CN109263592A - 基于制动能量回收的客车防侧翻装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于制动能量回收的客车防侧翻装置及方法，包括电子控制单元，左侧防翻机构，右侧防翻机构，制动能量回收模块，制动踏板位移传感器以及车身侧倾角传感器；其中电子控制单元通过制动踏板位移传感器检测到客车制动时，控制制动能量回收模块工作，将回收的能量以高压气体的形式储存在储气室内，当电子控制单元通过车身侧倾角检测到客车有侧翻危险时，控制左侧防翻机构和右侧防翻机构工作，减小车身侧倾角，同时左侧防翻机构和右侧防翻机构工作时可以起到汽车行驶负载作用降低车速，也可提高客车侧翻稳定性。本发明结构紧凑，易于安装，将制动能量回收与汽车防侧翻结合起来，节约能源，防侧翻效果好，有利于客车行驶的操纵稳定性。

Description

基于制动能量回收的客车防侧翻装置及方法

技术领域

本发明涉及客车行驶的主动安全领域，特别涉及一种基于制动能量回收的客车防侧翻装置及方法。

背景技术

近些年，随着汽车的普及，道路变得拥挤，汽车发生事故率也在逐年增加；在所有汽车安全事故中，侧翻事故发生率不高，但致死致伤的概率却相当高。数据显示，侧翻事故的危害性仅次于正面碰撞事故，客车由于其体积大，重心高，发生侧翻的概率要比轿车大得多；另外，数据显示在城市工况下行驶的汽车有1/3到1/2用于直接驱动车辆运行的能量被消耗在制动过程中，若能将这部分耗散的能量加以利用，可大大提高整车的能量经济性。

目前，针对制动能量回收的系统已有很多，其中刘琳提出了一种串联制动能量回收系统和方法（公开号：CN107298087A），该装置通过加装位移传感器来获取制动踏板在空行程时的位移变化，使用户轻踩制动踏板时，电制动装置可根据获取的位移变化加载电制动力，当重踩制动踏板时,液压制动装置加载液压制动力，同时加载的液压制动力与电制动力相叠加，该装置提高整体的能量回收率以及用户的驾乘体验，但系统结构复杂，布置困难。程海霞提出了一种汽车制动能量回收系统（公开号：CN106585585A），该装置通过把汽车制动时的能量进行回收，转换为液压能，用于汽车的起步、缓速制动及动力转向，达到汽车节能和环保的目的。张坤提出了一种气压式制动能量回收及辅助启动系统（公开号：CN101786448A），该装置利用刹车时的惯性来带动空气压缩部分工作，一方面利用产生的阻尼增加刹车制动力，一方面压缩空气，从而将机械能转换为气体的压缩势能储存起来，再将其通过气动执行元件转化成机械能输出，辅助汽车起步、加速。这些装置经济性差，适应性不强，结构复杂，响应较慢，不能达到随关随停的效果。

汽车防侧翻装置上也有很多，其中荆亚杰提出了一种汽车防侧翻应急安全装置及汽车（公开号：CN206623830U），该装置通过分设于车辆底盘左右两侧的两套伸缩支撑机构作为车辆在向左右侧侧翻时的应急安全装置，该装置结构简单、安全可靠、智能化程度高，但装置的能量由额外电源提供，能量消耗大，防侧翻效果不稳定；李韶华提出了一种重型汽车防侧翻系统（公开号：CN107176216A），该装置利用陀螺仪检测汽车车架的侧倾状态，距离传感器检测汽车车架和路面之间的距离，并将采集的数据传送至控制器,控制器对数据进行综合分析，判断汽车的侧倾程度,并在控制面板上显示，驾驶员通过控制面板控制液压总成动作，保持汽车的平衡，通过此种技术手段实现重型汽车防侧翻的效果，但该装置在紧急情况下不能自动的进行防侧翻控制，需要驾驶员有一定反应时间。且目前没有利用制动能量进行防侧翻的装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有客车防侧翻装置的结构复杂、防侧翻效果差、安装成本高等不足，提出了一种基于制动能量回收的客车防侧翻装置及方法，结构紧凑，工作可靠，易于安装，且防侧翻效果好，节约能源，保障汽车行驶安全。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

