CN103003076A - 来自车辆弹簧装置的能量回收 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车的车轮（2）的车轮悬架系统（1），包括：-用于保持车轮（2）的悬架（3）；-弹簧装置（6），以便通过悬架（3）在横向于车轮（2）的轴线方向的方向上弹性地保持车轮；-发电机（5），该发电机将悬架（3）的偏移的动能电力地转换为电能；-控制单元（9），该控制单元设计用于，如此控制从发电机（5）中提取的能量，使得发电机（5）提供期望的减振常数。

Description

来自车辆弹簧装置的能量回收
技术领域
本发明涉及用于车辆的弹簧装置、特别是通过弹簧装置实现来自车辆运动的能量回收。
背景技术
值得期待的是，使得未来的机动车能量方面高效地构造。除了高效地设计驱动系统并且可能基于电动机实现新式的驱动方案的大量措施之外，也可以通过动能回收、例如在制动车辆时实现效率的提高。从车轮悬架的弹簧装置的振动中回收能量的构思也已经从现有技术中已知。例如由文献RU 2193977 C2、FR 2801727 A1和RU 2067196 C1已知了不同的、将振动能转换为电能的方案。
当今的行驶机构动态借助于常规的机械弹簧减振系统来调节。在此，这种弹簧装置包括弹簧元件（螺旋弹簧、扭杆或扭簧等）和起液压或气动作用的减振元件。通过机动车在其上行驶的行驶路段的外形被导入到弹簧装置中的能量由减振系统吸收并且转换为压缩能或热能。
同时，为了实现特定的车辆动态，车辆悬架系统的减振应该位于确定的范围内或者能可变地调节，以便特别是在转弯行驶时实现车辆的优化的行驶时道路附着稳定性。
发明内容
因此本发明的目的在于，提供一种用于车辆中的车轮悬架的系统，该系统具有能变化限定的减振性能并且该系统能以改进的方式从车辆的振动中获取能量。
所述目的通过根据权利要求1所述的用于机动车车轮的车轮悬架系统来实现以及通过根据并列权利要求所述的机动车来实现。
其它的有利的设计方案在从属权利要求中给出。
根据第一方面，提出了一种用于机动车车轮的车轮悬架系统。该车轮悬架系统包括：
-用于保持车轮的悬架；
-弹簧装置，以便通过悬架在横向于车轮的轴线方向的方向上弹性地保持车轮；
-发电机，该发电机将悬架的偏移的动能电力地或者说再生地（generatorisch）转换为电能；
-控制单元，该控制单元设计用于，如此控制从发电机中提取的能量，使得发电机提供期望的减振常数。
本发明的构思在于，提供一种车轮悬架系统，其中，不仅能从车辆的振动能获取电能，而且也能可变化地调节优化的减振。
上述的车轮悬架系统能实现利用通常在机动车中通过减振转换为热能的能量。代替从车轮悬架系统中通过减振提取的振动能转换为热能，在上述的车轮悬架系统中设计为，将能量转换为电能。特别对于电动车辆而言，这种额外能量储备的使用预示着（in Aussicht）能明显改进有效范围或者能实现在运行期间通过并行的能量回收减少所需要的存储容量。特别地可以产生来自车辆振动的能量以用于补充传统的制动能量回收。此外，从车轮悬架系统的发电机中智能地提取电能能够实现针对性地可变化地调节减振，从而不仅是回收能量的目标、而且调节行驶动态和车轮悬架系统的动态的目标都能被共同转换。
根据一种实施方式，发电机可以包括永磁体和至少一个发电机线圈，该发电机线圈至少部分地围绕永磁体。
发电机可以包括用于提供励磁磁场的励磁线圈和至少一个发电机线圈，它们相互耦合，从而取决于励磁磁场和取决于励磁线圈和至少一个发电机线圈的相对运动提供电能量，其中控制单元还设计用于，通过励磁线圈调节励磁电流，以便调节发电机的减振。
可以设有整流器电路，以便对由发电机提供的电压进行整流。控制单元可以根据脉宽调制触发整流器电路，以便取决于脉宽调制的所选择的脉冲占空因数调节要从发电机中提取的能量。
还可以设有DC/DC转换器，以便将由整流器提供的直流电压转换为预定的直流电压，特别是用于为蓄能器充电。控制单元可以触发DC/DC转换器，以便对要从发电机中提取的能量进行调节。
根据一种实施方式，减振装置、特别是气动的或液压的减振缸可以与悬架相连接，以便提供恒定的减振，其中车轮悬架系统的全部减振由减振装置的减振和发电机的减振获得。
根据另一个方面，提出了一种用于运行用于机动车车轮的车轮悬架系统的方法，其中车轮悬架系统包括：
-用于保持车轮的悬架；
-弹簧装置，以便通过悬架在横向于车轮的轴线方向的方向上弹性地保持车轮；
