CN104608577B - 一种汽车振动能量回收系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于汽车节能技术领域，具体涉及一种汽车振动能量回收系统及控制方法。该装置用于回收汽车行驶过程中因振动而耗散的能量，将振动产生的机械能转化为可再利用的电能。但汽车振动产生的能量较为离散，若直接回收为电能，回收效率低。本发明首先将机械能转化为气压能，用于将离散的能量进行集中，进而再将气压能集中转化为电能，通过对气压能能量释放时刻的控制，可使发电机始终工作在较高的发电效率区间，从而提高能量回收效率。

Description

一种汽车振动能量回收系统及控制方法

技术领域

本发明属于汽车节能技术领域，具体涉及一种汽车振动能量回收系统及控制方法。

背景技术

环境恶化和资源短缺对汽车行业的发展形成了严峻挑战，如何在保证汽车原有功效的基础上更好地节能减排便成为了当前亟需解决的关键问题。目前，新能源汽车的发展从源头上解决了汽车减排的问题，纯电动汽车更是可以实现零排放。相比于减排技术的快速发展，汽车节能技术领域还未有较大突破。

在汽车在行驶过程中，频繁的制动会消耗汽车的动能，车身的振动会消耗机械能，而这些被消耗的能量最初都是由动力装置产生，在无形中便增加了动力装置的燃油消耗，若能将这些被消耗的能量进行回收再利用，便可减少汽车的能量消耗，达到节能的目的。

汽车振动所耗散的能量要远远大于汽车制动所耗散的能量，但可回收的振动能量相比于可回收的制动能量却更为离散，不如制动能量集中，这就为回收振动所产生的能量带来了一定的难度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：将汽车行驶过程中因振动而产生的离散能量首先以气压能的方式进行集中回收，然后再集中释放，最终转变为可再利用的电能。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：该种汽车振动能量回收系统及方法主要由悬架系统、液压执行机构、气压执行机构、电气设备和控制器组成；

其中，悬架系统包括液压减振器；

液压执行机构包括单向阀a、单向阀b、单向阀c、单向阀d和液压马达；

气压执行机构包括空气压缩机、单向阀e、储气罐、控制阀、气动马达和单向阀f；

电气设备包括发电机；

所述液压减振器的上腔与单向阀a的进口通过液压管道连接，所述单向阀a的出口与液压马达的进口通过液压管道连接，所述液压马达的出口与单向阀d的进口通过液压管道连接，所述单向阀d的出口与液压减振器的下腔通过液压管道连接；

所述液压减振器的下腔与单向阀b的进口通过液压管道连接，所述单向阀b的出口与液压马达的进口通过液压管道连接，所述液压马达的出口与单向阀c的进口通过液压管道连接，所述单向阀c的出口与液压减振器的上腔通过液压管道连接；

所述液压马达的输出轴与空气压缩机刚性连接；

所述空气压缩机，单向阀e，储气罐，控制阀和气动马达，通过气体管路依次连接；

所述气动马达出口经单向阀f直接将空气排入大气，单向阀f用于产生背压；；气动马达的输出轴与发电机刚性连接。

所述控制阀为两位两通电磁阀。

所述气压执行机构，还包括空气干燥器，设置于空气压缩机和单向阀e之间。

所述气压执行机构，还包括气体压力传感器a，设置于空气干燥器和单向阀e之间。

所述气压执行机构，还包括气体压力传感器b，设置于单向阀e和储气罐之间。

所述装置，还包括控制器，所述控制器的气体压力传感器a输入端①与气体压力传感器a电气连接；气体压力传感器b输入端②与气体压力传感器b电气连接，控制阀控制输出端③与控制阀电气连接。

所述电气设备包括发电机；还包括蓄电池和车载电力设备。

减振器被压缩时，其上腔液压油经单向阀a、液压马达和单向阀d流入下腔；减振器被拉伸时，其下腔液压油经单向阀b、液压马达和单向阀c流入上腔；此液压回路保证了液压马达在减振器压缩和拉伸行程中始终保持相同的旋转方向；