基于制动能量回收的客车防侧翻装置，包括电子控制单元、左侧防翻机构、右侧防翻机构、制动能量回收模块、制动踏板位移传感器和车身侧倾角传感器；

所述左侧防翻机构、右侧防翻机构分别设置在客车车架的左右两侧，均包括气缸、活塞、连杆、锥形支撑罩和若干万向轮；

所述气缸固定在客车车架上，所述活塞和所述气缸相配合，且活塞上的活塞杆朝下伸出气缸；

所述锥形支撑罩的尖端朝上、通过连杆和所述活塞杆固连，下端面呈圆环状；

所述若干万向轮均匀的设置在所述锥形支撑罩的下端面上；

所述气缸远离活塞杆的一端设有排气阀；所述排气阀采用电磁阀、和所述电子控制单元电气相连，用于根据电子控制单元的信号打开或关闭；

所述气缸靠近活塞杆的一端和活塞之间设有若干复位弹簧；

所述制动能量回收模块包括主动齿轮、从动齿轮、输入轴、电磁离合器、输出轴、空气压缩机、单向阀、储气室、压力传感器和三位两通电磁阀；所述电磁离合器、空气压缩机、储气室均固定在客车的车架上；

所述主动齿轮和客车的传动轴同轴固连；

所述从动齿轮和所述输入轴同轴固连， 且从动齿轮与主动齿轮啮合；

所述电磁离合器的输入端和所述输入轴固连，电磁离合器的输出端和所述输出轴的一端固连；

所述空气压缩机的传动齿轮的转轴和所述输出轴的另一端同轴固连，空气压缩机的气体出口通过单向阀和所述储气室的气体入口管道相连；其中，所述单向阀用于防止储气室中气体流向空气压缩机；

所述三位二通电磁阀的进气口与储气室相连，两个出气口通过管道分别和左侧防翻机构、右侧防翻机构的气缸的气体入口相连；

所述储气室中设有压力传感器；所述压力传感器用于检测储气室的气体压力，并将其传递给所述电子控制单元；

所述制动踏板位移传感器用于检测客车制动踏板的位移大小，并将其传递给所述电子控制单元；

所述车身侧倾角传感器用于检测客车侧倾角的大小，并将其传递给所述电子控制单元；

所述电子控制单元分别和所述左侧防翻机构的排气阀、右侧防翻机构的排气阀、电磁离合器、制动踏板位移传感器、车身侧倾角传感器、压力传感器、三位二通电磁阀电气相连，用于根据制动踏板位移传感器、车身侧倾角传感器、压力传感器的感应数据控制左侧防翻机构的排气阀、右侧防翻机构的排气阀、电磁离合器、三位二通电磁阀工作。

作为本发明基于制动能量回收的客车防侧翻装置进一步的优化方案，所述左侧防翻机构、右侧防翻机构中万向轮的个数均为3个，复位弹簧的数量均为2根。

本发明还公开了一种该基于制动能量回收的客车防侧翻装置的防侧翻方法，包含以下步骤：

步骤1），电子控制单元采集制动踏板位移传感器信号，若制动踏板位移大于预设的制动踏板位移阈值，电子控制单元控制电磁离合器接合，带动空气压缩机工作，将产生的高压气体储存在储气室内；

步骤2），电子控制单元采集压力传感器信号，若储气室内气体压力高于预设的气体压力阈值，控制电磁离合器断开；

步骤3），电子控制单元采集车身侧倾角传感器信号，令车身侧倾角传感器感应到的车身侧倾角为正时客车向左侧倾斜、车身侧倾角为负时客车向右侧倾斜，预设的正侧倾角阈值和预设的负侧倾角阈值的绝对值相等：

