CN102442286B - 线控制动系统能量再生装置及制动系统控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种线控制动系统制动能量再生装置，包括变速箱、油箱、电磁离合器、液压油泵/马达、电磁分配阀、第一电磁换向阀、高压蓄能器、第二电磁换向阀、低压蓄能器，每个车轮制动盘上增设液压制动器，变速箱的输出轴上加装一组增速齿轮机构。本发明采用制动能量存储与释放相结合的方法，既可在汽车起步、加速时释放高压蓄能器的储存能量，提高汽车起步性能和加速性能，也可在制动过程中直接将低压蓄能器中的储存能量施加于车轮，配合线控制动系统制动电机工作实现车辆制动，提高了制动能量回收利用效率。当线控制动系统出现故障不能正常工作时，该装置可以作为应急制动系统，利用蓄能器中储存的能量实现汽车停车制动。本发明尤其适合于纯电动汽车。
Description
技术领域
本发明涉及线控制动系统制动能量再生装置及制动系统控制方法。
背景技术
线控制动系统取消了传统制动系统中液压、气压部件，以电线为信息传递媒介，电驱动元件为制动执行器，由控制单元根据制动意图识别传感器信号判断驾驶员制动意图，控制制动执行器动作实现汽车制动。其工作原理与液压式、气压式制动系统基本相同，都是利用制动装置将汽车行驶的动能通过机械摩擦方式转变为热能而消耗掉，以达到汽车制动或减速的目的。这就造成了一定量的能源浪费，增加了制动器的磨损。同时，线控制动系统面临着电驱动制动执行器发生故障时应急制动困难的问题。
汽车制动能量再生是指汽车制动或减速时，将其中一部分汽车动能转化为其他形式的能量，并加以再利用的技术。其基本原理为：首先将汽车制动或减速时的一部分动能经过能量再生装置转换为其他形式的能量，如旋转动能、液压能、化学能等，存储于蓄能器中，同时产生一定的负荷阻力使汽车减速制动，减轻制动机构负担；然后，当汽车起步、加速时，将蓄能器中储存的能量转换为汽车行驶所需的能量，提高汽车起步性能和加速性能，降低能源浪费。
目前所公开的制动能量再生装置的能量存储与释放都相互独立，无法在制动过程中直接将储存能量施加于车轮，不能配合线控制动系统制动电机工作实现车辆制动，制动能量回收利用效率有待提高，且不能提供应急制动功能。
发明内容
本发明的目的之一是提出一种能提高制动能量回收利用效率、能量存储与释放相结合的线控制动系统制动能量再生装置。本发明的目的之二是提出一种具有上述制动能量再生装置的制动系统控制方法。
为达到上述目的之一，本发明采取的技术方案如下：
本发明包括变速箱、油箱，还包括电磁离合器、液压油泵/马达、电磁分配阀、第一电磁换向阀、高压蓄能器、第二电磁换向阀、低压蓄能器，每个车轮制动盘上增设液压制动器，变速箱的输出轴上加装一组增速齿轮机构，增速齿轮机构的输出轴通过所述电磁离合器与所述液压油泵/马达连接，液压油泵/马达的出油口与所述电磁分配阀的进油口连接，电磁分配阀的第一出油口分成A、B管路，A管路直接与所述第一电磁换向阀的第一进油口连接， B管路通过第一单向阀与所述第一电磁换向阀的第二进油口连接，第一电磁换向阀的出油口与所述高压蓄能器的进油口连接；电磁分配阀9的第二出油口通过第二单向阀与低压蓄能器的进油口连接，高压蓄能器与低压蓄能器之间由所述第二电磁换向阀连接，低压蓄能器的出油口分别与控制各液压制动器的制动压力调节器连接。
设置上述第一单向阀和第二单向阀的管路上且处于单向阀的前侧分别设有第一溢流阀和第二溢流阀。
