CN102616102B - 汽车制动能量与悬架振动能量回收系统与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种汽车制动能量与悬架振动能量回收系统与方法，所述能量回收系统能在汽车行驶过程中将悬架的振动能量转化为电能经过充电模块存储在主电池系统和副电池系统中；当汽车制动减速时，该系统又将一部分制动能量转化为电能存储在主电池系统中；同时，智能系统根据采集到的相关信息合理分配电池系统的能量，通过放电模块和配电模块将电能合理地分配到主动悬架系统和集成制动电机以进行汽车行驶状态的控制，其中副电池系统用以避免当主电池系统能量不足以供给主动悬架系统时所造成的汽车工况恶化。本发明能够有效地管理利用所回收到的汽车制动能量和悬架振动能量，起到节能和提高汽车性能的作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种汽车制动能量与悬架振动能量回收管理系统。
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并进行有效管理的话，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。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和汽车的制动能量，将这两部分能量以电能储存起来，提出了一种能量管理系统对回收的能量进行有效的管理，在需要时提供给汽车悬架系统和制动系统合适的能量进行控制，提高汽车的经济性能、动力性能和排放性能。
本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：所述主动悬架系统采用由电机驱动的主动悬架，如直线电机或滚珠丝杠等主动悬架，放电模块A的输出端与主动悬架系统相连，输入端与配电模块A的输出端相连，配电模块A的输入端分别与副电池系统的输出端和主配电模块的C输出端相连，充电模块A的输入端与主动悬架系统相连，输出端分别与副电池系统的输入端和主电池系统的A输入端相连。
所述集成电机可以取代传统的缓速器，在汽车制动时以发电机的形式工作，而在汽车启动或加速时以电动机的形式工作，放电模块B的输出端与集成电机相连，输入端与主配电模块的D输出端相连，充电模块B的输入端与集成电机相连，输出端与主电池系统的B输入端相连。
所述主配电模块用于分配传递到主动悬架系统和集成电机的电量，其C输入端与主电池系统的A输出端相连，D输入端与主电池系统的B输出端相连，副电池系统与主电池系统的控制端分别与智能系统相连。
本发明还公开了一种汽车制动能量与悬架振动能量的回收管理系统的管理方法，该方法包括如下内容：
（1）主动悬架系统工作时，智能管理系统根据采集到的相关信息进行处理判断，若主动悬架能产生能量，则振动能量转化为电能通过充电模块A给副电池系统充电，当智能系统检测到副电池系统电量饱和时，则断开充电电路，电能充向主电池系统；若主动悬架需要外界补充能量，则主电池系统释放电能，通过主配电模块、配电模块A、放电模块A，将直流转化为交流驱动主动悬架，当智能系统检测到主电池系统电量低于a时，则停止供电，副电池系统打开放电回路，给主动悬架系统供电；
（2）当汽车制动减速时，制动能量转化为电能通过充电模块B给主电池系统充电，当汽车起动加速时，智能系统检测到信号，然后检测主电池系统的荷电量，当电量不低于b时，则打开放电电路，主电池系统向集成电机提供电能，电能通过主配电模块、配电模块B将直流电转化为交流电，给集成电机提供适当的能量进行加速。
a小于b，a与b的设定考虑到主动悬架系统所需的平均耗电量，以保证主电池系统能提供给主动悬架足够的能量，而副电池系统则起到备用的作用，提高了整个系统的安全性，所述主电池系统可以为混合动力汽车或电动汽车的电池系统，而副电池系统可以为容量较小的蓄电池和超级电容。对于a的确定，前提是要减少对电池的伤害以及保证汽车有足够的动力在正常工况下运行，对电池电量的过度攫取（深放电）会大大影响电池的寿命，故当电池的电量降低到一定程度时（比如说40%），则主电池系统停止放电，改为由副电池系统放电，此时若设主电池系统额定容量为Q，则可令a=40%Q；而对于b的确定，则要保证主电池系统有一定的电量裕量以使悬架系统可以在正常工况下工作，例如可令b=50%Q。
所述能量回收系统能够在汽车运行过程中根据汽车的运行状态回收悬架振动能量和汽车制动能量，并能够根据检测到的信息，将储存的能量重新作用于主动悬架系统和集成电机以提高整车性能，并能起到节约能源的作用。通过智能系统的智能控制，能够最大化回收能量，且将其最大限度地发挥出来，并准确预测主、副电池系统电量，提高整个回收系统的可靠性和安全性。