步骤3.1），如果车身侧倾角为正且大于预设的正侧倾角阈值：

步骤3.1.1），电子控制单元控制三位二通电磁阀进口与左出口连通，使得储气室内的高压气体通过管道进入左侧防翻机构的气缸内；同时控制电磁离合器接合，带动空气压缩机工作，产生高压气体储存到储气室；此时，左侧防翻机构气缸内的高压气体推动左侧防翻机构的活塞克服左侧防翻机构的各个复位弹簧下移，进而通过左侧防翻机构的连杆使得左侧防翻机构的各个万向轮与地面接触，左侧防翻机构气缸内高压气体的反作用力作用于左侧车身，减小客车向左的车身侧倾角；

步骤3.1.2），当电子控制单元采集到车身侧倾角小于正侧倾角阈值一半时，电子控制单元控制三位二通电磁阀关闭，同时断开电磁离合器、打开左侧防翻机构的排气阀，此时，左侧防翻机构气缸内的高压气体从左排气阀排出，左侧防翻机构的活塞在左侧防翻机构的各个复位弹簧的作用下上移，左侧防翻机构的各个万向轮回到原位；

步骤3.2），如果车身侧倾角为负且小于预设的负侧倾角阈值：

步骤3.2.1），电子控制单元控制三位二通电磁阀进口与右出口连通，使得储气室内的高压气体通过管道进入右侧防翻机构的气缸内；同时控制电磁离合器接合，带动空气压缩机工作，产生高压气体储存到储气室；此时，右侧防翻机构气缸内的高压气体推动右侧防翻机构的活塞克服右侧防翻机构的各个复位弹簧下移，进而通过右侧防翻机构的连杆使得右侧防翻机构的各个万向轮与地面接触，右侧防翻机构气缸内高压气体的反作用力作用于右侧车身，减小客车向右的车身侧倾角；

步骤3.2.3），当电子控制单元采集到车身侧倾角大于负侧倾角阈值一半时，电子控制单元控制三位二通电磁阀关闭，同时断开电磁离合器、打开右侧防翻机构的排气阀，右侧防翻机构气缸内的高压气体从右侧防翻机构的排气阀排出，右侧防翻机构的活塞在右侧防翻机构的各个复位弹簧的作用下上移，右侧防翻机构的各个万向轮回到原位面；

步骤4），如果车身侧倾角大于等于预设的负侧倾角阈值且小于等于预设的正侧倾角阈值，电子控制单元控制电磁离合器断开。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1. 简单易安装：本发明结构简单，工作可靠，侧翻执行机构垂向布置，占用空间小；

2. 防翻效果好：本发明可通过高压气体反作用力减小车身侧倾角，冲击力柔和，装置动力来自汽车传动轴，可降低车速，也可实现客车防侧翻；

3. 节约能源：防侧翻机构的能量来源于制动回收的能量，从而节约能源，尤其是针对电动客车，可解决能量源的问题；

4. 响应速度快：由高压气体作为能量传递的媒介，装置的开闭迅速，实时性好。

附图说明

图1是本发明基于制动能量回收的客车防侧翻装置的结构示意图；

图2是本发明基于制动能量回收的客车防侧翻装置的防侧翻方法的流程图；

图3是本发明中左侧防翻机构工作原理图。

图中，1-主动齿轮，2-从动齿轮，3-输入轴，4-电磁离合器，5-输出轴，6-空气压缩机，7-单向阀，8-储气室，9-压力传感器，10-三位二通电磁阀，11-左侧防翻机构，12-气缸，13-排气阀，14-活塞，15-复位弹簧，16-连杆，17-锥形支撑罩，18-万向轮，19-电子控制单元，20-制动踏板位移传感器，21-车身侧倾角传感器，22-右侧防翻机构，23-制动能量回收模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。

如图1所示，本发明公开了一种基于制动能量回收的客车防侧翻装置，包括电子控制单元、左侧防翻机构、右侧防翻机构、制动能量回收模块、制动踏板位移传感器和车身侧倾角传感器；

