CN105299117A - 一种汽车振动能量回收减震装置 - Google Patents

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Abstract

一种汽车振动能量回收减震装置,包括运动转换部分和与之连接的能量转化部分，运动转换部分安装在机身内，能量转换部分安装在机身外侧，机身通过上吊环和车身相连；运动转换部分的下吊环连接在汽车车桥上，下吊环和弹簧的一端连接，弹簧的另一端连接在机身上，两个齿条也与下吊环固连，两个齿条分别与两个齿轮啮合，两个齿轮分别与两个超越离合器的外圈固连，两个超越离合器的内圈同时与主轴固定连接，两个超越离合器反向安装使得两个超越离合器的制动方向相反；主轴通过能量转换部的齿轮增速器与电机的旋转轴连接，电机通过整流电路、DC-DC与负载连接，本发明可以将汽车的振动的能量回收利用，有效降低阻尼器热失效几率。

Description

一种汽车振动能量回收减震装置
技术领域
本发明属于汽车系统控制技术领域,具体涉及一种汽车振动能量回收减震装置。
背景技术
悬架系统对车辆的操作稳定性、行驶安全性和乘坐舒适性有着严重的影响，其中，减震器是悬架系统中最为关键的部件。一方面，传统的被动悬架在设计完成后，减震器的刚度、阻尼系数等特性参数都固定不变，虽然在一定程度上改善了汽车的各个性能，但其结构参数因不能随着车辆行驶的外界条件改变，而大大制约了它的应用。另一方面，现有的主动悬架系统由于存在着能耗过高、系统复杂、可靠性和稳定性差等技术瓶颈，使得它未能得到推广和应用。再者，随着能源危机的逐渐加剧，电动汽车技术的日益成熟，通过提高电池能量的利用率以增加汽车的行驶里程，就显得尤为重要。在电动汽车的众多能耗中，通过阻尼器耗散掉的能量占有相当的比重，如何将这部分能量回收，提高电池能量的利用率和电动汽车的行驶路程是目前亟待解决的问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种汽车振动能量回收减震装置，可以将汽车的振动的能量回收利用，有效降低阻尼器热失效几率。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种汽车振动能量回收减震装置,包括运动转换部分101和能量转化部分102，运动转换部分101的输出和能量转换部分102的输入连接，运动转换部分101安装在机身16内部，能量转换部分安装在机身16外部，机身16通过上吊环17和车身相连；所述的运动转换部分101包括下吊环1，下吊环1连接在汽车车桥上，下吊环1和弹簧4的一端连接，弹簧4的另一端连接在机身16上，第一齿条2和第二齿条3也与下吊环1固连，第一齿条2和第二齿条3在机身16上的导向槽和直线轴承24的约束下随着下吊环1竖直方向上做直线运动，第一齿条2、第二齿条3分别与第一齿轮8、第二齿轮7啮合，第二齿轮7、第一齿轮8分别与第二超越离合器5、第一超越离合器6的外圈固连，第二超越离合器5和第一超越离合器6的内圈同时与主轴9固定连接，第二超越离合器5和第一超越离合器6反向安装使得两个超越离合器的制动方向相反；
所述的能量转换部分102包括齿轮增速器10，运动转换部分101的主轴9与齿轮增速器10的输入轴连接，齿轮增速器10的输出轴与电机11的旋转轴连接，电机11通过电缆连接整流电路12输入端，整流电路12输出端连接于DC-DC13输入端，控制器C15通过控制线与DC-DC13控制端连接，DC-DC13输出端与负载L14连接。
所述电机11为交流电机或直流电机，当电机11为直流发电机时，能量转化部分102能够省略整流电路12。
所述的齿轮增速器10为一级齿轮增速器或多级齿轮增速器。
所述的齿轮增速器10或安装在两对啮合的齿轮与齿条之间。
所述的超越离合器或由棘轮机构替代，棘轮连接主轴9，棘爪与第二齿轮7、第一齿轮8固连，两个棘轮机构的制动方向相反。
所述的负载L14为可充电蓄电池、超级电容或飞轮电池储能型器件。
本发明的有益效果为：
1.两个超越离合器反向安装，振动时第一齿条2和第二齿条3的往复运动转换成主轴9单向成旋转运动。这种设计相对于直接通过单齿轮齿条啮合带动电机而言，可以大大减小齿轮在转向时由于电机转子的惯性力而造成对啮合齿面的巨大冲击，从而有效的保护齿轮，减小了热损失，提高了能量的转换效率。
2.用电机11和功率可控的负载L14来将汽车振动过程中产生的机械能并储存起来，相比传统被动悬架系统的阻尼器而言，既提高了能量的利用率也实现了悬架系统的半主动控制。
附图说明
图1为本发明装置原理图的正视图。
图2为本发明装置原理图的俯视图。
图3为一级增速器内置的变异结构原理图。
图4为实施例的内部传动结构图。
图5为实施例的具体结构的三视图，图5a、图5b、图5c依次为俯视图、主视图和侧视图。
