CN107697053A - 一种电动汽车制动能量回收及再利用系统 - Google Patents

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    • B60L7/26—Controlling the braking effect

Abstract

本发明公开了一种电动汽车制动能量回收及再利用系统，属于电动汽车底盘技术领域，本发明的目的是解决现有制动系统助力形式多依赖发动机真空度作为能量源造成制动系统无法应用于电动汽车，或依赖电机作为能量源造成结构复杂、振动噪声大、主动建压不够快速、压力调节不够精确、驾驶员踏板力得不到很好的利用的问题；以及现有制动系统制动能量回收与利用的局限性，本发明通过将制动能量的回收与制动系统相结合，取消原有制动系统的助力机构，使底盘集成度更高。制动能量可通过电机和飞轮两条途径进行回收及利用，使制动能量的使用更加合理化；另一方面，制动时，电机和飞轮同时对驱动轮产生反拖，提升制动效果，减少制动距离。

Description

一种电动汽车制动能量回收及再利用系统
技术领域
本发明属于电动汽车底盘技术领域。
背景技术
车辆在行驶过程中的能量损耗，绝大部分发生在车辆的刹车过程中，特别是在日益拥堵的城市道路上，随着频繁地刹车，汽车的动能通过刹车片的摩擦转化为热能，是一种极大的能量浪费，也因此，以制动能量回收为课题，各国展开了广泛的研究。回收到的制动能量一般存储在蓄电池中用来驱动汽车或作为车内电器的辅助供电，很少能与汽车底盘的其他功能相结合，使得汽车的底盘集成性不好。
目前世界范围内各制动厂家及国内外学者对于制动系统的创新主要在于系统能量来源的创新。由于整个制动系统在无外界能源支持的情况下，仅凭驾驶员踩踏板的制动力很难满足制动系统所要求的制动力，故而需要为制动系统提供制动能量源，最常见的为制动主缸附加真空助力器，借助发动机的真空度为制动系统助力，由于其结构简单、性能稳定等多种好处使其称霸制动系统行业多年。但随着新能源汽车和智能汽车的发展对汽车制动系统提出了新的要求，即减小甚至是取消对发动机真空度的依赖；而这需要为制动系统寻找新的能量源，目前的许多专利申请都是利用电机作为能量源，分析国内外专利，电机作为能量源的助力形式主要有4种：(1)电机直接助力推杆；(2)采用双主缸，电机等助力部件直接助力副主缸；(3)利用电机泵对主缸进行液压助力；(4)利用电机泵为高压蓄能器充液，通过高压蓄能器间接为制动系统提供制动力。
电机直接助力推杆的新型制动系统包括博世公司取消传统制动系统的真空助力器采用电机直接助力推杆的新型制动系统“IBooster”采用电机带动二级齿轮装置给主缸助力；中国专利公布号为CN103010199A，公布日为2013年4月3日，发明名称为“一种汽车线控制动系统”，申请人为清华大学，该专利采用电机带动丝杠为制动主缸助力；中国专利公布号为CN102795219A，公布日为2012年11月28日，发明名称为“电机助力式集成汽车制动系统”，申请人为浙江亚太机电股份有限公司，该专利采用电机带动滚珠丝杠为制动主缸助力。上述专利采用电机直接助力推杆形式的制动系统，由于电机响应较慢，故其快速减压效果不好，其次电机运转会给制动系统带来较大噪声，降低制动品质。
利用电机泵对主缸进行液压助力的新型制动系统包括中国专利公布号为CN103303281A，公布日为2013年9月18日，发明名称为“集成线控制动系统”，申请人为浙江万向精工有限公司，该专利采用电机带动泵为主缸前腔充制动液；中国专利公布号为CN102582601A，公布日为2012年7月18日，发明名称为“采用一体式制动主缸总成的电液复合制动系统”，申请人为同济大学，该专利采用电机泵为三腔充液完成制动过程的助力；上述专利采用电机泵对主缸进行液压助力的新型制动系统，由于存在电机泵等助力零部件，致使系统存在结构复杂，响应慢、且噪声大问题。
综上所述，在制动能量回收方面，将制动能量回收装置和回收到的制动能量与汽车底盘其他系统相融合提高底盘集成度是目前应该解决的重要问题。在线控制动系统设计方面，真空助力器方案仅适用于传统的发动机式汽车，并不适用于电动汽车；附加电机方案不但会增加成本且工作噪声大，响应速度慢、增加制动系统的体积、不利于底盘轻量化；高压蓄能器方案中蓄能器的寿命受到技术条件的限制，需要频繁更换，增加了使用成本。故研究一种不依赖发动机真空度,且尽量不再额外增加电机、高压蓄能器等零件的制动助力形式，且能实现制动系统主动建压快速、压力调节精确、踏板力全解耦、降低振动噪声、失效保护功能，具有现实意义。
发明内容
基于上述现有技术，本发明所要解决的技术问题是：一方面，解决现有制动系统助力形式多依赖发动机真空度作为能量源造成制动系统无法应用于电动汽车，或依赖电机作为能量源造成结构复杂、振动噪声大、主动建压不够快速、压力调节不够精确、驾驶员踏板力得不到很好的利用的问题；另一方面，解决现有制动系统制动能量回收与利用的局限性，拓宽已回收制动能量的使用范围，使汽车底盘布置集成度更高，体积更小重量更轻。
