面向空气悬架储能与调节的制动能量回收系统及其控制方法

本发明属于制动能量回收及空气悬架技术领域，具体涉及一种面向空气悬架储能与调节的制动能量回收系统及其控制方法。

背景技术：

制动能量回收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，或是转化为其他可利用能量并作进一步利用。制动能量回收是现代电动汽车与混合动力车的重要技术之一，也是它们的重要特点。

空气悬架一般又叫可调式悬架，由于在悬架上加入了可充气的气压装置，因此车辆可以根据路况的不同来调整悬架的高低和软硬。传统空气悬架气压调节部件比较多，且占用了一部分汽车的空间，创新改变空气悬架气压调节部件具有一定的意义。

技术实现要素：

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种面向空气悬架储能与调节的制动能量回收系统及其控制方法，利用液压离合器的特性，使得制动机械能回收再利用过程只在制动时实现，不影响车辆正常的驱动，而且使用较少的电器元件，能在一定程度上避免额外的电能消耗。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

面向空气悬架储能与调节的制动能量回收系统，包括：

制动主缸，所述制动主缸出液口连接第一三通电磁阀，第一三通电磁阀与制动器连接，制动器与制动主缸的进液口连接；第一三通电磁阀还与液压离合器连接，且与液压离合器连接的管道上设有增压电磁阀，液压离合器还与制动主缸的进液口连接，且与制动主缸连接的管道上设有常开单向阀；所述液压离合器将气泵驱动轴与气泵驱动曲轴结合，气泵驱动轴上连接有齿轮系；所述制动主缸内部设有油压传感器；

气泵装置，所述气泵装置上设有进气口和排气口；所述排气口分别与第二三通电磁阀和第四单向电磁阀连接，第二三通电磁阀与储气室连接，且与储气室连接的管道上设有第二单向电磁阀，所述第二三通电磁阀还与大气连通；第二单向电磁阀与储气室和空气悬架充气口连接，且与储气室连接的管道上设有第一单向电磁阀，与空气悬架充气口连接的管道上设有空气悬架控制阀；所述空气悬架还与储气室连接，储气室还与空气压缩机连接，且与空气压缩机连接的管道上设有第三单向电磁阀；所述储气室上设有气压传感器；

电子控制单元ecu，分别与第一三通电磁阀、增压电磁阀、空气压缩机、第三单向电磁阀、第二三通电磁阀、第四单向电磁阀、气压传感器、油压传感器、第一单向电磁阀、第二单向电磁阀、空气悬架控制阀和空气悬架的气压传感器信号连接。

上述技术方案中，所述空气悬架位于空气悬架系统中，所述空气悬架系统和气泵装置均设置两个，且两个空气悬架系统和两个气泵装置均关于车辆前后轴线对称设置。

上述技术方案中，所述制动主缸末端设置制动活塞，制动活塞连接在制动踏板上；所述制动主缸设置储液室内部。

上述技术方案中，所述空气悬架控制阀与空气悬架充气口之间还设有空气压缩单元和空气滤清器。

上述技术方案中，所述储气室上还设有泄压阀。

一种面向空气悬架储能与调节的制动能量回收系统的控制方法，包括确定设有面向空气悬架储能与调节的制动能量回收系统的车辆的制动模式、空气悬架储能与调节；

所述制动模式根据制动主缸的油压值是否超过预设油压值分为轻微制动模式和正常制动模式；

当制动模式为轻微制动模式时，制动液压油通过第一三通电磁阀，并经增压电磁阀增压后进入液压离合器，使得液压离合器闭合，制动液压油从液压离合器排出后再回到制动主缸，实现制动；

当制动模式为正常制动模式时，制动液压油通过第一三通电磁阀，一部分液压油进入液压离合器，使得液压离合器闭合，制动液压油从液压离合器排出后再回到制动主缸，另一部分液压油通过第一三通电磁阀后进入制动器，实现制动器的正常制动。

进一步地，当制动主缸的油压值未超过预设油压值时，为轻微制动模式；当制动主缸的油压值超过预设油压值时，为正常制动模式。

进一步地，所述空气悬架储能的过程，具体为：

当储气室中的气压值超过安全极限值时，电子控制单元ecu控制第二单向电磁阀通电关闭、第二三通电磁阀通电，使得第二三通电磁阀与大气相连，将气泵装置产生的气体排到大气中，停止向储气室供气；

