CN102642454B - 一种降低震动动能损失为电动汽车发电提供动能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电动汽车动能发电领域，提出一种降低震动动能损失为电动汽车发电提供动能的方法，其特征在于：簧上车身底部弃用减震器或减震板簧，通过以车桥四角为底部支撑、设置有垂直弹性系统的簧上车身框架结构，以及固定在簧上车身框架结构上的垂直支撑架直齿条与设置在中空托板上动能发电装置的中心轴的齿轮组呈啮合接触状态，将车身震动产生的未经减震器或减震板簧减震的震动动能传递到动能发电装置进行发电，避免被减震器或减震板簧以摩擦热能散失方式消耗震动动能，降低震动动能损失；所述动能发电装置在中心轴上设置内套有同向扭力单向轴承的齿轮组及增速机和发电机，在将动能转化为电能的过程中产生对簧上车身的减震阻尼效应。

Description

一种降低震动动能损失为电动汽车发电提供动能的方法
技术领域
本发明是涉及一种电动汽车动能发电领域，具体地说属于，一种电动汽车行驶时，充分利用带有垂直弹性系统的簧上车身的震动，并使设置在簧上车身上方的，带有同样垂直弹性系统的中空托板重物箱发生频率共震或有效震动而产生动能，进而使中空托板上固定设置的动能发电装置利用产生的动能而发电的方法。
背景技术
目前，公知的利用汽车动能发电的方法是刹车制动时的动能回收，其产生的电能效率较低。电动汽车行驶时所具有的震动动能，如何通过动能发电装置转变为可以全程连续回收利用的电能，就显得尤其重要，本发明目的在于实现电动汽车行驶过程中的动能发电而提供一种方法。
发明内容
本发明目的是提供一种方法，实现电动汽车行驶过程中震动动能的发电。以固定车轮的车桥框架四角底部为支撑，垂直固定套有支撑弹簧的光轴，电动汽车簧上车身通过车身底板四角设置的直线轴承，套在车桥垂直光轴处并压在支撑弹簧的上面，电动汽车行驶时，簧上车身的运动相对于车桥水平方向被限位而不可移动，垂直方向能够上下自由震动。
同样，以电动汽车簧上车身车底板四角底部为支撑，采用同样直线轴承套光轴的方法，将四角设置有直线轴承的中空托板压在套有光轴的支撑弹簧上面，中空托板上面固定放置有容纳重物的车载重物箱，车载重物箱底部有一纵向长方形通道，在此通道位置的中空托板上方，固定设置一中心轴，在中心轴上设置内套有同向扭力单向轴承的齿轮组及增速器和发电机，在齿轮组位置的中空托板处，是上下通孔，使设置有直齿条的垂直支撑架从此处通孔的中空托板位置穿过，并上下连接固定在车桥顶底支撑框架上。
如此，以车桥四角底部支撑弹簧为支撑构成簧上车身弹性主系统，以簧上车身底板四角支撑弹簧为支撑构成相对于簧上车身的中空托板重物箱弹性子系统。根据包括中空托板重物箱的簧上车身重量和中空托板重物箱的重量，分别设计相应刚度的支撑弹簧，使得弹性主系统的簧上车身振动频率与弹性子系统的中空托板重物箱固有振动频率达到相同或相近。
由于固定在车桥顶底支撑框架上的垂直支撑架直齿条是与中空托板上中心轴的齿轮组呈啮合接触状态，电动汽车行驶时，路面对汽车无规律的颠簸反冲力，透过车桥及固定在车桥顶底支撑框架上的垂直支撑架直齿条，对簧上车身及中空托板重物箱在电动汽车行驶时振动频率的影响保持一致，有利于这两个弹性系统在电动汽车行驶时的共震或有效震动的效果。
在电动汽车簧上车身弹性主系统和中空托板重物箱弹性子系统都处于静止平衡位置的中空托板的上下两面处，分别以拉簧向电动汽车的车桥支撑框架的顶部和底部两个方向处预先拉紧，形成对中空托板向上和向下的两个方向的相反预紧拉力，反方向预紧拉力的大小，是在齿轮和直齿条啮合的力臂位置处使增速器和发电机能够刚好旋转的启动扭矩的拉力。为确保簧上车身震动时使中空托板重物箱同时共震，在簧上车身与中空托板之间设置效果为直接策动力的策力钢丝绳。
