CN108116381B - 气压式制动能量回收利用辅助启动制动系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气压式制动能量回收利用辅助启动制动系统，包括传动机构，气压回路装置和电控组；传动机构包括皮带轮组和气动离合器，皮带轮组连接汽车传动轴和气动离合器；气压回路装置的辅助制动部分由储气罐、空气压缩机、空气处理装置、单向阀以及电磁阀和减压阀串联而成，辅助启动部分由储气罐、电磁阀、减压阀和气动机组成，气动机的进气口通过电磁阀与储气罐的一个出气口连接，气动机的转动力矩输出端与传动机构的气动离合器相连；电控组包括电控单元和传感器，电控单元采用单片机控制；本系统采用气压储能，实现了兼顾制动能量的回收、回收能量辅助制动和辅助启动的三方面要求，降低了车量的能耗、提高了车辆工作的效率和行驶安全性。

Description

气压式制动能量回收利用辅助启动制动系统

技术领域

本发明属于汽车制造技术领域，涉及一种汽车制动能量回收再利用的系统，具体是一种气压式制动能量回收利用辅助启动制动系统。

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。所以，如果能将制动中损失的能量回收并加以利用，用于车辆的辅助启动和制动，将是非常有应用前景并符合绿色能源的关键性技术。

发明内容

本发明的目的就是提出一种气压式制动能量回收利用辅助启动制动系统，能够采用气压储能，兼顾制动能量的回收、回收能量辅助制动和辅助启动的三方面要求，以降低车量能耗、提高车辆工作效率和行驶安全性。

本发明为了实现上述目的所采用的技术方案：

一种气压式制动能量回收再利用及辅助启动系统，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、皮带和气动离合器，皮带轮和皮带组合成皮带轮组连接汽车传动轴和第一气动离合器、第二气动离合器；

所述气压回路装置包括辅助制动部分和辅助启动部分，辅助制动部分由储气罐、空气压缩机、空气处理装置、单向阀以及电磁阀和第一减压阀、第二减压阀组成，空气压缩机的动力输入端与传动机构的第一气动离合器机械相连，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通过单向阀与储气罐进气口连接，储气罐的另一侧出气口依次通过电磁阀和第一减压阀连接到传动机构的第一气动离合器上，通过第二减压阀连接到第二气动离合器；空气压缩机的入气口通过空气滤清器与外界空气源相通；辅助启动部分由储气罐、电磁阀、第二减压阀和气动机组成，储气罐的一个出气口接电磁阀，电磁阀连接第二减压阀，第二减压阀与传动机构的第二气动离合器相连，气动机的进气口通过电磁阀与储气罐的一个出气口连接，气动机的转动力矩输出端也与第二气动离合器相连；

所述电控组包括电控单元和传感器，电控单元采用单片机控制，传感器包括速度传感器、坡度传感器和离合器踏板角度传感器，速度传感器、坡度传感器和离合器踏板角度传感器分别连接单片机，单片机通过电磁继电器与各电磁阀连接，单片机上还设置有手动开关。

所述单片机采用STC89C52芯片，电控单元包括单片机电路、稳压电路、传感器接口电路、继电器电路以及开关电路，单片机电路通过传感器接口电路与速度传感器、坡度传感器和离合器踏板角度传感器连接；单片机电路通过继电器电路连接电磁阀。

本发明的有益效果是：

（1）辅助制动系统采用一键开启和关闭功能，在车辆下坡或者高速制动时，可以完全遵循驾驶员的意愿进行辅助制动，通过设置减压阀的排气压力从而实现对辅助制动力大小的改变，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，不会改变汽车传动轴的结构，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，检测到超速时系统主动提示驾驶员开启辅助制动系统，减速期间可以只开启辅助制动系统，而不需要人工制动，在一定程度上不仅降低了车速，而且回收了制动能量，并利于保护驾驶员的生命财产安全，社会价值显著。

（6）系统可以自动检测车辆是否处于下坡行驶，系统主动提示驾驶员开启辅助制动系统。

（7）系统具有辅助启动能力，在车辆启动时，系统控制单元接受来自车辆机械启动系统的信号，随着离合器踏板复位程度的增大，储气罐后控制阀开度增大，气动机提供辅助启动力矩增大，为车辆提供辅助启动转矩。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的控制流程图；

图3是本发明中单片机电路图；

图4是本发明中传感器接口电路图；

图5是本发明中继电器电路图；

图6是本发明中稳压电路图；

图7是本发明中开关电路图。

图中1为汽车传动轴；2为皮带轮；3为皮带；4为第一气动离合器；5为空气滤清器；6为空气压缩机；7为空气处理装置；8为单向阀；9为储气罐；10为安全阀；11为速度传感器；12为坡度传感器；13为离合器踏板角度传感器；14为手动开关；15为电磁继电器；16为电磁阀；17为气动机；18为第一减压阀；19为空气源；20为第二气动离合器；21为单片机；22为第二减压阀。

