CN102975697B - 车用制动能量回收及主动辅助制动自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种车用制动能量回收及主动辅助制动自动控制系统，主要包括：传动机构，包括皮带轮组和气动离合器；气压回路装置，包括空气压缩机、控制阀、储气罐和空气处理装置；电控组，包括电控单元和传感器。本发明采用气压蓄能，兼顾了制动能量回收和主动辅助制动两方面的要求，在车辆下长坡时可自行启动进行能量回收和主动辅助制动过程，延长了原有制动装置的使用寿命；还可在检测到车辆超速时自动开启进行辅助制动过程，在一定程度上降低了车速，有利于保护驾驶员的生命财产安全。本发明成本低，效率高，安全性高，符合节能减排及现代车辆设计对高安全性的要求，具有显著的经济和社会意义。

Description

车用制动能量回收及主动辅助制动自动控制系统

技术领域

    本发明涉及汽车制动能量回收及辅助制动领域，具体是一种车用制动能量回收及主动辅助制动自动控制系统。

背景技术

    目前，出于交通便利的考虑，建设在不同地形上的公路越来越多，而山区高速公路由于受到地形、地势、道路工程经济成本等多方面因素的综合影响，在线形设计中不可避免地会出现坡度较大且较长的路段，该类路段容易造成车辆长时间、不间断制动或空挡滑行。汽车在经过该类坡道时，上坡需要克服重力势能做功，下坡时却需要通过频繁的制动动作减速，从而将动能转化成热能挥散在大气中。这种情况不仅会使车辆燃油效率降低，更为严重的是频繁的制动行为转化成的热能将使得制动系统短时失效，引发安全事故；同时，踏板和刹车盘及有关元件也会加速磨损，大大缩短车辆寿命。据交管部门最新数据表明，连续长下坡路段的事故率和事故严重程度均远大于其他原因引发的车辆事故，且在长下坡路段载重车辆制动失效造成的交通事故约占该种路段总事故的70%～90%，所以高速公路连续长下坡路段的行车安全是一个急需解决的问题。

现在国内外对汽车制动能量回收方面进行了大量的研究，主要采用的方案有以下三类：

（1）机械蓄能，比如飞轮蓄能，由于靠转动惯性来储存一部分能量，其能量密度比较低，保证系统安全性方面的费用很高，在小型场合还无法体现其优势，技术难度大，节油效果不明显；

（2）液压蓄能，这种途径一旦发生故障不易排出，尤其出现泄漏情况时对环境造成污染，成本也昂贵；

（3）蓄电池储能，各方面性能都较好，但是功率密度低，充放电频率小，不能迅速转化吸收大量能量，而车辆在制动或起动时，需要迅速释放或得到大量能量．这使储能蓄电池的应用受到很大限制。

此外，汽车在高速公路上高速行驶时，超速的概率比较大。近年来，我国高速公路因超速行驶肇事的道路交通事故频发，事故次数、死亡人数年年攀升。据交通管理部门统计，每年因为超速造成的事故占总事故比重为33%，可见，高速公路超速时的检测以及主动辅助制动也是非常有必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种车用制动能量回收及主动辅助制动自动控制系统，采用气压蓄能，兼顾了制动能量回收和主动辅助制动两方面的要求，成本低，效率高，安全性高，符合节能减排及现代车辆设计对高安全性的要求。

本发明提供的技术方案是：一种车用制动能量回收及主动辅助制动自动控制系统，其特征在于包括：传动机构，包括皮带轮组和气动离合器，所述皮带轮组连接汽车半轴和气动离合器；气压回路装置，包括空气压缩机、控制阀、储气罐和空气处理装置，控制阀包括电磁阀和减压阀，空气压缩机的动力输入端与气动离合器相连，空气压缩机的排气口与空气处理装置相连，空气处理装置的另一端连接有储气罐，储气罐的另一端依次通过电磁阀、减压阀与气动离合器连接；电控组，包括电控单元和传感器，所述传感器包括压力传感器、速度传感器和坡度传感器，电控单元与速度传感器、压力传感器、坡度传感器以及气压回路装置中所述的电磁阀分别相连接，电控单元通过另一电磁阀与气动离合器连接。

