CN113635773A - 一种机场摆渡车的制动能量回收系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种机场摆渡车的制动能量回收系统及控制方法，包括在车辆差速器上安装电控离合器，一变速器连接在电控离合器上，一分动器，输入端连接变速器和驱动电机，输出端连接离心泵，驱动电连接蓄电池，离心泵连接空气干燥器，空气干燥器连接气瓶。通过ECU控制电控离合器闭合，使车轮制动能量得到回收，分别用于充电和充气。一能两用，提高了能源的利用率，同时为气动系统带来了蓄能便利。

Description

一种机场摆渡车的制动能量回收系统及控制方法

技术领域

本发明涉及机车能量回收技术领域，具体涉及一种针对机场摆渡车的制动能量回收系统及控制方法。

背景技术

随着自然资源的日趋匮乏，在保证车辆原有性能的基础上更好的节能减排已是当务之急。机场摆渡车作为在机场内部的短途运输车辆，其工作形式决定了其刹停次数明显高于普通车辆，如果可以将这一部分制动能量进行有效回收利用，机场摆渡车的续航里程将会大幅度增加。

关于现有的电动汽车制动能量的回收研究，大部分都是利用电机回馈制动能量的方法把动能转化为电能储存在蓄电池中，在释放能量的过程中把电能转化为其他形式的能量再利用，但在能量互相转换的过程中回收能量利用效率很低。

而对于机场摆渡车来说，由于机场摆渡车的制动系统、空气悬挂系统、气动门系统以及驾驶员的座椅调节系统都以压缩空气为能源驱动，如果将制动能量直接转化为空气压力能储存，在回收能量再利用时直接启用，效率将会很高。然而在现有技术中，还没有将制动能量在回馈同时一部分转化为空气压力能，一部分转化为电能并存备用的研究。

发明内容

为了解决上述问题以及结合机场摆渡车的特点，本发明提供了一种针对机场摆渡车的制动能量回收系统以及控制方法。该方法以回收机场摆渡车运行过程中的制动能量为核心，在保证摆渡车稳定性和舒适性的前提下，收集制动能量，通过收集机场摆渡车的制动能量并转化为压力能和电能，把部分制动能量储存在气瓶和蓄电池中，在降低了空气压缩机启动频率的同时，也可以向蓄电池中补充部分电能。

本发明解决以上技术问题所采用的技术方案如下：

一种机场摆渡车的制动能量回收系统，包括在车辆差速器上安装电控离合器，还包括一变速器，连接在所述电控离合器上，

一分动器，输入端连接所述变速器和驱动电机，输出端连接离心泵，

所述驱动电机，连接蓄电池，

所述离心泵，经过二位三通电磁阀连接空气干燥器，

所述空气干燥器，连接气瓶。

进一步地：所述差速器安装在驱动轮所在的车桥上。

进一步地：还包括踏板传感器、档位传感器、车度传感器、电池电量检测器、气瓶压力传感器，车辆ECU，控制连接所述驱动电机、二位三通电磁阀、踏板传感器、档位传感器、车速传感器、电池电量检测器、气瓶压力传感器。

本发明还提供一种制动能量回收系统的控制方法，其特征在于：

当同时满足以下条件时：挡位为前进挡、油门踏板信号为0、当前车速大于0，所述电控离合器闭合，车辆进入能量回收模式。

能量回收，包括所述驱动电机向蓄电池充电，和/或，所述离心泵向气瓶充入压力空气。

在能量回收模式下，当所述蓄电池中的剩余电量超过预设值时，所述驱动电机退出能量回收模式；当所述气瓶中压力大于预设值时，通过控制所述二位三通电磁阀使所述离心泵停止向气瓶充气。

当同时进行驱动电机能量回收和离心泵能量回收时，

所述驱动轮的制动转矩为：

T＝I(T_n+T₃)

式中，T_n为离心泵的阻力矩，T₃为驱动电机的阻力矩，I为变速器的传动比。

与现有技术相比，本发明显著的有益效果体现在：

1.本发明的能量回收与机场摆渡车频繁启停、路况优良的使用环境高度契合。

2.本发明通过ECU控制电控离合器闭合，使车轮制动能量得到回收，分别用于充电和充气，提高了能源的利用率。

3.本发明合理利用了机场摆渡车电动、气动两种动力相互转化，将刹车过程中耗散的动能转化为自身需要的气动压力，从而极大的提升了能源利用率。

4.本发明结构构造简单。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为能量回收系统结构；

图2为ECU的信号控制流；

图3为能量回收控制逻辑。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细的描述，但本领域的技术人员应该知道，以下实施例并不是对本发明技术方案作的唯一限定，凡是在本发明技术方案精神实质下所做的任何等同变换或改动，均应视为属于本发明的保护范围。

本发明提供一种机场摆渡车的制动能量回收系统及控制方法，以实现对机场摆渡车在制动过程中产生的能量进行回收，更好的利用于其他能量需求方面。

本发明提供一种机场摆渡车的制动能量回收系统及控制方法，以实现对机场摆渡车在制动过程中产生的能量进行回收，更好的利用于其他能量需求方面。

如图1所示，一种机场摆渡车的制动能量回收系统，利用摆渡车的制动能量，在摆渡车制动的过程中一方面将摆渡车动能转换为空气压力能装入气瓶中，另一方面转换为电能存储于蓄电池中，两者并存备用。

该系统构成包括：驱动轮1、差速器2、电控离合器3、变速器4、分动器5、驱动电机6、蓄电池7、离心泵8、二位三通电磁阀9、空气干燥器10、气瓶11、ECU 12、车辆传感器13、气瓶压力传感器14。

