车辆刹车制动能量回收利用装置的制作方法

本实用新型是一种车辆刹车制动能量回收利用装置，其用于城市公交车辆，节能减排效果尤为显著，属于机电液一体化装置及运输技术领域。

2、

背景技术：

随着汽车拥有量的日益增多，众多城市车流量大，造成交通拥挤而塞车的现象已是十分普遍；再者城市的公交车由于进站/出站的需求，汽车需经常进行减速(停车)、停止，然后起动、加速，制动、起动极为频繁，使制动器的使用寿命大大降低，同时汽车油耗增加，车辆制动时汽车的动能转化为制动摩擦片的热能而消耗。本设计的目标就是利用现代机电液一体化技术，将汽车制动时的能量进行回收储存，在汽车起动或加速时，将回收的能量作为汽车驱动的动力。一方面，汽车制动时的能量得到充分的利用，改善了汽车的燃油经济性能，同时也会改善车辆的排放性能；另一方面，可显著提高汽车制动器的使用寿命。

3、

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种新颖的铁路车辆。装置由一个具有可逆作用的液压泵/马达实现蓄能器中的液压能与车辆动能之间的转化，即在车辆制动时，蓄能系统将泵/马达以泵的方式工作，车辆行驶的动能通过机械传动驱动液压泵旋转，将液压油压入蓄能器中，实现动能到液压能的转化；在车辆起动或加速时，蓄能系统再将泵/马达以马达的方式工作，高压油从蓄能器中输出，驱动马达工作，实现液压能到车辆动能的转化。整个过程是由单片机控制单元ECU采集油门开度信号、刹车踏板力度信号、车速信号、液压系统油压信号，经过数据运算，输出控制信号来控制电磁离合器、三位电磁换向阀的闭合与断开，使泵/马达、蓄能器协调有序工作。装置采用单片机及电液比例调速阀控制技术，因而能在缓慢/紧急制动、慢速/快速起动工况下，自动调节流量阀的开度，充分利用能量；还根据系统压力信号、车速信号实时控制液压泵的起动与卸荷、离合器的结合与分离，最大限度地节省能量。

本实用新型的组成结构如图1所示，包括有传动齿轮(1)、电磁离合器(2)组成的传动连接组件及液压泵/马达(3)、三位电磁换向阀(4)、过滤器(5)、溢流阀(6)、液压油箱(7)、单向阀(8)、顺序阀(9)、两位两通电磁换向阀(10)、电液比例调速阀(11)、蓄能器(12)、压力表(13)、压力传感器(14)、单片机控制单元ECU(15)组成的电液控制组件。其中传动齿轮的轴与电磁离合器(2)的法兰连接，电磁离合器的另一端法兰与液压泵/马达(3)的主轴连接，液压泵/马达(3)依次与三位电磁换向阀(4)、溢流阀(6)、液压油箱(7)、顺序阀(9)、单向阀(8)、电液比例调速阀(11)及蓄能器(12)连接。

本实用新型的液压控制系统回路中采用顺序阀(9)与单向阀(8)串联后再与单向阀(8)并联的设计；用两位两通电磁换向阀(10)实现装置的回收能量和释放能量；回收能量的液压回路采用单向阀(8)与两位两通电磁换向阀(10)连接，而释放能量的液压回路采用单向阀(8)串联顺序阀(9)再与两位两通电磁换向阀(10)连接。

上述电液控制组件中的单片机控制单元ECU(15)分别与电磁离合器(2)、三位电磁换向阀(4)及电液比例调速阀(11)连接，并设计成顺序阀(9)与单向阀(8)串联后再并联的形式。液压回路上安装压力传感器，传感器的输出与单片机控制单元ECU的输入连接，电路连接如图2所示。

本实用新型的工作原理是：

(1)制动蓄能工况：当行驶的车辆制动时，单片机控制单元ECU根据采集到的车速传感器信号、制动踏板力度信号进行数据运算后，输出控制信号，控制电磁离合器、三位电磁换向阀闭合，以及实时控制电液比例调速阀的开度，通过机械连接及电磁离合器，利用车辆的动能驱动液压泵旋转，液压油通过三位电磁换向阀及管路压入蓄能器，因而把车辆的动能转换成液压能储存起来，当单片机控制单元ECU接收到蓄能器已到其最大压力信号时，断开电磁离合器，同时使液压泵卸荷。采用电液比例调速阀的目的是：在缓慢或者紧急制动工况下液压制动力能合理调节，使得本装置在各种车速下都有一个良好的储能与制动效果，满足乘客舒适性的要求。

