CN110329224B - 基于气体式蓄能器的紧急制动能量回收装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

基于气体式蓄能器的紧急制动能量回收装置及控制方法，属于车辆节能技术领域，包括驱动桥、车轮角加速度传感器、中央处理器、发电机、机械传动装置、超级电容C、变量泵/马达M2以及气体式蓄能器，驱动桥分别与机械传动装置和车轮角加速度传感器连接；机械传动装置的输出轴与发电机的输入轴连接；超级电容C通过电路与发电机中的磁感应电路连接；变量泵/马达M2的电机设置在发电机的磁感应回路中；车轮角加速度传感器与中央处理器信号输入端连接，中央处理器的信号输出端与发电机连接。本发明能够迅速回收紧急制动短时间内产生的能量，可靠性强，反应速度快，能够快速反应车辆的紧急制动，避免了回收装置反应不及时造成的能量浪费。

Description

基于气体式蓄能器的紧急制动能量回收装置及控制方法

技术领域

本发明属于车辆节能技术领域，特别是涉及到一种能够回收紧急制动过程中所耗能量的装置及控制方法。

背景技术

随着经济的发展，全世界都在面临能源消耗过快，环境日渐恶劣的问题，其中用于汽车行驶的能源消耗较大，比例也在不断提高。根据能源部估计，每年所新增汽车将会消耗每年新增石油产量的70％以上。

汽车界目前的新技术——自动紧急制动***被用来避免紧急碰撞事故，是一种前景很高的新兴技术。自动紧急制动***是指车辆在非自适应续航的情况下正常行驶，如车辆遇到突发危险情况或前车及行人距离小于安全距离时主动进行刹车(但具备这种功能的车辆并不一定能够将车辆完全刹停)避免或减少追尾等碰撞事故的发生。目前自动紧急制动已经被运用在某些汽车上，如本田，马自达等，具有极大的实用价值。然而，制动紧急制动需要非常高的能量保持制动液的高压，会在执行过程中会消耗大量的制动能量，从而造成巨大的能量浪费。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于气体式蓄能器的紧急制动能量回收装置及控制方法，能够迅速回收紧急制动短时间内产生的能量，可靠性强，反应速度快，能够快速反应车辆的紧急制动，避免了回收装置反应不及时造成的能量浪费。

基于气体式蓄能器的紧急制动能量回收装置，其特征是：包括驱动桥、车轮角加速度传感器、中央处理器、发电机、机械传动装置、超级电容C、变量泵/马达M2以及气体式蓄能器，所述驱动桥分别与机械传动装置和车轮角加速度传感器连接；所述机械传动装置的输出轴与发电机的输入轴连接；所述超级电容C通过电路与发电机中的磁感应电路连接；所述变量泵/马达M2的电机设置在发电机的磁感应回路中；所述气体式蓄能器与变量泵/马达M2连接；所述车轮角加速度传感器与中央处理器信号输入端连接，所述中央处理器的信号输出端与磁感应电路开关K。

所述气体式蓄能器为气囊式蓄能器。

所述中央处理器为高通骁龙820A的四核64位中央处理器。

所述机械传动装置将驱动桥的动能转化为机械能，所述发电机将机械传动装置的机械能转换为电能，所述变量泵/马达M2用于实现机械能和内能的相互转换，所述气体式蓄能器用于储存内能，所述超级电容C用于储存发电机转换来的电能。

基于气体式蓄能器的紧急制动能量回收装置的控制方法，其特征是：控制基于气体式蓄能器的紧急制动能量回收装置进行蓄能，包括以下步骤，且以下步骤顺次进行，

步骤一、汽车紧急制动，车轮角加速度降低，车轮角加速度传感器记录角加速信息，并传递给中央处理器；

步骤二、中央处理器通过预先设定的角加速度阈值判断紧急制动状态，实际角加速度超出阈值，中央处理器发出紧急制动指令，将发电机磁感应电路中的开关K断开，整体通路闭合，回路的电流发生变化，变量泵/马达M2加速旋转，带动气体式蓄能器储存能量；

实际角加速度低于阈值，中央处理器未发出紧急制动指令，发电机磁感应电路中的开关K保持闭合，气体式蓄能器不储存能量。

通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：基于气体式蓄能器的紧急制动能量回收装置及控制方法，能够迅速回收紧急制动短时间内产生的能量，可靠性强，反应速度快，能够快速反应车辆的紧急制动，避免了回收装置反应不及时造成的能量浪费。