为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：
一种电动汽车制动能量回收及再利用系统由制动主缸54、气压助力机构55、制动能量回收系统56和制动系统执行机构57四部分组成；
制动主缸54由主缸缸体1、主缸前腔回位弹簧2、主缸前腔活塞3、主缸前腔密封圈4主缸后腔回位弹簧5、主缸后腔活塞6、主缸后腔密封圈7、主缸后腔活塞杆8、排气阀9、推杆密封圈10、主缸推杆端头11、主缸端盖12、主缸推杆13、制动踏板14和助力气压缸体47组成。
所述的主缸缸体1为一端向后开口筒状类零件，主缸缸体1的空腔中从前到后依次装有主缸前腔回位弹簧2、主缸前腔活塞3、主缸后腔回位弹簧5和主缸后腔活塞6；主缸缸体1的筒底面与主缸前腔活塞3之间的部分组成主缸前腔，主缸前腔活塞3与主缸后腔活塞6之间的部分组成主缸后腔，主缸前腔回位弹簧2和主缸后腔回位弹簧5分别位于主缸前腔和主缸后腔内；主缸缸体1的主缸前腔腔壁上有两个沿圆周角度差为180度、分别位于前端和后端的通孔，前端通孔为主缸前腔下端口53，后端通孔为主缸前腔上端口52；主缸后腔前端腔壁上有与主缸前腔上端口52沿圆周方向角度差为0度的主缸后腔上端口50和与主缸前腔上端口52沿圆周方向角度差为180度的主缸后腔下端口51，主缸后腔上端口50和主缸后腔下端口51分别位于主缸后腔的后端和前端。主缸缸体1的后端开口处和助力气压缸体47密封连接；
所述的助力气压缸体47为两端开口的筒状类零件，助力气压缸体47的空腔中部有一个分隔板将其分成气压助力腔和后空腔，分隔板中心处有个连通气压助力腔和后空腔的通孔，该通孔中有放置推杆密封圈10的环形凹槽，气压助力腔开口处的缸壁上有沿圆周呈180°的两个通孔，其中一个圆形通孔与主缸前腔上端口52沿圆周方向角度差为0度，其为排气孔48，另一个通孔为进气孔49；助力气压缸体47后端开口与主缸端盖12固定连接；
主缸端盖12为圆盘类零件，其右端加工有向后开口的圆盘，圆盘底部中心有通孔，通孔外围有多个沿圆周均匀分布的透气圆孔。
主缸推杆13和主缸后腔活塞杆8均为轴类零件；主缸后腔活塞杆8前端与主缸后腔活塞6后端的盲孔连接，主缸后腔活塞杆8穿过推杆密封圈10后端与主缸推杆端头11固定连接，主缸推杆端头11为套筒类橡胶零件，主缸推杆13与主缸推杆端头11后端面盲孔固定连接；主缸推杆13后端安装制动踏板14。
所述的制动系统执行机构57由左前增压阀15、右后增压阀16、右前增压阀17、左后增压阀18、左前减压阀19、左后减压阀20、左前轮压力传感器21、右前轮压力传感器22、右后减压阀23、右前减压阀24、左前轮缸25、右后轮缸26、油滤27、右前轮缸28、左后轮缸29和油杯组成。
油杯I 30分别与主缸后腔上端口50、主缸前腔上端口52相连。主缸前腔下端口53与左前增压阀15前端口和右后增压阀16的前端口相连。主缸后腔下端口51分别与右前增压阀17的前端口和左后增压阀18的前端口相连。左前轮缸25与左前增压阀15后端口、左前减压阀19前端口和左前轮压力传感器21相连。右后轮缸26与右后增压阀16后端口和右后减压阀23前端口相连。右前轮缸28与右前增压阀17后端口、右前减压阀24前端口和右前轮压力传感器22相连。左后轮缸29与左后增压阀18后端口和左后减压阀20前端口相连。左前减压阀19后端口、右后减压阀23后端口、右前减压阀24后端口和左后减压阀20后端口均通过油滤27与油杯II 30-1相连。
制动系统执行机构57中的左前增压阀15、右后增压阀16、右前增压阀17和左后增压阀18为常开型高速开关电磁阀。左前减压阀19、左后减压阀20、右后减压阀23和右前减压阀24常闭型高速开关电磁阀。
气压助力机构55由进气阀31、储气缸32和储气缸压力传感器59组成。储气缸31的出气孔通过进气阀31与制动主缸的进气孔49相连；储气缸32的进气端与制动能量回收系统56连接。
储气缸32的容量一般能完成制动系统的7次全制动的助力为宜，最高压力应为20Mpa～30Mpa。进气阀31为线性阀，可根据通电的时间或频率来控制阀口开度，进而对制动主缸进行精细化助力。储气缸压力传感器59与储气缸31的出气孔相连，实时监测储气缸31出口处的压力并将该压力值传给电子控制单元，电子控制单元据此判断储气缸内部压力是否处于正常工作范围，是否需要通过电机来补气。
所述的制动能量回收系统56由蓄电池33、电机34、离合器I 35、行星齿轮机构36、驱动轮37、主减速器38、离合器驱动阀I 39、飞轮40、离合器驱动阀II 41、离合器II 42、空气压缩机43、空气滤清器44、离合器III 45和离合器驱动阀III 46组成。所述的电机34在驱动工况时为电动机，在制动工况时为发电机。
