本實(shí)用新型是一種車輛剎車制動(dòng)能量回收利用裝置，其用于城市公交車輛，節(jié)能減排效果尤為顯著，屬于機(jī)電液一體化裝置及運(yùn)輸技術(shù)領(lǐng)域。

2、

背景技術(shù)：

隨著汽車擁有量的日益增多，眾多城市車流量大，造成交通擁擠而塞車的現(xiàn)象已是十分普遍；再者城市的公交車由于進(jìn)站/出站的需求，汽車需經(jīng)常進(jìn)行減速(停車)、停止，然后起動(dòng)、加速，制動(dòng)、起動(dòng)極為頻繁，使制動(dòng)器的使用壽命大大降低，同時(shí)汽車油耗增加，車輛制動(dòng)時(shí)汽車的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為制動(dòng)摩擦片的熱能而消耗。本設(shè)計(jì)的目標(biāo)就是利用現(xiàn)代機(jī)電液一體化技術(shù)，將汽車制動(dòng)時(shí)的能量進(jìn)行回收儲(chǔ)存，在汽車起動(dòng)或加速時(shí)，將回收的能量作為汽車驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力。一方面，汽車制動(dòng)時(shí)的能量得到充分的利用，改善了汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性能，同時(shí)也會(huì)改善車輛的排放性能；另一方面，可顯著提高汽車制動(dòng)器的使用壽命。

3、

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種新穎的鐵路車輛。裝置由一個(gè)具有可逆作用的液壓泵/馬達(dá)實(shí)現(xiàn)蓄能器中的液壓能與車輛動(dòng)能之間的轉(zhuǎn)化，即在車輛制動(dòng)時(shí)，蓄能系統(tǒng)將泵/馬達(dá)以泵的方式工作，車輛行駛的動(dòng)能通過機(jī)械傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)液壓泵旋轉(zhuǎn)，將液壓油壓入蓄能器中，實(shí)現(xiàn)動(dòng)能到液壓能的轉(zhuǎn)化；在車輛起動(dòng)或加速時(shí)，蓄能系統(tǒng)再將泵/馬達(dá)以馬達(dá)的方式工作，高壓油從蓄能器中輸出，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)工作，實(shí)現(xiàn)液壓能到車輛動(dòng)能的轉(zhuǎn)化。整個(gè)過程是由單片機(jī)控制單元ECU采集油門開度信號(hào)、剎車踏板力度信號(hào)、車速信號(hào)、液壓系統(tǒng)油壓信號(hào)，經(jīng)過數(shù)據(jù)運(yùn)算，輸出控制信號(hào)來控制電磁離合器、三位電磁換向閥的閉合與斷開，使泵/馬達(dá)、蓄能器協(xié)調(diào)有序工作。裝置采用單片機(jī)及電液比例調(diào)速閥控制技術(shù)，因而能在緩慢/緊急制動(dòng)、慢速/快速起動(dòng)工況下，自動(dòng)調(diào)節(jié)流量閥的開度，充分利用能量；還根據(jù)系統(tǒng)壓力信號(hào)、車速信號(hào)實(shí)時(shí)控制液壓泵的起動(dòng)與卸荷、離合器的結(jié)合與分離，最大限度地節(jié)省能量。

本實(shí)用新型的組成結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括有傳動(dòng)齒輪(1)、電磁離合器(2)組成的傳動(dòng)連接組件及液壓泵/馬達(dá)(3)、三位電磁換向閥(4)、過濾器(5)、溢流閥(6)、液壓油箱(7)、單向閥(8)、順序閥(9)、兩位兩通電磁換向閥(10)、電液比例調(diào)速閥(11)、蓄能器(12)、壓力表(13)、壓力傳感器(14)、單片機(jī)控制單元ECU(15)組成的電液控制組件。其中傳動(dòng)齒輪的軸與電磁離合器(2)的法蘭連接，電磁離合器的另一端法蘭與液壓泵/馬達(dá)(3)的主軸連接，液壓泵/馬達(dá)(3)依次與三位電磁換向閥(4)、溢流閥(6)、液壓油箱(7)、順序閥(9)、單向閥(8)、電液比例調(diào)速閥(11)及蓄能器(12)連接。