驱动轮1的车桥上安装差速器2，差速器2连接电控离合器3，电控离合器3连接变速器4。分动器5，输入端连接变速器4和驱动电机6，输出端连接离心泵8。驱动电机6连接蓄电池7。离心泵8的输出端经过二位三通电磁阀9连接空气干燥器10，空气干燥器10连接气瓶11。电控离合器3、二位三通电磁阀9、车辆传感器13、气瓶压力传感器14受ECU 12控制。

该系统可以对车轮制动能量进行选择性回收，既可以回收，也可以不回收。对于车轮来讲，当ECU控制电控离合器3闭合时，它的动能被驱动电机和空气压缩机回收，再利用为电能或空气压力能；当电控离合器3断开时，它的动能不被回收。制动能量回收模式下，电控离合器3闭合，车轮的动能通过差速器2、电控离合器3、变速器4进入分动器5，进入分动器5后，能量分为两路，一路传递到离心泵8，转变为压力能储存到气瓶11中；另一路传递到驱动电机6，此时驱动电机6作为发电机，将动能转换为电能存储到蓄电池7中。在能量回收时，蓄电池7和离心泵8获取能量既可以同步进行，也可以优先于其中之一。

对于空气压缩机来讲，采用的是双驱动空气压缩原理。在有制动能量回收时，优先利用由车轮动能转换来的空气压力能，不足时再由驱动电机提供能量；在没有制动能量回收模式时，由驱动电机提供能量。

对于驱动电机来讲，也是有电动机和发电机两种工作模式，当它进行能量回馈时，作为发电机使用，接收来自于车轮的动能转换为电能；当它处于工作模式时，作为电动机使用，提取蓄电池的能量转换为空气压力能提供给压缩机。

能量回收遵循以下控制逻辑：

如图2、图3所示，由车辆CAN总线传递车辆信息，包括油门踏板信号、档位信号、车速信号、电池SOC信号，由气瓶压力传感器传递气瓶压力信号。ECU接收上述信号，判断：

当同时满足以下条件：摆渡车挡位为前进挡、油门踏板信号为0、当前车速大于0时，摆渡车进入能量回收模式，否则不进入。

能量回收控制分为气路能量回收控制和电路能量回收控制。进入能量回收模式后，ECU控制电控离合器3闭合，摆渡车在前进的过程中动能通过电控离合器3以及变速器4传递到分动器5中，分动器5带动离心泵8和驱动电机6转动。

ECU发出恒定的负转矩指令给驱动电机6，负转矩的大小为驱动电机6的额定转矩，驱动电机6工作在能量回收模式下，向蓄电池7充电。ECU监测蓄电池7中的电量，当蓄电池7中的剩余电量超过预设值时，驱动电机6退出能量回收模式。离心泵8高速转动，向气瓶11内充气。当气瓶11中压力大于预设值(一般8.5bar)后，ECU控制二位三通电磁阀9停止向气瓶充气，从离心泵的出气端连通大气。以上气路能量回收和电路能量回收可以同步进行，也可分步进行，由系统预设优先级。

当能量回收条件不满足时(挡位不在前进挡，或油门踏板信号不为0，或车速为0)，无论蓄电池7电量是否足够，气瓶气压是否足够时，ECU都控制电控离合器3断开，退出能量回收模式。

虽然车速大于0，但蓄电池7电量足够，气瓶气压也足够时，意味着不需要能量回收了，ECU也控制电控离合器3断开，退出能量回收模式。

能量回收过程中，离心泵反作用于车轮的制动转矩为：

T₁＝I·T_n

式中，T₁为离心泵反作用在车轮的制动转矩，T_n为离心泵的阻力矩，I为变速器的传动比。

驱动电机反作用于车轮的制动转矩为：

T₂＝I·T₃

式中，T₂为驱动电机作用在车轮的制动转矩，T₃为驱动电机的阻力矩，I为变速器的传动比。

所以上述两项共同作用于车轮的制动转矩为：

T＝T₁+T₂＝I(T_n+T₃)。

Claims (7)

1.一种机场摆渡车的制动能量回收系统，其特征在于：在车辆差速器上安装有电控离合器，

一变速器，连接在所述电控离合器上，

一分动器，输入端连接所述变速器和驱动电机，输出端连接离心泵，

所述驱动电机，连接蓄电池，

所述离心泵，经过二位三通电磁阀连接空气干燥器，

所述空气干燥器，连接气瓶。

2.根据权利要求1所述的制动能量回收系统，其特征在于：所述差速器安装在驱动轮所在的车桥上。

3.根据权利要求1所述的制动能量回收系统，其特征在于：还包括踏板传感器、档位传感器、车度传感器、电池电量检测器、气瓶压力传感器，

车辆ECU，控制连接所述驱动电机、二位三通电磁阀、踏板传感器、档位传感器、车速传感器、电池电量检测器、气瓶压力传感器。

4.一种对权利要求1-3之一所述的制动能量回收系统的控制方法，其特征在于：

当同时满足以下条件时：挡位为前进挡、油门踏板信号为0、当前车速大于0，所述电控离合器闭合，车辆进入能量回收模式。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于：能量回收，包括所述驱动电机向蓄电池充电，和/或，所述离心泵向气瓶充入压力空气。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于：能量回收模式下，

当所述蓄电池中的剩余电量超过预设值时，所述驱动电机退出能量回收模式；

当所述气瓶中压力大于预设值时，通过控制所述二位三通电磁阀使所述离心泵停止向气瓶充气。

7.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于：当同时进行驱动电机能量回收和离心泵能量回收时，

所述驱动轮的制动转矩为：

T＝I(T_n+T₃)

式中，T_n为离心泵的阻力矩，T₃为驱动电机的阻力矩，I为变速器的传动比。

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