CN113335249B - 一种用于城市公交的气动制动装置及制动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于城市公交的气动制动装置，包括储能单元和制动单元，储能单元包括电池、电机和飞轮，制动单元包括空气压缩机、制动气室和气压泵/马达，飞轮能够与车轮相连，制动气室与气压泵/马达相连通。本发明还公开一种用于城市公交的气动制动方法，空气压缩机能够将压缩空气输送至制动气室，完成车辆制动；车轮制动时，车轮的制动能直接以机械能的形式存入飞轮中；飞轮利用储存的机械能，经气压泵/马达转化的压缩气体能够进入制动气室内，辅助车轮制动。本发明利用飞轮高速旋转时能量的输入与输出，实现能量的存储，提高制动能量的回收率，同时，飞轮具有能量密度大、能够快速释放能量的优点，可实现辅助制动。

Description

一种用于城市公交的气动制动装置及制动方法
技术领域
本发明涉及车辆制动系统技术领域，特别是涉及一种用于城市公交的气动制动装置及制动方法。
背景技术
汽车传统的刹车方式是利用摩擦原理来实现制动的，频繁的制动会造成大量的能量损失，而传统的制动方式制动效率低，对损失的制动能量的回收利用率低。
城市公交由于满载质量大，刹车需要的制动力度大，使用距离长，且反应速度快，目前广泛采用气压制动模式，主要由空气压缩机、储气罐、制动总泵、制动分泵等组成。但储气罐体积大，置于公交车上占据了大量空间。
现有的制动能量回收方案通常直接向电池充电，因制动过程通常较短，电池难以短时间内大功率充放电，其次，制动能量回馈过程效率低。
因此，如何改变现有技术中，公交制动能量回收效率较低的现状，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于城市公交的气动制动装置及制动方法，以解决上述现有技术存在的问题，提高制动能量回收率。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种用于城市公交的气动制动装置，包括：
储能单元，所述储能单元包括电池、电机和飞轮，所述电池与所述电机的输入端相连，所述电机的输出端与所述飞轮相连，所述飞轮能够与车轮相连；
制动单元，所述制动单元包括空气压缩机、制动气室和气压泵/马达，所述空气压缩机与所述制动气室相连通，所述制动气室与所述车轮相连，所述制动气室能够为所述车轮提供制动气压；所述制动气室与所述气压泵/马达相连通，所述飞轮能够利用所述气压泵/马达与所述制动气室相连，所述气压泵/马达能够实现机械能和气压能互相转换。
优选地，所述飞轮与所述电机之间设置第一离合器。
优选地，所述气压泵/马达与所述飞轮之间设置第二离合器，所述飞轮与所述车轮之间设置第三离合器。
优选地，所述空气压缩机与所述制动气室之间还设置制动控制总阀和压力控制阀，所述压力控制阀靠近所述制动气室设置，所述气压泵/马达通过所述压力控制阀与所述制动气室相连通。
优选地，所述车轮连接有轮速传感器，所述轮速传感器能够监测所述车轮的转速。
优选地，所述的用于城市公交的气动制动装置还包括控制器，所述第一离合器、所述第二离合器、所述第三离合器、所述制动控制总阀以及所述轮速传感器分别与所述控制器相连。
优选地，所述空气压缩机与所述制动控制总阀之间设置有空气滤清器。
本发明还提供一种用于城市公交的气动制动方法，包括如下步骤：所述空气压缩机能够将压缩空气输送至所述制动气室，进行所述车轮制动；所述车轮制动时，所述车轮的制动机械能能够直接存入所述飞轮中，当所述飞轮达到限定转速时，所述飞轮能够将制动能量储存到所述电池中；所述飞轮利用储存的机械能，能够经所述气压泵/马达转化成压缩气体并进入制动气室内，辅助所述车轮制动。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本发明的用于城市公交的气动制动装置，包括储能单元和制动单元，其中，储能单元包括电池、电机和飞轮，电池与电机的输入端相连，电机的输出端与飞轮相连，飞轮能够与车轮相连；制动单元包括空气压缩机、制动气室和气压泵/马达，空气压缩机与制动气室相连通，制动气室与车轮相连，制动气室能够为车轮提供制动气压；制动气室与气压泵/马达相连通，飞轮能够利用气压泵/马达与制动气室相连，气压泵/马达能够实现机械能和气压能互相转换。