图6为图5的侧视图5c中的局部剖视图。
图7为实施例齿轮箱内部齿轮、齿条、超越离合器安装示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1、图2所示，一种汽车振动能量回收减震装置,包括运动转换部分101和能量转化部分102，运动转换部分101的输出和能量转换部分102的输入连接，运动转换部分101安装在机身16内部，能量转换部分安装在机身16外部，机身16通过上吊环17和车身相连；
所述的运动转换部分101包括下吊环1，下吊环1连接在汽车车桥上，下吊环1和弹簧4的一端连接，弹簧4的另一端连接在机身16上，第一齿条2和第二齿条3也与下吊环1固连，第一齿条2和第二齿条3在机身16上的导向槽和直线轴承24的约束下随着下吊环1竖直方向上做直线运动，第一齿条2、第二齿条3分别与第一齿轮8、第二齿轮7啮合，第二齿轮7、第一齿轮8分别与第二超越离合器5、第一超越离合器6的外圈固连，第二超越离合器5、第一超越离合器6的内圈同时与主轴9固定连接，第二超越离合器5和第一超越离合器6反向安装使得两个超越离合器的制动方向相反。
所述的能量转换部分102包括齿轮增速器10，运动转换部分101的主轴9与齿轮增速器10的输入轴连接，齿轮增速器10的输出轴与电机11的旋转轴连接，将主轴9的单向旋转运动通过齿轮增速器10传递给电机11，电机11通过电缆连接整流电路12输入端，整流电路12输出端连接于DC-DC13输入端，控制器C15通过控制线与DC-DC13控制端连接，DC-DC13输出端与负载L14连接。
所述电机11为交流电机或直流电机，如永磁同步电机、直流有刷电机等，当电机11为直流发电机时，能量转化部分102能够省略整流电路12。
所述的齿轮增速器10为一级齿轮增速器或多级齿轮增速器，图3所示为一级增速器内置的变异结构原理图。
所述的齿轮增速器10或安装在两对啮合的齿轮与齿条之间，如图3所示。
所述的超越离合器或由棘轮机构替代，棘轮连接主轴9，棘爪与第二齿轮7、第一齿轮8固连，两个棘轮机构的制动方向相反。
所述的负载L14为可充电蓄电池、超级电容或飞轮电池等储能型器件。
下面结合实施例对本发明做详细描述，如图4、图5、图6、图7，实施例中圆柱形第一齿条2、第二齿条3分别与第一齿轮8、第二齿轮7相啮合，第一齿条2和第二齿条3分别在两对直线轴承24的约束下沿轴向方向直线运动，两对直线轴承24通过4个相同的端盖20分别固定在齿轮箱上端18和齿轮箱下端19上，根据具体要求相应的设置第一齿条2、第二齿条3的轴肩，进而对第一齿条2和第二齿条3的行程进行约束和控制，第一齿条2、第二齿条3通过螺栓25与下吊环1连接，并通过下吊环1与汽车车桥连接，在下吊环1与齿轮箱下端19之间通过定位和相应的紧固件安装一个弹簧4，弹簧4的各个参数根据具体车型和本装置的阻尼值的参数进行优化设计。
在齿轮箱内部，第一齿条2、第二齿条3分别与第一齿轮8、第二齿轮7啮合，为了改善汽车的稳定性和舒适性，汽车减震器在被压缩与伸开过程中阻尼器的阻尼系数一般情况下设计的是不同的，所以在实际设计中，根据具体车型和要求来设计两对齿轮齿条的具体参数，进而改变齿条在往复运动过程中的不同阻尼。齿轮箱内部从左至右依次安装为轴承端盖21、滚子轴承22、定位套筒23、第一超越离合器6、第二齿轮8，还有与之啮合的第一齿条2，轴肩两侧零部件对称安装，唯一的区别是，左侧的轴承端盖是闷盖而右侧的则为透盖，由于第二超越离合器5和第一超越离合器6相对于轴肩对称安装，两个超越离合器的制动方向相反，通过简单的运动分析可知，在齿条的往复运动过程中，主轴9的转向不会发生该变。图6所示的第一超越离合器6的制动方向是顺时针，由于反向安装，所以嵌入在第一齿轮7中的第二超越离合器5的制动方向为逆时针，当第一齿条2和第二齿条3同时向上运动时，第一齿轮8和第二齿轮7分别沿顺时针和逆时针旋转，第一超越离合器6的内外圈固定连接，第二超越离合器5内外圈脱离，第一齿轮2通过第一超越离合器6带动主轴9沿顺时针方向旋转，当第一齿条2和第二齿条3同时向下运动时，第二齿轮8和第一齿轮7分别沿逆时针和顺时针旋转，第一超越离合器6的内外圈脱离，第二超越离合器5内外圈连接，第一齿轮7通过第二超越离合器5带动主轴9沿顺时针方向旋转，所以，在下吊环1带动两个齿条上下往复运动过程中，主轴9的运动方向始终为顺时针，没有发生改变。
主轴9与齿轮增速器10的输入端相连，齿轮增速器10的输出端与电机11相连，这样就保证电机11始终有着较高的转速。在汽车振动带动齿条作往复运动过程中，由于超越离合器的作用，主轴9转向不变，因而电机11的转子的转向也不发生改变。这种设计相对于直接通过单齿轮齿条啮合带动电机而言，可以大大减小齿轮在转向时由于电机转子的惯性力而造成对啮合齿面的巨大冲击，从而有效的保护齿轮，减小了热损失，提高了能量回收利用率。