实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明

一种气压式制动能量回收再利用及辅助启动系统，如图1所示，包括传动机构，气压回路装置和电控组；传动机构包括皮带轮2、皮带3和第一气动离合器4、第二气动离合器20，皮带轮2和皮带3组合成皮带轮组连接汽车传动轴1和第一气动离合器4、第二气动离合器20；

气压回路装置包括辅助制动部分和辅助启动部分，辅助制动部分由储气罐9、空气压缩机6、空气处理装置7、单向阀8以及电磁阀16和第一减压阀18、第二减压阀22组成，空气压缩机6的动力输入端与传动机构的第一气动离合器4机械相连，空气压缩机6的排气口与空气处理装置7的入口相连，空气处理装置7的出口通过单向阀8与储气罐9进气口连接，储气罐9的另一侧出气口依次通过电磁阀16和第一减压阀18、第二减压阀22，第一减压阀18连接到传动机构的第一气动离合器4，第二减压阀22连接到传动机构的第二气动离合器20上，空气压缩机6的入气口通过空气滤清器5与外界空气源19相通；辅助启动部分由储气罐9、电磁阀16、减压阀22和气动机17组成，储气罐9的一个出气口接电磁阀16，电磁阀16连接第二减压阀22，第二减压阀22与传动机构的第二气动离合器20相连，气动机17的进气口通过电磁阀16与储气罐9的一个出气口连接，气动机17的转动力矩输出端也与第二气动离合器20相连；储气罐9设置有安全阀10；电控组包括电控单元和传感器，电控单元采用单片机21控制，传感器包括速度传感器11、坡度传感器12和离合器踏板角度传感器13，速度传感器11、坡度传感器12和离合器踏板角度传感器13分别连接单片机21，单片机21通过电磁继电器15与各电磁阀16连接，单片机21上还设置有手动开关14。

本发明储能的原理是：电磁阀16K1接收到通电指令后呈开启状态，储气罐9预储备的压缩空气可经过电磁阀16K1、第一减压阀18 进入第一气动离合器4中，第一气动离合器4接合，此时，汽车传动轴1的转动力矩通过皮带轮2和皮带3至空气压缩机6，空气压缩机6开始工作，空气源19通过空气滤清器5后被空气压缩机6压缩，之后经过空气处理装置7存入储气罐9，完成储能工作。

当车辆下坡时，坡度传感器12检测到汽车下坡的信号，输入至单片机21，经运算处理后给给驾驶员一个辅助制动开启提醒，驾驶员通过手动开关14，给电磁阀16K1一个通电指令，电磁阀16K1开启，储气罐9中的压缩气体就通过电磁阀16K1 和第一减压阀18进入第一气动离合器4，第一气动离合器4接合，此时，汽车传动轴1上的转矩经过皮带轮组传给空气压缩机6的输入转轴，进而空气压缩机6开始运转，空气源19经空气滤清器5过滤后，进入空气压缩机6，被压缩的气体再经过空气处理装置7干燥和分离油雾后，通过单向阀8存入储气罐9，这个过程完成了储能和辅助制动过程；下坡结束后，驾驶员通过手动开关14使电磁阀16K1 不通电即呈关闭状态，电磁阀16K2 开启，第一气动离合器4的气体经过电磁阀16K2排除，第一气动离合器4分离，系统停止工作。

当车辆超速时（大于120km/h），速度传感器11检测到超速信号，输入至单片机21，经运算处理给电磁阀16K1一个通电指令，电磁阀16K1开启，储气罐9中的压缩气体就通过电磁阀16K1 和第一减压阀18进入第一气动离合器4，第一气动离合器4接合，同样，空气压缩机6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16K1不通电即呈关闭状态，电磁阀16K2 开启，第一气动离合器4的气体经过电磁阀K2 排除，第一气动离合器4分离，系统停止工作。

当需要刹车时，驾驶员通过手动开关14给电磁阀16K1一个通电指令，电磁阀16K1开启，储气罐9中的压缩气体就通过电磁阀16K1 和第一减压阀18进入第一气动离合器4，第一气动离合器4接合，进而空气压缩机6开始正常运转，空气源19经空气滤清器5过滤后，进入空气压缩机6，被压缩的气体再经过空气处理装置7干燥和分离油雾后，通过单向阀8存入储气罐9，系统完成了储能和辅助制动过程。刹车结束，驾驶员关闭辅助制动系统。