所述的两个驱动轮37分别通过半轴连接到主减速器38的两个输出端口，主减速器38的输入端口与行星齿轮机构36后端相连，行星齿轮机构36前端与电机34后端、离合器I35前端相连。电机34的后端还与离合器III 45的前端相连，电机34的前端与蓄电磁33相连。离合器III 45的后端气压驱动孔与离合器驱动阀III 46的前端相连。离合器I 35后端的气压驱动孔和输出盘分与离合器驱动阀I 39的输出口和飞轮40的输入轴相连。飞轮40后端的输出轴与离合器II 42的前端相连，离合器II 42后端的气压驱动孔和输出盘分与离合器驱动阀II 41的输出口和空气压缩机43前端的输入轴相连。空气压缩机43前端的输入轴可选择性的连到离合器II 42后端的输出盘和离合器III 45后端的输出盘，空气压缩机43后端连接空气滤清器44的前端。离合器驱动阀I 39、离合器驱动阀II 41和离合器驱动阀III 46的后端均与储气缸32的出气孔相连，空气滤清器44的后端与储气缸32的进气孔相连。离合器驱动阀I 39、离合器驱动阀II 41和离合器驱动阀III 46均为常闭阀，即不通电时处于关闭状态，通电后处于接通状态。离合器I 35、离合器II 42和离合器III 45均为常分离状态，即不加压时，三个离合器处于分离状态，加压后三个离合器处于接合状态。
与现有技术相比本发明的有益效果是：
1.本发明所述的一种电动汽车制动能量回收及再利用系统中的制动系统取消了对发动机真空度的依赖，可应用于电动汽车及再生制动系统。
2.本发明所述的一种电动汽车制动能量回收及再利用系统中的制动系统，相较于新型全解耦线控制动系统取消了踏板感觉模拟器及寿命受限的高压蓄能器，和助力电机等零件，故可使制动系统结构更加紧凑、简单，发生故障概率更低。
3.本发明所述的一种电动汽车制动能量回收及再利用系统中的制动系统相较于新型全解耦线控制动系统取消了踏板感觉模拟器，可通过内部气压助力控制实现踏板感觉且不浪费驾驶员踩踏板产生的制动力。
4.本发明所述的一种电动汽车制动能量回收及再利用系统中的制动系统断电时，仍可通过驾驶员踩踏板产生制动压力，提高系统安全性。
5.本发明所述的一种电动汽车制动能量回收及再利用系统中的制动系统可实现主动制动，即在驾驶员不踩制动踏板的情况下通过气压助力产生系统所需的制动压力，且不会带动制动踏板运动。
6.本发明所述的一种电动汽车制动能量回收及再利用系统中的制动系统采用预压缩的空气作为助力动力源，取用方便、更环保且重量更轻。
7.本发明所述的一种电动汽车制动能量回收及再利用系统中将制动能量的回收与制动系统相结合，取消原有制动系统的助力机构，使底盘集成度更高。
8.本发明所述的一种电动汽车制动能量回收及再利用系统中制动能量可通过电机和飞轮两条途径进行回收及利用，使制动能量的使用更加合理化；另一方面，制动时，电机和飞轮同时对驱动轮产生反拖，提升制动效果，减少制动距离。
附图说明
图1是本发明所述的一种电动汽车制动能量回收及再利用系统的主视图；
图2是本发明所述的一种电动汽车制动能量回收及再利用系统中制动主缸的主视图的剖视图；
图3是本发明所述的一种电动汽车制动能量回收及再利用系统中主缸缸体主视图的剖视图；
图4是本发明所述的一种电动汽车制动能量回收及再利用系统中主缸缸体的右视图；
图5是本发明所述的一种电动汽车制动能量回收及再利用系统助力气压缸体主视图的剖视图；
图6是本发明所述的一种电动汽车制动能量回收及再利用系统助力气压缸体的左视图；
图7是本发明所述的一种电动汽车制动能量回收及再利用系统主缸端盖主视图的剖视图；
图8是本发明所述的一种电动汽车制动能量回收及再利用系统主缸端盖的左视图；
图9是本发明所述的一种电动汽车制动能量回收及再利用系统中制动能量回收部分的主视图；
图中：1.主缸缸体，2.主缸前腔回位弹簧，3.主缸前腔活塞，4.主缸前腔密封圈，5.主缸后腔回位弹簧，6.主缸后腔活塞，7.主缸后腔密封圈，8.主缸后腔活塞杆，9.排气阀，10.推杆密封圈，11.主缸推杆端头，12.主缸端盖，13.主缸推杆，14.制动踏板，15.左前增压阀，16.右后增压阀，17.右前增压阀，18.左后增压阀，19.左前减压阀，20.左后减压阀，21.左前轮压力传感器，22.右前轮压力传感器，23.右后减压阀，24右前减压阀，25.左前轮缸，26.右后轮缸，27.油滤，28.右前轮缸，29.左后轮缸，30.油杯I，30-1.油杯II，31.进气阀；32.储气缸；33.蓄电池；34.电机；35.离合器I；36.行星齿轮机构；37.车轮；38.主减速器；39.离合器驱动阀I；40.飞轮；41.离合器驱动阀II；42.离合器II；43.空气压缩机；44.空气滤清器；45.离合器III；46.离合器驱动阀III；47.助力气压缸体；48.排气孔；49.进气孔；50.主缸后腔上端口；51.主缸后腔下端口；52.主缸前腔上端口；53.主缸前腔下端口；54.制动主缸；55.气压助力机构；56.制动能量回收系统；57.制动系统执行机构；58.踏板行程传感器；59.储气缸压力传感器；