本发明还提供一种用于城市公交的气动制动方法，利用上述的用于城市公交的气动制动装置，空气压缩机能够将压缩空气输送至制动气室，完成车辆制动；另外，车轮制动时，车轮的制动能直接以机械能的形式存入飞轮，飞轮转速到达限定转速时，多余能量还能够通过电机储存到电池中；与此同时，飞轮利用储存的机械能，能够经气压泵/马达转化成压缩气体并进入制动气室内，辅助车轮制动。本发明的用于城市公交的气动制动装置，利用飞轮高速旋转时能量的输入与输出，实现能量的存储，提高制动能量的回收率，同时，飞轮具有能量密度大、能够快速释放能量的优点，可实现辅助制动。本发明将飞轮取代储气罐，使整车空间增大，重量减轻，同时提高了能量利用率和制动效率，延长了汽车的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的用于城市公交的气动制动装置的结构示意图；
图2为本发明的用于城市公交的气动制动方法的流程图；
其中，1为电池，2为电机，3为飞轮，4为气压泵/马达，5为空气压缩机，6为制动气室，7为第一离合器，8为第二离合器，9为制动控制总阀，10为压力控制阀，11为轮速传感器，12为控制器，13为第三离合器，14为空气滤清器，15为车轮。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种用于城市公交的气动制动装置及制动方法，以解决上述现有技术存在的问题，提高制动能量回收率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
请参考图1-2，其中，图1为本发明的用于城市公交的气动制动装置的结构示意图，图2为本发明的用于城市公交的气动制动方法的流程图。
本发明提供一种用于城市公交的气动制动装置，包括：
储能单元，储能单元包括电池1、电机2和飞轮3，电池1与电机2的输入端相连，电机2的输出端与飞轮3相连，飞轮3能够与车轮15相连。
制动单元，制动单元包括空气压缩机5、制动气室6和气压泵/马达4，空气压缩机5与制动气室6相连通，制动气室6与车轮15相连，制动气室6能够为车轮15提供制动气压；制动气室6与气压泵/马达4相连通，飞轮3能够利用气压泵/马达4与制动气室6相连，气压泵/马达4能够实现机械能和气压能互相转换；此处需要解释说明的是，本发明中气压泵/马达4同时具备气压泵和气压马达的功能，而非气压泵或马达。
本发明的用于城市公交的气动制动装置，空气压缩机5能够将压缩空气输送至制动气室6，完成车辆制动；另外，车轮15制动时，车轮15的制动能以机械能的形式直接存入飞轮3中，飞轮3转速到达限定转速时，多余能量还能够通过电机2储存到电池1中；与此同时，飞轮3利用储存的机械能，经气压泵/马达4转化的压缩气体能够进入制动气室6内，辅助车轮15制动，即储能单元同时具备制动功能。本发明的用于城市公交的气动制动装置，利用飞轮3高速旋转时能量的输入与输出，实现能量的存储，提高制动能量的回收率，同时，飞轮3具有能量密度大、能够快速释放能量的优点，可实现辅助制动。
其中，电机2与飞轮3之间设置第一离合器7，电池1和电机2能够带动飞轮3运动，在电机2与飞轮3之间设置第一离合器7，设置第一离合器7，使得电池1的电能能够使飞轮3具有初始动能，还可将多余能量回收至电池1中，另外，第一离合器7闭合时，多余的回收能量还可通过电机2回收至电池1中。
同样地，飞轮3与气压泵/马达4之间设置第二离合器8，便于控制飞轮3是否参与制动，制动方式的选择可根据车辆行驶过程中，具体的制动需求确定。与此同时，在飞轮3与车轮15之间设置第三离合器13，第三离合器13作为制动能量回收的开关，可直接将制动能以机械能方式存入飞轮3，提高能量利用率。
具体地，空气压缩机5与制动气室6之间还设置制动控制总阀9和压力控制阀10，制动控制总阀9能够控制是否向制动气室6通入压缩空气同时控制通入压缩空气的量，以实现制动，压力控制阀10靠近制动气室6设置，气压泵/马达4通过压力控制阀10与制动气室6相连通，压力控制阀10能够控制进入制动气室6的压缩空气的压力大小，提高制动可靠性。需要说明的是，压力控制阀10的数量与车轮15的数量相一致，且一一对应，便于满足各个车轮15的制动需求。
更具体地，车轮15连接有轮速传感器11，轮速传感器11能够监测车轮15的转速，以便获得车轮15的制动需求，根据车轮15的制动需求选择合适的制动方式。
除此之外，用于城市公交的气动制动装置还包括控制器12，第一离合器7、第二离合器8、第三离合器13、制动控制总阀9以及轮速传感器11分别与控制器12相连，控制器12能够根据车轮15的行驶状态和制动需求，选择适宜的制动方案。
进一步地，空气压缩机5与制动控制总阀9之间设置有空气滤清器14，经空气滤清器14过滤后的压缩空气泵入制动气室6内，实现制动，避免空气中杂质损坏零部件，影响制动效果。
本发明还提供一种用于城市公交的气动制动方法，空气压缩机5能够将压缩空气输送至制动气室6，为车轮15提供制动气压；车轮15制动时制动能量直接以机械能的形式存入飞轮3中，当飞轮3的转速达到限定转速时，飞轮3能够将过剩的能量储存到电池1中；飞轮3利用储存的机械能，经气压泵/马达4转化的压缩气体能够进入制动气室6内，辅助车轮15制动。