本发明的有益效果是在汽车运行过程中，集成回收汽车的制动能量和悬架的振动能量，起到节能的效果。能量回收过程中，将悬架振动的振动能量与汽车的制动能量经过充电电路进行能量的储存；而在悬架系统与制动系统需要能量进行主动控制时，该回收系统又通过放电电路实现电能到机械能的再现。整个回收系统通过智能系统对信息的采集与处理，运用合理有效的回收方法，实时监控能量回收过程与主动控制过程，协调能量回收性能与整车综合性能，使整车达到最优的工作状态。
附图说明
图1是发明实施例的系统框图。
图2是发明实施例的能量回收方法。
图中：1-主动悬架系统 2-放电模块A 3-配电模块B 4-副电池系统 5-智能系统 6-主电池系统 7-主配电模块 8-充电模块A 9-放电模块B 10-集成电机 11-充电模块B。
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。
主动悬架系统采1用由电机驱动的主动悬架，如直线电机或滚珠丝杠等主动悬架，放电模块A2的输出端与主动悬架系统1相连，输入端与配电模块A3的输出端相连，配电模块A3的输入端分别与副电池系统4的输出端和主配电模块7的C输出端相连，充电模块A8的输入端与主动悬架系统1相连，输出端分别与副电池系统4的输入端和主电池系统6的A输入端相连。
集成电机10可以取代传统的缓速器，在汽车制动时以发电机的形式工作，而在汽车启动或加速时以电动机的形式工作，放电模块B9的输出端与集成电机10相连，输入端与主配电模块7的D输出端相连，充电模块B11的输入端与集成电机10相连，输出端与主电池系统6的B输入端相连。
主配电模块7用于分配传递到主动悬架系统1和集成电机10的电量，其C输入端与主电池系统6的A输出端相连，D输入端与主电池系统6的B输出端相连，副电池系统4与主电池系统6的控制端分别与智能系统5相连。
下面结合附图对本发明具体实施过程作进一步说明。
汽车在行驶过程中，智能系统5采集主动悬架系统1、集成电机10以及主、副电池系统的相关信息，判断主动悬架系统1和集成电机10是处于发电模式还是耗能模式，对系统的充电和放电进行统筹控制。
当主动悬架系统1被检测到处于发电模式时，智能系统5首先采集副电池系统4的信息，判断其是否处于电量饱和状态，若不饱和，则智能系统5打开充电电路A1，关闭充电电路A2，悬架振动能量转化为电能经过充电模块A8储存到副电池系统4中，而不向主电池系统6充电；当智能系统5判断副电池系统4的电量为饱和时，此时，智能系统5打开充电电路A2，关闭充电电路A1，悬架振动产生的电能存储到主电池系统6中。
当主动悬架系统1被检测到处于耗能模式时，则智能系统5首先采集主电池系统6的信息，判断其电量是否小于a，若小于a，则在智能系统5的控制下，放电电路A2被关闭，放电电路A1打开，副电池系统4的电能经过配电模块A3和放电模块A2转化为主动作用力作用于主动悬架系统1；当主电池系统6的电量不小于a时，则智能系统5打开放电电路A2，关闭放电电路A1，主电池系统6存储的电能依次经过主配电模块7、配电模块A3和放电模块A2转化为主动作用力作用于主动悬架系统1。
当集成电机10被检测到处于发电模式时，则智能系统5打开充电电路B，制动产生的能量转化为电能经过充电模块B11储存到主电池系统6中。
当集成电机10被检测到处于耗能模式时，则智能系统5首先采集主电池系统6的信息，判断其电量是否小于b，若不小于b，则在智能系统5的控制下，主电池系统6打开放电电路B，储存的电能依次经过主配电模块7、放电模块B9转化为主动作用力驱动集成电机10转动，以供汽车加速或启动；若主电池系统6的电量小于b，则智能系统5关闭放电电路B，停止向集成电机供电。
通过这样一套能量回收系统与方法，汽车制动能量和悬架振动能量能够被有效地回收并反作用与汽车，起到节约能源和提高整车性能的作用；智能系统是整个系统的核心，对电源中的能量进行严格而准确地控制，能够最大限度地发挥能量回收系统的效用，并提高电池的使用寿命。
Claims (7)
1.一种汽车制动能量与悬架振动能量回收系统，包括主动悬架系统（1）、放电模块A（2）、充电模块A（8）和主电池系统（6），所述主动悬架系统（1）采用由电机驱动的主动悬架，其特征在于：还包括配电模块A（3）、副电池系统（4）、智能系统（5）、主配电模块（7）、放电模块B（9）、集成电机（10）以及充电模块B（11）；
所述放电模块A（2）的输出端与主动悬架系统（1）相连，所述放电模块A（2）的输入端与配电模块A（3）的输出端相连，所述配电模块A（3）的输入端分别与副电池系统（4）的输出端和主配电模块（7）的C输出端相连，所述充电模块A（8）的输入端与主动悬架系统（1）相连，所述充电模块A（8）的输出端分别与副电池系统（4）的输入端和主电池系统（6）的A输入端相连；
