相关参数代入式（7），（S），经计算得iP/M=1.20［7］.

3 定比例制动力分配控制策略

液压再生制动和传统的机械摩擦制动以固定的关系来提供所需的总制动力，这就是定比例复合制动控制策略.定比例复合制动控制策略是在原车辆的定比例制动力分配策略的基础上研究出来的，该控制策略结构简单，制造价格低廉，在实际车辆上容易改装实现，应用价值较高［S］.

式中∶TP/M为二次元件的输出转矩；Ft为车辆制动力；iP/M为转矩耦合器传动比；i0为主减速器速比；ηT为系统传动效率.

2）转矩耦合器传动比的设计要求保证二次元件在最高车速时制动不超速，即

由式（9），（10）可得∶二次元件提供的最大制动力约为6 521 N，其对应的制动强度z=0.06.根据汽车理论，在Fμ2=6 521 N曲线上，当Fμ2=6 521 N时对应的制动强度为0.10.因此，并联式液压制动能量回收垃圾车定比例复合制动控制策略如下∶当车辆的制动强度z≤0.06时，采用纯液压制动能量回收系统进行制动，前、后轮的机械摩擦制动力为0；当车辆的制动强度0.06＜z≤0.10时，后轮上仅有液压再生制动力进行制动，同时在前轮上增加机械摩擦制动力矩，以满足车辆所需的制动强度，前、后轮的制动力关系满足β曲线；当z＞0.10时，液压制动能量回收系统不工作，制动采用前、后轮机械摩擦制动，制动力分配按β曲线分配.并联式液压制动能量回收垃圾车定比例复合制动控制曲线如图2所示［9-10］，φ0为同步附着系数.

图2　并联式液压制动能量回收垃圾车定比例复合制动控制曲线

4 仿真模型的建立及结果分析

蓄能器的最高工作压力为

在复合制动的过程中，也就是在制动强度为0.06＜z≤0.10时，车轮后轴上的制动力由液压能量回收系统提供，不添加机械摩擦制动力.不足的制动力通过向前轮增加摩擦制动力来满足总制动力大小的要求，且前后轮的制动力关系满足β线的要求.在复合制动过程中，通过转矩传感器检测二次元件转矩变化情况，经过控制系统控制前轮机械摩擦制动力的大小，直到满足所需制动强度.通常工程车辆的发动机反拖制动力矩按40％发动机额定功率对应的转矩进行估算，因此，反拖制动力与滚动阻力属于同性质的阻力，经计算该力矩大小为947.5 N·m.并联式液压制动能量回收系统复合制动过程仿真如图3所示［11］.仿真结果如图4-7所示.

图3　并联式液压制动能量回收系统复合制动过程仿真

图4　车辆速度变化曲线

图5　蓄能器压力变化曲线

图6　车辆线性加速度变化曲线

图7　车辆前轮上的摩擦制动力矩变化曲线

由图5可以看出∶蓄能器的压力上升了大约60 MPa，这些能量用于车辆的再次加速时，车辆的速度最大约为12 km·h-1.线性加速度变化过程见图6.

二次元件的总功率应不小于车辆在满载下以平均速度行驶时的功率需求，且总功率应该以车辆满载水平路面最大车速所需功率为上限，即

4.2变排量复合制动过程仿真

在复合制动过程中，需要调节二次元件的排量，尽可能多向蓄能器充压.以车辆初速度为35 km· h-1进行复合制动后，减小二次元件的排量进行仿真研究，二次元件改变排量的时刻为蓄能器的压力在全排量时达到最大值后，车速还未降为0.仿真结果如图8，9所示，在经过多次试验改变排量大小后，当改变排量为75 cm3，车辆完成制动大约用时15 s，基本满足低强度制动要求，回收的能量较定排量复合制动有所提高.也就是说在复合制动的过程中，当蓄能器的压力不能再上升时，调节二次元件的排量值约为75 cm3，能量回收和制动效果达到最优.图10为二次元件的排量变化曲线［12］.

图8　蓄能器压力变化曲线

图9　车速变化曲线

图10　液压泵排量变化曲线

5 结 论

通过改变二次元件的排量来提高能量回收率与车辆的快速制动需求是一对矛盾.在复合制动过程中，在保证制动安全的前提下，可以通过调节二次元件的排量尽可能多的回收车辆的制动能量.通常在制动过程中，驾驶员往往会根据车速的变化对制动强度进行自适应调节.在制动过程中，开始的制动强度一般较大，车速下降较快，摩擦制动占有较大的制动比例.随着车速的减小，驾驶员减小制动强度，当制动强度下降到0＜z≤0.06时，变为纯液压能量回收制动和发动机反拖制动，能量回收率会增大.

因此，提高能量回收率的最好方法就是在保证制动安全的前提下，减小制动强度，尽可能多地利用液压制动能量回收系统进行制动.