(2)起动释能工况：当车辆起动或加速时，单片机控制单元ECU根据油门信号、起动过程中的车速信号来控制电磁离合器、三位电磁换向阀的接合以及电液比例调速阀的开度，此时蓄能器中的高压油通过油路驱动液压马达旋转，液压马达带动离合器输出给车轮，实现制动能量循环利用，为车辆起动提供辅助动力。用单片机实时控制电液比例调速阀的开度，是为了满足车辆快速起动和缓慢起动工况对起动扭矩的不同要求。

本实用新型是一种综合机电液一体化技术，结构简单，方便使用的车辆刹车制动能量回收利用装置。

4、附图说明

图1为车辆刹车制动能量回收利用装置结构图，由传动齿轮(1)、电磁离合器(2)、液压泵/马达(3)、三位电磁换向阀(4)、过滤器(5)、溢流阀(6)、液压油箱(7)、单向阀(8)、顺序阀(9)、两位两通电磁换向阀(10)、电液比例调速阀(11)、蓄能器(12)、压力表(13)、压力传感器(14)、单片机控制单元ECU(15)组成。

图2为单片机控制单元的功能模块连接图。

图3为实施例，即本装置与车辆动力系统连接图，由传动齿轮(1)、电磁离合器(2)、液压泵/马达(3)、液压油箱(7)、蓄能器(12)、单片机控制单元ECU(15)、液压回路组件(22)、发动机(24)、联轴器(25)、变速器(26)、车速传感器(27)、车轮(28)、联轴节(29)、后桥(30)组成。

5、具体实施方式

实施例

本实用新型与车辆动力系统连接如图3所示，包括有由单片机控制单元、液压泵/马达、油箱、蓄能器及液压回路组件(23)(包含三位电磁换向阀、溢流阀、顺序阀、单向阀、两位两通电磁换向阀、电液比例调速阀、压力传感器、压力表)组成的电液控制组件及传动齿轮(1)与电磁离合器(2)组成的传动连接组件。其中传动齿轮(1)与车辆发动机变速器中的齿轮连接，传动齿轮的轴与电磁离合器(2)的法兰连接，电磁离合器的另一端法兰与液压泵/马达(3)的主轴连接，液压泵/马达的出油口与液压回路组件(23)及蓄能器连接。

上述液压回路的设计采用单片机控制电液比例调速阀，并设计成单向阀与顺序阀串联后再并联的方式。液压回路上安装压力传感器，传感器的输出与单片机的输入连接，单片机控制单元功能模块连接如图2所示。

蓄能器采用皮囊式液压蓄能器，具有功率密度大，运行平稳的特点。三位电磁换向阀采用三位四通电磁换向阀，中位机能采用M型。单片机控制单元用AT89C51单片机为控制核心。

在装置释放能量液压回路中，顺序阀的设定压力是根据蓄能器的最小工作压力来设定，本实施例中，设定为0.5Mpa.

以城市公交大巴车为例，据统计车速一般不高，市区车辆的平均车速一般在30km/h～50km/h之间，汽车起动的平均加速度为0.5m²/s左右。考虑到公共汽车的实际载荷，采用汽车的总质量为16吨，停车时间15秒进行计算。

在车辆起动初期，大部分功率由液压马达提供，当蓄能器压力降到一定程度后，再由发动机提供。车辆制动能量回收系统主要有4个关键参数：液压泵/马达的排量V_m、蓄能器初始体积V₀、蓄能器最低工作压力P₁、最高工作压力P₂等。这4个参数的选择计算主要依据车辆的总质量及制动工况，针对提高能量转化率这个目标进行计算。以车辆总质量为16吨，停车时间15秒进行计算，结果为：排量V_m＝200毫升/转，蓄能器初始体积V₀＝60升，蓄能器最低工作压力P₁＝1MPa，最高工作压力P₂＝10MPa，车辆起动工况节油率达到30％，同时降低车辆起步工况时发动机的负荷，对改善车辆起步时的污染排放有显著效果。