由于乘员载物的重量变化或车速路况影响，使得簧上车身的振动频率呈动态阶段性一定范围内的变化，为保持电动汽车行驶时簧上车身与中空托板重物箱的共震效果，在簧上车身上设置震动加速度传感器采集簧上车身的振动频率信号，经电子控制器控制压缩空气储气罐和与中空托板重物箱支撑弹簧并联设置辅助支撑的空气弹簧，以调节空气弹簧气压方式改变中空托板重物箱的弹性子系统的刚度，使得弹性子系统中空托板重物箱的固有振动频率保持与电动汽车行驶时簧上车身的振动频率相同或相近，使弹性子系统的中空托板重物箱能够获得共震或有效震动的效果。
当电动汽车行驶时，路面透过车轮和车桥对簧上车身的作用力，使弹性主系统的簧上车身上下震动，并通过直接策力钢丝绳策动弹性子系统的中空托板重物箱同时同步同向上下共震。与此同时，由于中空托板的上下两个拉簧分别从车桥的顶部和底部两个位置，以齿轮和直齿条啮合位置处为力臂的，对中空托板相反两个方向的预紧拉力，是使增速器和发电机能够开始旋转的启动扭矩所对应的扭力，而增速器和发电机工作扭矩低于其启动扭矩，所以，当电动汽车行驶时，路面对汽车的反冲作用力透过车轮和车桥使簧上车身对弹性主系统的弹簧产生的向下压力和弹簧压缩后产生的向上反弹力，使簧上车身不仅能够驱动传动机构做功发电，而且通过策动力钢丝绳使中空托板重物箱发生有效的震动或共震，所产生的相应震动振幅及吸收车身震动动能为最大，能够最有效的实现动能，重力势能，机械能，电能，弹性势能之间的相互转换。
由于垂直支撑架上直齿条与中心轴上的内套有同向扭力单向轴承的齿轮呈单侧啮合状态，两套直齿条与齿轮的组合构成一组驱动单元，根据传动机构做功所需扭矩的大小，可以在中心轴上设置一组或多组驱动单元，中心轴与单向轴承和齿轮彼此之间通过键槽和键销固定。
由于采用了在中心轴上设置内套有同向扭力单向轴承的齿轮结构，在一个震动的上下行程中，以固定在车桥上的垂直支撑架直齿条与内套有同向扭力单向轴承的齿轮之间所产生的轮齿间啮合的作用力，通过每组驱动单元里的两个齿轮，带动两个同向扭力的单向轴承对中心轴产生了先后的此有彼无的同向扭力，完成将中空托板重物箱上下震动的运动转变为中心轴同一方向连续旋转的运动，如此，弹性系统和齿轮啮合装置与增速器和发电机就构成了动能发电的机械传动结构。进而实现了将簧上车身和中空托板重物箱震动的动能通过具有换向功能的机械传动结构的做功，使发电机发电的目的。
为充分利用包括中空托板重物箱的簧上车身的震动的动能，将传统汽车板簧减震摩擦片或悬架中采用的减震器取消，以本装置机械传动结构做功的动能发电所形成的减震阻尼力来取代簧上车身原有的减震器的减震功能。同时，在车桥和簧上车身之间，以固定垂直光轴上设置外套直线轴承的控制车身横向运动方法，实现了中空托板重物箱和簧上车身相对于车桥之间，水平方向被限位不可移动，仅能够沿光轴在垂直方向上下震动的取代横向连杆防止侧倾的功能。
附图说明
图1是电动汽车震动动能发电装置结构图；
图2是机械传动发电结构图；
图3是电动汽车震动动能发生装置结构图；
图4是支撑架与直齿条及齿轮与单向轴承结构图。
其中：1-光轴，2-车桥框架，3-车桥上支撑架，4-车桥下支撑架，5-上预紧拉簧，6-下预紧拉簧，7-簧上车身支撑弹簧，8-中空托板支撑弹簧，9-簧上车身，10-震动传感器，11-直线轴承，12-直齿条支撑架，13-直齿条，14- 中心轴，15-齿轮，16-单向轴承，17-增速器，18-发电机，19-空气弹簧， 20-中空托板，21-策力钢丝绳。