-发电机，发电机将悬架的偏移的动能电力地转换为电能；
该方法包括控制从发电机中提取的能量，从而发电机提供期望的减振常数。
此外，车轮悬架系统的发电机可以包括用于提供励磁磁场的励磁线圈和至少一个发电机线圈，它们相互耦合，从而取决于励磁磁场并且取决于励磁线圈和至少一个发电机线圈的相对运动提供电能，其中通过励磁线圈来调节励磁电流，以便调节发电机的减振。
附图说明
下面根据附图详细说明本发明的优选的实施方式。图中示出：
图1示出了根据第一种实施方式的、用于机动车车轮的车轮悬架系统的示意图；和
图2示出了用于机动车车轮的车轮悬架系统的另一种实施方式的示意图。
具体实施方式
在图1中示出了用于（未示出的）机动车的车轮2的车轮悬架系统1。车轮悬架系统1的任务是，保持车轮2。
由于行车道不平坦使得机动车的车轮垂直偏移。为了阻止该偏移未经减振地被传递到乘员内舱中，车轮悬架系统1分别具有减振装置4，该减振装置吸收该能量并且该能量通过车身导出或者被转换为热能。减振装置4通常设计为气动的或液压的减振缸41。
布置在车轮2上的车轮悬架系统1在所示出的实施方式中具有悬架3、弹簧装置6和减振装置4。悬架3示意性地显示为垂直于或横向于车轮2的轴线方向布置的横向连接部。在悬架3上布置有减振缸41和设计为螺旋弹簧形式的弹簧装置6。
通过弹簧装置6使得车轮2和车轮悬架系统1在驶过不平坦地面时置于振动。减振缸41根据预定的减振常数对由车轮2施加到悬架3上的振动进行减振。减振常数通常固定地使用在减振缸41中。
此外在车轮悬架系统1中布置有发电机5。发电机5包括永磁体51，该永磁体与悬架3耦合，从而永磁体51在导致车轮2或悬架3相对于车辆车身运动的振动中在方向F上进行平移运动。
永磁体51形成柄部，围绕该柄部缠绕两个发电机线圈52。发电机线圈52相反地围绕柄部缠绕。发电机线圈52单独地与整流器7相连接，该整流器接收感应到发电机线圈52中的电压并且对该电压进行整流。经过整流的电压必要时被添加并且在整流器7的输出端上提供了产生的直流电压。
产生的直流电压可以用于为用来存储电能的蓄能器8充电。蓄能器8例如可以设计为可充电的电池、超级电容以及设计为用于装载机械能的飞轮等。
整流器7可以与控制单元9耦合，该控制单元对从发电机5中提取的能量进行管理。由于在通过发电机5获取能量时还额外地从悬架系统1中提取能量，由此改变了悬架系统1的减振。根据车轮2的偏移的速度，在发电机5中或者说在其发电机线圈52中产生了不同的电压或电荷，该电压或电荷相应于不同的、通过发电机线圈52提供的能量（Energiemengen）。该能量可以分别从发电机线圈中作为发电机电流提取。取决于所提取的能量，调节了用作减振力的、反作用于偏移的力。
控制单元9用于如此触发整流器7，使得从发电机5中获取的电能量处于确定的能量范围中或者相应于确定的能量并且进而相应于确定的减振。提取能量的量由此得出，其应该将通过发电机5提供的减振添加给通过减振装置4提供的减振。
因此如此选择减振元件4的减振常数（D?mpfungskonstante），使得减振装置4的减振常数和发电机5的平均减振常数之和在出现轻微的振动时相应于减振，其足够用于稳定的车辆状态和车辆的优化的转弯行驶。通过整流器6实现的最大能量提取由车轮悬架系统1的最大允许的减振得出，也就是说由下述减振得出：该减振由减振装置4和发电机5中在可能最强烈的激励中得出。如果基于行驶性能、车辆情况等等应该需要车轮悬架系统1的另一种性能，则提取出的能量可以匹配于所要求的减振。
通过控制单元9对整流器7的可能的触发例如可以借助于计时的（getaktet）运行来实现，其中，整流器7根据脉宽调制利用确定的脉冲占空因数（Tastverh?ltnis）接通和关闭，从而所产生的、被传输到整流器7中的能量份额可以借助控制单元9通过对脉冲占空因数的预先规定来控制。对此，控制单元8可以相应于脉宽调制周期的周期持续时间来确定平均的接收的能量并且相应地如此调整脉冲占空因数，使得被传输到整流器7中的能量相应于那个在发电机5中导致了确定的额外的减振常数或者在所要求的减振范围内额外的减振常数的能量。
在图2中示出了悬架系统1的另一种实施方式。如在图1中所示，车轮2与车轮悬架系统1耦合。车轮悬架系统1包括组合式的减振和发电机元件12，该减振和发电机元件基本上代替了图1中的实施方式的减振装置4和发电机5。