所述左侧防翻机构、右侧防翻机构分别设置在客车车架的左右两侧，均包括气缸、活塞、连杆、锥形支撑罩和3个万向轮；

所述气缸固定在客车车架上，所述活塞和所述气缸相配合，且活塞上的活塞杆朝下伸出气缸；

所述锥形支撑罩的尖端朝上、通过连杆和所述活塞杆固连，下端面呈圆环状；

所述3个万向轮均匀的设置在所述锥形支撑罩的下端面上；

所述气缸远离活塞杆的一端设有排气阀；所述排气阀采用电磁阀、和所述电子控制单元电气相连，用于根据电子控制单元的信号打开或关闭；

所述气缸靠近活塞杆的一端和活塞之间设有2根复位弹簧；

所述制动能量回收模块包括主动齿轮、从动齿轮、输入轴、电磁离合器、输出轴、空气压缩机、单向阀、储气室、压力传感器和三位两通电磁阀；所述电磁离合器、空气压缩机、储气室均固定在客车的车架上；

所述主动齿轮和客车的传动轴同轴固连；

所述从动齿轮和所述输入轴同轴固连， 且从动齿轮与主动齿轮啮合；

所述电磁离合器的输入端和所述输入轴固连，电磁离合器的输出端和所述输出轴的一端固连；

所述空气压缩机的传动齿轮的转轴和所述输出轴的另一端同轴固连，空气压缩机的气体出口通过单向阀和所述储气室的气体入口管道相连；其中，所述单向阀用于防止储气室中气体流向空气压缩机；

所述三位二通电磁阀的进气口与储气室相连，两个出气口通过管道分别和左侧防翻机构、右侧防翻机构的气缸的气体入口相连；

所述储气室中设有压力传感器；所述压力传感器用于检测储气室的气体压力，并将其传递给所述电子控制单元；

所述制动踏板位移传感器用于检测客车制动踏板的位移大小，并将其传递给所述电子控制单元；

所述车身侧倾角传感器用于检测客车侧倾角的大小，并将其传递给所述电子控制单元；

所述电子控制单元分别和所述左侧防翻机构的排气阀、右侧防翻机构的排气阀、电磁离合器、制动踏板位移传感器、车身侧倾角传感器、压力传感器、三位二通电磁阀电气相连，用于根据制动踏板位移传感器、车身侧倾角传感器、压力传感器的感应数据控制左侧防翻机构的排气阀、右侧防翻机构的排气阀、电磁离合器、三位二通电磁阀工作。

如图2、图3所示，本发明还公开了一种该基于制动能量回收的客车防侧翻装置的防侧翻方法，包含以下步骤：

步骤1），电子控制单元采集制动踏板位移传感器信号，若制动踏板位移大于预设的制动踏板位移阈值，电子控制单元控制电磁离合器接合，带动空气压缩机工作，将产生的高压气体储存在储气室内；

步骤2），电子控制单元采集压力传感器信号，若储气室内气体压力高于预设的气体压力阈值，控制电磁离合器断开；

步骤3），电子控制单元采集车身侧倾角传感器信号，令车身侧倾角传感器感应到的车身侧倾角为正时客车向左侧倾斜、车身侧倾角为负时客车向右侧倾斜，预设的正侧倾角阈值和预设的负侧倾角阈值的绝对值相等：

步骤3.1），如果车身侧倾角为正且大于预设的正侧倾角阈值：

步骤3.1.1），电子控制单元控制三位二通电磁阀进口与左出口连通，使得储气室内的高压气体通过管道进入左侧防翻机构的气缸内；同时控制电磁离合器接合，带动空气压缩机工作，产生高压气体储存到储气室；此时，左侧防翻机构气缸内的高压气体推动左侧防翻机构的活塞克服左侧防翻机构的各个复位弹簧下移，进而通过左侧防翻机构的连杆使得左侧防翻机构的各个万向轮与地面接触，左侧防翻机构气缸内高压气体的反作用力作用于左侧车身，减小客车向左的车身侧倾角；

