CN108275133A - 一种车辆制动能量回收系统及其控制方法 - Google Patents

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周建刚
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李阳
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    • B60T1/00Arrangements of braking elements, i.e. of those parts where braking effect occurs specially for vehicles
    • B60T1/02Arrangements of braking elements, i.e. of those parts where braking effect occurs specially for vehicles acting by retarding wheels
    • B60T1/10Arrangements of braking elements, i.e. of those parts where braking effect occurs specially for vehicles acting by retarding wheels by utilising wheel movement for accumulating energy, e.g. driving air compressors

Abstract

一种车辆制动能量回收系统,包括空气压缩机、储气罐、动力涡轮,空气压缩机的动力输入轴依次通过第一离合器、第一传动系与传动轴传动连接,排气端通过一号管路与储气罐相通,动力涡轮的进气端通过二号管路与储气罐相通,动力输出轴依次通过第二离合器、第二传动系与传动轴传动连接,二号管路上设置有电磁阀,储气罐上设置有压力传感器,且第一离合器、第二离合器、电磁阀、压力传感器均与控制器信号连接,其控制方法包括制动能量的回收步骤、回收能量的利用步骤,回收能量的利用步骤为当车辆需要加速时,若储气罐内的气压值大于等于气压标定值一则启动动力涡轮,待气压降至气压标定值二时动力涡轮停止工作。本设计实现了回收能量的高效利用。

Description

一种车辆制动能量回收系统及其控制方法
技术领域
本发明属于发动机制动技术领域,具体涉及一种车辆制动能量回收系统及其控制方法,适用于实现回收能量的高效利用、延长刹车片的使用寿命、降低车辆的驾驶难度。
背景技术
目前,车辆制动能量回收系统通常搭载在混合动力车辆或纯电动车辆上。制动能量回收系统多采用发电机、蓄电池以及可以监视电池电量的智能电池管理系统,该系统回收车辆在制动或惯性滑行中释放出的多余能量,并通过发电机将其转化为电能,再储存在蓄电池中,用于之后的加速行驶。由于该系统需要装配高成本的电机、蓄电池,技术方案复杂,开发难度大,开发周期长,大幅增加了车辆的成本,并导致整车质量重、后期维修成本高等问题。
鉴于上述问题,中国专利:申请公布号为CN102975697A,申请公布日为2013年3月20日的发明专利公开了一种车用制动能量回收及主动辅助制动自动控制系统,包括:传动机构-皮带轮组和气动离合器,气压回路装置-空气压缩机、控制阀、储气罐和空气处理装置,电控组-电控单元和传感器。虽然该系统采用气压蓄能,兼顾了制动能量回收和主动辅助制动两方面的要求,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,但其回收的能量只能用于离合器的工作,多余的能量会直接耗散掉,因此回收能量的利用率极低。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的回收能量的利用率低的问题,提供一种能够高效利用回收能量的车辆制动能量回收系统及其控制方法。
为实现以上目的,本发明的技术方案如下:
