CN104709265B - 汽车空气旋转压缩储能式刹车系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽车空气旋转压缩储能式刹车系统，属于汽车控制技术领域。该系统主要包括：滑片式空气压缩装置，踏板及角位移感应器，电磁离合器，压力反馈变送器，电压比较器，电磁阀门，低压进气器，高压进气器，缓冲箱，储气罐。本系统取力于汽车在刹车时轮轴的转动，来带动安装在刹车盘位置的滑片式空气压缩装置，进行空气的压缩储能，通过调节压缩前空气初压来调控制动力，可以实现高强度空气压缩，从而输出强大反力矩阻止汽车继续前行。本系统能够在一般刹车情况时即时进行能量回收和存储，利用小体积高强度旋转空压设计在刹车盘处制动刹车，符合传统刹车操作习惯，提升了空压储能制动系统的安全性能与经济性能。

Description

汽车空气旋转压缩储能式刹车系统

技术领域

本发明属于汽车控制技术领域，涉及一种汽车空气旋转压缩储能式刹车系统。

背景技术

目前有很多汽车、客车都使用气压制动。气压制动优点是制动力矩大、踏板行程较短、操纵轻便、使用可靠。汽车发动机旁边的空气压缩机的作用是产生压缩空气，是动力源。以发动机的动力驱动空气压缩机工作，压缩气体使车轮产生制动。驾驶员只需按不同的制动强度要求，控制踏板的行程，释放出不同程度的压缩空气，便可调整气体压力的大小来获得所需的制动力。但是这样的系统它的缺点是：消耗发动机的动力，一方面不可避免地将能量耗散在摩擦热上，耗损了刹车片，另一方面在制动之后无法将高压气体回收存入储气罐，废、热气体被排入大气，造成能量损失。如果将车子惯性动能通过空气压缩装置存储于储气罐中，则可避免此类问题。

目前，有一些技术利用多级、多缸、直列式的曲柄连杆储能压缩机，设置于汽车地盘，取动力于变速器旁的传动装置，将刹车时汽车的动能转化成气体压力能储存于储气罐中，完成了能量的有效回收。但是，该方案的不足之处在于压缩机构位置设置不合理，不能够有效刹车，会妨碍变速器的工作，并且会减少传动轴的使用寿命；另一方面由于增添了额外设备，在体积、重量以及复杂度方面会限制汽车体型的设计。

还有一些技术，在刹车时，通过气动离合器的离合，利用带轮传动，驱动空气压缩机进行空气压缩储能。该方案结构较为清晰简易，然而该项储能功能，反应缓慢，且仅限于长时间滑行等制动力需求不是很大的工况，综合来看经济性能较差。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种汽车空气旋转压缩储能式刹车系统，本系统基于滑片式空气压缩原理和汽车刹车盘原理进行技术改进，将刹车储能装置设计在刹车盘位置，从而实现高效高强度可控且灵敏的刹车储能过程。本系统在刹车过程中可无级调节刹车阻力矩，极大地符合了传统刹车盘的刹车效果，使系统在一般刹车制动情况下能够全程高效回收汽车动能，有效提高了空压储能制动系统的综合性能。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种汽车空气旋转压缩储能式刹车系统，所述系统包括：滑片式空气压缩装置，踏板及角位移感应器，电磁离合器，压力反馈变送器，电压比较器，电磁阀门，低压进气器，高压进气器，缓冲箱，储气罐，以及连接气体管道和信号传输线路；

所述滑片式空气压缩装置，低压进气器，高压进气器，缓冲箱，电磁离合器构成空气压缩机构；

所述踏板及角位移感应器，电磁离合器，压力反馈变送器，电压比较器，电磁阀门，高压进气器，缓冲箱组成制动强度控制及压力反馈机构；

所述缓冲箱，储气罐组成能量回收存储机构；

踏板及角位移感应器经信号传输线路分别连接于电磁离合器和电压比较器，电磁阀门经气体管道连通于高压进气器和缓冲箱之间，高压进气器经信号传输线路连接于压力反馈变送器，压力反馈变送器经信号传输线路连接于电压比较器，滑片式空气压缩装置出气口与缓冲箱以气体管道相连接，缓冲箱经气体管道连接于储气罐。