具体实施方式
以固定车轮的车桥框架2的四角底部为支撑，垂直固定套有簧上车身支撑弹簧7的光轴1，电动汽车的簧上车身9通过车身底板四角设置的直线轴承11，套在车桥垂直光轴1处并压在簧上车身支撑弹簧7的上面，电动汽车行驶时，簧上车身9的运动相对于车桥框架2水平方向被限位而不可移动，垂直方向能够上下自由震动。
同样，以电动汽车的簧上车身9框架四角底部为支撑，垂直固定套有支撑弹簧8的光轴1，将四角设置有直线轴承11的中空托板20压在中空托板支撑弹簧8的上面，中空托板20上面可固定放置有容纳重物的车载重物箱，车载重物箱底部有一纵向长方形通道，在此通道位置的中空托板20上方，固定设置一中心轴14，在中心轴14上设置内套有同向扭力单向轴承16的齿轮15及增速器17和发电机18，在齿轮15位置的中空托板20处，是上下通孔，使设置有直齿条13的直齿条支撑架12从此处通孔的中空托板20位置穿过，并上下连接固定在车桥上支撑架3和车桥下支撑架4的车桥框架2上。
如此，以车桥四角底部的簧上车身支撑弹簧7为支撑构成簧上车身9弹性主系统，以簧上车身9底板四角支撑的中空托板弹簧8为支撑构成相对于簧上车身9的中空托板20重物箱弹性子系统。根据包括中空托板20重物箱的簧上车身9重量和中空托板20重物箱的重量，分别设计相应刚度的支撑弹簧，使得弹性主系统的簧上车身9固有振动频率与弹性子系统的中空托板 20重物箱固有振动频率达到相同或相近。
由于固定在车桥框架2上的直齿条支撑架12和直齿条13是与中空托板 20上中心轴14的齿轮15呈啮合接触状态，电动汽车行驶时，路面对汽车无规律的颠簸反冲力，透过车桥框架2及固定在车桥框架2的车桥上支撑架3和车桥下支撑架4上的直齿条支撑架12和直齿条13，对簧上车身9及中空托板 20重物箱在电动汽车行驶时振动频率的影响保持一致，有利于这两个弹性系统在电动汽车行驶时的共震或有效震动的效果。
在电动汽车簧上车身弹性主系统和中空托板重物箱弹性子系统都处于静止平衡位置的中空托板20的上下两面处，分别以上预紧拉簧5和下预紧拉簧6向电动汽车的车桥框架2的车桥上支撑架3和车桥下支撑架4两个方向处预先拉紧，形成对中空托板20向上和向下的两个方向的相反预紧拉力，反方向预紧拉力的大小，是在齿轮15和直齿条13啮合的力臂位置处使增速器17和发电机18能够刚好旋转的启动扭矩的拉力。为确保簧上车身9震动时使中空托板20重物箱同时共震，在簧上车身9与中空托板20之间设置作用为直接策动力效果的策力钢丝绳21。
在电动汽车行驶时，由于乘员载物的重量变化或车速路况影响，使得簧上车身9的振动频率呈动态阶段性一定范围内的变化，为保持电动汽车行驶时簧上车身9与中空托板20重物箱的共震效果，在簧上车身9上设置震动传感器10采集簧上车身9的振动频率信号，经电子控制器控制压缩空气储气罐和与中空托板支撑弹簧8并联设置辅助支撑的空气弹簧19，以调节气压方式改变中空托板20重物箱的弹性子系统的刚度，使得弹性子系统中空托板重物箱的固有振动频率保持与电动汽车行驶时簧上车身9的振动频率相同或相近，使弹性子系统的中空托板重物箱能够获得共震或有效震动的效果。