具体实施方式
下面以具体实施例的方式结合附图对本发明技术方案做进一步解释和说明。
参阅图1，所述的一种电动汽车制动能量回收及再利用系统由制动主缸54、气压助力机构55、制动能量回收系统56和制动系统执行机构57四部分组成。
所述的制动主缸54的前腔和后腔与制动系统执行机构57相连，制动主缸54的助力气腔与气压助力机构55的出气端相连，气压助力机构55的进气端与制动能量回收系统56相连。
制动系统执行机构结构为：
所述的制动系统执行机构57由左前增压阀15、右后增压阀16、右前增压阀17、左后增压阀18、左前减压阀19、左后减压阀20、左前轮压力传感器21、右前轮压力传感器22、右后减压阀23、右前减压阀24、左前轮缸25、右后轮缸26、油滤27、右前轮缸28、左后轮缸29和油杯组成。
油杯I 30分别与主缸后腔上端口50、主缸前腔上端口52相连。主缸前腔下端口53与左前增压阀15前端口和右后增压阀16的前端口相连。主缸后腔下端口51分别与右前增压阀17的前端口和左后增压阀18的前端口相连。左前轮缸25与左前增压阀15后端口、左前减压阀19前端口和左前轮压力传感器21相连。右后轮缸26与右后增压阀16后端口和右后减压阀23前端口相连。右前轮缸28与右前增压阀17后端口、右前减压阀24前端口和右前轮压力传感器22相连。左后轮缸29与左后增压阀18后端口和左后减压阀20前端口相连。左前减压阀19后端口、右后减压阀23后端口、右前减压阀24后端口和左后减压阀20后端口均通过油滤27与油杯II 30-1相连。
制动系统执行机构57中的左前增压阀15、右后增压阀16、右前增压阀17和左后增压阀18为常开型高速开关电磁阀。左前减压阀19、左后减压阀20、右后减压阀23和右前减压阀24常闭型高速开关电磁阀。
气压助力机构结构为：
气压助力机构55由进气阀31、储气缸32和59.储气缸压力传感器59组成。储气缸31的出气孔通过进气阀31与制动主缸的进气孔49相连。储气缸的容量一般能完成制动系统的7次全制动的助力为宜，最高压力应为20Mpa～30Mpa。进气阀31为线性阀，可根据通电的时间或频率来控制阀口开度，进而对制动主缸进行精细化助力。储气缸压力传感器59与储气缸31的出气孔相连，实时监测储气缸31出口处的压力并将该压力值传给电子控制单元，电子控制单元据此判断储气缸内部压力是否处于正常工作范围，是否需要通过电机来补气。
制动主缸结构为：
参阅图2，制动主缸54由主缸缸体1、主缸前腔回位弹簧2、主缸前腔活塞3、主缸前腔密封圈4主缸后腔回位弹簧5、主缸后腔活塞6、主缸后腔密封圈7、主缸后腔活塞杆8、排气阀9、推杆密封圈10、主缸推杆端头11、主缸端盖12、主缸推杆13、制动踏板14和助力气压缸体47组成。其主要作用是在驾驶员踏板力的刺激下，附加一个相应的气压力使制动主缸的前腔和后腔产生相应轮缸所需的液压力；
所述的主缸缸体1为一端向后开口的圆柱筒状类零件，其内部圆柱形空腔中从前到后依次装有主缸前腔回位弹簧2、主缸前腔活塞3、主缸后腔回位弹簧5和主缸后腔活塞6。主缸缸体1的筒底面与主缸前腔活塞3之间的部分组成主缸前腔，主缸前腔活塞3与主缸后腔活塞6之间的部分组成主缸后腔，主缸前腔回位弹簧2和主缸后腔回位弹簧5依次位于主缸前腔和主缸后腔内。主缸前腔回位弹簧2的前端抵靠在缸体1的筒底面上，后端抵靠在主缸前腔活塞3的前端面上。主缸后腔回位弹簧5的前端抵靠在主缸前腔活塞3的后端面上，后端与主缸后腔活塞杆8螺纹连接。主缸缸体1的主缸前腔圆柱壁上有两个沿圆周角度差为180度、分别位于前端和后端的圆形通孔，前端圆形通孔为主缸前腔下端口53，后端圆形通孔为主缸前腔上端口52。主缸后腔前端圆柱壁上有与主缸前腔上端口52沿圆周方向角度差为0度的主缸后腔上端口50和与主缸前腔上端口52沿圆周方向角度差为180度的主缸后腔下端口51，主缸后腔上端口50和主缸后腔下端口51分别位于主缸后腔的后端和前端。初始时刻，主缸前腔活塞3的前端面位于主缸前腔上端口52之后，主缸前腔活塞3的厚端面位于主缸后腔下端口51之前，主缸后腔活塞6的前端面位于主缸后腔上端口50之后。主缸前腔活塞3的外圆柱面环形槽内装有主缸前腔密封圈4。主缸后腔活塞6的外圆柱面环形槽内装有主缸后腔密封圈7。主缸缸体1的开口端内圆柱面上呈现阶梯状，开口端的阶梯孔半径稍大且其内表面加工有内螺纹。