一种车辆制动能量回收系统,包括空气压缩机、第一离合器、第一传动系、储气罐,所述空气压缩机的动力输入轴依次通过第一离合器、第一传动系与传动轴传动连接,空气压缩机的排气端通过一号管路与储气罐相通;
所述系统还包括动力涡轮、第二离合器、第二传动系,所述动力涡轮的进气端通过二号管路与储气罐相通,动力涡轮的动力输出轴依次通过第二离合器、第二传动系与传动轴传动连接,所述二号管路上设置有电磁阀,所述储气罐上设置有压力传感器,且第一离合器、第二离合器、电磁阀、压力传感器的控制端均与控制器信号连接。
所述储气罐上还设置有安全阀。
所述传动轴的一端与驱动桥传动连接,传动轴的另一端通过变速箱与发动机的动力输出轴传动连接,且发动机的控制端与控制器信号连接。
所述一号管路、二号管路上均设置有单向阀。
所述第一离合器、第二离合器均为常开型离合器,所述电磁阀为常闭型电磁阀。
一种车辆制动能量回收系统的控制方法,包括制动能量的回收步骤、回收能量的利用步骤;
所述制动能量的回收步骤是指:当控制器检测到制动踏板开关为开启状态时,控制器控制第一离合器结合,使传动轴的动能依次通过第一传动系、第一离合器传递至空气压缩机,随后空气压缩机将空气压缩后通过一号管路排至储气罐中,当控制器检测到制动踏板开关变为关闭状态时,控制器控制第一离合器分离、空气压缩机停止运转;
所述回收能量的利用步骤是指:当控制器检测到油门踏板的开度不为0时,控制器实时接收来自压力传感器的检测信号值,若储气罐内的气压值大于等于气压标定值一,控制器控制电磁阀开启、第二离合器结合,使储气罐内的压缩空气通过二号管路进入动力涡轮,随后动力涡轮开始工作,动力涡轮将其动能依次通过第二离合器、第二传动系传递给传动轴,以驱动车辆行驶,当控制器检测到储气罐内的气压值降至气压标定值二时,控制器控制电磁阀关闭、第二离合器分离,动力涡轮停止工作,其中,所述气压标定值一大于气压标定值二。
所述控制方法还包括制动力的选择控制步骤,具体为:
当控制器检测到制动踏板的开度小于等于制动踏板开度标定值时,控制器控制制动能量回收系统提供制动力,当控制器检测到制动踏板的开度大于制动踏板开度标定值时,控制器控制制动能量回收系统和整车主制动系统共同提供制动力。
所述传动轴的一端与驱动桥传动连接,传动轴的另一端通过变速箱与发动机的动力输出轴传动连接,且发动机的控制端与控制器信号连接;
所述回收能量的利用步骤中,在动力涡轮驱动车辆行驶的同时,控制器先根据实测的储气罐内的气压值及车速值计算动力涡轮的输出功率,然后根据计算得到的输出功率对发动机的节气门开度和喷油量请求值进行修正。
所述储气罐上还设置有安全阀;
所述制动能量的回收步骤中,当储气罐内的气压值上升至超过安全值时,储气罐内的压缩空气推开安全阀排入大气。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
1、本发明一种车辆制动能量回收系统包括动力涡轮、第二离合器、第二传动系,动力涡轮的进气端通过二号管路与储气罐相通,动力输出轴依次通过第二离合器、第二传动系与传动轴传动连接,二号管路上设置有电磁阀,储气罐上设置有压力传感器,且第一离合器、第二离合器、电磁阀、压力传感器的控制端均与控制器信号连接,当控制器检测到油门踏板的开度不为0即车辆加速时,控制器实时检测储气罐内的气压值,若气压值大于等于气压标定值一,控制器控制电磁阀开启、第二离合器结合,使储气罐内的压缩空气通过二号管路进入动力涡轮,随后动力涡轮开始工作,动力涡轮将其动能依次通过第二离合器、第二传动系传递给传动轴,从而驱动车辆行驶,该设计通过增加动力涡轮传动系统,实现了回收能量的高效利用,从而提高了车辆行驶的燃油经济性。因此,本发明实现了回收能量的高效利用。
2、本发明一种车辆制动能量回收系统的控制方法中回收能量的利用步骤设置有两个气压标定值,且气压标定值一大于气压标定值二,当车辆需要加速时,若储气罐内的气压值大于等于气压标定值一则启动动力涡轮,待储气罐内的气压值降至气压标定值二时动力涡轮停止工作,该设计可有效避免动力涡轮频繁启动导致的系统能量转化效率降低、动力输出不平顺等问题的发生。因此,本发明可避免动力涡轮频繁启动导致的系统能量转化效率降低、动力输出不平顺等问题的发生。
