CN105172593A - 一种振动能量回收悬架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种振动能量回收悬架，包括螺栓、齿轮箱、弹簧上支座、减振弹簧、橡胶外罩、滚珠丝杠、丝杠螺母、弹簧下支座、橡胶缓冲块、安装吊环、安装座、电机安装法兰、电机和工作腔；本发明所述的悬架系统可以回收电动汽车悬架振动时的能量，延长电动汽车续驶里程；并能实现对悬架的主动和被动控制，提高驾乘舒适性和安全性；同时，可以对电动汽车底盘高度进行适时调节，增加车辆通过能力或降低风阻。

Description

一种振动能量回收悬架

技术领域

本发明涉及汽车悬架系统，具体涉及一种振动能量回收悬架。

背景技术

电动汽车因其高效率低排放的优势成为当代汽车产业发展的热点，但是由于电动汽车电池组续航里程短，使其难以快速推广。电动汽车在行驶过程中，由于路面不平，造成悬架产生上下振动。这部分振动能量通常采用减振器消耗，转化为热能耗散到空气中，造成能源的浪费。

在能源日益紧张的今天，避免能量的浪费以及对能源的高效利用是亟待解决的问题。为了回收这部分能量，各种振动能量回收装置应运而生，振动能量回收悬架可以回收车辆振动时的能量，并且可以实现悬架的主动和被动控制，具有很好的发展前景。但现有的振动能量回收悬架大多结构复杂、功能单一，悬架装置的可安装性和推广性较差，造成悬架机构整体利用率低、控制复杂，结构冗余等问题。

电动汽车由于电池箱安装在底盘位置，使得整车的重心较低，提高了车辆行驶的稳定性，但同时也增加了电池箱和不平路面刮擦碰撞的危险。电动汽车在路况较差路面行驶时，如果车辆底盘较低，电池箱容易受到路面障碍物碰撞，从而导致系统产生故障，甚至引起电池组的爆炸。电动汽车在高速路面行驶时，如果底盘较高，车辆稳定性较差，行驶风阻大，使得能量利用率降低，因而对上述问题的研究发现对电动汽车底盘高度进行调节很有必要。

发明内容

针对现有的电动汽车悬架技术，本发明提供一种结构简单新颖、能量利用率高的电动汽车用的振动能量回收悬架。

本发明采用的技术方案为：一种振动能量回收悬架，主要包括：螺栓、齿轮箱、弹簧上支座、减振弹簧、橡胶外罩、滚珠丝杠、丝杠螺母、弹簧下支座、橡胶缓冲块、安装吊环、安装座、电机安装法兰、电机和工作腔；所述的齿轮箱固定在安装座下方，在安装座底部分别设有弹簧上支座和电机安装法兰，电机安装法兰与电机连接；所述的弹簧上支座下方设有滚珠丝杠，滚珠丝杠外侧设有减振弹簧和橡胶外套，滚珠丝杠底部通过丝杠螺母连接在弹簧下支座上；在弹簧下支座下方设有工作腔，工作腔通过螺栓固定在弹簧下支座上；在工作腔内部与滚珠丝杠下端设有橡胶缓冲块，工作腔底部设有安装吊环。

进一步，所述的齿轮箱包括端盖、第一齿轮传动副、齿轮箱外壁、角接触球轴承、第一传动轴、第二传动轴、滚动轴承、第二齿轮传动副和第三传动轴；端盖与安装座相连，第一传动轴与滚珠丝杠连接，第三传动轴与电机输出轴连接；所述的第一齿轮传动副包括第一传动轴上设有齿轮z1和第二传动轴上的齿轮z2；所述的第二齿轮转动副包括第二传动轴上的齿轮z3和第三传动轴的齿轮z4；