所述的助力气压缸体47为两端开口的圆柱筒状类零件，助力气压缸体47的圆柱形空腔中部有一个分隔板将其分成气压助力腔和后空腔，分隔板中心处有个连通气压助力腔和后空腔的通孔，该通孔中放置主缸后腔活塞杆8，孔壁上与主缸推杆13之间的环形凹槽内放置有推杆密封圈10。助力气压缸体47的前端与主缸缸体1的后端通过螺纹连接。后空腔内从前到后依次装有主缸后腔活塞杆8和主缸推杆端头11，其中主缸后腔活塞杆8的前端与主缸后腔活塞6的后端通过螺纹连接，主缸后腔活塞杆8和主缸推杆端头11之间轴向接触，二者之间不存在固定连接，主缸推杆端头11的后端面与主缸端盖12前端的圆盘底面相接触。排气阀9固定于排气孔48内。主缸端盖12从助力气压缸体47后端通过螺纹将其盖合。主缸推杆13穿过主缸端盖12的中心通孔，其后端与制动踏板14连接。所述的踏板行程传感器58安装在主缸推杆13上，其输出端与电子控制单元的输入端连接，踏板行程传感器58用来检测驾驶员踩踏和松开制动踏板14时主缸推杆13的位移。
参阅图3、图4，主缸缸体1为一端向后开口的圆柱筒状类零件，主缸缸体1的前端圆柱壁上有两个沿圆周角度差为180度的圆形通孔，二者前后布置，前端为主缸前腔下端口53，后端为主缸前腔上端口52。主缸缸体1的后端圆柱壁上有与主缸前腔上端口52沿圆周方向角度差为0度的主缸后腔上端口50和与主缸前腔上端口52沿圆周方向角度差为180度的主缸后腔下端口51，主缸后腔上端口50位于主缸后腔下端口51之后。主缸后腔上端口50的作用为使主缸后腔内部的制动液可以通过该孔与油杯内制动液进行交流。主缸前腔上端口52的作用为使主缸前腔内部的制动液可以通过该孔与油杯内制动液进行交流。主缸后腔下端口51的作用为使主缸后腔内部的高压制动液可以通过该通孔流入相应制动轮缸。主缸前腔下端口53的作用为使主缸前腔内部的高压制动液可以通过该通孔流入相应制动轮缸。主缸缸体1的开口端内圆柱面上呈现阶梯状，开口端的阶梯孔半径稍大且其内表面加工有内螺纹。
参阅图5、图6，所述的助力气压缸体47为两端开口的圆柱筒状类零件，助力气压缸体47的圆柱形空腔中部有一个分隔板将其分成气压助力腔和后空腔，分隔板中心处有个连通气压助力腔和后空腔的通孔，该通孔中有放置推杆密封圈10的环形凹槽，气压助力腔开口处的缸壁上有沿圆周呈180°的两个圆形通孔，其中一个圆形通孔与主缸前腔上端口52沿圆周方向角度差为0度，其为排气孔48。另一个圆形通孔为进气孔49。气压助力腔前端开口处外壁上加工有外螺纹，后空腔后端开口处外壁上加工有外螺纹。
参阅图7、图8，主缸端盖12为圆盘类零件，其右端加工有向后开口的圆盘，圆盘底部中心有通孔，通孔外围有四个沿圆周均匀分布的透气圆孔，圆盘开口内壁处有内螺纹。
主缸推杆13和主缸后腔活塞杆8均为轴类零件，二者前端分工有外螺纹。主缸前腔活塞3和主缸后腔活塞6为圆盘类零件，其外圆柱面上分别有放置主缸前腔密封圈4和主缸后腔密封圈7的环形凹槽。主缸后腔活塞6后端加工有同心盲孔，盲孔内壁有与主缸后腔活塞杆8前端外螺纹相连的内螺纹。主缸推杆端头11为套筒类橡胶零件，其后端面加工有同心盲孔，盲孔内壁上加工有内螺纹；
制动能量回收系统结构为：
参阅图9，所述的制动能量回收系统56由，蓄电池33、电机34、离合器I 35、行星齿轮机构36、驱动轮37、主减速器38、离合器驱动阀I 39、飞轮40、离合器驱动阀II 41、离合器II 42、空气压缩机43、空气滤清器44、离合器III 45和离合器驱动阀III 46组成。其主要功用是在制动时将驱动轮的能量回收到蓄电池和储气罐中，蓄电池中的能量通过电机在驱动工况下促使驱动轮运动和在非驱动、非制动工况下带动空气压缩机为储气缸充气；储气缸中的能量在制动工况下为制动主缸进行气压助力，使制动主缸产生制动轮缸所需的制动压力。
所述的电机34在驱动工况时为电动机，在制动工况时为发电机。
所述的两个驱动轮37分别通过半轴连接到主减速器38的两个输出端口，主减速器38的输入端口与行星齿轮机构36后端相连，行星齿轮机构36前端与电机34后端、离合器I35前端相连。电机34的后端还与离合器III 45的前端相连，电机34的前端与蓄电磁33相连。离合器III 45的后端气压驱动孔与离合器驱动阀III 46的前端相连。离合器I 35后端的气压驱动孔和输出盘分与离合器驱动阀I 39的输出口和飞轮40的输入轴相连。飞轮40后端的输出轴与离合器II 42的前端相连，离合器II 42后端的气压驱动孔和输出盘分与离合器驱动阀II 41的输出口和空气压缩机43前端的输入轴相连。空气压缩机43前端的输入轴可选择性的连到离合器II 42后端的输出盘和离合器III 45后端的输出盘，空气压缩机43后端连接空气滤清器44的前端。离合器驱动阀I 39、离合器驱动阀II 41和离合器驱动阀III 46的后端均与储气缸32的出气孔相连，空气滤清器44的后端与储气缸32的进气孔相连。离合器驱动阀I 39、离合器驱动阀II 41和离合器驱动阀III 46均为常闭阀，即不通电时处于关闭状态，通电后处于接通状态。离合器I 35、离合器II 42和离合器III 45均为常分离状态，即不加压时，三个离合器处于分离状态，加压后三个离合器处于接合状态。
一种电动汽车制动能量回收及再利用系统的工作原理
