CN102390273B

CN102390273B - 汽车制动能量与悬架振动能量联合回收系统

Info

Publication number: CN102390273B
Application number: CN2011102971069A
Authority: CN
Inventors: 汪若尘; 施德华; 陈龙; 江浩斌
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2031-09-30
Also published as: CN102390273A

Abstract

本发明涉及一种能综合回收制动能量与悬架振动能量的装置，属于车辆节能减排技术领域。一方面，在汽车正常行驶过程中，悬架的振动会带动电机运动，从而将悬架的振动能量转化为电能存储在蓄能系统中；当汽车制动减速时，该装置又可以回收汽车的一部分制动能量，通过电机将制动能量转化为电能存储在蓄能系统中，并可以通过齿轮之间的传动抑制汽车制动过程中的“制动点头”，以使汽车制动平稳；在汽车启动或加速时，该装置又可以将存储的电能转化为机械能供给车辆，起到节能和使汽车运行平稳的作用。

Description

汽车制动能量与悬架振动能量联合回收系统

技术领域

本发明涉及一种汽车制动能量与悬架振动能量联合回收系统，属于汽车节能技术领域。

背景技术

汽车在道路上行驶过程中，由于不平路面的激励以及各种复杂的道路工况，汽车一部分能量在悬架振动过程中通过减振器将其转化为热能耗散掉；再者，汽车在制动过程中，也有大量的动能通过摩擦转化为热能耗散掉，不但浪费了能量，也会加速汽车制动系统的磨损。如果能对这两部分能量进行回收的话，能在很大程度上降低燃油的消耗，也减少日益增多的汽车对环境的破坏，因此，对悬架振动能量和车轮制动能量的回收有非常重要的意义。

随着能源的紧缺和全球对环境的日益重视，如何有效地回收汽车上额外消耗的能量已经成为了一个研究热点。如今，汽车的机械能通常以飞轮的动能、液压能、电能等形式储存，在汽车需要能量时，再将其转化为机械能以改善汽车性能。

另一方面，随着汽车技术的发展，节能、舒适、安全成为了汽车技术的主要研究目标。汽车在行驶过程中，除了悬架振动和车轮制动时增加了燃料的消耗外，制动过程中存在着“制动点头”的现象也增加了制动过程的危险性和乘员的不舒适性。因为传统被动悬架不能对车身姿态进行很好的控制，汽车制动时会引起车身质量转移，从而影响到汽车动态轴荷，当制动力较大时就会由于后轮轴荷减小而容易引起抱死，从而发生制动甩尾现象。

在目前已有的车辆能量回收装置和方法中，大多是单独争对汽车的制动能量或悬架振动能量进行回收的系统和方法，尚没有综合回收汽车悬架振动能量和车轮制动能量，并使汽车在制动过程中有效利用制动能量以控制车身姿态的装置，因而不利于对汽车耗散的能量进行有效的回收。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：在汽车行驶过程中，回收悬架的振动能量，并能够识别驾驶员意图，在汽车制动时能够回收制动能量，将这两部分能量以电能储存起来，在需要时供汽车启动、加速以及改善汽车制动时车身姿态。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：汽车所采用的悬架为齿轮齿条式悬架，齿条与簧上质量相连，与之啮合的是齿轮组A一端的小齿轮，另一端的大齿轮与齿轮B啮合，其中齿轮B与电磁离合器A的同轴相连，电磁离合器的另一端与齿轮C同轴相连，同时齿轮C与齿轮D相啮合，齿轮D同时与电机和电磁离合器B同轴相连，电磁离合器B的另一端与齿轮E同轴相连，而齿轮E通过链条与车轮轴齿轮相连，这样就组成了悬架振动能量与车轮制动能量的传递系统。

电机的一端连接整流器，整流器的输出端与滤波器输入端相连，滤波器的输出端与稳压器的输入端相连，稳压器的输出端与蓄能系统相连，同时蓄能系统又与逆变器相连，逆变器的另一端与电机的另一端相连，所述的各模块就能回收到的能量经电机转化为交流电，所产生交流电依次经整流器、滤波器、稳压器后转化为适合电压的直流电输入蓄能系统进行能量储存，在需要释放时可以经过逆变器转化为合适的三相交流带动电机运转，实现电能到机械能的转化。整流器为桥式整流器，进行全波整流，把集成电机产生的交流电转化为直流。稳压器为三端稳压器，将滤波器滤去交流成分后的直流电进行稳压。蓄能系统为复合蓄能系统，由一个蓄电池和电容并联而成。

电子控制单元可以采用单片机，其输入端接收悬架系统信号、制动踏板传感器信号、加速踏板传感器信号、发动机信号以及蓄能系统的信号，用以识别汽车的运行状态与驾驶员的操作意图；电子控制单元的输出端分别与电磁离合器A和电磁离合器B连接，通过对这组电磁离合器的开闭实现能量的储存与释放，以及控制汽车制动时的车身姿态。