进一步，所述的第一传动轴连接滚珠丝杠的一端通过角接触球轴承安装在齿轮箱上，第一传动轴的另一端和第二传动轴、第三传动轴通过滚动轴承安装在齿轮箱上。

进一步，在第一齿轮传动副中，齿轮z1的齿数大于齿轮z2；在第二齿轮传动副中齿轮z3的齿数大于齿轮z4。

本发明产生的有益效果是：本发明所述的悬架系统可以回收电动汽车悬架振动时的能量，延长电动汽车续驶里程；并能实现对悬架的主动和被动控制，提高驾乘舒适性和安全性；同时，可以对电动汽车底盘高度进行适时调节，增加车辆通过能力或降低风阻。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中齿轮箱的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1所示，一种振动能量回收悬架，包括：螺栓1、齿轮箱2、弹簧上支座3、减振弹簧4、橡胶外罩5、滚珠丝杠6、丝杠螺母7、弹簧下支座8、橡胶缓冲块9、安装吊环10、安装座11、电机安装法兰12、电机13和工作腔14。其中，齿轮箱2的结构如图2所示，主要包括：端盖2-1、第一齿轮传动副2-2、齿轮箱外壁2-3、角接触球轴承2-4、第一传动轴2-5、第二传动轴2-6、滚动轴承2-7、第二齿轮传动副2-8和第三传动轴2-9。

齿轮箱2固定在安装座11下方，在安装座11底部分别设有弹簧上支座3和电机安装法兰12，电机安装法兰12与电机13连接，电机13用于发电以及输出转矩来调节汽车底盘高度。所述的弹簧上支座3下方设有滚珠丝杠6，滚珠丝杠6外侧设有减振弹簧4，用于电动汽车悬架系统的减振以及使悬架恢复到初始位置。减震弹簧4外侧设有橡胶外套5，用于防止灰尘、沙粒等杂质物体进入。滚珠丝杠6底部通过丝杠螺母7连接在弹簧下支座8上；在弹簧下支座8下方设有工作腔14，工作腔14用于悬架振动时提供上下垂直运动的空间，其腔体外壁用来防止外界石子、沙粒等杂质的进入。工作腔14通过螺栓1固定在弹簧下支座8上；在工作腔14内部与滚珠丝杠6下端设有橡胶缓冲块9，橡胶缓冲块9起保护作用，用于防止滚珠丝杠端部受损。工作腔14底部设有安装吊环10，安装吊环10通过铰接方式固定安装在车辆悬架下桥臂上。

齿轮箱2内部为两级减速齿轮传动装置，第一传动轴2-5和滚珠丝杠6连接，第三传动轴2-9和电机13连接。作为滚珠丝杠6和电机13之间的动力传递机构，齿轮箱2内部第一传动轴2-5上安装齿轮z1和第二传动轴2-6上安装的齿轮z2构成第一齿轮传动副2-2。其中，齿轮齿数z1>z2，二者符合齿轮正确啮合的条件。第二传动轴2-5上同轴安装有齿轮z3，z3和第三传动轴2-9上安装的齿轮z4啮合构成第二齿轮转动副2-8。其中，齿轮齿数z3>z4，二者符合齿轮正确啮合的条件。第一传动轴2-5连接滚珠丝杠6的一端通过角接触球轴承2-4安装在齿轮箱2上，角接触球轴承2-4用于抵消滚珠丝杠6运动受到的轴向力。第一传动轴2-5另一端和第二传动轴2-6、第三传动轴2-9通过滚动轴承安装在齿轮箱2上。由于齿轮箱2内部齿轮传动副的齿数有z1>z2、z3>z4，那么从电机13输出端的高转速小扭矩运动可以转化为滚珠丝杠6一端的低转速大扭矩运动，从而提高了能量回收的效率，也方便了对悬架的主动控制及电动汽车底盘高度的调节。

本发明所述的振动能量回收过程为：电动汽车在行驶的过程中，悬架部分车身和车桥的相对直线振动通过滚珠丝杠副转化为滚珠丝杠6的旋转运动。通过齿轮箱2的动力传递以及增速，带动电机13转动。根据电磁感应原理，电机转动将产生感应电动势，产生的电能先经过电机驱动电路的整流，再经过能量回收电路的滤波、升压斩波作用，输出稳定的直流电，从而给电池组进行充电。齿轮箱2内部的齿轮传动机构经过第一齿轮传动副2-2和第二齿轮传动副2-8的动力传递以及增速作用，可以提高电机13的转速，从而提高振动能量回收的效率。

本发明不仅能够对能量进行回收，还能对悬架进行主动控制。

电动汽车在行驶的过程中，电机13转动发电，同时产生和转动速度方向相反的电磁力矩。悬架控制系统可以通过对电池充电电流的控制，调节电机13的电磁力矩大小，实现悬架的主动控制功能。电机13的电磁力矩通过齿轮箱2的动力传递，作用到滚珠丝杠6上，通过滚珠丝杠副的运动转化，悬架系统将受到滚珠丝杠副的轴向作用力，这就是悬架的可以调节的主动控制力。齿轮箱2内部的齿轮传动机构经过第二齿轮传动副2-8和第一齿轮传动副2-2的动力传递，在降低电机转动速度的同时可以增大扭矩，更方便对滚珠丝杠的轴向力进行调节，易于实现悬架的主动控制功能。