3、本发明一种车辆制动能量回收系统的控制方法包括制动力的选择控制步骤,具体为:当控制器检测到制动踏板的开度小于等于制动踏板开度标定值时,控制器控制制动能量回收系统提供制动力,当控制器检测到制动踏板的开度大于制动踏板开度标定值时,控制器控制制动能量回收系统和整车主制动系统共同提供制动力,通过上述制动系统的优化设计,不仅可提高能量回收率,保证刹车力的线性,较小刹车片的负荷,从而延长刹车片的使用寿命,而且改善了系统的应用效果。因此,本发明不仅延长了刹车片的使用寿命,而且改善了系统的应用效果。
4、本发明一种车辆制动能量回收系统的控制方法中回收能量的利用步骤还包括在动力涡轮驱动车辆行驶的同时、控制器先根据实测的储气罐内的气压值及车速值计算动力涡轮的输出功率、然后根据计算的到输出功率对发动机的节气门开度和喷油量请求值进行修正的操作,这样能够保持整车输出功率与油门踏板开度的线性对应关系,从而降低车辆的驾驶难度。因此,本发明降低了车辆的驾驶难度。
附图说明
图1为本发明的结构原理图。
图中:空气压缩机1、第一离合器2、第一传动系3、储气罐4、压力传感器41、安全阀42、传动轴5、一号管路6、动力涡轮7、第二离合器8、第二传动系9、二号管路10、电磁阀101、控制器20、单向阀30、驱动桥40、变速箱50、发动机60。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参见图1,一种车辆制动能量回收系统,包括空气压缩机1、第一离合器2、第一传动系3、储气罐4,所述空气压缩机1的动力输入轴依次通过第一离合器2、第一传动系3与传动轴5传动连接,空气压缩机1的排气端通过一号管路6与储气罐4相通;
所述系统还包括动力涡轮7、第二离合器8、第二传动系9,所述动力涡轮7的进气端通过二号管路10与储气罐4相通,动力涡轮7的动力输出轴依次通过第二离合器8、第二传动系9与传动轴5传动连接,所述二号管路10上设置有电磁阀101,所述储气罐4上设置有压力传感器41,且第一离合器2、第二离合器8、电磁阀101、压力传感器41的控制端均与控制器20信号连接。
所述储气罐4上还设置有安全阀42。
所述传动轴5的一端与驱动桥40传动连接,传动轴5的另一端通过变速箱50与发动机60的动力输出轴传动连接,且发动机60的控制端与控制器20信号连接。
所述一号管路6、二号管路10上均设置有单向阀30。
所述第一离合器2、第二离合器8均为常开型离合器,所述电磁阀101为常闭型电磁阀。
一种车辆制动能量回收系统的控制方法,包括制动能量的回收步骤、回收能量的利用步骤;
所述制动能量的回收步骤是指:当控制器20检测到制动踏板开关为开启状态时,控制器20控制第一离合器2结合,使传动轴5的动能依次通过第一传动系3、第一离合器2传递至空气压缩机1,随后空气压缩机1将空气压缩后通过一号管路6排至储气罐4中,当控制器20检测到制动踏板开关变为关闭状态时,控制器20控制第一离合器2分离、空气压缩机1停止运转;
所述回收能量的利用步骤是指:当控制器20检测到油门踏板的开度不为0时,控制器20实时接收来自压力传感器41的检测信号值,若储气罐4内的气压值大于等于气压标定值一,控制器20控制电磁阀101开启、第二离合器8结合,使储气罐4内的压缩空气通过二号管路10进入动力涡轮7,随后动力涡轮7开始工作,动力涡轮7将其动能依次通过第二离合器8、第二传动系9传递给传动轴5,以驱动车辆行驶,当控制器20检测到储气罐4内的气压值降至气压标定值二时,控制器20控制电磁阀101关闭、第二离合器8分离,动力涡轮7停止工作,其中,所述气压标定值一大于气压标定值二。
所述控制方法还包括制动力的选择控制步骤,具体为:
当控制器20检测到制动踏板的开度小于等于制动踏板开度标定值时,控制器20控制制动能量回收系统提供制动力,当控制器20检测到制动踏板的开度大于制动踏板开度标定值时,控制器20控制制动能量回收系统和整车主制动系统共同提供制动力。
所述传动轴5的一端与驱动桥40传动连接,传动轴5的另一端通过变速箱50与发动机60的动力输出轴传动连接,且发动机60的控制端与控制器20信号连接;