减振和发电机元件12具有励磁线圈13，该励磁线圈位置固定地安装并且代替了图1中的实施方式的永磁体51。如在上述的实施方式中，励磁线圈13由两个以彼此相反地缠绕方向进行缠绕的发电机线圈14来围绕，该发电机线圈与整流器7相连接。如前述，整流器7将从发电机14中提取的振幅可变的交流电压转换为直流电压。
此外设有励磁电流元件10，以便为励磁线圈13提供励磁电流，从而产生了励磁磁场。用于提供励磁电流的能量可以在整流器7的输出侧被量取（abgreifen）或者由其他的能量源、例如蓄能器8提供。
根据一种实施方式，励磁电流元件10和整流器7可以通过控制单元9如此控制，使得励磁电流通过励磁线圈13注入并且通过整流器7来提取能量，从而在车轮2与车辆车身之间发生相对运动时，对减振进行调节，该减振相应于车轮悬架系统1的期望的减振。
相对于借助脉宽调制控制整流器7可替换地或附加地，控制单元8可以触发连接在整流器7下游的DC/DC转换器11，以便如此通过整流器7调节电能提取，使得从组合式的减振和发电机元件12中提取的能量导致了减振和发电机元件12在预定的减振范围中的减振。

Claims (10)

1. 用于机动车的车轮（2）的车轮悬架系统（1）,包括：
-用于保持所述车轮（2）的悬架（3）；
-弹簧装置（6），以便通过所述悬架（3）在横向于所述车轮（2）的轴线方向的方向上弹性地保持所述车轮；
-发电机（5），所述发电机将所述悬架（3）的偏移的动能电力地转换为电能；
-控制单元（9），所述控制单元设计用于，如此控制从所述发电机（5）中提取的能量，使得所述发电机（5）提供期望的减振常数。
2. 根据权利要求1所述的车轮悬架系统（1），其中减振装置（4）、特别是气动的或液压的减振缸（41）还与所述悬架（3）相连接，以便提供恒定的减振，其中所述车轮悬架系统（1）的全部减振由所述减振装置（4）的减振和所述发电机（5）的减振得出。
3. 根据权利要求1和2中任一项所述的车轮悬架系统（1），其中所述发电机（5）包括永磁体（51）和至少一个发电机线圈（52），所述发电机线圈至少部分地围绕所述永磁体（51）。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的车轮悬架系统（1），其中所述发电机（5）包括用于提供励磁磁场的励磁线圈和至少一个发电机线圈（52），它们相互耦合，从而取决于所述励磁磁场并且取决于所述励磁线圈和所述至少一个发电机线圈（52）的相对运动提供电能量，其中所述控制单元（9）还设计用于，通过所述励磁线圈来调节励磁电流，以便调节所述发电机（5）的减振。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的车轮悬架系统，其中设有整流器电路（7），以便对由所述发电机（5）提供的电压进行整流。
6. 根据权利要求5所述的车轮悬架系统（1），其中所述控制单元（9）根据脉宽调制来触发所述整流器电路（7），以便取决于脉宽调制的所选择的脉冲占空因数来调节要从所述发电机（5）中提取的能量。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的车轮悬架系统（1），其中还设有DC/DC转换器，以便将由所述整流器（5）提供的直流电压转换为预定的直流电压，特别是用于为蓄能器（8）充电。
8. 根据权利要求7所述的车轮悬架系统（1），其中所述控制单元（9）触发所述DC/DC转换器，以便对要从所述发电机（5）中提取的能量进行调节。
9. 用来运行用于机动车的车轮（2）的车轮悬架系统（1）的方法，其中所述车轮悬架系统（1）包括：
-用于保持所述车轮（2）的悬架（3）；
-弹簧装置（6），以便通过所述悬架（3）在横向于所述车轮（2）的轴线方向的方向上弹性地保持所述车轮（2）；
-发电机（5），所述发电机将所述悬架（3）的偏移的动能电力地转换为电能；
其中所述方法包括以下步骤：
-控制从所述发电机（5）中提取的能量，从而所述发电机（5）提供期望的减振常数。
10. 根据权利要求9所述的方法，其中所述车轮悬架系统（1）的发电机（5）包括用于提供励磁磁场的励磁线圈（13）和至少一个发电机线圈（14），它们相互耦合，从而取决于所述励磁磁场并且取决于所述励磁线圈（13）和所述至少一个发电机线圈（52）的相对运动提供电能量，其中通过所述励磁线圈（13）来调节励磁电流，以便调节所述发电机（5）的减振。
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