本實(shí)用新型的液壓控制系統(tǒng)回路中采用順序閥(9)與單向閥(8)串聯(lián)后再與單向閥(8)并聯(lián)的設(shè)計(jì)；用兩位兩通電磁換向閥(10)實(shí)現(xiàn)裝置的回收能量和釋放能量；回收能量的液壓回路采用單向閥(8)與兩位兩通電磁換向閥(10)連接，而釋放能量的液壓回路采用單向閥(8)串聯(lián)順序閥(9)再與兩位兩通電磁換向閥(10)連接。

上述電液控制組件中的單片機(jī)控制單元ECU(15)分別與電磁離合器(2)、三位電磁換向閥(4)及電液比例調(diào)速閥(11)連接，并設(shè)計(jì)成順序閥(9)與單向閥(8)串聯(lián)后再并聯(lián)的形式。液壓回路上安裝壓力傳感器，傳感器的輸出與單片機(jī)控制單元ECU的輸入連接，電路連接如圖2所示。

本實(shí)用新型的工作原理是：

(1)制動(dòng)蓄能工況：當(dāng)行駛的車輛制動(dòng)時(shí)，單片機(jī)控制單元ECU根據(jù)采集到的車速傳感器信號(hào)、制動(dòng)踏板力度信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算后，輸出控制信號(hào)，控制電磁離合器、三位電磁換向閥閉合，以及實(shí)時(shí)控制電液比例調(diào)速閥的開度，通過機(jī)械連接及電磁離合器，利用車輛的動(dòng)能驅(qū)動(dòng)液壓泵旋轉(zhuǎn)，液壓油通過三位電磁換向閥及管路壓入蓄能器，因而把車輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成液壓能儲(chǔ)存起來，當(dāng)單片機(jī)控制單元ECU接收到蓄能器已到其最大壓力信號(hào)時(shí)，斷開電磁離合器，同時(shí)使液壓泵卸荷。采用電液比例調(diào)速閥的目的是：在緩慢或者緊急制動(dòng)工況下液壓制動(dòng)力能合理調(diào)節(jié)，使得本裝置在各種車速下都有一個(gè)良好的儲(chǔ)能與制動(dòng)效果，滿足乘客舒適性的要求。

(2)起動(dòng)釋能工況：當(dāng)車輛起動(dòng)或加速時(shí)，單片機(jī)控制單元ECU根據(jù)油門信號(hào)、起動(dòng)過程中的車速信號(hào)來控制電磁離合器、三位電磁換向閥的接合以及電液比例調(diào)速閥的開度，此時(shí)蓄能器中的高壓油通過油路驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，液壓馬達(dá)帶動(dòng)離合器輸出給車輪，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量循環(huán)利用，為車輛起動(dòng)提供輔助動(dòng)力。用單片機(jī)實(shí)時(shí)控制電液比例調(diào)速閥的開度，是為了滿足車輛快速起動(dòng)和緩慢起動(dòng)工況對(duì)起動(dòng)扭矩的不同要求。

本實(shí)用新型是一種綜合機(jī)電液一體化技術(shù)，結(jié)構(gòu)簡單，方便使用的車輛剎車制動(dòng)能量回收利用裝置。

4、附圖說明

圖1為車輛剎車制動(dòng)能量回收利用裝置結(jié)構(gòu)圖，由傳動(dòng)齒輪(1)、電磁離合器(2)、液壓泵/馬達(dá)(3)、三位電磁換向閥(4)、過濾器(5)、溢流閥(6)、液壓油箱(7)、單向閥(8)、順序閥(9)、兩位兩通電磁換向閥(10)、電液比例調(diào)速閥(11)、蓄能器(12)、壓力表(13)、壓力傳感器(14)、單片機(jī)控制單元ECU(15)組成。