1.驱动工况：当汽车处于驱动工况时，制动主缸54、气压助力机构55和制动系统执行机构57均不工作，此时电机34将蓄电池33的电能转化为动能，通过行星齿轮机构36和主减速器38驱动电动汽车的两个驱动轮37运动。驱动工况时，通过储气缸压力传感器59监测储气缸32出口处压力，将该压力等效为储气缸32内部压力，当该压力小于等于储气缸32预先设定的工作压力范围的最小值时，离合器3驱动阀46通电打开，储气缸32内部的高压气体通过离合器3驱动阀46流入离合器3(45)中，将离合器3(45)接合，此时电机34通过离合器3(45)带动空气压缩机工作给储气缸充气加压。当储气缸压力传感器59监测储气缸32出口处压力大于等于储气缸32预先设定的工作压力范围的最大值时，离合器3驱动阀46断电关闭，离合器3(45)中的高压气体排出促使其处于分离状态，此时电机34与空气压缩机43不再相连，储气缸停止进气。
2.制动工况：当汽车处于制动工况时，制动能量回收系统56中离合器1驱动阀39和离合器2驱动阀41通电接合，储气缸32内部的高压气体一方面通过离合器1驱动阀39流入离合器1(35)中，将离合器1(35)接合，另一方面通过离合器2驱动阀41流入离合器2(42)中，将离合器2(42)接合。此时驱动轮37通过主减速器38和行星齿轮机构36一方面带动电机给蓄电池充电，另一方面通过离合器1(35)带动飞轮40旋转，飞轮40通过离合器2(42)带动空气压缩机43通过空气滤清器44给储气缸32充气。随着制动的进行，当飞轮40的旋转速度大于行星齿轮输出轴的速度时，离合器1驱动阀39断电关闭，离合器1(35)中的高压气体排出促使其处于分离状态，此时飞轮40凭借惯性继续带动空气压缩机43给储气缸32充气，避免了行星齿轮机构36对飞轮40的反拖。当飞轮40的旋转速度为零时，离合器2驱动阀41断电关闭，离合器2(42)中的高压气体排出促使其处于分离状态，此时空气压缩机43不再工作，储气缸充气活动停止。
以下分情况说明制动主缸54、气压助力机构55和制动系统执行机构57的工作原理。
2.1常规制动工况：当驾驶员踩下制动踏板14后通过主缸推杆13、主缸推杆端头11和主缸后腔活塞杆8推动主缸后腔活塞6前移，踏板行程传感器58将主缸推杆13的位移状态传递给电子控制单元，电子控制单元综合各方面信息判断驾驶员制动意图，得到任意时刻四个轮缸的目标压力。此时电子控制单元先给排气阀9通电，使其关闭，再给进气阀31通电，使其具有一定的开度，储气缸32内部的高压气体通过进气阀31和制动主缸进气孔49流入制动主缸的气压助力腔，此时高压气体推动主缸后腔活塞6给驾驶员助力。随着主缸前腔活塞3和主缸后腔活塞6分别克服各自的回位弹簧而前移，主缸前腔和主缸后腔内部制动液被压缩压力升高，此时左前增压阀15、右后增压阀16、右前增压阀17和左后增压阀18均断电开启，左前减压阀19、左后减压阀20、右后减压阀23和右前减压阀24均断电关闭。主缸前腔内部的高压制动液分别经过左前增压阀15流入左前轮缸25和经过右后增压阀16流入右后轮缸26；主缸后腔内部的高压制动液分别经过右前增压阀17流入右前轮缸28和经过左后增压阀18流入左后轮缸29；通过上述动作完成四个制动轮缸的常规制动，现对主缸后腔活塞6进行受力分析：
F推杆力+P气腔A2＝F弹簧力+P后腔A1
式中：F推杆力—驾驶员作用在主缸推杆13上的力；
F弹簧力—主缸后腔回位弹簧5被压缩后产生的弹簧力；
P气腔—制动主缸的气压助力腔内部压强；
P后腔—主缸后腔内部压强；
A1—主缸后腔活塞6前端面有效面积；
A2—主缸后腔活塞6后端面有效面积；；
2.2主动制动情况：此时驾驶员没有踩制动踏板，但电子控制单元通过路面识别出汽车处于低附着路面，或通过滑移率判断出汽车即将打滑时，认为此时需要采取制动措施，则电子控制单元先给排气阀9通电，使其关闭，再为进气阀31通以相应的电流，致使制动主缸的气压助力腔内部产生高压，推动主缸后腔活塞6前移，实现主动制动。此时由于驾驶员未踩踏板，故主缸后腔活塞6前移过程中使主缸后腔活塞杆8与主缸推杆端头11分离，使得主缸推杆端头11与主缸推杆13不会跟随主缸后腔活塞6而发生移动，故而驾驶员不会因为踏板自行移动而产生恐慌。
若在主动制动的情况下，驾驶员突然感知到需要制动，则其踩下制动踏板，起初，主缸推杆13没有阻力的情况下前移，当主缸推杆端头11靠到主缸后腔活塞杆8的后端面上时，则驾驶员与主缸气压助力腔内部的气压力一起推动主缸后腔活塞6向前移动使主缸前腔和后腔产生所需的液压力。该设计不会造成驾驶员踏板力的浪费。
2.3主动快速制动的情况：与主动制动工作原理基本一致，此时电子控制单元会给进气阀31通以较大电流，使整个制动主缸快速产生较大的气压助力。
2.4失效制动：当制动系统突然断电失效时，如需制动则采取失效制动，此时气压助力机构55不工作，驾驶员踩下制动踏板14经过主缸推杆13、主缸推杆端头11和主缸后腔活塞杆8推动主缸后腔活塞6前移，使主缸前腔和后腔产生液压力，并通过四个常开的增压阀流入相应的制动轮缸，制动系统实现部分制动功能。该过程中所有阀均断电失效，进气阀31常闭，进气阀9常开，此时制动主缸的气压助力腔通过进气阀9与外界接通。