空气压缩机由液压马达驱动，压缩的空气经空气干燥器和单向阀e进入储气罐，此过程完成了机械能向气压能的转变；

在空气干燥器出口处和储气罐进口处分别装有气体压力传感器a和气体压力传感器b，分别用于实时测量压缩空气的进气压力N1和储气罐内部的气体压力N2，并将测量结果传给控制器；同时，储气罐出口处装有两位两通电磁阀，电磁阀处于常闭状态，并与气动马达的进气口相连；

当电磁阀导通时，发电机由气动马达驱动发电，直接向蓄电池充电，再由蓄电池为车载电力设备供电，此过程完成了气压能向电能的转变；

控制器输入端用于接收气体压力传感器a和气体压力传感器b的测量数据信号，输出端用于控制电磁的导通；

设定储气罐内部气体压力的系统阈值分别为M1(M1＝0.05MPa)和M2(M2＝0.25MPa)，其中，M1为储气罐蓄能时内部最高气体压力，M2为储气罐释放气体时内部最低气体压力；

液压减振器(1)振动过程中，当N1大于N2，则当N2大于M1时，控制器(5)控制控制阀(37)导通，储气罐(36)释放气体驱动气动马达(38)，进而由气动马达(38)驱动发电机(41)发电，而在释放气体过程中，若N2减小至M2，控制器(5)控制控制阀(37)关闭，储气罐(36)重新蓄能；

液压减振器(1)振动过程中，当N1小于N2，此时空气压缩机(31)停止向储气罐(36)充入压缩空气，则控制器(5)控制控制阀(37)导通释放气体，当N2减小至M2时，控制阀(37)关闭，储气罐(36)重新蓄能。

根据系统设定阈值导通或者关闭电磁阀的目的是为了在释放气体的过程中使气动马达保持一定的转速，即：使发电机保持在一定的转速区间以保证发电机工作在较高的发电效率区间，提高能量回收效率。

本发明的有益效果为：

(1)将离散的振动能量转变为可集中储存的气压能，扩大了可回收的振动能量范围；

(2)气压能作为过渡能量集中储存，集中释放时可使发电机工作在较高的发电效率区间，提高了回收效率。

(3)实现了从机械能到气压能再到电能的转变，在保证乘坐舒适性的前提下提高了能量回收效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的实施方法。

附图标记说明如下：1-液压减振器，2-液压执行机构，3-气压执行机构，4-电气设备，5-控制器，21-单向阀a，22-单向阀b，23-单向阀c，24-单向阀d，25-液压马达，31-空气压缩机，32-空气干燥器，33-气体压力传感器a，34-单向阀e，35-气体压力传感器b，36-储气罐，37-控制阀，38-气动马达，39-单向阀f，41-发电机，42-蓄电池，43-车载电力设备，①-气体压力传感器a输入端，②-气体压力传感器b输入端，③-控制阀控制输出端。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

该种汽车振动能量回收系统及控制方法主要包括悬架系统、液压执行机构2、气压执行机构3、电气设备4和控制器5；

其中，悬架系统是指具有液压减振器1的悬架系统；

液压执行机构2包括单向阀a21、单向阀b22、单向阀c23、单向阀d24和液压马达25；

气压执行机构3包括空气压缩机31、空气干燥器32、气体压力传感器a33、气体压力传感器b35、单向阀e34、储气罐36、两位两通电磁阀37和气动马达38；

电气设备4包括发电机41、蓄电池42和车载电力装置43；

减振器1被压缩时，其上腔液压油经单向阀a21、液压马达25和单向阀d24流入下腔；减振器1被拉伸时，其下腔液压油经单向阀b22、液压马达25和单向阀c23流入上腔；此液压回路保证了液压马达25在减振器1压缩和拉伸行程中始终保持相同的旋转方向；