本系统需满足一定初始压力要求，初始压力要求为：储气罐内压强>缓冲箱内压强>高压进气器内压强>低压进气器压强。

所述空气压缩机构由滑片式空气压缩装置，低压进气器，高压进气器，缓冲箱，电磁离合器协作构成。低压进气器的气源为大气，高压进气器的气源为缓冲箱，滑片式空气压缩装置低压进气口连接于低压进气器，其高压进气口连接于高压进气器。假定气压已经初始化，可满足系统运行需求。当汽车启动刹车时，电磁离合器动作，滑片式空气压缩装置与汽车轮轴开始同步转动，滑片空气压缩装置低、高压进气器同时向滑片空气压缩装置低、高压腔注入空气以调节各腔室压力，此初始压力可由汽车所需初始制动力的大小来调整。特别的当所需制动力较大时，可将低压腔内压力降至真空，意即低压进气器输入空气量为零。汽车刹车过程中，其轮轴受到的制动力矩来自三个部分：分隔真空腔与低压腔的滑片受到两侧的气压差，产生逆力矩；分隔低压腔与高压腔的滑片受到两侧的气压差，产生逆力矩；高压腔在体积逐渐缩小的过程中，由于其两侧滑片壁受到来自不同腔室的压力，也相应产生一个逆力矩。随着滑片的旋转，气体最终被驱赶压缩至出气口。

所述制动强度控制及压力反馈机构由踏板及角位移感应器，电磁离合器，压力反馈变送器，电压比较器，电磁阀门，高压进气器，缓冲箱协作构成。所述角位移感应器功能是感受踏板踩下角度的大小并转换成电信号，传输至电压比较器、电磁离合器以及低、高压进气器。所述压力反馈变送器被安装在高压进气器上，压力反馈变送器将压力信号转换成电信号传输至电压比较器，所述电压比较器输出1或者0信号来控制电磁阀的开闭，以调节高压进气器的压力。

所述角位移感应器输出给电压比较器的电信号与需求制动强度大小相对应，所述压力反馈变送器输出电信号与当前制动强度大小相对应，所述电压比较强做出电磁阀开闭判断。所述角位移感应器输出给电磁阀和低、高压进气器电信号为1或0，对应于角度为非零度或零时的情况。

所述电磁离合器具有两端锁定功能，当咬合时，即踏板位移角度为非零进行刹车时，电磁离合器连接汽车轮轴与滑片式空气压缩装置，当断开时，即踏位移板角度为零停止刹车时，电磁离合器则将滑片式空气压缩装置固定，使其保持当前旋转状态，以防止下次刹车时气压紊乱的情况发生。

所述踏板在角度减小过程中，电磁阀关闭，高压进气器并未关闭，随着高压进气器内高压气体被压入滑片式空气压缩装置，其内压强不断减少，所对应的制动强度大小也随之减小，直至高压进气器关闭。

所述能量回收存储机构由缓冲箱和储气罐协作构成，所述缓冲箱和储气罐都装有安全阀。高压气体由滑片式空气压缩装置的出气口进入缓冲箱，缓冲箱内气压升高，缓冲箱内气体通过电磁阀再次进入高压进气器，高压气体与低压腔内气体混合后气压略为降低，之后进入高压腔又被重新压缩至更高的气压，在此闭式压缩的循环过程中，循环效果是缓冲箱内压力逐渐升高。当缓冲箱内达到一定压力时，其上通向储气罐的单向阀门开启，高压气体进入储气罐，从而保证缓冲箱内气压不会过度变大。

所述气体管道上单向阀的安装具体为：安装于储气罐与缓冲箱之间气体管道上，由缓冲箱指向储气罐；安装于缓冲箱与电磁阀之间气体管道上，由缓冲箱指向电磁阀；安装于滑片式空气压缩装置与缓冲箱之间气体管道上，由滑片式空气压缩装置指向缓冲箱；安装于低压进气器与滑片式空气压缩装置之间气体管道上，由低压进气器指向滑片式空气压缩装置；安装于高压进气器与滑片式空气压缩装置之间气体管道上，由高压进气器指向滑片式空气压缩装置。

本发明的有益效果在于：1)在本空气压缩储能系统中有效提高了制动力矩，满足了各种情况下的制动需求；2)在汽车能量回收储存技术领域，本系统实现了在短距离、低转速下高效回收能量的理想目标；3)本系统创新了空气压缩储能装置的工作位置，达到了高效灵敏便捷的效果；4)本系统创新了空气压缩流程，巧妙得利用气压特性，使得在空气压缩储能过程中变得可控，并附和了传统刹制动系统的操作习惯；5)本系统中，当特殊需要时，可关闭低压进气器而进行刹车，则可利用空气压缩的闭式循环给高压气体升温升压，从而可以给其他设备提供热源。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明的系统结构示意图；

