CN103350643A - 一种汽车冗余动能的利用机构 - Google Patents

Abstract

本发明属于汽车节能技术领域，尤其是涉及一种汽车冗余动能的利用机构。该机构包括驱动轴、减震器支座、传动轮和微型发电机，传动轮通过摇杆机构连接在减震器支座上，驱动轴上沿驱动轴的周向方向设有环形齿槽，驱动轴通过环形齿槽与传动轮啮合，传动轮与微型发电机的输入轴之间连接有传动带，传动轮与微型发电机的输入轴构成皮带传动连接机构，微型发电机通过线路与汽车蓄电池或备用蓄电池电连接，其还包括控制器，控制器与微型发电机电连接。本发明的有益效果是：在汽车制动过程中驱动轴空转时，通过传动轮与驱动轴啮合，可将空转时无用的机械能转化为电能储存再次利用，或为其他孤立的用电系统充电，有效节约了动能，减少了能量损耗。

Description

一种汽车冗余动能的利用机构

技术领域

本发明属于汽车节能技术领域，尤其是涉及一种汽车冗余动能的利用机构。

背景技术

汽车运行道路以及运行环境复杂，当汽车在下坡或者空挡滑行时，由于重力作用或者惯性力作用，此时汽车整车惯性往往会大于变速器输入端的惯性，汽车发动机输出功率被闲置，造成发动机被反拖，也就是“飞车”现象。当高速行驶且路况良好时，“飞车”现象影响不大，但当坡道过长、车速过快或前方遇到障碍物等等因素影响时，驾驶员往往需要踩踏制动踏板来保正行车安全，这时汽车将在重力作用或者惯性力作用下继续运行，驱动轴、轮胎输出的驱动力矩被闲置，反而需要消耗制动系统能量。具体有以下三种表现形式：

1）、高原行车时由于大气稀薄，进气真空度不足。踩踏制动踏板费力且制动效果变差。山路行驶中下坡较多，反复踩踏制动踏板不仅容易疲劳，且制动系统容易过热导致工作效能变差严重者可致失效。

2）、整车启动时蓄电池产生电压降，对用电设备产生影响。例如ECU、TCU、ABS等检测到启动电压过低时会记录低电压信号，从而点亮故障灯。部分高端车辆已增加两块蓄电池，但显然能耗增加。

3）、长时间下坡或空挡滑行、车速易过快，通过制动来降低车速耗能也不科学。

在汽车制动过程中，为利用冗余能量，目前已经出现了将车轮机械能转化为电能存储再利用的专利文献，如公开号为：CN101056020A的中国发明专利提供的一种汽车车轮发电装置及具有该车轮发电装置的汽车供电系统，该发电装置设置于汽车车轮内，汽车车轮具有轮圈，轮圈外套有轮胎，汽车车轮与汽车传动轴连接，传动轴旋转带动车轮旋转，传动轴外套有轴承，轴承外套有轴承壳，轴承和轴承壳不随传动轴旋转，该发电装置包括定子和转子，该转子包括磁石片，磁石片固定在轮圈内圈，并沿轮圈圆周设置，该定子包括若干支撑杆、发电极底座、发电极及线圈，支撑杆固定于轴承壳，并伸向磁石片，发电极底座固定于支撑杆末端，从发电极底座上向磁石片伸出若干发电极，发电极与磁石片间有一定间隙，线圈缠绕在发电极上，线圈两端的正电极和负电极与外部电路相连。该专利虽然能将车轮转动的动能转变为电能存贮或使用，但是能量转换过程是将车轮有用的动能转换为电能存贮或使用，没有利用汽车使用中刹车时车速由快变慢中流失的那部分动能；并且上述专利中的汽车车轮是特制的，车轮中需要安装转子等零部件，车轮制造成本增加，而且汽车在行驶过程中遇到颠簸路段，会对车轮上转子等零部件造成损伤，使得整体车轮的使用寿命也不长。

发明内容

本发明主要是针对现有车轮能量再利用机构所存在的制动过程中的能量为得到利用、车轮使用寿命降低的问题，提供一种成本低、制造及安装方便、能够将汽车制动过程中损失的机械能转化为电能存储再利用的汽车冗余动能的利用机构。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种汽车冗余动能的利用机构，包括汽车的驱动轴以及减震器支座，其还包括传动轮以及设置在汽车内部的微型发电机，传动轮通过摇杆机构连接在减震器支座上，所述的驱动轴上沿驱动轴的周向方向设有环形齿槽，驱动轴通过环形齿槽与传动轮啮合，传动轮与微型发电机的输入轴之间连接有传动带，传动轮与微型发电机的输入轴构成皮带传动连接机构，微型发电机通过线路与汽车蓄电池或备用蓄电池电连接，该汽车冗余动能的利用机构还包括控制器，控制器与微型发电机电连接。有一些车型，高原制动效能不足，往往通过增设真空助力泵来提高制动效果，成本增加且消耗发动机所做的功。本发明巧妙避免了真空助力泵的不足：当车辆在上路下坡需要制动时，驱动轴通过环形齿槽带动传动轮转动，传动轮通过皮带带动微型发电机的输入轴转动，微型发电机通过切割其内部的磁力线，将输入的机械能转化为电能，控制器控制微型发电机，当汽车蓄电池或备用蓄电池需要补充电能时，微型发电机通过线路为汽车蓄电池或备用蓄电池充电，也可为其他孤立的用电系统充电，如直接反馈到制动器上用于制动助力。因为踩制动踏板时动力输出本身就是一种负担，踩踏制动踏板过程中，这一能量都转化为轮胎与地面摩擦的热能而白白消耗掉。现将这一能源有效利用起来，提高车辆驾驶性安全性的同时，不给发动机及整车增加任何能耗。有些高端车采用两块蓄电池，一块备用。作为启动时防止电压降过大影响用电设备正常运行。当其放电之后充电过程也消耗发动机做的功。本构思是将上述多余的能量转化为电能存储起来用于启动保护；或者直接运用于某些用电器。因其能量来源是原本白白浪费的能源，因此相比改进之前的车辆综合油耗反而下降。