空气压缩机31由液压马达25驱动，压缩的空气经空气干燥器32和单向阀e34进入储气罐36，此过程完成了机械能向气压能的转变；

在空气干燥器32出口处和储气罐36进口处分别装有气体压力传感器a33和气体压力传感器b35，分别用于实时测量压缩空气的进气压力N1和储气罐36内部的气体压力N2，并将测量结果传给控制器5；同时，储气罐36出口处装有两位两通电磁阀37，电磁阀37处于常闭状态，并与气动马达38的进气口相连；

气动马达38出口经单向阀f39直接将空气排入大气，单向阀f39用于产生背压；

当电磁阀37导通时，发电机41由气动马达38驱动发电，直接向蓄电池42充电，再由蓄电池42为车载电力设备43供电，此过程完成了气压能向电能的转变；

控制器5输入端用于接收气体压力传感器a33和气体压力传感器b35的测量数据信号，输出端用于控制电磁阀37的导通；

设定储气罐内36部气体压力的系统阈值分别为M1(M1＝0.05MPa)和M2(M2＝0.25MPa)，其中，M1为储气罐36蓄能时内部最高气体压力，M2为储气罐36释放气体时内部最低气体压力；

一方面，减振器1振动过程中，若N1大于N2，则当N2大于M1时，控制器5控制电磁阀37导通，储气罐36释放气体驱动气动马达38，进而由气动马达38驱动发电机41发电，而在释放气体过程中，若N2减小至M2，控制器5控制电磁阀37关闭，储气罐36重新蓄能；另一方面，若在减振器1振动过程中，N1小于N2，此时空气压缩机31无法向储气罐36充入压缩空气，则控制器5控制电磁阀37导通释放气体，当N2减小至M2时，电磁阀37关闭，储气罐36重新蓄能；

根据系统设定阈值导通或者关闭电磁阀37的目的是为了在释放气体的过程中使气动马达38保持一定的转速，即：使发电机41保持在一定的转速区间以保证发电机41工作在较高的发电效率区间，提高能量回收效率。

下面结合附图对本发明具体实施过程作进一步说明。

汽车行驶过程中，减振器被压缩或被拉伸。压缩行程中，其上腔液压油经单向阀a、液压马达和单向阀d流入下腔；拉伸行程中，其下腔液压油经单向阀b、液压马达和单向阀c流入上腔；根据图1所设计的液压回路可使得液压马达始终按照相同的方向旋转，则空气压缩机可在液压马达的驱动下持续地压缩空气，并将所压缩的空气经空气干燥器和单向阀e充入储气罐中，此过程完成了机械能向气压能的转变。

空气干燥器出口处装有气体压力传感器a，用于测量压缩空气的进气压力N1；储气罐进口处装有气体压力传感器b，用于测量储气罐内部的气体压力N2；两者的测量结果实时传给控制器，并由控制器对其数值进行比较，根据比较结果导通电磁阀或是进行进一步的判断，电磁阀安装在储气罐出口处，处于常闭状态；

设定储气罐内部气体压力的系统阈值分别为M1(M1＝0.05MPa)和M2(M2＝0.25MPa)，其中，M1为储气罐蓄能时内部最高气体压力，M2为储气罐释放气体时内部最低气体压力；通过对N1、N2、M1、M2具体数值之间的相互比较，确定电磁阀的工作状态，从而确定系统的工作模式，其原理如图2所示，具体步骤如下：一方面，减振器振动过程中，若N1大于N2，则当N2大于M1时，控制器控制电磁阀导通，储气罐释放气体驱动气动马达，进而由气动马达驱动发电机发电，而在释放气体过程中，若N2减小至M2，控制器控制电磁阀关闭，储气罐重新蓄能；另一方面，若在减振器振动过程中，N1小于N2，此时空气压缩机无法向储气罐充入压缩空气，则控制器控制电磁阀导通释放气体，当N2减小至M2时，电磁阀关闭，储气罐重新蓄能；此过程完成了气压能向电能的转变，从而最终完成了机械能向电能的转变，实现了能量的回收再利用。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种汽车振动能量回收系统，其特征在于，包括悬架系统、液压执行机构(2)、气压执行机构(3)、电气设备(4)；