优选地，所述空气压缩机的入气口连接有用于过滤空气的空气滤清器。

优选地，所述储气罐上设置有用于在当储气罐内的压力达到设定压力极限时排除多余压缩气体的安全阀。

优选地，所述空气处理装置与储气罐之间设置有单向阀。

优选地，所述坡度传感器为加速度传感器。

优选地，所述电控单元为单片机，与车载蓄电池相连接。

优选地，所述电磁阀为两位两通常闭先导式电磁阀。

优选地，所述电控单元与所述电磁阀之间分别设置有用于隔离电磁干扰的电磁继电器。

本发明的有益效果是：

（1）系统具有自动开启和关闭功能，相对于一些机械控制的能量回收系统，省去了繁琐的人工操纵，明显提高了系统操纵的便捷性。

（2）系统采用了气动离合器，气动离合器接合时所需要的气压由本系统回收的气压能提供，不需要额外的能量供给，且回收的能量都是汽车多余的动能，达到了节能的效果。        

（3）系统采用的皮带传动可减少传动造成的冲击，传动带有一定柔韧性，不会改变汽车半轴的结构，气动元件的工作寿命长，气压传动受环境影响较小，具有很大的可靠性和环境适应性。

（4）系统气压回路中的工作介质是空气，这种工作介质容易获得，需要排放时可以直接排到空气中，即使发生泄漏也不会污染环境，相对于一些液压传动不仅可以降低负载，而且非常环保。

（5）系统可以自动检测车辆是否超速行驶，检测到超速时系统提供的装置便自动开启进行辅助制动，在一定程度上降低了车速，有利于保护驾驶员的生命财产安全，社会价值显著。

附图说明

图1为本发明的基本结构示意图。

图2为本发明中单片机的控制流程图。

图中：1、汽车半轴，2、大皮带轮，3、空气滤清器，4、空气压缩机，5、空气处理装置，6、储气罐，7、速度传感器，8、压力传感器，9、加速度传感器，10、电磁阀K1，11、气动离合器，12、小皮带轮，13、皮带，14、单向阀，15、安全阀，16、单片机，17、电磁继电器，18、减压阀，19、电磁阀K2，20、空气源。

具体实施方式

    下面结合附图对发明做进一步说明。

如图1所示，本发明主要包括：

传动机构，包括皮带轮组和气动离合器11，皮带轮组包括有大皮带轮2、小皮带轮12和皮带13，大皮带轮2装在汽车半轴1上，通过皮带13与小皮带轮12相连，小皮带轮12与气动离合器11机械连接；

气压回路装置，包括空气压缩机4、控制阀、储气罐6和空气处理装置5，控制阀包括电磁阀10和减压阀18，空气压缩机4的动力输入端与气动离合器11机械相连，空气压缩机的排气口与空气处理装置5相连，空气压缩机的入气口通过空气滤清器3与外界空气源20相通，空气处理装置5的另一端通过单向阀14连接有储气罐6，储气罐上设置有安全阀15，储气罐6的另一端依次通过电磁阀K110、减压阀18与气动离合器11连接；

电控组，包括电控单元和传感器，电控单元选用单片机16，传感器包括压力传感器8、速度传感器7和坡度传感器，坡度传感器选用加速度传感器9，单片机16与速度传感器7、压力传感器8、加速度传感器9分别相连接，并且与气压回路装置中的电磁阀K110和另一电磁阀K219分别相连接，单片机16与电磁阀K1和电磁阀K2之间分别设置有电磁继电器17，电磁阀K2与气动离合器11连接。

本发明的工作原理为：电磁阀K1接收到通电指令后呈开启状态，储气罐预储备的压缩空气可经过电磁阀K1进入气动离合器中，气动离合器接合，此时，汽车半轴的转动力矩通过皮带传动机构传至空气压缩机，空气压缩机开始工作，空气通过空气滤清器后被空气压缩机压缩，之后经过空气处理装置存入储气罐，完成储能工作。

当车辆下坡时，加速度传感器检测到汽车下坡的信号，输入至单片机，经运算处理后给电磁阀K1一个通电指令，电磁阀K1开启，储气罐中的压缩气体就通过电磁阀K1和减压阀进入气动离合器，气动离合器接合，此时，汽车半轴上的转矩经过大皮带轮、皮带、小皮带轮传给空气压缩机的输入转轴，进而空气压缩机开始运转，空气源经空气滤清器过滤后，进入空气压缩机，被压缩的气体再经过空气处理装置干燥和分离油雾后，通过单向阀存入储气罐，这个过程完成了储能和辅助制动过程；下坡结束后，电磁阀K1不通电即呈关闭状态，电磁阀K2开启，气动离合器的气体经过电磁阀K2排除，气动离合器分离，系统停止工作。