进一步的，本发明不依靠精确的数学公式，与电储能相比，其储能量大，与飞轮和液压储能相比，能够快速回收紧急制动时产生的电能，结构简单，方便安装在各种汽车上，适用性强。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明：

图1为本发明基于气体式蓄能器的紧急制动能量回收装置结构示意框图。

图2为本发明基于气体式蓄能器的紧急制动能量回收装置发电机磁感应回路电路图。

图3为本发明基于气体式蓄能器的紧急制动能量回收装置气体式蓄能器结构示意图。

图4为本发明基于气体式蓄能器的紧急制动能量回收装置气体式蓄能器压缩后结构示意图。

图5为本发明基于气体式蓄能器的紧急制动能量回收装置气体式蓄能器制动过程能量转换线路图。

图中1-驱动桥、2-车轮角加速度传感器、3-中央处理器、4-发电机、5-机械传动装置、6-超级电容C、7-变量泵/马达M2、8-气体式蓄能器、9-柔性橡胶气囊、10-阀门、11-气体、12-油液、13-流体端口。

具体实施方式

基于气体式蓄能器的紧急制动能量回收装置，如图1和图5所示，包括驱动桥1、车轮角加速度传感器2、中央处理器3、发电机4、机械传动装置5、超级电容C6、变量泵/马达M27以及气体式蓄能器8，所述驱动桥1具有车轮的动能，与车轮角加速度传感器2和机械传动装置5连接，将汽车制动时的动能转化为机械能；所述机械传动装置5的输出轴与发电机4的输入轴连接，将机械能转化为电能；所述超级电容C6通过电路与发电机4中的磁感应电路连接，实现电能存储；所述变量泵/马达M27用于实现机械能和内能的相互转换，变量泵/马达M27的电机设置在发电机4的磁感应回路中，紧急制动时产生的磁感应电动势带动泵的转动，实现泵的转动；所述气体式蓄能器8与变量泵/马达M27连接，实现快速蓄能；所述车轮角加速度传感器2与中央处理器3信号输入端连接，所述中央处理器3的信号输出端与发电机4连接。

所述中央处理器3采用高通骁龙820A的四核64位中央处理器，该处理器的架构、主频和64位的位数胜于其他车用中央处理器，具有更好的性能。

所述机械传动装置5需要承受紧急制动所带来的高转矩，本发明采用能够承受高转矩的机械传动装置。

所述发电机磁感应电路如图2所述，图中，M1是电机，E代表感应电动势，I为感应电流，R1为电流反馈电路的等效电阻，R2为制动限流电阻，R3为电机电枢的内阻，D为二极管。最右边的电路向电机发出磁场，当汽车正常行驶时，图2中的开关K闭合，此时导通电路为左边的闭环电路；当汽车紧急制动时，车轮角速度传感器发出信号，传给中央处理器3，中央处理器3再控制开关K，使K断开，此时导通电路为整个大的闭环电路。由于电机为磁感应元件，有磁感应公式：

其中L为电机电枢的电感。

开关K闭合时，即车辆未制动时，磁感应电流为：

当开关K断开时，即汽车开始紧急制动时，快速增大，使磁感应电动势迅速增大，当E>U时，开始对***进行充电。

所述气体式蓄能器8为气囊式蓄能器，如图3和图4所示，气囊式蓄能器是根据博伊尔气体定律工作的。由囊内惰性气体部分和囊外流体部分组成，中间由柔性橡胶气囊9隔开。柔性橡胶气囊9起到防气屏障以及能够改变形状和大小的作用。气囊液压油周围的液体与外部液压回路相连。蓄能器通过顶部的阀门10充入氮气。当泵启动时，蓄能器将预充至额定压力。提升阀通常由弹簧压力保持打开，防止气囊从流体端口13挤出。当蓄能器的液压高于蓄能器内部的压力时，气体11会压缩，从而在压缩气体11中储存能量，并在气囊周围储存储备量的油液12(气囊式蓄能器的结构和气体的压缩过程如图3所示)。当蓄能器外部的液压低于蓄能器内的压力压缩气体迫使油从蓄能器中流出，并在油液12流出时消耗气体，直到蓄能器内的压力和蓄能器外部的压力相等为止，从而释放能量。由于气体体积在高压液压油的压力作用下变化的速度非常快，能够快速实现储能。当车辆需要能量时，蓄能器释放能量，并驱动马达工作，再将能量转换到需要的部件中。