圖2為單片機(jī)控制單元的功能模塊連接圖。

圖3為實(shí)施例，即本裝置與車輛動(dòng)力系統(tǒng)連接圖，由傳動(dòng)齒輪(1)、電磁離合器(2)、液壓泵/馬達(dá)(3)、液壓油箱(7)、蓄能器(12)、單片機(jī)控制單元ECU(15)、液壓回路組件(22)、發(fā)動(dòng)機(jī)(24)、聯(lián)軸器(25)、變速器(26)、車速傳感器(27)、車輪(28)、聯(lián)軸節(jié)(29)、后橋(30)組成。

5、具體實(shí)施方式

實(shí)施例

本實(shí)用新型與車輛動(dòng)力系統(tǒng)連接如圖3所示，包括有由單片機(jī)控制單元、液壓泵/馬達(dá)、油箱、蓄能器及液壓回路組件(23)(包含三位電磁換向閥、溢流閥、順序閥、單向閥、兩位兩通電磁換向閥、電液比例調(diào)速閥、壓力傳感器、壓力表)組成的電液控制組件及傳動(dòng)齒輪(1)與電磁離合器(2)組成的傳動(dòng)連接組件。其中傳動(dòng)齒輪(1)與車輛發(fā)動(dòng)機(jī)變速器中的齒輪連接，傳動(dòng)齒輪的軸與電磁離合器(2)的法蘭連接，電磁離合器的另一端法蘭與液壓泵/馬達(dá)(3)的主軸連接，液壓泵/馬達(dá)的出油口與液壓回路組件(23)及蓄能器連接。

上述液壓回路的設(shè)計(jì)采用單片機(jī)控制電液比例調(diào)速閥，并設(shè)計(jì)成單向閥與順序閥串聯(lián)后再并聯(lián)的方式。液壓回路上安裝壓力傳感器，傳感器的輸出與單片機(jī)的輸入連接，單片機(jī)控制單元功能模塊連接如圖2所示。

蓄能器采用皮囊式液壓蓄能器，具有功率密度大，運(yùn)行平穩(wěn)的特點(diǎn)。三位電磁換向閥采用三位四通電磁換向閥，中位機(jī)能采用M型。單片機(jī)控制單元用AT89C51單片機(jī)為控制核心。

在裝置釋放能量液壓回路中，順序閥的設(shè)定壓力是根據(jù)蓄能器的最小工作壓力來設(shè)定，本實(shí)施例中，設(shè)定為0.5Mpa.

以城市公交大巴車為例，據(jù)統(tǒng)計(jì)車速一般不高，市區(qū)車輛的平均車速一般在30km/h～50km/h之間，汽車起動(dòng)的平均加速度為0.5m²/s左右?？紤]到公共汽車的實(shí)際載荷，采用汽車的總質(zhì)量為16噸，停車時(shí)間15秒進(jìn)行計(jì)算。

在車輛起動(dòng)初期，大部分功率由液壓馬達(dá)提供，當(dāng)蓄能器壓力降到一定程度后，再由發(fā)動(dòng)機(jī)提供。車輛制動(dòng)能量回收系統(tǒng)主要有4個(gè)關(guān)鍵參數(shù)：液壓泵/馬達(dá)的排量V_m、蓄能器初始體積V₀、蓄能器最低工作壓力P₁、最高工作壓力P₂等。這4個(gè)參數(shù)的選擇計(jì)算主要依據(jù)車輛的總質(zhì)量及制動(dòng)工況，針對(duì)提高能量轉(zhuǎn)化率這個(gè)目標(biāo)進(jìn)行計(jì)算。以車輛總質(zhì)量為16噸，停車時(shí)間15秒進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果為：排量V_m＝200毫升/轉(zhuǎn)，蓄能器初始體積V₀＝60升，蓄能器最低工作壓力P₁＝1MPa，最高工作壓力P₂＝10MPa，車輛起動(dòng)工況節(jié)油率達(dá)到30％，同時(shí)降低車輛起步工況時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷，對(duì)改善車輛起步時(shí)的污染排放有顯著效果。