当高速公路上行驶的车辆超速时（大于120km/h），速度传感器检测到超速信号，输入至单片机，经运算处理给电磁阀K1一个通电指令，电磁阀K1开启，储气罐中的压缩气体就通过电磁阀K1和减压阀进入气动离合器，气动离合器接合，同样，空气压缩机正常工作，系统完成储能和辅助制动过程；速度合适时（不超过120km/h），电磁阀K1不通电即呈关闭状态，电磁阀K2开启，气动离合器的气体经过电磁阀K2排除，气动离合器分离，系统停止工作。

当需要刹车时，压力传感器检测到信号，输入至单片机，经运算处理给电磁阀K1一个通电指令，电磁阀K1开启，储气罐中的压缩气体就通过电磁阀K1和减压阀进入气动离合器，气动离合器接合，进而空气压缩机开始正常运转，空气源经空气滤清器过滤后，进入空气压缩机，被压缩的气体再经过空气处理装置干燥和分离油雾后，通过单向阀存入储气罐，系统完成了储能和辅助制动过程。

当储气罐储达到设定压力极限后，安全阀开启，排除多余压缩气体，确保安全。

如图2所示，本发明中的单片机的控制过程为：当汽车启动时，单片机上电工作，进入初始化状态，初始化时对单片机寄存器进行设置，主要是对串行通信、单片机引脚、定时器中断进行初始化。初始化之后，整个系统进入正常工作状态，当控制面板上的储能总开关关闭时，这时用户可以自主关闭储能装置，系统将不进行储能。此时的电磁阀K1关闭、电磁阀K2打开，延迟10ms后K2阀关闭，此时系统仍然不断检测控制面板上的总开关，如果总开关打开，系统会继续进行储能工作；当控制面板的总开关打开时，系统要进行如下3项检测：

（1）检测当前车速是否大于120km/h，若车速高于此速度，则进行能量回收。

（2）检测当前车辆是否处于刹车状态，如果是刹车状态，则进行能量回收。

（3）检测当前车辆是否处于下坡状态，在下坡状态下进行能量回收。

当检测到这些状态时，电磁阀K1打开，气动离合器接合，进行能量回收工作。直到系统检测到与这三种情况相反的信号时，电磁阀K1关闭、电磁阀K2打开，延迟10ms后电磁阀K2关闭，此时气动离合器分离，能量回收工作停止。

以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的结构特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的技术领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (1)

1.一种车用制动能量回收及主动辅助制动自动控制系统，其特征在于：包括传动机构、气压回路装置和电控组；

所述传动机构包括皮带轮组和气动离合器，所述皮带轮组连接汽车半轴和气动离合器；所述皮带轮组包括大皮带轮、皮带、小皮带轮；

所述气压回路装置包括空气压缩机、控制阀、储气罐和空气处理装置，控制阀包括电磁阀和减压阀，空气压缩机的动力输入端与气动离合器相连，空气压缩机的入气口连接有用于过滤空气的空气滤清器；空气压缩机的排气口与空气处理装置相连，空气处理装置的另一端连接有储气罐，所述空气处理装置与储气罐之间设置有单向阀；储气罐的另一端依次通过电磁阀K1、减压阀与气动离合器连接；所述储气罐上设置有用于在当储气罐内的压力达到设定压力极限时排除多余压缩气体的安全阀；所述电磁阀为两位两通常闭先导式电磁阀；

所述电控组包括电控单元和传感器，所述传感器包括压力传感器、速度传感器和坡度传感器，电控单元与速度传感器、压力传感器、坡度传感器以及气压回路装置中所述的电磁阀分别相连接，电控单元通过另一电磁阀K2与气动离合器连接；所述坡度传感器为加速度传感器；所述电控单元为单片机，与车载蓄电池相连接；所述电控单元与所述电磁阀之间分别设置有用于隔离电磁干扰的电磁继电器；

当车辆下坡、达到限速或刹车时，所述传感器检测到汽车下坡、达到限速或刹车的信号，信号输入至单片机，经运算处理后给电磁阀K1通电指令，电磁阀K1开启，储气罐中的压缩气体就通过电磁阀K1和减压阀进入气动离合器，气动离合器接合，汽车半轴上的转矩经过大皮带轮、皮带、小皮带轮传给空气压缩机的输入转轴，进而空气压缩机开始运转，空气源经空气滤清器过滤后，进入空气压缩机，被压缩的气体再经过空气处理装置干燥和分离油雾后，通过单向阀存入储气罐，这个过程完成了储能和辅助制动过程；下坡结束或低于限速后，电磁阀K1不通电即呈关闭状态，电磁阀K2开启，气动离合器的气体经过电磁阀K2排除，气动离合器分离，系统停止工作。