下面通过车辆不同行驶状态下制动需求不同的具体情况，对本发明的用于城市公交的气动制动方法，进行进一步的解释说明。
车辆制动模式：当紧急刹车或负载过大时，控制器12接收来自制动踏板的位置信号和轮速传感器11信号，发出控制指令，使第一离合器7、第二离合器8以及第三离合器13结合或断开。车辆的制动模式可以分为以下几种情况：
制动力需求较大：制动控制总阀9控制各车轮15的压力控制阀10，制动路线包括两条。第一路：空气压缩机5将气体压缩，经空气滤清器14过滤后，洁净气体输送到制动控制总阀9，控制压力控制阀10的开度，将压缩空气泵入制动气室6，制动气室6内的气体压力增大使制动器工作，完成制动。
第二路：飞轮3利用储存的机械能，经第二离合器8和气压泵/马达4，通过压力控制阀10泵入制动气室6，与第一路共同完成车辆制动，此时第三离合器13处于分离状态。
制动力需求较小：车速较低需要刹车时，空气压缩机5制动路线不工作，只有飞轮3利用储存的能量给制动气室6提供气体压力，完成制动。此状态下，第一离合器7断开，第二离合器8闭合，第三离合器13断开。
制动力需求中等：只有空气压缩机5制动路线工作，此时，飞轮3作为能量回收元件，第一离合器7和第二离合器8均断开，第三离合器13闭合，车轮15的转动动能输入飞轮3，暂时储能，该过程直接以机械能形式储存进飞轮，无能量转化。
汽车行驶速度较高并且制动缓慢：只有空气压缩机5制动路线工作，提供制动力，飞轮3不再辅助制动，而作为制动能量回收的部件用，车轮15的转动动能，储存在飞轮3内部，当飞轮3转速达到限定转速时，第一离合器7闭合，多余的能量通过电机2转化为电能储存在电池1中。
车辆起步模式：汽车在冷启动时，电池1给电机2供电，电机2使飞轮3具有初始动能，此时，第一离合器7闭合，第二离合器8和第三离合器13均断开，当飞轮3转速达到限定转速时，电池1停止供电，第一离合器7、第二离合器8以及第三离合器13均断开，飞轮3转速保持在不高于限定转速的范围内，所储存的能量作为制动时使用。
本发明的用于城市公交的气动制动装置，利用飞轮3高速旋转时能量的输入与输出，实现能量的暂时存储；另外飞轮3能够在制动过程中回收制动能量，将车轮15旋转的机械能转换为飞轮3旋转的机械能储存起来，作辅助制动用，提高能量回收利用率。本发明将飞轮取代储气罐，使整车空间增大，重量减轻，同时提高了能量利用率和制动效率，延长了汽车的使用寿命。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种用于城市公交的气动制动装置，其特征在于，包括：
储能单元，所述储能单元包括电池、电机和飞轮，所述电池与所述电机的输入端相连，所述电机的输出端与所述飞轮相连，所述飞轮能够与车轮相连；
制动单元，所述制动单元包括空气压缩机、制动气室和气压泵马达，所述气压泵马达同时具备气压泵和气压马达的功能，所述空气压缩机与所述制动气室相连通，所述制动气室与所述车轮相连，所述制动气室能够为所述车轮提供制动气压；所述制动气室与所述气压泵马达相连通，所述飞轮能够利用所述气压泵马达与所述制动气室相连，所述气压泵马达能够实现机械能和气压能互相转换；
所述飞轮与所述电机之间设置第一离合器，所述气压泵马达与所述飞轮之间设置第二离合器，所述飞轮与所述车轮之间设置第三离合器；
所述空气压缩机能够将压缩空气输送至所述制动气室，进行所述车轮制动；所述车轮制动时，所述车轮的制动机械能能够直接存入所述飞轮中，当所述飞轮达到限定转速时，所述飞轮能够将制动能量储存到所述电池中；所述飞轮利用储存的机械能，能够经所述气压泵马达转化成压缩气体并进入制动气室内，辅助所述车轮制动。
2.根据权利要求1所述的用于城市公交的气动制动装置，其特征在于：所述空气压缩机与所述制动气室之间还设置制动控制总阀和压力控制阀，所述压力控制阀靠近所述制动气室设置，所述气压泵马达通过所述压力控制阀与所述制动气室相连通。
3.根据权利要求2所述的用于城市公交的气动制动装置，其特征在于：所述车轮连接有轮速传感器，所述轮速传感器能够监测所述车轮的转速。
4.根据权利要求3所述的用于城市公交的气动制动装置，其特征在于：还包括控制器，所述第一离合器、所述第二离合器、所述第三离合器、所述制动控制总阀以及所述轮速传感器分别与所述控制器相连。
5.根据权利要求2所述的用于城市公交的气动制动装置，其特征在于：所述空气压缩机与所述制动控制总阀之间设置有空气滤清器。
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