为达到上述目的之二，即具有上述制动能量再生装置的线控制动系统的控制方法，本发明采取的技术方案如下：本发明包括控制单元、制动踏板位置传感器、油门踏板位置传感器、轮速传感器、减速度传感器、高压蓄能器压力传感器、低压蓄能器压力传感器、变速器档位开关、电磁分配阀、第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、对应左、右前轮和左、右后轮的四个制动压力调节器、电磁离合器7、制动电机；
控制单元根据制动踏板位置传感器与轮速传感器对汽车的制动初始状态判断，确定是否需要启动能量回收功能，如是，则控制单元通过高压蓄能器压力传感器和低压蓄能器压力传感器检测蓄能器内的油压，若低压蓄能器油压低于目标值，则发出指令使电磁离合器接合，带动液压油泵/马达旋转，制动液输送至低压蓄能器中；若低压蓄能器油压达到目标值，而高压蓄能器油压低于目标值，则控制分配电磁阀动作，第一电磁换向阀通入较小电流，把制动液经过第一单向阀、第一电磁换向阀输送至高压蓄能器中；若低压蓄能器与高压蓄能器油压都达到设定值，则控制电磁离合器分离；
控制单元根据油门踏板位置传感器、轮速传感器及变速器档位开关判断汽车的起步、加速状态，确定是否需要启动能量释放功能，若是，通过高压蓄能器压力传感器检测高压蓄能器内的油压是否达到目标值，若是，则发出指令使电磁离合器接合，油路分配电磁阀动作，第一电磁换向阀通入较大电流，高压蓄能器中储存的制动液经过第一电磁换向阀、电磁分配阀作用于液压泵/马达，辅助驱动汽车行驶；
控制单元通过制动踏板位置传感器、轮速传感器及蓄能器油压传感器判断汽车所需的制动能量是否大于蓄能器能够提供的制动能量，若前者小于后者，且不伴随能量储存功能，则启动液压制动功能；若前者小于后者，且伴随能量储存功能，则同时启动能量存储和液压制动功能；若前者大于后者，不伴随能量储存功能，则同时启动液压制和线控制动功能；若前者大于后者，且伴随能量储存功能，则同时启动能量存储、液压制动和线控制动功能；启动液压制动功能是由控制单元发出指令控制四个车轮制动压力调节器动作，调节低压蓄能器17与液压制动器22之间的连接状态使液压制动器处于增压、保压、减压状态；若低压蓄能器内的油压低于设定值，则控制第二电磁换向阀动作，高压蓄能器中的制动液流入低压蓄能器；启动线控制动功能是由控制单元控制制动电机工作。
本发明具有如下积极效果：本发明采用制动能量存储与释放相结合的方法，既可在汽车起步、加速时释放高压蓄能器的储存能量，提高汽车起步性能和加速性能，也可在制动过程中直接将低压蓄能器中的储存能量施加于车轮，配合线控制动系统制动电机工作实现车辆制动，提高了制动能量回收利用效率。同时，当线控制动系统出现故障不能正常工作时，该装置可以作为应急制动系统，利用蓄能器中储存的能量实现汽车停车制动。采用高、低压两个蓄能器能增加系统的能量储存量，同时由高压蓄能器释放能量辅助驱动汽车行驶，辅助动力较大，由压力相对稳定的低压蓄能器辅助实施制动，可以提高制动稳定性。由于纯电动汽车动力装置中取消了内燃机，传统液压制动系统中的真空助力装置没有了因内燃机吸气而产生的真空源，则需要外加一个电动真空泵，这就增加了汽车的制造成本和能源消耗。同时，提高能量储备、利用效率及续驶里程是纯电动汽车迫切需要解决的问题。因此，本发明尤其适合于纯电动汽车。
附图说明
图1是制动能量再生装置示意图。
图2是车轮制动执行机构示意图。
图3是制动控制系统框图。
图4是能量存储控制流程图。
图5是能量释放控制流程图。
图6是车轮制动控制流程图。
具体实施方式
实施例1