本技术具有如下优点：

（1）通过对各信号的采集，控制电磁离合器A、B的断开与闭合综合回收悬架振动与车轮制动时的能量，很大程度上降低了燃油消耗和废气的排放。

（2）在汽车制动时，利用齿轮的传力作用，将一部分制动能量提供给悬架系统，能够抑制汽车制动时的“点头”现象，控制车身的姿态，减少轴荷的动态变化，提高了乘坐舒适性和制动安全性。

（3）与悬架相啮合的齿轮能够在悬架振动时起到蓄能的作用，缓和悬架的振动时的冲击现象。

附图说明

图1是发明实施例的系统结构示意图。

图2是悬架系统示意图。

图中：1-悬架系统 2-齿轮组A 3-齿轮B 4-电磁离合器A 5-齿轮C 6-齿轮D 7-电磁离合器B 8-齿轮E 9-车轮轴齿轮 10-集成电机 11-整流器 12-滤波器 13-稳压器 14-蓄能系统 15-逆变器 16-电控单元 17-车轮 18-链条 19-簧上质量 20-簧下质量 21-弹簧 22-齿条 a-悬架系统信号 b-加速踏板传感器信号 c-发动机启动信号 d-制动踏板传感器信号 e-蓄能系统信号 f-电磁离合器A的控制信号 g-电磁离合器B的控制信号。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

汽车所采用的悬架系统1采用齿轮齿条式结构，齿条22与簧上质量19相连，与之啮合的是齿轮组A2一端的小齿轮，另一端的大齿轮与齿轮B3啮合，其中齿轮B3与电磁离合器A4的同轴相连，电磁离合器的另一端与齿轮C5同轴相连，同时齿轮C5与齿轮D6相啮合，齿轮D6同时与电机和电磁离合器B7同轴相连，电磁离合器B的另一端与齿轮E8同轴相连，而齿轮E8通过链条18与车轮轴齿轮9相连，这样就组成了悬架振动能量与车轮制动能量的传递系统。

电机的一端连接整流器11，整流器11的输出端与滤波器12输入端相连，滤波器12的输出端与稳压器13的输入端相连，稳压器13的输出端与蓄能系统14相连，同时蓄能系统14又与逆变器15相连，逆变器15的另一端与集成电机10的另一端相连，所述的各模块就能回收到的能量经电机转化为交流电，所产生交流电依次经整流器11、滤波器12、稳压器13后转化为适合电压的直流电输入蓄能系统14进行能量储存，在需要释放时可以经过逆变器15转化为合适的三相交流带动集成电机10运转，实现电能到机械能的转化。

电子控制单元可以采用单片机，其输入端接收悬架系统信号a、制动踏板传感器信号d、加速踏板传感器信号b、发动机信号c以及蓄能系统e的信号，用以识别汽车的运行状态与驾驶员的操作意图；电子控制单元的输出端分别与电磁离合器A和电磁离合器B连接，通过对这组电磁离合器的开闭实现能量的储存与释放，以及控制汽车制动时的车身姿态。

悬架系统1采用齿轮齿条机构，其中齿条22与簧上质量19连接，齿轮组A2一端为小齿轮，与悬架系统1的齿条22相啮合，另一端为大齿轮，与齿轮B3相啮合，齿轮组A2与簧下质量连接，齿轮B3与电磁离合器A4连接。

下面结合附图对本发明具体实施过程作进一步说明。

由路面不平的激励以及复杂的道路工况引起簧上质量（车身）与簧下质量（车轮）之间产生相对运动，从而引起悬架系统1产生振动，由于所采用悬架系统为齿轮齿条式结构，其中齿条22与簧上质量19连接，故在车身与车轮相对运动过程中，齿条22和与之相啮合的齿轮组A2的小端齿轮产生相对运动，从而大端齿轮带动与之相啮合的齿轮B3转动，在汽车正常行驶过程中，电磁离合器A4在电控单元16的控制信号f作用下保持结合状态，这样，作用到齿轮B3的转矩便可以通过电磁离合器A4带动与之同轴的齿轮C5转动，由于齿轮C5与齿轮D6啮合，故齿轮D6此时也随之运转，并带动与之同轴的集成电机10的转子转动，集成电机10此时以发电机的形式工作，将振动能量转化为三相交流电，所产生的交流电首先经过整流器11被转变为直流，然后由滤波器12滤去减小脉动直流中的交流成分，在通过稳压器13进行稳压后，所产生的电能便可以被蓄能系统14储存起来，由于在汽车正常行驶过程中，电磁离合器B7在控制信号g处于常分离状态，故悬架振动不会通过该装置干扰到车轴运动。

