CN102390263B - 液压式汽车制动能量与悬架振动能量综合回收系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能综合回收汽车制动能量与悬架振动能量的装置，属于车辆节能减排技术领域。一方面，在汽车正常行驶过程中，悬架的振动会带液压泵/马达转动，从而将悬架的振动能量转化为液压能储存在蓄能器中；当汽车制动减速时，该装置又可以回收汽车的一部分制动能量，通过液压泵/马达将制动能量转化为液压能储存在蓄能器中；在汽车起动或加速时，该装置又可以将存储的液压能转化为机械能供给车辆，起到节能和提高汽车动力性的作用。

Description

液压式汽车制动能量与悬架振动能量综合回收系统

技术领域

本发明涉及一种汽车制动能量与悬架振动能量回收系统，属于汽车节能技术领域。

背景技术

汽车在道路上行驶过程中，由于不平路面的激励以及各种复杂的道路工况，汽车一部分能量在悬架振动过程中通过减振器将其转化为热能耗散掉；再者，汽车在制动过程中，也有大量的动能通过摩擦转化为热能耗散掉，不但浪费了能量，也会加速汽车制动系统的磨损。如果能对这两部分能量进行回收的话，能在很大程度上降低燃油的消耗，也减少日益增多的汽车对环境的破坏，因此，对悬架振动能量和车轮制动能量的回收有非常重要的意义。

随着能源的紧缺和全球对环境的日益重视，如何有效地回收汽车上额外消耗的能量已经成为了一个研究热点。如今，汽车的机械能通常以飞轮的动能、液压能、电能等形式储存，在汽车需要能量时，再将其转化为机械能以改善汽车性能。

在目前已有的车辆能量回收装置和方法中，大多是单独争对汽车的制动能量或悬架振动能量进行回收的系统和方法，尚没有综合回收汽车悬架振动能量和车轮制动能量，因而不利于对汽车耗散的能量进行有效的回收。由于液压能相比于飞轮储能和蓄电池储能有更大的功率密度，能在车辆起步和加速时提供给车辆较大的转矩；另外，由于液压储能系统能较长时间储能，各个部件技术成熟，工作可靠，整个系统实现技术难度小，故液压储能系统得到了比较广泛的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：在汽车行驶过程中，回收悬架的振动能量，并能够识别驾驶员意图，在汽车制动时能够回收制动能量，将这两部分能量以液压能的形式储存起来，在需要时供汽车起动、加速以提高汽车的经济性能、动力性能和排放性能。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：汽车所采用的悬架为齿轮齿条式悬架，齿条与簧上质量相连，与之啮合的是齿轮组A一端的小齿轮，另一端的大齿轮与齿轮B啮合，其中齿轮B与单向超越离合器同轴相连，单向超越离合器另一端与齿轮C同轴相连，同时齿轮C与齿轮D相啮合，齿轮D同时与液压泵/马达和电磁离合器同轴相连，电磁离合器的另一端与齿轮E同轴相连，而齿轮E通过链条与车轮轴齿轮相连，这样就组成了悬架振动能量与车轮制动能量的传递系统。

液压泵/马达的进油口通过单向阀A与油箱相连，所述液压泵/马达的出油口与溢流阀A的进油口和单向阀B的进油口分别相连，单向阀B的出油口与蓄能器的进口连通，电磁换向阀B的进油口与蓄能器的进口相连，蓄能器进口处连有一压力表显示蓄能器压力，溢流阀B的进油口与蓄能器的进口相连，电磁换向阀B的出油口与单向阀A的进油口相连，溢流阀A为先导式溢流阀，溢流阀A的远程控制口K与电磁换向阀A的进油口相连，电磁换向阀A的出油口与油箱接通，溢流阀A、溢流阀B的出油口均与油箱接通。

电子控制单元可以采用单片机，其输入端接收制动踏板传感器信号、加速踏板传感器信号、发动机信号以及蓄能器压力的信号，变速器挡位信号，用以识别汽车的运行状态与驾驶员的操作意图；电子控制单元的输出端分别与电磁离合器、电磁换向阀A、电磁换向阀B连接，通过对这组电磁元件的控制实现能量的储存与释放，以提高汽车的整车性能。

本发明与现有技术相比具有如下特点：

（1）通过对各信号的采集，控制电磁离合器、电磁换向阀A、电磁换向阀B以实现综合回收悬架振动与车轮制动时的能量的功能，很大程度上降低了燃油消耗和废气的排放。

（2）由于采用单向超越离合器实现悬架系统的垂直运动到液压泵/马达的转动，故装置仅回收悬架系统单向振动能量，即悬架压缩行程或拉伸行程时的振动能量，考虑到悬架在伸张行程时减振器阻尼力较大，本装置采用回收悬架伸张行程时耗散的能量。