所述回收能量的利用步骤中,在动力涡轮7驱动车辆行驶的同时,控制器20先根据实测的储气罐4内的气压值及车速值计算动力涡轮7的输出功率,然后根据计算得到的输出功率对发动机60的节气门开度和喷油量请求值进行修正。
所述储气罐4上还设置有安全阀42;
所述制动能量的回收步骤中,当储气罐4内的气压值上升至超过安全值时,储气罐4内的压缩空气推开安全阀42排入大气。
本发明的原理说明如下:
本发明系统及其控制方法不仅实现了制动能量的回收和高效利用,提高了车辆行驶的经济性,同时减小了刹车片负荷,延长了其使用寿命,而且通过制动踏板的特性优化,提高了系统的应用效果。另外,本发明还保证了车辆功率输出的线性,降低车辆驾驶难度,并可替代商用车的发动机排气制动(该功能的触发由驾驶员通过制动踏板控制)。同时,本发明还具备质量小、成本低、可靠性高、并可在传统燃油车上推广应用等优点。
本发明在制动能量的回收同时可消耗车辆的动能以提供制动力,具体原理如下:
1、当储气罐4内的气压小于安全值时,在车辆制动的过程中空气压缩机1会以车辆的动能为动力源工作,向储气罐4内提供压缩空气,即消耗车辆的动能提供制动力;
2、本发明在储气罐4上设置有安全阀42,当储气罐4内的气压大于安全值时,空气压缩机1会继续向储气罐4内提供压缩空气,泵入储气罐4的压缩空气则消耗能量推开安全阀42排入大气,该过程同样消耗车辆的动能从而提供制动力。
实施例1:
参见图1,一种车辆制动能量回收系统,包括空气压缩机1、第一离合器2、第一传动系3、储气罐4、动力涡轮7、第二离合器8、第二传动系9,所述空气压缩机1的动力输入轴依次通过第一离合器2、第一传动系3与传动轴5传动连接,空气压缩机1的排气端通过一号管路6与储气罐4相通,所述动力涡轮7的进气端通过二号管路10与储气罐4相通,动力涡轮7的动力输出轴依次通过第二离合器8、第二传动系9与传动轴5传动连接,所述传动轴5的一端与驱动桥40传动连接,传动轴5的另一端通过变速箱50与发动机60的动力输出轴传动连接,所述一号管路6、二号管路10上均设置有单向阀30,所述二号管路10上还设置有电磁阀101,所述储气罐4上设置有压力传感器41、安全阀42,所述第一离合器2、第二离合器8均为常开型离合器,所述电磁阀101为常闭型电磁阀,且第一离合器2、第二离合器8、电磁阀101、压力传感器41、发动机60的控制端均与控制器20信号连接。
一种车辆制动能量回收系统的控制方法,包括制动能量的回收步骤、回收能量的利用步骤以及制动力的选择控制步骤;
所述制动能量的回收步骤是指:当控制器20检测到制动踏板开关为开启状态时,控制器20控制第一离合器2结合,使传动轴5的动能依次通过第一传动系3、第一离合器2传递至空气压缩机1,随后空气压缩机1将空气压缩后通过一号管路6排至储气罐4中,当储气罐4内的气压值上升至超过安全值时,储气罐4内的压缩空气推开安全阀42排入大气,当控制器20检测到制动踏板开关变为关闭状态时,控制器20控制第一离合器2分离、空气压缩机1停止运转;
所述回收能量的利用步骤是指:当控制器20检测到油门踏板的开度不为0时,控制器20实时接收来自压力传感器41的检测信号值,若储气罐4内的气压值大于等于气压标定值一,控制器20控制电磁阀101开启、第二离合器8结合,使储气罐4内的压缩空气通过二号管路10进入动力涡轮7,随后动力涡轮7开始工作,动力涡轮7将其动能依次通过第二离合器8、第二传动系9传递给传动轴5,以驱动车辆行驶,同时控制器20根据实测的储气罐4内的气压值及车速值计算动力涡轮7的输出功率,再根据计算得到的输出功率对发动机60的节气门开度和喷油量请求值进行修正,当控制器20检测到储气罐4内的气压值降至气压标定值二时,控制器20控制电磁阀101关闭、第二离合器8分离,动力涡轮7停止工作,其中,所述气压标定值一大于气压标定值二;
所述制动力的选择控制步骤是指:当控制器20检测到制动踏板的开度小于等于制动踏板开度标定值时,控制器20控制制动能量回收系统提供制动力,当控制器20检测到制动踏板的开度大于制动踏板开度标定值时,控制器20控制制动能量回收系统和整车主制动系统共同提供制动力。

Claims (9)