当电动汽车行驶时，路面透过车轮对簧上车身9的作用力，使弹性主系统的簧上车身9上下震动，并通过策力钢丝绳21直接策动弹性子系统的中空托板重物箱同时同步同向上下共震。与此同时，由于中空托板20的上下两个拉簧分别从车桥的顶部和底部两个位置，以齿轮15和直齿条13啮合力臂位置处预先设置的，对中空托板相反两个方向的预紧拉力，是使增速器17 和发电机18能够开始旋转的启动扭矩所对应的扭力，而增速器17和发电机18工作扭矩低于其启动扭矩，所以，当电动汽车行驶时，路面对汽车的反冲作用力透过车轮使簧上车身9对簧上车身支撑弹簧7产生的向下压力和簧上车身支撑弹簧7压缩后产生的向上反弹力，使簧上车身9不仅能够驱动传动机构做功发电，而且通过策力钢丝绳21使中空托板重物箱发生有效的震动或共震，所产生的相应震动振幅及吸收车身震动动能为最大，能够最有效的实现动能，重力势能，机械能，电能，弹性势能之间的相互转换。
由于直齿条支撑架12上直齿条13与中心轴14上的内套有同向扭力单向轴承16的齿轮15呈单侧啮合状态，直齿条13与齿轮15的组合就构成了一组驱动单元，根据传动机构做功所需扭矩的大小，可以在中心轴14上设置多组驱动单元，中心轴14与单向轴承16和齿轮15彼此之间通过键槽和键销固定。
由于采用了在中心轴14上设置内套有同向扭力单向轴承16的齿轮15结构，在一个震动的上下行程中，以固定在车桥框架2上的直齿条支撑架12 和直齿条13所产生的轮齿间啮合的反作用力，通过每组驱动单元里的齿轮 15，带动同向扭力的单向轴承16对中心轴14产生了先后的此有彼无的同向扭力，完成将中空托板重物箱上下震动的运动转变为中心轴14同一方向连续旋转的运动，如此，弹性系统和齿轮啮合装置与增速器17和发电机18就构成了动能发电的机械传动结构。进而实现了将簧上车身9和中空托板20 重物箱震动的动能通过具有换向功能的机械传动结构的做功，使发电机18 发电的目的。
为充分利用包括了中空托板重物箱的簧上车身9的震动的动能，将传统汽车板簧减震摩擦片或悬架中采用的减震器取消，以本装置机械传动结构做功的动能发电所形成的阻尼力来取代减震的功能。同时，通过将车桥框架2 和簧上车身9的框架上以固定垂直光轴1配合直线轴承11的控制车身横向运动方法，实现了中空托板重物箱和簧上车身9相对于车桥框架2之间，水平方向被限位不可移动，仅能够沿光轴1在垂直方向上下震动的取代横向连杆的功能。

Claims (3)

1.一种降低震动动能损失为电动汽车发电提供动能的方法，其特征在于：簧上车身底部弃用减震器或减震板簧，通过以车桥四角为底部支撑、设置有垂直弹性系统的簧上车身框架结构，以及固定在簧上车身框架结构上的垂直支撑架直齿条与设置在中空托板上动能发电装置的中心轴的齿轮组呈啮合接触状态，将车身震动产生的未经减震器或减震板簧减震的震动动能传递到动能发电装置进行发电，避免被减震器或减震板簧以摩擦热能散失方式消耗震动动能，降低震动动能损失；所述动能发电装置在中心轴上设置内套有同向扭力单向轴承的齿轮组及增速器和发电机，在将动能转化为电能的过程中产生对簧上车身的减震阻尼效应。
2.如权利要求1所述的降低震动动能损失为电动汽车发电提供动能的方法，其特征在于：所述簧上车身框架结构是以车桥四角为底部支撑，在所述车桥四角上垂直固定套有支撑弹簧的光轴，簧上车身通过车身底板四角设置的直线轴承，套在光轴上并压在支撑弹簧的上面，簧上车身与光轴垂直，四角底部上的支撑弹簧构成垂直弹性系统。
3.如权利要求2所述的降低震动动能损失为电动汽车发电提供动能的方法，其特征在于：所述动能发电装置设置在簧上车身上方的中空托板上，中空托板与簧上车身之间通过策力钢丝绳连接，通过策力钢丝绳使在其上方的中空托板与簧上车身发生共震，动能发电装置吸收共震的动能发电，同时产生对簧上车身的减震阻尼效应。
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