2.5踏板感觉模拟：当电子控制单元给进气阀31通电后，储气缸32内的高压气体通过进气阀31流入制动主缸的气压助力腔内，此时系统可根据四个轮缸的压力需要来控制进气阀31的输入PWM信号，改变进气阀31的阀口开度即可控制制动主缸的气压助力腔内部压力值，更直白的说，可通过控制进气阀31来调节制动主缸的气压助力腔内部的气压值，来实现驾驶员的不同脚感。
2.6压力的精确调节：本专利所述的一种电动汽车制动能量回收及再利用系统采用高压气体来为线控制动系统助力，由电磁阀工作原理可知，线性电磁阀的开度可根据信号的不同而线性变化，故可通过控制进气阀31来较好的控制系统的助力，实现线控制动系统轮缸压力的精确调节。
2.7制动防抱死系统(ABS)：参阅图1，增压：驾驶员踩下制动踏板，图中电磁阀均不通电，各个电磁阀均处于初始状态，主缸前腔内部的高压制动液分别通过左前增压阀15及右后增压阀16流入左前轮缸25和右后轮缸26，主缸后腔内部的高压制动液分别通过右前增压阀17及左后增压阀18流入右前轮缸28和左后轮缸29。保压：当驾驶员踩下制动踏板时，电子控制单元检测到某一车轮即将发生抱死，假设左前轮缸25需要保压，此时电子控制单元控制左前增压阀15和左前减压阀19处于关闭状态，使该轮缸处于保压状态，另外三个制动轮缸可继续增压。减压：当电子控制单元检测到某个车轮发生抱死时，则需对该车轮的制动轮缸进行泄压，例如，左后轮缸29需要泄压时，其余三个轮缸继续增压，则左后增压阀18通电关闭，其余三个增压阀断电开启，左后减压阀20通电开启，其余三个减压阀断电关闭，实现左前轮缸29减压的同时，其他三个制动轮缸增压；
值得注意的是，该制动系统可实现每个制动轮缸的单独增压、减压或保压，即制动系统中四个通道增压、减压和保压可能同时存在，不需分时调节。
2.8牵引力控制系统(TCS)：TCS控制与ABS控制的主要区别是，驾驶员是否踩制动踏板，在执行TCS控制时，驾驶员不踩制动踏板，故增压、保压、减压过程中作用在主缸后腔活塞6后端面的力仅为气压助力腔的气压力。至于整个线控制动系统中增压、保压、减压工况时的动作是一致的。
2.9车身电子稳定系统(ESP)：该线控制动系统的ESP控制的增压、减压和保压原理与ABS、TCS控制完全一致，与其他二者主要在控制策略上有所不同。

Claims (5)

1.一种电动汽车制动能量回收及再利用系统，其特征在于，该系统由制动主缸(54)、气压助力机构(55)、制动能量回收系统(56)和制动系统执行机构(57)四部分组成；
制动主缸(54)由主缸缸体(1)、主缸前腔回位弹簧(2)、主缸前腔活塞(3)、主缸前腔密封圈(4)主缸后腔回位弹簧(5)、主缸后腔活塞(6)、主缸后腔密封圈(7)、主缸后腔活塞杆(8)、排气阀(9)、推杆密封圈(10)、主缸推杆端头(11)、主缸端盖(12)、主缸推杆(13)、制动踏板(14)和助力气压缸体(47)组成；
所述的主缸缸体(1)为一端向后开口筒状类零件，主缸缸体(1)的空腔中从前到后依次装有主缸前腔回位弹簧(2)、主缸前腔活塞(3)、主缸后腔回位弹簧(5)和主缸后腔活塞(6)；主缸缸体(1)的筒底面与主缸前腔活塞(3)之间的部分组成主缸前腔，主缸前腔活塞(3)与主缸后腔活塞(6)之间的部分组成主缸后腔，主缸前腔回位弹簧(2)和主缸后腔回位弹簧(5)分别位于主缸前腔和主缸后腔内；主缸缸体(1)的主缸前腔腔壁上有两个沿圆周角度差为180度、分别位于前端和后端的通孔，前端通孔为主缸前腔下端口(53)，后端通孔为主缸前腔上端口(52)；主缸后腔前端腔壁上有与主缸前腔上端口(52)沿圆周方向角度差为0度的主缸后腔上端口(50)和与主缸前腔上端口(52)沿圆周方向角度差为(180)度的主缸后腔下端口(51)，主缸后腔上端口(50)和主缸后腔下端口(51)分别位于主缸后腔的后端和前端；主缸缸体(1)的后端开口处和助力气压缸体(47)密封连接；主缸前腔下端口(53)和主缸后腔下端口(51)分别与制动系统执行机构(57)相连；
所述的助力气压缸体(47)为两端开口的筒状类零件，助力气压缸体(47)的空腔中部有一个分隔板将其分成气压助力腔和后空腔，分隔板中心处有个连通气压助力腔和后空腔的通孔，该通孔中有放置推杆密封圈(10)的环形凹槽，气压助力腔开口处的缸壁上有沿圆周呈180°的两个通孔，其中一个圆形通孔与主缸前腔上端口(52)沿圆周方向角度差为0度，其为排气孔(48)，另一个通孔为进气孔(49)；助力气压缸体(47)后端开口与主缸端盖(12)固定连接；
主缸端盖(12)为圆盘类零件，其右端加工有向后开口的圆盘，圆盘底部中心有通孔，通孔外围有多个沿圆周均匀分布的透气圆孔；
主缸推杆(13)和主缸后腔活塞杆(8)均为轴类零件；主缸后腔活塞杆(8)前端与主缸后腔活塞(6)后端的盲孔连接，主缸后腔活塞杆(8)穿过推杆密封圈(10)后端与主缸推杆端头(11)固定连接，主缸推杆端头(11)为套筒类橡胶零件，主缸推杆(13)与主缸推杆端头(11)后端面盲孔固定连接；主缸推杆(13)后端安装制动踏板(14)；