作为优选，所述的摇杆机构包括摇杆和固定的连杆，连杆的一端与摇杆的一端铰接，传动轮通过转轴连接在摇杆上远离连杆的一端，连杆上设有气缸，气缸的活塞杆与摇杆铰接，气缸通过线路与控制器电连接。连杆固定在汽车上，如前横梁或前纵梁等可安装部位上，传动轮与摇杆通过转轴转动连接，摇杆在气缸活塞杆的推动下与连杆铰接，故摇杆机构为活动构件，当汽车行驶在正常工况下，气缸拉动摇杆使得传动轮偏离驱动轴一段距离，可防止传动轮消耗发动机做功，当汽车在制动过程中，此时驱动轴空转，为利用该部分机械能，可通过控制器控制气缸推动摇杆，使得摇杆摆动一定角度，传动轮与转动中的驱动轴上的环形齿槽啮合，该部分能量得到了利用，减少了发动机功率损耗。

作为优选，摇杆与连杆的铰接点至驱动轴之间的距离略大于摇杆的长度。为使摇杆摆动一定角度后，其上的传动轮能够与驱动轴啮合上，应保证摇杆与连杆的铰接点至驱动轴之间的距离略大于摇杆的长度。

作为优选，所述的摇杆的摆动角度范围为25°～ 45°。由于传动轮的移动轨迹为圆弧线，为使摇杆在气缸活塞杆的推动下移动顺畅，应使得摇杆的摆动角度较小，为使驱动轴转动过程中，防止传动轮干涉，应使得传动轮与驱动轴之间留有较大间隙，故而摇杆的摆动角度范围为25°～45°，满足使用要求。

作为优选，所述的传动轮包括与驱动轴啮合的啮合齿轮和与传动带连接的皮带轮，啮合齿轮和皮带轮的端面固连且中心线重合。啮合齿轮与驱动轴啮合，皮带轮与传动带连接。啮合齿轮和皮带轮的端面固连且中心线重合，离心力相同，传送比率相同。

作为优选，所述的驱动轴的环形齿槽与啮合齿轮的模数一致。驱动轴带动传动轮顺畅。

作为优选，所述的输入轴至传动轮的起止点之间的距离相同。传动轮通过传动带与微型发电机的输入轴连接，由于传动轮的位置有变化，应保证输入轴至传动轮的起止点之间的距离相同，即传动带的张紧度始终相同，传动顺畅。

作为优选，所述的环形齿槽的槽深不大于驱动轴轴径的10%。齿槽的槽深较小，以保证驱动轴的结构强度。

作为优选，所述的控制器为汽车ECU或PLC控制器。汽车ECU或PLC控制器均可控制气缸和微型发电机。

因此，本发明的有益效果是：在汽车制动过程中驱动轴空转时，通过传动轮与驱动轴啮合，可将空转时无用的机械能转化为电能储存再次利用，或为其他孤立的用电系统充电，有效节约了动能，减少了能量损耗。

附图说明

附图1是本发明的一种结构示意图；

附图2是本发明的另一种结构示意图；

附图3是本发明的系统框图。

图中所示：1-驱动轴、2-传动轮、21-啮合齿轮、22-皮带轮、3-微型发电机、31-输入轴、4-摇杆机构、41-摇杆、42-连杆、43-气缸、5-环形齿槽、6-传动带、7-控制器。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