（

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低镁血症与心率失常发生的关系早有报道。在观察冠心病监护病房(CCU)的一组病例，其中324例患急性心肌梗塞，其血清镁较对照组明显降低。入院时有低镁血症的急性心肌梗塞病人，其严重室性异位搏动，室速和室颤的发生率明显增高，而且这组病人房室传导阻滞、室上性心动过速、房颤和短阵室速的发生率也高。在动物实验中，缺镁可导致心动过速，心电图ST段下移、T波低平或倒置。缺镁常伴有缺钾现象，并且是洋地黄等药物中毒而产生心律失常的原因之一。实验证明，低镁使动物实验性缺血性心律失常的发生率增加。

猪水肿病主要发生于断乳仔猪，小的至数日龄，大的至4月龄都有发生，生长快、体况健壮的仔猪最为常见，该病一年四季都会发生，但猪水肿病与猪瘟病混合感染病例并不常见，现将诊治情况报告如下。

［2］赵春涛，姜继海，赵克定.二次调节静液传动在城市公交车辆中的应用［J］.汽车工程，2001，23（6）∶423-426. Zhao Chuntao，Jiang Jihai，Zhao Keding.A study on hydrostatic transmission with secondary regulation and its aPPlication to city bus［J］.Automotiue Engineering，2001，23（6）∶423-426.（in Chinese）

［3］任永文.基于AMESim的并联式液压制动能量再生系统建模与仿真［D］.长春∶吉林大学机械科学与工程学院，2012.

Piernas-muoz等[24]以Na0.75Fe2.08(CN)6·4H2O为正极材料，分别以 NaClO4和NaPF6为钠盐，通过使用不同的有机溶剂，如表4所示，对比发现：1 mol·L-1 NaPF6 的钠盐，有机溶剂配比为 EC∶PC∶FEC=49∶49 ∶2的电解液所展现的性能最佳。稳定电压平台在 2.4～4.2 V，在 0.1 C 充放电40次后充电容量为130 mAh·g-1，保持着 99.5% 的充放电稳定性以及87%的容量保持率。而且，实际应用中，以NaClO4为钠盐的有机电解液有爆炸的危险。因此，以NaPF6为钠盐的有机溶剂电解液相对合适。

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现代轨道车辆的设计理念中为保证乘员空间的完整性，列车采用多级能量吸收系统，依次是车钩缓冲装置、防爬吸能装置和车体端部变形吸能区。本文中J1界面的车辆采用自动车钩，J3和J6界面的车辆采用半自动车钩连接，其他碰撞界面的车辆采用半永久车钩连接。弹性轮对车辆和刚性轮对车辆采用相同的能量吸收方案，而车钩缓冲器的参数相同，缓冲器的最大阻抗力为800 kN，最大压缩行程为73 mm，其吸能容量为29.2 kJ。地铁列车钩缓装置和防爬装置的能量吸收方案如表2所示。

自2015年1月起， 《生活用纸》由半月刊变更为月刊，全年12期，大16开，全彩版印刷，每月10日出版，刊号为CN11-4571/TS，ISSN1009-9069。变更刊期后，栏目设计和内容进一步提升，并加强杂志数字化进程，向从业人员提供专业性、时效性更强的信息。生活用纸专业委员会会员单位且交纳会费的免费送2本/每期，其他读者全年可随时订阅。零售价：18元/本，国内定价200元/全年 （平信），320元/全年 （快递）。国外及港台地区定价700元 (120美金)/全年 （含邮费，EMS除外）

［10］唐 静.混合动力起重机节能系统关键技术研究［D］.武汉∶武汉理工大学物流工程学院，2013.

长期掌管国民党党务的陈果夫曾提到，“党的宣传为民主自由，党的训练为军事化，党的组织为学苏联，内部是中国的。如此东拼西凑，不成一套，如何是好?”㉛国民党体制所存在的上述矛盾实际上都导源于孙中山的建国程序设计。

［11］何 仁，束 驰.混合动力电动汽车动力切换协调控制综述［J］.江苏大学学报∶自然科学版，2014，35（4）∶373-379. He Ren，Shu Chi.Overview of Power-switch coordinated control of hybrid electric car［J］.Journal of Jiangsu Uniuersity∶Natural Science Edition，2014，35（4）∶373-379.（in Chinese）

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（责任编辑 贾国方）

Hydraulic brake energy recovery technology of sanitation construction vehicle

Wang Haifei1，Kong Yan2，Xu Feining1，Jia Kunkun3
（1.Key Laboratory of Road Construction Technology and EquiPment of the Ministry of Education，Chang′an University，Xi′an，Shaanxi 710064，China；2.Jiangsu Huatong Kinetics Co.，Ltd.，Zhenjiang，Jiangsu 212003，China；3.Baoji Oilfield Machinery Co.，Ltd.，Baoji，Shaanxi721000，China）

∶In order to recycle braking energy in urban oPeration，reduce energy consumPtion and environment Pollution，and imProve comPrehensive Performance of vehicle，the Parallel hydraulic brake energy recovery technology was used to match Parameters calculating and ProPose a control strategy of fixed ProPortion of comPosite brake force distribution.Themathematicalmodel of vehicle energy recovery and release Process was established and simulated by AMESim，and the simulation analysis was conducted according to the secondary element disPlacement changes in the energy recovery Process.The results show thatwhen the brake strength demand is low，the vehicle braking and energy recovery control strategy is effective for saving energy.The secondary element disPlacement change has significant effect on the vehicle braking time.In the Premise of safe braking，maximizing the use of braking energy recovery system is themost effective way to imProve the energy recovery.

∶sanitation construction vehicle；braking energy recovery；fixed ProPortion of comPosite brake force；secondary comPonent；AMESim simulation

U415.4

A

1671-7775（2015）06-0621-06

王海飞，孔 燕，徐飞宁，等.环卫工程车辆液压制动能量回收技术［J］.江苏大学学报∶自然科学版，2015，36（6）∶621-626.

2015-05-04

国家自然科学基金资助项目（5115043）

王海飞（1977—），男，湖南郴州人，副教授（whfei77@163.com），主要从事工程机械电液控制的研究.

孔 燕（19S7—），女，山东济宁人，硕士研究生（konyan631614359@163.com），主要从事机电液一体化技术的研究.