图2为本发明中滑片式空气压缩装置原理图；

图1中：1、踏板及角位移感应器，2、滑片式空气压缩装置，3、电磁离合器，4、高压进气器，5、低压进气器，6、压力反馈变送器，7、电压比较器，8、电磁阀，9、缓冲箱，10、储气罐；

图2中：11、低压进气口，12、高压进气口，13、滑片转轴，14、真空腔，15、低压腔，16、高压腔，17、出气口，18、滑片，19、压缩腔内外壁。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

图1为本发明的系统结构示意图，如图所示，所述系统包括：滑片式空气压缩装置2，踏板及角位移感应器1，电磁离合器3，压力反馈变送器6，电压比较器7，电磁阀门8，低压进气器5，高压进气器4，缓冲箱9，储气罐10，以及连接气体管道和信号传输线路。

对于气体管道连接回路，储气罐1经单向阀连接于缓冲箱9，缓冲箱9经单向阀连接于滑片式空气压缩装置2出气口17，滑片式空气压缩装置2连接于电磁离合器3，滑片式空气压缩装置2置于汽车轮胎内侧，滑片式空气压缩装置2低压进气口11连接低压进气器5，滑片式空气压缩装置2高压进气口12连接于高压进气器4，高压进气器4连接于电磁阀8，电磁阀8连接于缓冲箱9。对于电信号传输回路，踏板及角位移感应器1连接于电压比较器7，压力反馈变送器6连接于电压比较器7，电压比较器7连接于电磁阀8。图2为滑片式空气压缩装置原理图。

本系统实施原理为：当踩下踏板实施刹车时，踏板及角位移感应器1发出的刹车电信号传输至电磁离合器3、低压进气器5和高压进气器4，引起电磁离合器3、低压进气器5和高压进气器4动作，此时电磁离合器3将滑片转轴13与汽车轮轴相连接，两轴开始同步旋转，低压进气器5开始吸入外界空气，将其送入低压腔15，同时踏板及角位移感应器1发出的刹车强度的电信号传输至电压比较器7，此时来自压力反馈变送器6电信号对应的刹车强度不足，故电压比较器7发出打开电磁阀8的命令，电磁阀8开启，缓冲箱9内高压气体被压入高压进气器4，高压进气器4内气体经高压进气口12进入高压腔16，从而实现制动力矩的输出。当回撤已踩下的踏板时，踏板及角位移感应器1发出的刹车强度电信号对应的制动强度降低，电压比较器7发出关闭的信号，电磁阀8关闭，缓冲箱9停止向高压进气器4注入高压气体，在踏板及角位移感应器1感应的角度未为零的这段时间内，高压进气器4继续工作，其内压强慢慢降低，对应的制动强度相应降低，直至踏板恢复原形。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (1)

1.一种汽车空气旋转压缩储能式刹车系统，其特征在于：所述系统包括：滑片式空气压缩装置(2)，踏板及角位移感应器(1)，电磁离合器(3)，压力反馈变送器(6)，电压比较器(7)，电磁阀门(8)，低压进气器(5)，高压进气器(4)，缓冲箱(9)，储气罐(10)，以及连接气体管道和信号传输线路；

所述滑片式空气压缩装置(2)，低压进气器(5)，高压进气器(4)，缓冲箱(9)，电磁离合器(3)构成空气压缩机构；

所述踏板及角位移感应器(1)，电磁离合器(3)，压力反馈变送器(6)，电压比较器(7)，电磁阀门(8)，高压进气器(4)，缓冲箱(9)组成制动强度控制及压力反馈机构；

所述缓冲箱(9)，储气罐(10)组成能量回收存储机构；

踏板及角位移感应器(1)经信号传输线路分别连接于电磁离合器(3)和电压比较器(7)，电磁阀门(8)经气体管道连通于高压进气器(4)和缓冲箱(9)之间，高压进气器(4)经信号传输线路连接于压力反馈变送器(6)，压力反馈变送器(6)经信号传输线路连接于电压比较器(7)，滑片式空气压缩装置(2)出气口与缓冲箱(9)以气体管道相连接，缓冲箱(9)经气体管道连接于储气罐(10)；

所述低压进气器(5)的气源为大气，高压进气器(4)的气源为缓冲箱(9)，滑片式空气压缩装置(2)的低压进气口连接于低压进气器(5)，其高压进气口连接于高压进气器(4)；

其中，储气罐内压强>缓冲箱内压强>高压进气器内压强>低压进气器压强。