见图1，一种线控制动系统制动能量再生装置，包括变速箱6、油箱10，电磁离合器7、液压油泵/马达8、电磁分配阀9、第一电磁换向阀13、高压蓄能器14、第二电磁换向阀16、低压蓄能器17，每个车轮制动盘23上增设液压制动器22。上述电磁离合器7为磁粉式电磁离合器。上述液压油泵/马达8为变量液压油泵/马达，液压油泵/马达8在储存能量时起到液压油泵的作用，在释放能量时起到液压马达的作用。上述电磁分配阀9为两位三通电磁阀，第一电磁换向阀13为三位三通电磁阀，第二电磁换向阀16为两位两通电磁阀，高压蓄能器14与低压蓄能器17为气囊式蓄能器。高压蓄能器压力传感器15与低压蓄能器压力传感器18均为电阻应变式压力传感器，分别安装于高压蓄能器14与低压蓄能器17底部，用于感知蓄能器内的压力。液压制动器22为传统的盘式制动器。
变速箱6的输出轴上加装一组增速齿轮机构，增速齿轮机构的大齿轮设置于变速器输出轴上，小齿轮与电磁离合器7的输入轴连为一体，变速箱6一方面把发动机2的动力经过离合器5、万向传动装置、驱动桥20传递至车轮，另一方面由增速齿轮机构通过电磁离合器7与液压油泵/马达8相连接。
液压油泵/马达8的出油口与所述电磁分配阀9的进油口连接。
电磁分配阀9的第一出油口分成A、B管路，A管路直接与所述第一电磁换向阀13的第一进油口连接， B管路通过第一单向阀12与所述第一电磁换向阀13的第二进油口连接，第一电磁换向阀13的出油口与所述高压蓄能器14的进油口连接；电磁分配阀9的第二出油口通过第二单向阀4与低压蓄能器17的进油口连接，高压蓄能器14的出油口与第二电磁换向阀16的进油口连接，第二电磁换向阀16的进油口与低压蓄能器17的进油口连接，低压蓄能器17的出油口分别与控制各液压制动器22的制动压力调节器2连接，制动压力调节器2控制对应的液压制动器22。单向阀的设置用于防止高压蓄能器14与低压蓄能器17的制动液回流。
上述第一单向阀12和第二单向阀4的管路上且处于单向阀的前方分别设有第一溢流阀11和第二溢流阀21，第一溢流阀11和第二溢流阀21的溢流口与油箱10连接。溢流阀的设置用于防止高压油路和低压油路压力过高，起到安全保护的作用。
液压油泵/马达在储存能量时，由变速箱6通过电磁离合器7带动，将部分车辆动能以液压能的形式储存于低压蓄能器17和高压蓄能器14中。在释放能量时，由高压蓄能器17中的液压能带动旋转，经由电磁离合器传递至变速箱，辅助驱动汽车行驶。
电磁分配阀9在线圈没有电流通过时，连接液压油泵/马达8至低压蓄能器17；线圈有电流通过时，连接液压油泵/马达8至高压蓄能器14。油路分配电磁阀9用于选择储存能量的蓄能器，优先选择低压蓄能器17，当低压蓄能器17储满时，再向高压蓄能器14储存。
第一电磁换向阀13在线圈没有电流通过时三个端口互不相通；线圈通过较小电流时，通过第一单向阀12与高压蓄能器14相通，处于储存能量状态；线圈通过较大电流时高压蓄能器14与油路分配电磁阀9相通，处于释放能量状态。
第二电磁换向阀16用于控制高压蓄能器与低压蓄能器之间的连接，当线圈没有电流通过时，高压蓄能器14与低压蓄能器17不相通；当低压蓄能器17的压力低于目标值时，第二电磁换向阀16导通，当线圈有电流通过时，高压蓄能器14与低压蓄能器17相通，高压蓄能器14的油液流至低压蓄能器17中。当低压蓄能器17的压力达到一定值时，第二电磁换向阀16截止，从而使低压蓄能器压力相对稳定。
制动压力调节器2每个车轮都装有一个，用于调节低压蓄能器、液压制动器和油箱的连接关系，制动压力调节器2为三位三通电磁阀，当线圈中没有电流通过时，液压制动器22与油箱10相通；当线圈中有较小电流通过时，三者都不相通；当线圈中有较大电流通过时，低压蓄能器17与液压制动器22相通。
当低压蓄能器与液压制动器接通时，液压制动器的制动压力增加，实施车轮制动；当三者都不相通时，保持制动压力；当液压制动器与油箱相通时，制动器中的油液回流至油箱，制动压力降低，从而通过三者连接关系的不断调节，实现车轮制动防抱死控制。