悬架控制系统根据是否对电机13的电磁力矩进行主动调节，分为主动控制悬架以及被动悬架。主动控制悬架的实现过程是：悬架控制系统微处理器采集悬架振动速度传感器信号和电池电压、电流、温度信号，可以对能量回收电路进行控制，实现对电池充电电流的控制，从而实现对电机13电磁力矩的控制，达到主动的控制悬架受到的轴向作用力大小的目的，完成主动悬架功能。如果控制系统不对电机13的电磁力矩进行主动调节，而是以能量回收为主，则经由电机13输出的动力传递到滚珠丝杠6端的轴向力是不受控制的，那么悬架系统处于被动悬架状态。

本发明还能通过滚珠丝杠副对底盘高度进行控制。当电动汽车通过路况较差的不平路面时，悬架的振动幅度并不明显，车辆对乘坐舒适性要求不高，而对电动汽车的通过性能要求较高。当电动汽车在高速路面行驶时，需要降低车辆底盘高度，增加车辆稳定性，同时减小行驶风阻。那么，悬架系统需要适时的对底盘高度进行主动调节。

此时，悬架不进行能量回收，而是通过电池放电，悬架控制系统微处理器控制电机驱动电路，使电机13处于电动运行状态，输出转矩。通过齿轮箱2的动力传递，作用到滚珠丝杠副上，产生的轴向直线运动使得车身和车桥的高度升高或者降低，实现对电动汽车底盘高度的调节。同样的，齿轮箱2内部的齿轮传动机构经过第二齿轮传动副2-8和第一齿轮传动副2-2的动力传递，在降低电机转动速度的同时可以增大电机输出端的扭矩，更方便对滚珠丝杠的轴向力进行调节，易于实现底盘高度的调节功能。悬架控制系统微处理器通过采集光电式车高传感器信号以及电机13的转速信号，来实现对底盘高度的准确调节。

本发明可以回收电动汽车悬架振动时的能量，延长电动汽车续驶里程；并能实现对悬架的主动和被动控制，提高驾乘舒适性和安全性；同时，可以对电动汽车底盘高度进行适时调节，增加车辆通过能力或降低风阻。

Claims (4)

1.一种振动能量回收悬架，主要包括：螺栓、齿轮箱、弹簧上支座、减振弹簧、橡胶外罩、滚珠丝杠、丝杠螺母、弹簧下支座、橡胶缓冲块、安装吊环、安装座、电机安装法兰、电机和工作腔；其特征在于：所述的齿轮箱固定在安装座下方，在安装座底部分别设有弹簧上支座和电机安装法兰，电机安装法兰与电机连接；所述的弹簧上支座下方设有滚珠丝杠，滚珠丝杠外侧设有减振弹簧和橡胶外套，滚珠丝杠底部通过丝杠螺母连接在弹簧下支座上；在弹簧下支座下方设有工作腔，工作腔通过螺栓固定在弹簧下支座上；在工作腔内部与滚珠丝杠下端设有橡胶缓冲块，工作腔底部设有安装吊环。

2.根据权利要求1所述的一种振动能量回收悬架，其特征在于：所述的齿轮箱包括端盖、第一齿轮传动副、齿轮箱外壁、角接触球轴承、第一传动轴、第二传动轴、滚动轴承、第二齿轮传动副和第三传动轴；第一传动轴与滚珠丝杠连接，第三传动轴与电机输出轴连接；所述的第一齿轮传动副包括第一传动轴上设有齿轮z1和第二传动轴上的齿轮z2；所述的第二齿轮转动副包括第二传动轴上的齿轮z3和第三传动轴的齿轮z4。

3.根据权利要求2所述的一种振动能量回收悬架，其特征在于：所述的第一传动轴连接滚珠丝杠的一端通过角接触球轴承安装在齿轮箱上，第一传动轴的另一端和第二传动轴、第三传动轴通过滚动轴承安装在齿轮箱上。

4.根据权利要求2所述的一种振动能量回收悬架，其特征在于：在第一齿轮传动副中，齿轮z1的齿数大于齿轮z2；在第二齿轮传动副中齿轮z3的齿数大于齿轮z4。