（3）装置在综合回收悬架振动能量与车轮制动能量时通过单向超越离合器的传力单向性防止了悬架系统与制动系统的相互干扰，确保了行车安全性。

附图说明

图1是发明实施例的系统结构示意图。

图2是悬架系统示意图。

图中：1-悬架系统   2-齿轮组A   3-齿轮B   4-单向超越离合器  5-齿轮C   6-齿轮D   7-电磁离合器   8-齿轮E   9-链条   10-车轮轴齿轮   11-车轮   12-液压泵/马达   13-单向阀A   14-溢流阀A   15-单向阀B   16-电磁换向阀A   17-蓄能器  18-电磁换向阀B   19-溢流阀B   20-压力表   21-油箱   22-电控单元   23-弹簧   24-齿条   25-簧上质量   26-簧下质量   a-制动踏板传感器信号   b-加速踏板传感器信号   c-发动机起动信号   d-蓄能器压力信号   e-电磁离合器控制信号   f-电磁换向阀A的控制信号   g-电磁换向阀B的控制信号   h-变速器挡位信号   K-先导式溢流阀的远程控制口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

汽车所采用的悬架系统1采用齿轮齿条式结构，齿条24与簧上质量25相连，与之啮合的是齿轮组A2一端的小齿轮，另一端的大齿轮与齿轮B3啮合，其中齿轮B3与单向超越离合器4同轴相连，单向超越离合器4的另一端与齿轮C5同轴相连，同时齿轮C5与齿轮D6相啮合，齿轮D6同时与液压泵/马达12和电磁离合器7同轴相连，电磁离合器7的另一端与齿轮E8同轴相连，而齿轮E8通过链条9与车轮轴齿轮10相连，这样就组成了悬架振动能量与车轮制动能量的传递系统。

液压泵/马达12的进油口通过单向阀A13与油箱21相连，所述液压泵/马达12的出油口与溢流阀A14的进油口和单向阀B15的进油口分别相连，单向阀B15的出油口与蓄能器17的进口连通,电磁换向阀B18的进油口与蓄能器17的进口相连，蓄能器17进口处连有一压力表20显示蓄能器17压力，溢流阀B19的进油口与蓄能器17的进口相连，电磁换向阀B18的出油口与单向阀A13的进油口相连，溢流阀A14为先导式溢流阀，溢流阀A14的远程控制口K与电磁换向阀A16的进油口相连，电磁换向阀A16的出油口与油箱21接通，溢流阀A14、溢流阀B19的出油口均与油箱21接通。

电控单元22可以采用单片机，其输入端接收制动踏板传感器信号a、加速踏板传感器信号b、发动机起动信号c以及蓄能器的压力信号d，变速器挡位信号h，用以识别汽车的运行状态与驾驶员的操作意图；电控单元22的输出端提供电磁离合器7的控制信号e，电磁换向阀A16的控制信号f以及电磁换向阀B18的控制信号g，通过对这组电磁元件的控制实现能量的储存与释放，以提高汽车的整车性能。

所述悬架系统1采用齿轮齿条机构，其中齿条24与簧上质量25连接，齿轮组A2一端为小齿轮，与悬架系统1的齿条24相啮合，另一端为大齿轮，与齿轮B3相啮合，齿轮组A2与簧下质量连接，齿轮B3与单向超越离合器4连接。

下面结合附图对本发明具体实施过程作进一步说明。

首先，电控单元22检测变速器挡位信号h，判断挡位是否挂入前进挡，所有控制信号当且仅当变速器挂入前进挡时才有能传递到各元件，即装置当且仅当汽车挂入前进挡时才有效工作。

由路面不平的激励以及复杂的道路工况引起簧上质量（车身）与簧下质量（车轮）之间产生相对运动，从而引起悬架系统1产生振动，由于所采用悬架系统为齿轮齿条式结构，其中齿条24与簧上质量25连接，故在悬架伸张行程中，齿条24和与之相啮合的齿轮组A2的小端齿轮产生相对运动，从而大端齿轮带动与之相啮合的齿轮B3转动，作用到齿轮B3的转矩通过单向超越离合器4带动与之同轴的齿轮C5转动，由于齿轮C5与齿轮D6啮合，故齿轮D6此时也随之运转，并带动与之同轴的液压泵/马达12的转动，液压泵/马达12此时以液压泵的形式工作，将油箱21的油液依次经过单向阀A13、单向阀B15进入蓄能器17，溢流阀A14用于控制液压泵/马达12的出油口压力，蓄能器17进口处有一压力表20显示蓄能器压力，溢流阀A14的远程控制口K通过电磁换向阀A16与油箱连通，在在汽车正常行驶过程中，电磁换向阀A16在控制信号f的作用下通路被隔开，电磁换向阀B18在控制信号g的作用下通路也被隔开，另一方面，电磁离合器7在控制信号e处于常分离状态，故悬架振动不会通过该装置干扰到车轴运动。

在汽车在前进过程中制动时，电控单元22接收到制动踏板传感器信号a，通过电磁离合器7控制信号信号e使电磁离合器7闭合，此时，汽车制动时的能量就可以一次经过车轮11、车轮轴齿轮10、链条9、齿轮E8、电磁离合器7、齿轮D6传到压泵/马达12，液压泵/马达12此时以液压泵的形式工作，将油箱21的油液依次经过单向阀A13、单向阀B15进入蓄能器17，溢流阀A14用于控制液压泵/马达12的出油口压力，蓄能器17进口处有一压力表20显示蓄能器压力，溢流阀A14的远程控制口K通过电磁换向阀A16与油箱连通，在在汽车正常行驶过程中，电磁换向阀A16在控制信号f的作用下通路被隔开，电磁换向阀B18在控制信号g的作用下通路也被隔开，汽车制动的能量被转化为液压能储存在蓄能器17中。