当储气室气压值未超过安全极限值时，电子控制单元ecu控制第二单向电磁阀断电导通、第二三通电磁阀断电导通，气泵装置产生的气体进入储气室，持续向储气室供气。

进一步地，所述空气悬架调节的过程，具体为：

当车身加速度未超过预设加速度，电子控制单元ecu控制第四单向电磁阀断电关闭、第一单向电磁阀断电关闭，气泵装置和储气室均不对空气悬架输出气体，不对空气悬架气压进行调节；

当车身加速度超过预设加速度时，进一步判断储气室中的气压值是否低于预设低气压值，若储气室中的气压值低于预设低气压值，电子控制单元ecu控制第一单向电磁阀通电导通、第二单向电磁阀通电关闭、第四单向电磁阀通电导通、第二三通电磁阀断电导通、空气悬架控制阀通电导通，气泵装置与储气室共同对空气悬架输出气体，气泵装置直接对空气悬架输出气体而不对储气室输出气体，最终提高空气悬架气压值；若储气室中的气压值不低于预设低气压值，电子控制单元ecu控制第一单向电磁阀通电导通、第二单向电磁阀断电导通、第四单向电磁阀断电关闭、空气悬架控制阀通电导通，仅由储气室对空气悬架输出气体，气泵装置继续对储气室供气，而不直接对空气悬架输出气体，最终仅通过储气室通向空气悬架输出气体，实现空气悬架气压值的提高。

进一步地，当储气室处于低气压状态，空气压缩机产生的气体进入储气室，使得储气室气压值恢复到低气压值以上；低气压状态下，当车身加速度未超过预设加速度值时，第二单向电磁阀和第二三通电磁阀与未超过安全极限值时的状态一致；否则，则第二单向电磁阀通电关闭、第二三通电磁阀断电导通。

本发明的有益效果为：

本发明将车辆制动时的能量通过齿轮系、液压离合器转化为气泵装置的驱动力，实现抽排气并将气体输送至储气室实现储能，为空气悬架调节作气体储备，也能直接将气泵装置产生的气体直接用于提高空气悬架气压值实现空气悬架的调节，以抑制车辆制动时的点头动作；同时设有面向空气悬架储能与调节的制动能量回收系统的车辆，制动分为轻微制动和正常制动两种模式，当制动模式为轻微制动时，车辆将制动能量回收并作用于气泵装置，以此消耗部分机械能完成轻微制动，降低车速；当制动模式为正常制动时，车辆同样将制动能量回收并作用于气泵装置，以消耗部分机械能，同时也实现制动器的正常制动，在一定程度上提高车辆的制动效果。具体为：

(1)本发明通过齿轮系、液压离合器对车辆制动能量进行回收，进而驱动气泵装置实现抽排气，并向储气室输气实现储能；本发明将制动惯性通过较少的传动部件转化为气泵装置的驱动能量，降低了能量转化率和能量损耗，提高了能量利用率；

(2)本发明既能通过储气室对空气悬架进行调节，也能通过气泵装置直接对空气悬架进行调节，利用电子控制单元ecu控制气路中各电磁阀对车辆制动时的点头动作实现抑制；

(3)本发明能够通过控制液压油路中的阀实现不同的制动模式，将制动时的能量转化为驱动气泵装置的能量实现轻微制动，在实现能量回收的同时，也能够在一定程度上提高了制动效果。

附图说明

图1为本发明所述面向空气悬架储能与调节的制动能量回收系统结构示意图；

图2为本发明所述气泵装置的结构示意图；

图3为本发明信号处理传输示意图；

图4为本发明实现不同制动模式的液压油路电子控制流程图；

图5为本发明对空气悬架实现储能的气路电子控制流程图；

图6为本发明对空气悬架实现调节的气路电子控制流程图；

图中，1-电子控制单元ecu，2-气压传感器，3-储气室，4-第一单向电磁阀，5-空气悬架系统，6-空气悬架控制阀，7-空气压缩单元，8-空气滤清器，9-桥壳，10-车桥，11-气泵装置，12-气泵驱动曲轴，13-液压离合器，14-气泵驱动轴，15-主动齿轮，16-从动齿轮，17-制动盘，18-制动器，19-制动主缸，20-制动活塞，21-制动踏板，22-储液室，23-油压传感器，24-第一三通电磁阀，25-增压电磁阀，26-常开单向阀，27-第二单向电磁阀，28-空气压缩机，29-第三单向电磁阀，30-第二三通电磁阀，31-第四单向电磁阀，51-空气悬架，111-进气口，112-排气口。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1所示，面向空气悬架储能与调节的制动能量回收系统，包括制动踏板21、制动活塞20、制动主缸19、常开单向阀26、液压离合器13、主动齿轮15、从动齿轮16、车桥10、桥壳9、气泵驱动轴14、气泵驱动曲轴12、气泵装置11、储气室3、空气悬架系统5、电子控制单元ecu1、车辆加速度传感器33和油压传感器23。本发明的面向空气悬架储能与调节的制动能量回收系统中空气悬架系统5和气泵装置11均设置两个，且两个空气悬架系统5和两个气泵装置11均关于车辆前后轴线对称设置，在车辆前进方向上，气泵装置11位于空气悬架系统5前部；两个气泵装置11与车辆底盘平行设置。为了便于观看，在图1中仅画出一个空气悬架系统5和气泵装置11。