1.一种车辆制动能量回收系统,包括空气压缩机(1)、第一离合器(2)、第一传动系(3)、储气罐(4),所述空气压缩机(1)的动力输入轴依次通过第一离合器(2)、第一传动系(3)与传动轴(5)传动连接,空气压缩机(1)的排气端通过一号管路(6)与储气罐(4)相通,其特征在于:
所述系统还包括动力涡轮(7)、第二离合器8、第二传动系9,所述动力涡轮(7)的进气端通过二号管路(10)与储气罐(4)相通,动力涡轮(7)的动力输出轴依次通过第二离合器(8)、第二传动系(9)与传动轴(5)传动连接,所述二号管路(1)0上设置有电磁阀(101),所述储气罐(4)上设置有压力传感器(41),且第一离合器(2)、第二离合器(8)、电磁阀(101)、压力传感器(41)的控制端均与控制器(2)0信号连接。
2.根据权利要求1所述的一种车辆制动能量回收系统,其特征在于:所述储气罐(4)上还设置有安全阀(42)。
3.根据权利要求1或2所述的一种车辆制动能量回收系统,其特征在于:所述传动轴(5)的一端与驱动桥(40)传动连接,传动轴(5)的另一端通过变速箱(50)与发动机(60)的动力输出轴传动连接,且发动机(60)的控制端与控制器(20)信号连接。
4.根据权利要求1或2所述的一种车辆制动能量回收系统,其特征在于:所述一号管路(6)、二号管路(10)上均设置有单向阀(30)。
5.根据权利要求1或2所述的一种车辆制动能量回收系统,其特征在于:所述第一离合器(2)、第二离合器(8)均为常开型离合器,所述电磁阀(101)为常闭型电磁阀。
6.一种权利要求1所述的车辆制动能量回收系统的控制方法,其特征在于:
所述控制方法包括制动能量的回收步骤、回收能量的利用步骤;
所述制动能量的回收步骤是指:当控制器(20)检测到制动踏板开关为开启状态时,控制器(20)控制第一离合器(2)结合,使传动轴(5)的动能依次通过第一传动系(3)、第一离合器(2)传递至空气压缩机(1),随后空气压缩机(1)将空气压缩后通过一号管路(6)排至储气罐(4)中,当控制器(20)检测到制动踏板开关变为关闭状态时,控制器(20)控制第一离合器(2)分离、空气压缩机(1)停止运转;
所述回收能量的利用步骤是指:当控制器(20)检测到油门踏板的开度不为0时,控制器(20)实时接收来自压力传感器(41)的检测信号值,若储气罐(4)内的气压值大于等于气压标定值一,控制器(20)控制电磁阀(101)开启、第二离合器(8)结合,使储气罐(4)内的压缩空气通过二号管路(10)进入动力涡轮(7),随后动力涡轮(7)开始工作,动力涡轮(7)将其动能依次通过第二离合器(8)、第二传动系(9)传递给传动轴(5),以驱动车辆行驶,当控制器(20)检测到储气罐(4)内的气压值降至气压标定值二时,控制器(20)控制电磁阀(101)关闭、第二离合器(8)分离,动力涡轮(7)停止工作,其中,所述气压标定值一大于气压标定值二。
7.根据权利要求6所述的一种车辆制动能量回收系统的控制方法,其特征在于:
所述控制方法还包括制动力的选择控制步骤,具体为:
当控制器(20)检测到制动踏板的开度小于等于制动踏板开度标定值时,控制器(20)控制制动能量回收系统提供制动力,当控制器(20)检测到制动踏板的开度大于制动踏板开度标定值时,控制器(20)控制制动能量回收系统和整车主制动系统共同提供制动力。
8.根据权利要求6所述的一种车辆制动能量回收系统的控制方法,其特征在于:
所述传动轴(5)的一端与驱动桥(40)传动连接,传动轴(5)的另一端通过变速箱(50)与发动机(60)的动力输出轴传动连接,且发动机(60)的控制端与控制器(20)信号连接;
所述回收能量的利用步骤中,在动力涡轮(7)驱动车辆行驶的同时,控制器(20)先根据实测的储气罐(4)内的气压值及车速值计算动力涡轮(7)的输出功率,然后根据计算得到的输出功率对发动机(60)的节气门开度和喷油量请求值进行修正。
9.根据权利要求6所述的一种车辆制动能量回收系统的控制方法,其特征在于:
所述储气罐(4)上还设置有安全阀(42);
所述制动能量的回收步骤中,当储气罐(4)内的气压值上升至超过安全值时,储气罐(4)内的压缩空气推开安全阀(42)排入大气。
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