所述集成电机（10）取代传统的缓速器，在汽车制动时以发电机的形式工作，在汽车启动或加速时以电动机的形式工作，所述放电模块B（9）的输出端与集成电机（10）相连，所述放电模块B（9）的输入端与主配电模块（7）的D输出端相连，充电模块B（11）的输入端与集成电机（10）相连，输出端与主电池系统（6）的B输入端相连；
所述主配电模块（7）用于分配传递到主动悬架系统（1）和集成电机（10）的电量，所述主配电模块（7）的C输入端与主电池系统（6）的A输出端相连，所述主配电模块（7）的D输入端与主电池系统（6）的B输出端相连，所述副电池系统（4）与主电池系统（6）的控制端分别与智能系统（5）相连。
2. 根据权利要求1所述的汽车制动能量与悬架振动能量回收系统，其特征在于，所述智能系统（5）包括主电池系统和副电池系统控制模块、信息采集模块、以及信息处理模块。
3. 根据权利要求1所述的汽车制动能量与悬架振动能量回收系统，其特征在于，所述充电模块A（8）和充电模块B（11）包括整流器、滤波器以及稳压器，将交流电转化为直流电。
4. 根据权利要求1所述的汽车制动能量与悬架振动能量回收系统，其特征在于，所述放电模块A（2）和放电模块B(9) 包含有逆变器，将直流电转化为可驱动主动悬架和集成制动电机的交流电。
5.根据权利要求1所述的汽车制动能量与悬架振动能量回收系统，其特征在于，所述主配电模块（7）分配主电池系统（6）提供给主动悬架系统（1）和集成电机（10）的电流，而配电模块A（3）则分配提供给汽车相应四个车轮所对应主动悬架的电流。
6.利用权利要求1所述的汽车制动能量与悬架振动能量回收系统的回收方法，其特征在于，具体如下：
（A）主动悬架系统（1）工作时，智能系统（5）根据采集到的相关信息进行处理判断，若主动悬架能产生能量，则振动能量转化为电能通过充电模块A（8）给副电池系统（4）充电，当智能系统（5）检测到副电池系统（4）电量饱和时，则断开充电电路，电能充向主电池系统（6）；若主动悬架需要外界补充能量，则主电池系统（6）释放电能，通过主配电模块（7）、配电模块A（3）、放电模块A（2），将直流转化为交流驱动主动悬架，当智能系统（5）检测到主电池系统（6）电量低于a时，则停止供电，副电池系统（4）打开放电回路，给主动悬架系统供电；
（B）当汽车制动减速时，制动能量转化为电能通过充电模块B（11）给主电池系统充电，当汽车起动加速时，智能系统（5） 检测到信号，然后检测主电池系统（6）的荷电量，当电量不低于b时，则打开放电电路，主电池系统向集成电机（10）提供电能，电能通过主配电模块（7）、配电模块B（11）将直流电转化为交流电，给集成电机（10）提供适当的能量进行加速。
7.根据权利要求6所述的汽车制动能量与悬架振动能量回收方法，其特征在于，所述a小于b。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| CP02 | Change in the address of a patent holder |
Address after: 211200 Jiangsu Province, Lishui District Yong Yang Town Bridge Road, No. 688 Patentee after: JIANGSU University Address before: Zhenjiang City, Jiangsu Province, 212013 Jingkou District Road No. 301 Patentee before: Jiangsu University |
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| C56 | Change in the name or address of the patentee | ||
| CP02 | Change in the address of a patent holder |
Address after: North Park Hill Road 214522 Jingjiang city in Jiangsu province Taizhou City No. 18 Patentee after: JIANGSU University Address before: 211200 Jiangsu Province, Lishui District Yong Yang Town Bridge Road, No. 688 Patentee before: Jiangsu University |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20131023 |