在汽车制动时，电控单元16接收到制动踏板传感器信号d，通过电磁离合器B7控制信号信号g使电磁离合器B7闭合，此时，汽车制动时的能量就可以一次经过车轮17、车轮轴齿轮9、链条18、齿轮E8、电磁离合器B7、齿轮D6传到集成电机10，集成电机10此时以发电机的形式工作，将振动的能力转化为三相交流电，所产生的交流电首先经过整流器11被转变为直流，然后由滤波器12滤去减小脉动直流中的交流成分，在通过稳压器13进行稳压后，所产生的电能便可以被蓄能系统14储存起来；另一方面，有一部分制动能量经过齿轮D6、齿轮C5、电磁离合器A4、齿轮B3以及齿轮组A2传递给悬架系统1，对蓄能悬架进行主动控制，减小汽车制动时车身的“制动点头”现象，电控单元16接收悬架系统信号a，并根据电磁离合器B控制信号g检测电磁离合器B7是否结合，若结合，且车身姿态满足要求时，则电磁离合器A4接收到其控制信号f而分离，中断制动能量向悬架系统的传递，制动能量被系统转化为电能进行回收；当不满足条件时，电磁离合器A4重新闭合，接收部分制动能量进行主动控制，调整车上姿态。

当汽车加速（或启动）时，电控单元16会对加速踏板传感器信号b（或发动机启动信号c)以及蓄能系统信号e进行接受判断，若蓄能系统能量足够，此时电控单元16根据信号向两个电磁离合器发出指令，使电磁离合器A4断开，而使电磁离合器B7闭合，蓄能系统14储存的电能经过逆变器15将直流电转化为三相交流电驱动集成电机10运转，此时其以电动机的形式工作，从而将转矩经过电磁离合器B7传递给车轮，驱动车轮运动，当蓄能系统能量不足时，电磁离合器B7分离，此时，电控单元16根据电磁离合器B7的分离信号，发出指令控制电磁离合器A4接合。

电磁离合器A4在两种情况下处于分离状态：①、汽车制动时，电磁离合器B7接合且车身悬架系统信号a满足车身姿态要求；②、汽车加速（或启动）时，电磁离合器B7接合，蓄能系统14能量满足设定的最小值条件，其余条件下保持接合状态。

电磁离合器B7在两种情况下处于接合状态：①、汽车制动时；②、汽车加速（或启动）时，蓄能系统14能量大于设定值，电能转化为机械能驱动车轮运转，其余条件下保持分离状态。

通过这样一个过程，系统就能有效地回收汽车在行驶过程中的悬架振动能量和制动能量，降低燃油消耗，减少废气排放；在汽车制动过程中，能够有效地利用制动能量进行车身姿态的控制，减少制动时车身的质量转移，提高了乘坐舒适性和制动安全性；悬架振动过程中，通过与齿条相啮合的悬架的惯性能作用，能够缓和悬架振动时的冲击。

Claims

1.一种汽车制动能量与悬架振动能量联合回收系统，其特征在于：包括悬架系统（1）、齿轮组A（2）、齿轮B（3）、电磁离合器A（4）、齿轮C（5）、齿轮D（6）、电磁离合器B（7）、齿轮E（8）、车轮轴齿轮（9）、集成电机（10）、整流器（11）、滤波器（12）、稳压器（13）、蓄能系统（14）、逆变器（15）、电控单元（16）、链条（18）；

所述悬架系统（1）采用齿轮齿条式结构，齿条（22）与簧上质量（19）相连，与齿条（22）啮合的是齿轮组A（2）一端的小齿轮，齿轮组A（2）另一端的大齿轮与齿轮B（3）啮合，所述齿轮B（3）与电磁离合器A（4）的同轴相连，电磁离合器的另一端与齿轮C（5）同轴相连，同时齿轮C（5）与齿轮D（6）相啮合，齿轮D（6）同时与集成电机（10）和电磁离合器B（7）同轴相连，电磁离合器B（7）的另一端与齿轮E（8）同轴相连，齿轮E（8）通过链条（18）与车轮轴齿轮（9）相连；

所述集成电机（10）的一端连接整流器（11），整流器（11）的输出端与滤波器（12）输入端相连，滤波器（12）的输出端与稳压器（13）的输入端相连，稳压器（13）的输出端与蓄能系统（14）相连，蓄能系统（14）又与逆变器（15）相连，逆变器（15）的另一端与集成电机（10）的另一端相连；

所述电控单元（16）的输入端接收悬架系统信号（a）、制动踏板传感器信号(d)、加速踏板传感器信号(b)、发动机信号（c）以及蓄能系统（e）的信号，识别汽车的运行状态与驾驶员的操作意图；电控单元（16）的输出端分别与电磁离合器A（4）和电磁离合器B（7）连接，分别控制电磁离合器A（4）和电磁离合器B（7）的开闭。

2.根据权利要求1所述的汽车制动能量与悬架振动能量联合回收系统，其特征在于，所述整流器（11）为桥式整流器，进行全波整流，把集成电机（10）产生的交流电转化为直流。

3.根据权利要求1所述的汽车制动能量与悬架振动能量联合回收系统，其特征在于，所述稳压器（13）为三端稳压器，将滤波器（12）滤去交流成分后的直流电进行稳压。

4.根据权利要求1所述的汽车制动能量与悬架振动能量联合回收系统，其特征在于，所述蓄能系统（14）为复合蓄能系统，由一个蓄电池和电容并联而成。