步骤3.1.2），当电子控制单元采集到车身侧倾角小于正侧倾角阈值一半时，电子控制单元控制三位二通电磁阀关闭，同时断开电磁离合器、打开左侧防翻机构的排气阀，此时，左侧防翻机构气缸内的高压气体从左排气阀排出，左侧防翻机构的活塞在左侧防翻机构的各个复位弹簧的作用下上移，左侧防翻机构的各个万向轮回到原位；

步骤3.2），如果车身侧倾角为负且小于预设的负侧倾角阈值：

步骤3.2.1），电子控制单元控制三位二通电磁阀进口与右出口连通，使得储气室内的高压气体通过管道进入右侧防翻机构的气缸内；同时控制电磁离合器接合，带动空气压缩机工作，产生高压气体储存到储气室；此时，右侧防翻机构气缸内的高压气体推动右侧防翻机构的活塞克服右侧防翻机构的各个复位弹簧下移，进而通过右侧防翻机构的连杆使得右侧防翻机构的各个万向轮与地面接触，右侧防翻机构气缸内高压气体的反作用力作用于右侧车身，减小客车向右的车身侧倾角；

步骤3.2.3），当电子控制单元采集到车身侧倾角大于负侧倾角阈值一半时，电子控制单元控制三位二通电磁阀关闭，同时断开电磁离合器、打开右侧防翻机构的排气阀，右侧防翻机构气缸内的高压气体从右侧防翻机构的排气阀排出，右侧防翻机构的活塞在右侧防翻机构的各个复位弹簧的作用下上移，右侧防翻机构的各个万向轮回到原位面；

步骤4），如果车身侧倾角大于等于预设的负侧倾角阈值且小于等于预设的正侧倾角阈值，电子控制单元控制电磁离合器断开。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.基于制动能量回收的客车防侧翻装置，其特征在于，包括电子控制单元、左侧防翻机构、右侧防翻机构、制动能量回收模块、制动踏板位移传感器和车身侧倾角传感器；

所述左侧防翻机构、右侧防翻机构分别设置在客车车架的左右两侧，均包括气缸、活塞、连杆、锥形支撑罩和若干万向轮；

所述气缸固定在客车车架上，所述活塞和所述气缸相配合，且活塞上的活塞杆朝下伸出气缸；

所述锥形支撑罩的尖端朝上、通过连杆和所述活塞杆固连，下端面呈圆环状；

所述若干万向轮均匀的设置在所述锥形支撑罩的下端面上；

所述气缸远离活塞杆的一端设有排气阀；所述排气阀采用电磁阀、和所述电子控制单元电气相连，用于根据电子控制单元的信号打开或关闭；

所述气缸靠近活塞杆的一端和活塞之间设有若干复位弹簧；

所述制动能量回收模块包括主动齿轮、从动齿轮、输入轴、电磁离合器、输出轴、空气压缩机、单向阀、储气室、压力传感器和三位两通电磁阀；所述电磁离合器、空气压缩机、储气室均固定在客车的车架上；

所述主动齿轮和客车的传动轴同轴固连；

所述从动齿轮和所述输入轴同轴固连， 且从动齿轮与主动齿轮啮合；

所述电磁离合器的输入端和所述输入轴固连，电磁离合器的输出端和所述输出轴的一端固连；

所述空气压缩机的传动齿轮的转轴和所述输出轴的另一端同轴固连，空气压缩机的气体出口通过单向阀和所述储气室的气体入口管道相连；其中，所述单向阀用于防止储气室中气体流向空气压缩机；