当储气罐9中气压达到设定压力极限后，安全阀10开启，排出多余的压缩气体，确保安全。

当汽车起步时，速度传感器11检测到汽车的速度小于15km/h，发送给单片机21，同时随着驾驶员离合器踏板的放松，离合器踏板角度传感器13检测到离合器踏板处于回程过程中，将信号发送给单片机21，一方面单片机21给电磁阀16K3一个通电指令，电磁阀16K3开启，储气罐9中的压缩气体就通过电磁阀16K3和第二减压阀22进入第二气动离合器20，第二气动离合器20结合，另一方面单片机21给电磁阀16K4一个通电指令，电磁阀16K4开启，储气罐9中的压缩气体通过电磁阀16K4进入到气动机17，整个气动回路接通，第二气动离合器20的转矩输出端连接皮带轮组，皮带轮组与汽车传动轴1相连接，系统完成辅助启动过程；当车速大于15km/h时，速度传感器11则发送信号给单片机21，单片机21则关闭电磁阀16K3和K4，开启电磁阀16K5，第二气动离合器20中的多余气体则由电磁阀16K5排除，辅助启动工作完成。

本发明中单片机21的控制过程如图2所示，当汽车启动时，单片机21上电工作，进入初始化状态，初始化时对单片机21的寄存器进行设置，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；汽车起步时，离合器踏板角度传感器13判断离合器踏板回程的角度，速度传感器11检测车辆的速度小于15km/h，在此状态下，辅助启动系统开始工作，电磁阀16K3、K4接通，辅助启动工作开始，当车速大于15km/h时，速度传感器11发送信息给单片机21，电磁阀16K5开启，K3、K4关闭，辅助启动系统停止工作，至此，辅助启动系统工作完成；汽车超速时，速度传感器11检测到汽车速度大于120km/h，发送信号给单片机21，单片机21控制电磁阀16K1开启，辅助制动系统接入系统，当车速降到120km/h以下时，速度传感器11发送信号给单片机21，单片机21关闭电磁阀16K1，开启电磁阀16K2，辅助制动系统停止工作；当汽车下坡时，坡度传感器12检测到车辆处于下坡状态，坡度传感器12发送信号给单片机21，单片机21发送提醒信号给驾驶员，提醒驾驶员开启辅助制动系统，驾驶员开启辅助制动系统手动开关14，电磁阀16K1开启，辅助制动开始，当下坡结束时，坡度传感器12发送信号给单片机21，电控组提醒驾驶员关闭辅助制动系统，驾驶员关闭辅助制动手动开关，电磁阀16K2开启，辅助制动结束；当汽车刹车时，驾驶员直接开启辅助制动手动开关14，电磁阀16K1开启，辅助制动开始，刹车结束，驾驶员关闭手动开关16，电磁阀16K2接入，辅助制动结束。

本发明中控制电路如图3，图4，图5，图6和图7所示，图中给出了单片机电路、继电器电路、稳压电路、传感器接口电路、开关电路以及各部分与单片机电路的连接位置，所述单片机采用STC89C52芯片，电控单元包括单片机电路、稳压电路、传感器接口电路、继电器电路以及开关电路，单片机电路通过传感器接口电路与速度传感器、坡度传感器和离合器踏板角度传感器连接；单片机电路通过继电器电路连接所述电磁阀。

Claims (4)

1.一种气压式制动能量回收再利用及辅助启动系统，其特征在于：包括传动机构，气压回路装置和电控组；传动机构包括皮带轮、皮带和气动离合器，皮带轮和皮带组合成皮带轮组连接汽车传动轴和第一气动离合器、第二气动离合器；气压回路装置包括辅助制动部分和辅助启动部分，辅助制动部分由储气罐、空气压缩机、空气处理装置、单向阀以及电磁阀和第一减压阀、第二减压阀组成，空气压缩机的动力输入端与传动机构的第一气动离合器机械相连，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通过单向阀与储气罐进气口连接，储气罐的另一侧出气口依次通过电磁阀和第一减压阀连接到传动机构的第一气动离合器，通过第二减压阀连接到第二气动离合器；辅助启动部分由储气罐、电磁阀、第二减压阀和气动机组成，储气罐的一个出气口接电磁阀，电磁阀连接第二减压阀，第二减压阀与传动机构的第二气动离合器相连，气动机的进气口通过电磁阀与储气罐的一个出气口连接，气动机的转动力矩输出端与第二气动离合器相连；电控组包括电控单元和传感器，电控单元采用单片机控制，传感器包括速度传感器、坡度传感器和离合器踏板角度传感器，速度传感器、坡度传感器和离合器踏板角度传感器分别连接单片机，单片机与各电磁阀连接，单片机上还设置有手动开关。

2.根据权利要求1所述的一种气压式制动能量回收再利用及辅助启动系统，其特征在于：所述空气压缩机的入气口设置有空气滤清器与外界空气源相通。

3.根据权利要求1所述的一种气压式制动能量回收再利用及辅助启动系统，其特征在于：所述储气罐上设置有安全阀。

4.根据权利要求1所述的一种气压式制动能量回收再利用及辅助启动系统，其特征在于：所述单片机采用STC89C52芯片，电控单元包括单片机电路、稳压电路、传感器接口电路、继电器电路以及开关电路，单片机电路通过传感器接口电路与速度传感器、坡度传感器和离合器踏板角度传感器连接；单片机电路通过继电器电路连接所述电磁阀。