如说明书附图1所示，一种汽车冗余动能的利用机构，包括汽车的驱动轴1、减震器支座、摇杆机构4、传动轮2、微型发电机3和控制器7，控制器7为汽车ECU，传动轮2包括焊接在一起的啮合齿轮21和皮带轮22，啮合齿轮21和皮带轮22的端面贴合且中心线重合，如说明书附图2所示，摇杆机构4包括摇杆41和连杆42，连杆42的下端固定在减震器支座上，连杆42的上端与摇杆41的上端铰接，传动轮2的中心设有转轴，传动轮2通过转轴连接在摇杆41上远离连杆42的一端，连杆42上设有气缸43，气缸43的活塞杆与摇杆41铰接，气缸43通过线路与控制器7电连接，摇杆41与连杆42的铰接点至驱动轴1之间的距离略大于摇杆41的长度，摇杆41的摆动角度范围为30°，驱动轴1上沿驱动轴1的周向方向设有环形齿槽5，环形齿槽5的槽深为驱动轴1轴径的5%，驱动轴1的环形齿槽5与传动轮2中的啮合齿轮21的模数一致，驱动轴1通过环形齿槽5与啮合齿轮21啮合，传动轮2的皮带轮22与微型发电机3的输入轴31之间连接有传动带6，皮带轮的外端部设有限位边，传动轮2与微型发电机3的输入轴31构成皮带传动连接机构，输入轴31至传动轮2的起止点之间的距离相同，微型发电机3通过线路与汽车蓄电池或备用蓄电池电连接，控制器7与微型发电机3电连接。

当车辆在上路下坡需要制动时，具体实施过程如说明书附图3所示，踩下制动踏板后，控制器接收到制动信号得知此时驱动轴空转，发送指令给气缸，气缸的活塞杆伸出并推动摇杆转动30°，使得摇杆上的传动轮缓慢逐步与驱动轴啮合上，这时驱动轴将通过环形齿槽带动传动轮转动，传动轮通过皮带带动微型发电机的输入轴转动，微型发电机通过切割其内部的磁力线，将输入的机械能转化为电能，控制器监控各用电系统的电量状况并及时补充，若电量充足，也可将电能输送给汽车蓄电池或备用蓄电池。

气缸伸缩状态下，传动轮呈弧线摆动，传动轮摆动的两个极限位置即为传动轮的起止点。

当驾驶员踩下制动踏板开始，将这时候轮胎、驱动轴产生的驱动力矩转化为其他形式的能量（电能或者机械能）直接使用或存储。不仅可以减轻制动系统负担，也可以将白白消耗掉的能量进行利用。

利用该能量的时机需要把握好。正常行驶时显然不能采用这一发明构思，因为会增加发动机的负荷，得不偿失。这就需要相关参数、信号的采集并通过CAN通信整合，在一定工况与条件下启用节能功能。例如：发生飞车现象时、驾驶员踩踏制动踏板企图降低车速时等等。

现有一些车型，高原制动效能不足，往往通过增设电动真空泵来提高制动效果，成本增加且消耗发动机所做的功。

有些高端车采用两块蓄电池，一块备用。作为启动时防止电压降过大影响用电设备正常运行。当其放电之后充电过程也消耗发动机做的功。

应理解，该实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (9)

1. 一种汽车冗余动能的利用机构，包括汽车的驱动轴（1）以及减震器支座，其特征在于，其还包括传动轮（2）以及设置在汽车内部的微型发电机（3），传动轮（2）通过摇杆机构（4）连接在减震器支座上，所述的驱动轴（1）上沿驱动轴（1）的周向方向设有环形齿槽（5），驱动轴（1）通过环形齿槽（5）与传动轮（2）啮合，传动轮（2）与微型发电机（3）的输入轴（31）之间连接有传动带（6），传动轮（2）与微型发电机（3）的输入轴（31）构成皮带传动连接机构，微型发电机（3）通过线路与汽车蓄电池或备用蓄电池电连接，该汽车冗余动能的利用机构还包括控制器（7），控制器（7）与微型发电机（3）电连接。

2.根据权利要求1所述的一种汽车冗余动能的利用机构，其特征在于，所述的摇杆机构（4）包括摇杆（41）和固定的连杆（42），连杆（42）的一端与摇杆（41）的一端铰接，传动轮（2）通过转轴连接在摇杆（41）上远离连杆（42）的一端，连杆（42）上设有气缸（43），气缸（43）的活塞杆与摇杆（41）铰接，气缸（43）通过线路与控制器（7）电连接。

3.根据权利要求2所述的一种汽车冗余动能的利用机构，其特征在于，摇杆（41）与连杆（42）的铰接点至驱动轴（1）之间的距离略大于摇杆（41）的长度。

4.根据权利要求3所述的一种汽车冗余动能的利用机构，其特征在于，所述的摇杆（41）的摆动角度范围为25°～45°。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种汽车冗余动能的利用机构，其特征在于，所述的传动轮（2）包括与驱动轴（1）啮合的啮合齿轮（21）和与传动带（6）连接的皮带轮（22），啮合齿轮（21）和皮带轮（22）的端面固连且中心线重合。

6.根据权利要求5所述的一种汽车冗余动能的利用机构，其特征在于，所述的驱动轴（1）的环形齿槽（5）与啮合齿轮（21）的模数一致。

7.根据权利要求1所述的一种汽车冗余动能的利用机构，其特征在于，所述的输入轴（31）至传动轮（2）的起止点之间的距离相同。

8.根据权利要求6所述的一种汽车冗余动能的利用机构，其特征在于，所述的环形齿槽（5）的槽深不大于驱动轴（1）轴径的10%。

9.根据权利要求1或2或3或4或7所述的一种汽车冗余动能的利用机构，其特征在于，所述的控制器（7）为汽车ECU或PLC控制器。

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