所述三位二通电磁阀的进气口与储气室相连，两个出气口通过管道分别和左侧防翻机构、右侧防翻机构的气缸的气体入口相连；

所述储气室中设有压力传感器；所述压力传感器用于检测储气室的气体压力，并将其传递给所述电子控制单元；

所述制动踏板位移传感器用于检测客车制动踏板的位移大小，并将其传递给所述电子控制单元；

所述车身侧倾角传感器用于检测客车侧倾角的大小，并将其传递给所述电子控制单元；

所述电子控制单元分别和所述左侧防翻机构的排气阀、右侧防翻机构的排气阀、电磁离合器、制动踏板位移传感器、车身侧倾角传感器、压力传感器、三位二通电磁阀电气相连，用于根据制动踏板位移传感器、车身侧倾角传感器、压力传感器的感应数据控制左侧防翻机构的排气阀、右侧防翻机构的排气阀、电磁离合器、三位二通电磁阀工作。

2.根据权利要求1所述的基于制动能量回收的客车防侧翻装置，其特征在于，所述左侧防翻机构、右侧防翻机构中万向轮的个数均为3个，复位弹簧的数量均为2根。

3.根据权利要求1所述的基于制动能量回收的客车防侧翻装置的防侧翻方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1），电子控制单元采集制动踏板位移传感器信号，若制动踏板位移大于预设的制动踏板位移阈值，电子控制单元控制电磁离合器接合，带动空气压缩机工作，将产生的高压气体储存在储气室内；

步骤2），电子控制单元采集压力传感器信号，若储气室内气体压力高于预设的气体压力阈值，控制电磁离合器断开；

步骤3），电子控制单元采集车身侧倾角传感器信号，令车身侧倾角传感器感应到的车身侧倾角为正时客车向左侧倾斜、车身侧倾角为负时客车向右侧倾斜，预设的正侧倾角阈值和预设的负侧倾角阈值的绝对值相等：

步骤3.1），如果车身侧倾角为正且大于预设的正侧倾角阈值：

步骤3.1.1），电子控制单元控制三位二通电磁阀进口与左出口连通，使得储气室内的高压气体通过管道进入左侧防翻机构的气缸内；同时控制电磁离合器接合，带动空气压缩机工作，产生高压气体储存到储气室；此时，左侧防翻机构气缸内的高压气体推动左侧防翻机构的活塞克服左侧防翻机构的各个复位弹簧下移，进而通过左侧防翻机构的连杆使得左侧防翻机构的各个万向轮与地面接触，左侧防翻机构气缸内高压气体的反作用力作用于左侧车身，减小客车向左的车身侧倾角；

步骤3.1.2），当电子控制单元采集到车身侧倾角小于正侧倾角阈值一半时，电子控制单元控制三位二通电磁阀关闭，同时断开电磁离合器、打开左侧防翻机构的排气阀，此时，左侧防翻机构气缸内的高压气体从左排气阀排出，左侧防翻机构的活塞在左侧防翻机构的各个复位弹簧的作用下上移，左侧防翻机构的各个万向轮回到原位；

步骤3.2），如果车身侧倾角为负且小于预设的负侧倾角阈值：

步骤3.2.1），电子控制单元控制三位二通电磁阀进口与右出口连通，使得储气室内的高压气体通过管道进入右侧防翻机构的气缸内；同时控制电磁离合器接合，带动空气压缩机工作，产生高压气体储存到储气室；此时，右侧防翻机构气缸内的高压气体推动右侧防翻机构的活塞克服右侧防翻机构的各个复位弹簧下移，进而通过右侧防翻机构的连杆使得右侧防翻机构的各个万向轮与地面接触，右侧防翻机构气缸内高压气体的反作用力作用于右侧车身，减小客车向右的车身侧倾角；

步骤3.2.3），当电子控制单元采集到车身侧倾角大于负侧倾角阈值一半时，电子控制单元控制三位二通电磁阀关闭，同时断开电磁离合器、打开右侧防翻机构的排气阀，右侧防翻机构气缸内的高压气体从右侧防翻机构的排气阀排出，右侧防翻机构的活塞在右侧防翻机构的各个复位弹簧的作用下上移，右侧防翻机构的各个万向轮回到原位面；

步骤4），如果车身侧倾角大于等于预设的负侧倾角阈值且小于等于预设的正侧倾角阈值，电子控制单元控制电磁离合器断开。