车辆液压节能系统中蓄能器安装技巧

（1）车辆液压节能系统工作原理 车辆液压节能系统是利用液压二次元件工况可以互逆的特性来回收车辆制动能量，其实质是以二次元件和液压蓄能器为核心的二次调节系统。按照能量再生系统与发动机的不同配置形式，节能传动常用的有两种：串联式和并联式，其组成如图2-188所示。串联式液压节能传动系统由发动机、恒压变量泵、二次元件和液压蓄能器等组成。在工作过程中，发动机的功率通过变量泵全部转化成液压能，由二次元件通过减速器驱动车轮。并联式液压节能传动保留了传统汽车的动力传动链，只是在原传动链上增加液压能量再生系统，形成双动力驱动的形式。

在排量调节机构的控制下，二次元件可以根据需求工作在马达工况或泵工况。当车辆加速或正常行驶时，二次元件工作在马达工况，从系统或蓄能器吸取能量；当车辆下坡或减速制动时，发动机停机或怠速，二次元件以泵工况工作，将车辆的惯性能转化为蓄能器的液压能储存起来，供加速或正常行驶时使用。城市公交从起动加速到制动的循环周期较短，且蓄能器作为储能元件，能量保持时间较长，因此发动机的功率主要用于平衡输入输出液压蓄能器的能量以及补偿车辆在运行过程中消耗的能量，即所需发动机功率：

式中 E₁——起动过程所需能量；

E₂——匀速行驶过程所需能量；

E₃——系统回收的能量；

t₁、t₂——起动和匀速行驶过程持续的时间；

η——发动机效率。

图2-188 车辆液压节能系统的组成

a）串联式 b）并联式

由上式可知，如果液压蓄能器与车辆节能系统匹配得当，将会大幅度减小发动机的装机容量。

（2）液压蓄能器的作用 液压蓄能器在车辆液压节能系统中主要有以下两方面的作用：

1）回收制动能量并在能源不足时提供瞬时补充动力。当系统回馈能量时，二次元件从马达工况转为泵工况，回收能量；当负载超过发动机装机功率时，由液压蓄能器提供额外的能量。因此，二次调节系统油源中的发动机可按平均功率选配，这样可以降低成本，提高效率。

2）吸收压力脉动。二次元件柱塞往复运动过程中，造成整个系统的流量和压力脉动，一方面使系统产生振动和噪声，另一方面影响系统恒压效果。二次调节系统为压力耦合系统，为保证控制准确，系统工作平稳，要求系统压力平稳。液压蓄能器的装设使得在流量脉动的一个周期内，瞬时流量高于平均流量的部分被蓄能器吸收，而低于平均流量部分的油液则由液压蓄能器补充，从而削减了系统的压力脉动。

（3）液压蓄能器的安装 液压蓄能器对液压系统压力波动的吸收效果受到系统工况及液压蓄能器安装参数的影响，只有合理匹配，才能有效平衡系统压力脉动。液压蓄能器系统示意图如图2-189所示。

作如下假设：

1）忽略皮囊的质量及摩擦，接近皮囊部分油液压力等于气体压力。

2）管道内的流动及油液在液压蓄能器内的流动可视为层流。

3）皮囊变化过程为绝热过程。

4）忽略油的质量及可压缩性。(www.xing528.com)

图2-189 液压蓄能器系统示意图

设液压蓄能器进油管内径、长度和截面积分别为l、d、A，液压蓄能器气囊中气体压力、容积稳态值分别为p_a，V_a，由力的平衡规律可知，主管路中压力稳态值同液压蓄能器中气体压力稳态值相等，也为p_a。液压蓄能器吸收压力脉动时数学模型为

式中 ——液压蓄能器固有频率；

K_b=np_aA²/V_a——液压蓄能器气体弹簧刚度；

m_a=ρld²/4——液压蓄能器油腔的油液质量；

ρ——油液密度；

——液压蓄能器相对阻尼系数；

B_a——液压蓄能器的粘性阻尼系数。幅频特性如图2-190所示。

图2-190 吸收压力脉动的液压蓄能器幅频特性曲线

从图2-190可以看出，液压蓄能器吸收压力脉动的效果与液压蓄能器固有频率和压力脉动频率的匹配有关，当压力脉动频率较低时，液压蓄能器基本不吸收压力脉动。当ω=ω_n时，液压蓄能器吸收压力脉动效果最好，压力衰减的效果最佳，即

L（ω）_min=20lg|G（jω）|=20lg（p_aR/Q_b）

式中 R=128μl（πd⁴）——蓄能器连接管路的液阻；

μ——油液动力粘度；

Q_b——主管路中流量稳态值。

由上式可知，当主管路中流量Q_b及压力p_a确定时，R越小则吸收能力越强。液阻R的大小取决于蓄能器连接管路的参数，如合理地选择蓄能器连接管路的长度l、直径d及连接方式，可使液阻R保持最小值。由此，蓄能器的安装位置应尽可能地靠近二次元件和控制阀。

由于随机负荷一般为连续波谱，由此可取不同频率的蓄能器组合来吸收系统压力波动。此外，对于车辆液压节能系统，为了有效地吸收压力脉动，维持压力基本恒定，应使蓄能器的固有频率高于恒压变量泵的固有频率，恒压变量泵的固有频率高于二次元件的固有频率。