制动踏板21上连接有制动活塞20，制动活塞20末端设置在制动主缸19中，制动主缸19设置储液室22内部，制动主缸19内部设有油压传感器23；制动主缸19出液口通过管道连接第一三通电磁阀24，第一三通电磁阀24通过管道与制动器18连接，制动器18通过管道与制动主缸19的进液口连接；第一三通电磁阀24还通过管道与液压离合器13连接，且与液压离合器13连接的管道上设有增压电磁阀25，液压离合器13还通过管道与制动主缸19的进液口连接，且与制动主缸19连接的管道上设有常开单向阀26。当第一三通电磁阀24断电时，第一三通电磁阀24只与液压离合器13的油路接合；当第一三通电磁阀24通电时，第一三通电磁阀24与液压离合器13和制动器18的油路同时接合。设有面向空气悬架储能与调节的制动能量回收系统的车辆处于非制动状态时，液压离合器13中的油压不足，为分离状态，此时气泵驱动轴14与气泵驱动曲轴12分离；制动状态时，液压离合器13中的油压达到其接合油压，液压离合器13接合，此时气泵驱动轴14与气泵驱动曲轴12接合。

主动齿轮15通过花键连接于车桥10上，车桥10设置在桥壳9中，从动齿轮16通过花键连接于气泵驱动轴14上，主动齿轮15与从动齿轮16啮合，主动齿轮15将车桥10的转动经从动齿轮16传递给气泵驱动轴14。气泵驱动轴14与气泵驱动曲轴12通过液压离合器13接合，气泵驱动曲轴12通过轴承固定在气泵装置11壳体内部，且与气泵装置11连接。参见图2，气泵装置11顶部设有进气口111、侧面设有排气口112，排气口112通过管道分别与第二三通电磁阀30和第四单向电磁阀31连接；第二三通电磁阀30通过管道与储气室3连接，且与储气室3连接的管道上设有第二单向电磁阀27，用于实现对空气悬架51的储能；第二三通电磁阀30还与大气连通；第二单向电磁阀27通过管道分别与储气室3和空气悬架51充气口连接，且与储气室3连接的管道上设有第一单向电磁阀4，与空气悬架51充气口连接的管道上依次设有空气悬架控制阀6、空气压缩单元7和空气滤清器8，用于实现对空气悬架51的调节，空气悬架51还通过管道与储气室3连接；储气室3还通过管道与空气压缩机28连接，且与空气压缩机28连接的管道上设有第三单向电磁阀29；储气室3上还设有气压传感器2和泄压阀(图中未画出)。

电子控制单元ecu1分别与第一三通电磁阀24、增压电磁阀25、空气压缩机28、第三单向电磁阀29、第二三通电磁阀30、第四单向电磁阀31、气压传感器2、油压传感器23、第一单向电磁阀4、第二单向电磁阀27、空气悬架控制阀6和空气悬架51的气压传感器信号连接。

设有面向空气悬架储能与调节的制动能量回收系统的车辆车身上还设有加速度传感器，且加速度传感器与电子控制单元ecu1进行信号连接。

如图3所示，电子控制单元ecu1中设有信号处理模块、判断模块和输出模块，气压传感器2采集储气室3中的气压值、油压传感器采集制动主缸19中的油压值、加速度传感器获取车身加速度值，上述采集的信号发送给信号处理模块，判断模块储气室的气压值、制动主缸的油压值和车身加速度值是否超过预设值，从而通过输出模块传输给相应的电磁阀和空气悬架控制阀6，通过电磁阀和空气悬架控制阀6的通断，实现不同的制动模式。