气压助力机构(55)由进气阀(31)、储气缸(32)和储气缸压力传感器(59)组成；储气缸(32)的出气孔通过进气阀(31)与制动主缸的进气孔(49)相连；储气缸(32)的进气端与制动能量回收系统(56)连接；
所述的制动能量回收系统(56)由蓄电池(33)、电机(34)、离合器I(35)、行星齿轮机构(36)、驱动轮(37)、主减速器(38)、离合器驱动阀I(39)、飞轮(40)、离合器驱动阀II(41)、离合器II(42)、空气压缩机(43)、空气滤清器(44)、离合器III(45)和离合器驱动阀III(46)组成；所述的电机(34)在驱动工况时为电动机，在制动工况时为发电机；
所述的两个驱动轮(37)分别通过半轴连接到主减速器(38)的两个输出端口，主减速器(38)的输入端口与行星齿轮机构(36)后端相连，行星齿轮机构(36)前端与电机(34)后端、离合器I(35)前端相连；电机(34)的后端还与离合器III(45)的前端相连，电机(34)的前端与蓄电磁(33)相连；离合器III(45)的后端气压驱动孔与离合器驱动阀III(46)的前端相连；离合器I(35)后端的气压驱动孔和输出盘分与离合器驱动阀I(39)的输出口和飞轮(40)的输入轴相连；飞轮(40)后端的输出轴与离合器II(42)的前端相连，离合器II(42)后端的气压驱动孔和输出盘分与离合器驱动阀II(41)的输出口和空气压缩机(43)前端的输入轴相连；空气压缩机(43)前端的输入轴可选择性的连到离合器II(42)后端的输出盘和离合器III(45)后端的输出盘，空气压缩机(43)后端连接空气滤清器(44)的前端；离合器驱动阀I(39)、离合器驱动阀II(41)和离合器驱动阀III(46)的后端均与储气缸(32)的出气孔相连，空气滤清器(44)的后端与储气缸(32)的进气孔相连；离合器驱动阀I(39)、离合器驱动阀II(41)和离合器驱动阀III(46)均为常闭阀，即不通电时处于关闭状态，通电后处于接通状态；离合器I(35)、离合器II(42)和离合器III(45)均为常分离状态，即不加压时，三个离合器处于分离状态，加压后三个离合器处于接合状态。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车制动能量回收及再利用系统，其特征在于，储气缸(32)的容量以能完成制动系统的七次全制动的助力为宜，最高压力为20Mpa～30Mpa。
3.根据权利要求1所述的一种电动汽车制动能量回收及再利用系统，其特征在于，进气阀(31)为线性阀，可根据通电的时间或频率来控制阀口开度，进而对制动主缸进行精细化助力。
4.根据权利要求1所述的一种电动汽车制动能量回收及再利用系统，其特征在于，储气缸压力传感器(59)与储气缸(31)的出气孔相连，实时监测储气缸(31)出口处的压力并将该压力值传给电子控制单元，电子控制单元据此判断储气缸内部压力是否处于正常工作范围，是否需要通过电机来补气。
5.根据权利要求1所述的一种电动汽车制动能量回收及再利用系统，其特征在于，所述的制动系统执行机构(57)由左前增压阀(15)、右后增压阀(16)、右前增压阀(17)、左后增压阀(18)、左前减压阀(19)、左后减压阀(20)、左前轮压力传感器(21)、右前轮压力传感器(22)、右后减压阀(23)、右前减压阀(24)、左前轮缸(25)、右后轮缸(26)、油滤(27)、右前轮缸(28)、左后轮缸(29)和油杯组成；
油杯I(30)分别与主缸后腔上端口(50)、主缸前腔上端口(52)相连；主缸前腔下端口(53)与左前增压阀(15)前端口和右后增压阀(16)的前端口相连；主缸后腔下端口(51)分别与右前增压阀(17)的前端口和左后增压阀(18)的前端口相连；左前轮缸(25)与左前增压阀(15)后端口、左前减压阀(19)前端口和左前轮压力传感器(21)相连；右后轮缸(26)与右后增压阀(16)后端口和右后减压阀(23)前端口相连；右前轮缸(28)与右前增压阀(17)后端口、右前减压阀(24)前端口和右前轮压力传感器(22)相连；左后轮缸(29)与左后增压阀(18)后端口和左后减压阀(20)前端口相连；左前减压阀(19)后端口、右后减压阀(23)后端口、右前减压阀(24)后端口和左后减压阀(20)后端口均通过油滤(27)与油杯II(30-1)相连；
制动系统执行机构(57)中的左前增压阀(15)、右后增压阀(16)、右前增压阀(17)和左后增压阀(18)为常开型高速开关电磁阀；左前减压阀(19)、左后减压阀(20)、右后减压阀(23)和右前减压阀(24)常闭型高速开关电磁阀。
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