当汽车挡位挂入前进挡，加速（或起动）时，电控单元22会对加速踏板传感器信号b（或发动机起动信号c)以及蓄能器压力信号d进行接收判断，若蓄能器压力足够大，此时电控单元22根据信号向电磁离合器发出指令，使电磁离合器B7闭合，而且电磁换向阀A16和电磁换向阀B18分别在电控单元的作用下导通，蓄能器17储存的液压油经过电磁换向阀B18进入液压泵/马达12，驱动其转动，从而带动车轮转动，由于单向离合器4的存在，这种运动不会干扰到悬架系统的运动，溢流阀B19用于控制回路压力，两个单向阀控制液流的流向，使得液压泵/马达12能够以马达的形式工作，溢流阀A14和电磁换向阀A16组成卸荷回路，使得从蓄能器17流过来的油液低压卸荷，当蓄能系统能量不足时，电磁离合器7分离，此时，电控单元16亦发出指令使电磁换向阀A16和电磁换向阀B18的通路隔开。

电磁离合器7在两种情况下处于接合状态：①、汽车在前进过程中制动时；②、汽车的挡位为前进挡，加速（或起动）时，蓄能器17压力大于设定值，液压能转化为机械能驱动车轮运转，其余条件下保持分离状态。

电磁换向阀A16、电磁换向阀B18正常情况下通路被隔开，即处于断电状态，当汽车的挡位为前进挡，加速（或起动）时，且蓄能器17压力大于设定值时，其通路才导通工作。

 通过这样一个过程，系统就能有效地回收汽车在行驶过程中的悬架振动能量和制动能量，降低燃油消耗，减少废气排放，提高了整车性能，且防止了悬架系统与制动系统的干扰。

Claims (2)

1.一种汽车制动能量与悬架振动能量回收系统，包括悬架系统（1）、液压泵/马达（12）、单向阀A（13）、单向阀B（15）、电磁换向阀A（16）、蓄能器（17）、电磁换向阀B（18）、压力表（20）、油箱（21）、电控单元（22），其特征在于：还包括齿轮组A（2）、齿轮B（3）、单向超越离合器（4）、齿轮C（5）、齿轮D（6）、电磁离合器（7）、齿轮E（8）、链条（9）、车轮轴齿轮（10）、溢流阀A（14）和溢流阀B（19）；

所述悬架系统（1）采用齿轮齿条式结构，齿条（24）与簧上质量（25）相连，与齿条（24）啮合的是齿轮组A（2）一端的小齿轮，齿轮组A（2）另一端的大齿轮与齿轮B（3）啮合，所述齿轮B（3）与单向超越离合器（4）同轴相连，单向超越离合器（4）的另一端与齿轮C（5）同轴相连，齿轮C（5）与齿轮D（6）相啮合，齿轮D（6）同时与液压泵/马达（12）和电磁离合器（7）同轴相连，电磁离合器（7）的另一端与齿轮E（8）同轴相连，齿轮E（8）通过链条（9）与车轮轴齿轮（10）相连；

所述液压泵/马达（12）的进油口通过单向阀A（13）与油箱（21）相连，所述液压泵/马达（12）的出油口与溢流阀A（14）的进油口和单向阀B（15）的进油口分别相连，单向阀B（15）的出油口与蓄能器（17）的进口连通,电磁换向阀B（18）的进油口与蓄能器（17）的进口相连，蓄能器（17）进口处连有一压力表（20）显示蓄能器（17）压力，溢流阀B（19）的进油口与蓄能器（17）的进口相连，电磁换向阀B（18）的出油口与单向阀A（13）的进油口相连，溢流阀A（14）为先导式溢流阀，溢流阀A（14）的远程控制口K与电磁换向阀A（16）的进油口相连，电磁换向阀A（16）的出油口与油箱（21）接通，溢流阀A（14）、溢流阀B（19）的出油口均与油箱（21）接通；

所述电控单元（22）的输入端接收制动踏板传感器信号（a）、加速踏板传感器信号（b）、发动机起动信号（c）、蓄能器的压力信号（d）和变速器挡位信号（h），识别汽车的运行状态与驾驶员的操作意图；电控单元（22）的输出端提供电磁离合器（7）的控制信号（e），电控单元（22）提供电磁换向阀A（16）的控制信号（f）和电磁换向阀B（18）的控制信号（g），控制电磁换向阀A（16）和电磁换向阀B（18）。

2.根据权利要求1所述的汽车制动能量与悬架振动能量回收系统，其特征在于，所述单向超越离合器（4）为内星轮滚柱式超越离合器，主动轴带动从动轴沿正时针或逆时针方向转动，而当从动轴受力矩作用时，主动轴只能与从动轴转动方向向相反的方向转动。

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