面向空气悬架储能与调节的制动能量回收系统的控制方法，包括车辆制动模式的确定(轻微制动模式和正常制动模式)和空气悬架储能与调节，具体为：

如图4所示，设有面向空气悬架储能与调节的制动能量回收系统的车辆制动模式，根据制动主缸的油压值是否超过预设油压值分为轻微制动模式和正常制动模式。当制动主缸的油压值未超过预设油压值时，为轻微制动模式；当制动主缸的油压值超过预设油压值时，为正常制动模式。当制动模式为轻微制动模式时，制动液压油通过第一三通电磁阀24，并经增压电磁阀25增压后进入液压离合器13，使得液压离合器13闭合，制动液压油从液压离合器13排出后再通过常开单向阀26回到制动主缸19，此时，车辆的惯性力带动主动齿轮15转动，进而主动齿轮15带动从动齿轮16转动，驱动气泵驱动轴14转动，气泵驱动轴14通过液压离合器13带动气泵驱动曲轴12转动，最终实现气泵装置工作，以此消耗机械能，实现制动；当制动模式为正常制动模式时，制动液压油通过第一三通电磁阀24，一部分液压油经增压电磁阀25(该模式下增压电磁阀25不对液压油增压)进入液压离合器13，使得液压离合器13闭合，该部分制动液压油从液压离合器13排出后再通过常开单向阀26回到制动主缸19，另一部分液压油在通过第一三通电磁阀24后进入制动器18，实现制动器18的正常制动过程；正常制动模式时，制动器18与气泵装置11二者共同实现制动。轻微制动模式仅利用气泵装置11的运动消耗机械能，实现车辆的制动降速，正常制动模式既利用气泵装置11的运动消耗机械能，同时也利用制动器18进行正常制动，最终实现车辆的制动。

如图5所示，当储气室3中的气压值超过安全极限值时，电子控制单元ecu1控制第二单向电磁阀27通电关闭、第二三通电磁阀30通电，使得第二三通电磁阀30与大气相连，将气泵装置11产生的气体排到大气中，停止向储气室3供气，同时通过泄压阀进行泄压，保证安全；当储气室3气压值未超过安全极限值时，电子控制单元ecu1控制第二单向电磁阀27断电导通、第二三通电磁阀30断电导通，第二三通电磁阀30与储气室3的管道连接，气泵装置11产生的气体进入储气室3，持续向储气室3供气。

电子控制单元ecu1中设有低气压限值，当储气室3中的气压值小于低气压限值时，判断储气室3处于低气压状态，电子控制单元ecu1控制空气压缩机28通电使其工作，控制第三单向电磁阀29通电导通，使得空气压缩机28产生的气体进入储气室3，使得储气室3气压值恢复到低气压值以上；低气压状态下，当车身加速度未超过预设加速度值时，第二单向电磁阀27和第二三通电磁阀30与未超过安全极限值时的状态一致；否则，则第二单向电磁阀27通电关闭、第二三通电磁阀30断电导通。

如图6所示，电子控制单元ecu1接收车辆加速度传感器33和气压传感器2的信号，首先判断车身加速度是否超过预设加速度；当车身加速度未超过预设加速度，电子控制单元ecu1控制第四单向电磁阀31断电关闭、第一单向电磁阀4断电关闭，该情况下，气泵装置11中的气体不沿管道通过第四单向电磁阀31、空气悬架控制阀6、空气压缩单元7、空气滤清器8进入空气悬架51，储气室3中的气体不沿管道通过第一单向电磁阀4、空气悬架控制阀6、空气压缩单元7、空气滤清器8进入空气悬架51，气泵装置11和储气室3均不对空气悬架51输出气体，不对空气悬架51气压进行调节；当车身加速度超过预设加速度时，进一步判断储气室3中的气压值是否低于预设低气压值，若储气室中的气压值低于预设低气压值，电子控制单元ecu1控制第一单向电磁阀4通电导通、第二单向电磁阀27通电关闭、第四单向电磁阀31通电导通、第二三通电磁阀30断电导通、空气悬架控制阀6通电导通，气泵装置11和储气室3中的气体沿管道经空气压缩单元7压缩和空气滤清器8过滤后进入空气悬架51，气泵装置11与储气室3共同对空气悬架51输出气体，其中气泵装置11直接对空气悬架51输出气体而不对储气室3输出气体，最终提高空气悬架51气压值，进而调节空气悬架51，以调整车身姿态，抑制车辆制动时的点头动作；若储气室3中的气压值不低于预设低气压值，电子控制单元ecu1控制第一单向电磁阀4通电导通、第二单向电磁阀27断电导通、第四单向电磁阀31断电关闭、空气悬架控制阀6通电导通，储气室3中的气体沿管道经空气压缩单元7压缩和空气滤清器8过滤后进入空气悬架51，仅由储气室3对空气悬架51输出气体，气泵装置11继续对储气室3供气，而不直接对空气悬架51输出气体，最终仅通过储气室3通向空气悬架51输出气体，实现空气悬架51气压值的提高，进而调节空气悬架51，以调整车身姿态，抑制车辆制动时的点头动作。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。