所述悬架系统包括液压减振器(1)；

所述液压执行机构(2)包括单向阀a(21)、单向阀b(22)、单向阀c(23)、单向阀d(24)和液压马达(25)；

所述气压执行机构(3)包括空气压缩机(31)、单向阀e(34)、储气罐(36)、控制阀(37)、气动马达(38)和单向阀f(39)；

所述电气设备包括发电机(41)；

所述液压减振器(1)的上腔与单向阀a(21)的进口通过液压管道连接，所述单向阀a(21)的出口与液压马达(25)的进口通过液压管道连接，所述液压马达(25)的出口与单向阀d(24)的进口通过液压管道连接，所述单向阀d(24)的出口与液压减振器(1)的下腔通过液压管道连接；

所述液压减振器(1)的下腔与单向阀b(22)的进口通过液压管道连接，所述单向阀b(22)的出口与液压马达(25)的进口通过液压管道连接，所述液压马达(25)的出口与单向阀c(23)的进口通过液压管道连接，所述单向阀c(23)的出口与液压减振器(1)的上腔通过液压管道连接；

所述液压马达(25)的输出轴与空气压缩机(31)刚性连接；

所述空气压缩机(31)，单向阀e(34)，储气罐(36)，控制阀(37)和气动马达(38)，通过气体管路依次连接；

所述气动马达(38)出口经单向阀f(39)直接将空气排入大气；气动马达(38)的输出轴与发电机(41)刚性连接。

2.如权利要求1所述的一种汽车振动能量回收系统，其特征在于，所述控制阀(37)为两位两通电磁阀。

3.如权利要求1所述的一种汽车振动能量回收系统，其特征在于，所述气压执行机构(3)，还包括空气干燥器(32)，设置于空气压缩机(31)和单向阀e(34)之间。

4.如权利要求1所述的一种汽车振动能量回收系统，其特征在于，所述气压执行机构(3)，还包括气体压力传感器a(33)，设置于空气干燥器(32)和单向阀e(34)之间。

5.如权利要求1所述的一种汽车振动能量回收系统，其特征在于，所述气压执行机构(3)，还包括气体压力传感器b(35)，设置于单向阀e(34)和储气罐(36)之间。

6.如权利要求1～5中任意一项所述的一种汽车振动能量回收系统，其特征在于，还包括控制器(5)，所述控制器(5)的气体压力传感器a输入端①与气体压力传感器a(33)电气连接；气体压力传感器b输入端②与气体压力传感器b(35)电气连接，控制阀控制输出端③与控制阀(37)电气连接。

7.如权利要求1所述的一种汽车振动能量回收系统，其特征在于，所述电气设备包括发电机(41)；还包括蓄电池(42)和车载电力设备(43)。

8.如权利要求1所述的一种汽车振动能量回收系统的控制方法，其特征在于，

(1)测量得到：压缩空气进入储气罐(36)的进气压力N1，储气罐(36)内部的气体压力N2；设定储气罐(36)蓄能时内部最高气体压力M1，储气罐(36)释放气体时内部最低气体压力M2；

(2)液压减振器(1)振动过程中，当N1大于N2，则当N2大于M1时，控制器(5)控制控制阀(37)导通，储气罐(36)释放气体驱动气动马达(38)，进而由气动马达(38)驱动发电机(41)发电，而在释放气体过程中，若N2减小至M2，控制器(5)控制控制阀(37)关闭，储气罐(36)重新蓄能；

液压减振器(1)振动过程中，当N1小于N2，此时空气压缩机(31)停止向储气罐(36)充入压缩空气，则控制器(5)控制控制阀(37)导通释放气体，当N2减小至M2时，控制阀(37)关闭，储气罐(36)重新蓄能。