在每个车轮制动盘上设有两套制动执行机构（见图2），一是线控制动系统的执行元件，制动电机24、减速齿轮机构25、线控制动器26、制动盘27属于线控制动系统。一是制动能量再生装置的制动执行元件，包括增设在制动盘27上的液压制动器22。
见图3，线控制动系统包括控制单元、制动踏板位置传感器、油门踏板位置传感器、轮速传感器、减速度传感器、高压蓄能器压力传感器15、低压蓄能器压力传感器18、变速器档位开关、电磁分配阀9、第一电磁换向阀13、第二电磁换向阀16、对应左、右前轮和左、右后轮的四个制动压力调节器2、电磁离合器7、制动电机24以及故障报警装置。
整个控制系统可以分为能量存储控制、能量释放控制及车轮制动控制。
制动踏板位置传感器用于判断汽车制动或减速的程度。油门踏板位置传感器用于判断汽车起步或加速的情况。轮速传感器用于检测车轮转速，并由其推算车速。减速度传感器用于判断路面的附着系数。变速器档位开关用于判断变速器档位，辅助判断汽车起步状态。
图4为能量存储控制流程图。控制单元根据制动踏板位置传感器与轮速传感器对汽车的制动初始状态判断，确定是否需要启动能量回收功能，如是，则控制单元通过高压蓄能器压力传感器15和低压蓄能器压力传感器18检测蓄能器内的油压，若低压蓄能器17油压低于目标值，则发出指令使电磁离合器7接合，带动液压油泵/马达8旋转，制动液输送至低压蓄能器17中；若低压蓄能器17油压达到目标值，而高压蓄能器14油压低于目标值，则控制分配电磁阀9动作，把制动液输送至高压蓄能器14中；若低压蓄能器17与高压蓄能器14油压都达到设定值，则控制电磁离合器7分离，制动能量回收功能失效。
图5为能量释放控制流程图。控制单元根据油门踏板位置传感器、轮速传感器及变速器档位开关判断汽车的起步、加速状态，确定是否需要启动能量释放功能，若是，通过高压蓄能器压力传感器15检测高压蓄能器14内的油压是否达到目标值，若是，则发出指令使电磁离合器7接合，油路分配电磁阀9动作，高压蓄能器14中储存的制动液作用于液压泵/马达8，通过电磁离合器7、联动变速箱6等辅助驱动汽车行驶；若油压较低，则电磁离合器7分离，第一电磁换向阀13没有电流通过，制动能量驱动功能失效。
图6为车轮制动控制流程图。控制单元通过制动踏板位置传感器、轮速传感器及蓄能器油压传感器判断汽车所需的制动能量是否大于蓄能器能够提供的制动能量，若前者小于后者，且不伴随能量储存功能，则启动液压制动功能；若前者小于后者，且伴随能量储存功能，则同时启动能量存储和液压制动功能；若前者大于后者，不伴随能量储存功能，则同时启动液压制和线控制动功能；若前者大于后者，且伴随能量储存功能，则同时启动能量存储、液压制动和线控制动功能；
启动液压制动功能是由控制单元发出指令控制四个车轮制动压力调节器2动作，调节低压蓄能器17与液压制动器22之间的连接状态使液压制动器处于增压、保压、减压状态，利用低压蓄能器17中储存的能量实现汽车制动或减速；若低压蓄能器17内的油压低于设定值，则控制第二电磁换向阀16动作，高压蓄能器14中的制动液流入低压蓄能器17；启动线控制动功能是由控制单元控制制动电机24工作。
本发明可以在线控制动系统出现故障不能正常工作时，控制单元控制液压制动统正常工作；在液压制动系统出现故障不能正常工作时，控制单元控制线控制动正常工作，并能及时通过故障报警装置提醒驾驶员注意，以提高汽车制动系统的应急处理能力，提高行车安全性能。
Claims (3)