基于气体式蓄能器的紧急制动能量回收装置的控制方法，包括以下步骤，且以下步骤顺次进行，

步骤一、汽车紧急制动，车轮角加速度降低，车轮角加速度传感器2记录角加速信息，并传递给中央处理器3；

步骤二、中央处理器3通过预先设定的角加速度阈值判断紧急制动状态，实际角加速度超出阈值，中央处理器3发出紧急制动指令，将发电机4磁感应电路中的开关K断开，整体通路闭合，回路的电流发生变化，变量泵/马达M27加速旋转，带动气体式蓄能器8储存能量；

实际角加速度低于阈值，中央处理器3未发出紧急制动指令，发电机4磁感应电路中的开关K保持闭合，气体式蓄能器8不储存能量。

其中所述步骤二中角加速度阈值，可以选取车轮外直径为70cm的汽车，车轮的角加速度小于等于-20rad/s²时认定汽车在进行紧急制动。

本发明采用气囊式蓄能器的优点在于，反应灵敏，能够快速回收紧急制动瞬间传递的巨大能量，且气囊的最大体积较大，能够容纳较多的气体，从而存储较多的内能。

采用发电机4和超级电容C6的组合优点在于反应迅速，能够快速回收部分紧急制动产生的能量。

当汽车需要供电时，超级电容C6放出电能，实现供电。

上述实施例只为本发明的技术方案及思路，其目的在于使专业人士能够快速了解本发明的内容并据以实施，但并不能以此限制本发明的保护范围。反根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.基于气体式蓄能器的紧急制动能量回收装置，其特征是：包括驱动桥(1)、车轮角加速度传感器(2)、中央处理器(3)、发电机(4)、机械传动装置(5)、超级电容C(6)、变量泵/马达M2(7)以及气体式蓄能器(8)，所述驱动桥(1)分别与机械传动装置(5)和车轮角加速度传感器(2)连接；所述机械传动装置(5)的输出轴与发电机(4)的输入轴连接；所述超级电容C(6)通过电路与发电机(4)中的磁感应电路连接；所述变量泵/马达M2(7)的电机设置在发电机(4)的磁感应回路中；所述气体式蓄能器(8)与变量泵/马达M2(7)连接；所述车轮角加速度传感器(2)与中央处理器(3)信号输入端连接，所述中央处理器(3)的信号输出端控制磁感应电路开关K；所述驱动桥(1)具有车轮的动能，与车轮角加速度传感器(2)和机械传动装置(5)连接，将汽车制动时的动能转化为机械能；所述机械传动装置(5)的输出轴与发电机(4)的输入轴连接，将机械能转化为电能；所述超级电容C(6)通过电路与发电机(4)中的磁感应电路连接，实现电能存储；所述变量泵/马达M2(7)用于实现机械能和内能的相互转换，变量泵/马达M2(7)的电机设置在发电机(4)的磁感应回路中，紧急制动时产生的磁感应电动势带动泵的转动，实现泵的转动；所述气体式蓄能器(8)与变量泵/马达M2(7)连接，实现快速蓄能。

2.根据权利要求1所述的基于气体式蓄能器的紧急制动能量回收装置，其特征是：所述气体式蓄能器(8)为气囊式蓄能器。

3.根据权利要求1所述的基于气体式蓄能器的紧急制动能量回收装置，其特征是：所述中央处理器(3)为高通骁龙820A的四核64位中央处理器。

4.基于气体式蓄能器的紧急制动能量回收装置的控制方法，其特征是：控制如权利要求1所述的基于气体式蓄能器的紧急制动能量回收装置进行蓄能的方法，包括以下步骤，且以下步骤顺次进行，

步骤一、汽车紧急制动，车轮角加速度降低，车轮角加速度传感器(2)记录角加速信息，并传递给中央处理器(3)；

步骤二、中央处理器(3)通过预先设定的角加速度阈值判断紧急制动状态，实际角加速度超出阈值，中央处理器(3)发出紧急制动指令，将发电机(4)磁感应电路中的开关K断开，整体通路闭合，回路的电流发生变化，变量泵/马达M2(7)加速旋转，带动气体式蓄能器(8)储存能量；

实际角加速度低于阈值，中央处理器(3)未发出紧急制动指令，发电机(4)磁感应电路中的开关K保持闭合，气体式蓄能器(8)不储存能量。