1.一种线控制动系统制动能量再生装置，包括变速箱（6）、液压油泵/马达（8）、电磁分配阀（9）、油箱（10）、高压蓄能器（14）、低压蓄能器（17），液压油泵/马达（8）的出油口与所述电磁分配阀（9）的进油口连接，其特征在于：还包括电磁离合器（7）、第一电磁换向阀（13）、第二电磁换向阀（16），每个车轮制动盘（23）上增设液压制动器（22），变速箱（6）的输出轴上加装一组增速齿轮机构，增速齿轮机构的输出轴通过所述电磁离合器（7）与所述液压油泵/马达（8）连接，电磁分配阀（9）的第一出油口分成A、B管路，A管路直接与所述第一电磁换向阀（13）的第一进油口连接， B管路通过第一单向阀（12）与所述第一电磁换向阀（13）的第二进油口连接，第一电磁换向阀（13）的出油口与所述高压蓄能器（14）的进油口连接；电磁分配阀（9）的第二出油口通过第二单向阀（4）与低压蓄能器（17）的进油口连接，高压蓄能器（14）与低压蓄能器（17）之间由所述第二电磁换向阀（16）连接，低压蓄能器（17）的出油口分别与控制各液压制动器（22）的制动压力调节器（2）连接。
2.根据权利要求1所述的线控制动系统制动能量再生装置，其特征在于：设置上述第一单向阀（12）和第二单向阀（4）的管路上且处于单向阀的前侧分别设有第一溢流阀（11）和第二溢流阀（21）。
3.一种具有权利要求1所述的制动能量再生装置的线控制动系统的控制方法，其特征在于：包括控制单元、制动踏板位置传感器、油门踏板位置传感器、轮速传感器、减速度传感器、高压蓄能器压力传感器（15）、低压蓄能器压力传感器（18）、变速器档位开关、制动电机（24）；
控制单元根据制动踏板位置传感器与轮速传感器对汽车的制动初始状态判断，确定是否需要启动能量回收功能，如是，则控制单元通过高压蓄能器压力传感器（15）和低压蓄能器压力传感器（18）检测蓄能器内的油压，若低压蓄能器（17）油压低于目标值，则发出指令使电磁离合器（7）接合，带动液压油泵/马达（8）旋转，制动液输送至低压蓄能器（17）中；若低压蓄能器（17）油压达到目标值，而高压蓄能器（14）油压低于目标值，则控制分配电磁阀（9）动作，第一电磁换向阀（13）通入较小电流，把制动液经过第一单向阀（12）、第一电磁换向阀（13）输送至高压蓄能器（14）中；若低压蓄能器（17）与高压蓄能器（14）油压都达到设定值，则控制电磁离合器（7）分离；
控制单元根据油门踏板位置传感器、轮速传感器及变速器档位开关判断汽车的起步、加速状态，确定是否需要启动能量释放功能，若是，通过高压蓄能器压力传感器（15）检测高压蓄能器（14）内的油压是否达到目标值，若是，则发出指令使电磁离合器（7）接合，油路分配电磁阀（9）动作，第一电磁换向阀（13）通入较大电流，高压蓄能器（14）中储存的制动液经过第一电磁换向阀（13）、电磁分配阀（9）作用于液压泵/马达（8），辅助驱动汽车行驶；
控制单元通过制动踏板位置传感器、轮速传感器及蓄能器油压传感器判断汽车所需的制动能量是否大于蓄能器能够提供的制动能量，若前者小于后者，且不伴随能量储存功能，则启动液压制动功能；若前者小于后者，且伴随能量储存功能，则同时启动能量存储和液压制动功能；若前者大于后者，不伴随能量储存功能，则同时启动液压制动和线控制动功能；若前者大于后者，且伴随能量储存功能，则同时启动能量存储、液压制动和线控制动功能；启动液压制动功能是由控制单元发出指令控制四个车轮制动压力调节器（2）动作，调节低压蓄能器（17）与液压制动器（22）之间的连接状态使液压制动器处于增压、保压、减压状态；若低压蓄能器（17）内的油压低于设定值，则控制第二电磁换向阀（16）动作，高压蓄能器（14）中的制动液流入低压蓄能器（17）；启动线控制动功能是由控制单元控制制动电机（24）工作。
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