Claims (6)

1.一种汽车振动能量回收减震装置,包括运动转换部分(101)和能量转化部分(102)，运动转换部分(101)的输出和能量转换部分(102)的输入连接，运动转换部分(101)安装在机身(16)内部，能量转换部分安装在机身(16)外部，机身(16)通过上吊环(17)和车身相连，其特征在于：
所述的运动转换部分(101)包括下吊环(1)，下吊环(1)连接在汽车车桥上，下吊环(1)和弹簧(4)的一端连接，弹簧(4)的另一端连接在机身(16)上，第一齿条(2)和第二齿条(3)也与下吊环(1)固连，第一齿条(2)和第二齿条(3)在机身(16)上的导向槽和直线轴承(24)的约束下随着下吊环(1)竖直方向上做直线运动，第一齿条(2)、第二齿条(3)分别与第一齿轮(8)、第二齿轮(7)啮合，第二齿轮(7)、第一齿轮(8)分别与第二超越离合器(5)、第一超越离合器(6)的外圈固连，第二超越离合器(5)和第一超越离合器(6)的内圈同时与主轴(9)固定连接，第二超越离合器(5)和第一超越离合器(6)反向安装使得两个超越离合器的制动方向相反；
所述的能量转换部分(102)包括齿轮增速器(10)，运动转换部分(101)的主轴(9)与齿轮增速器(10)的输入轴连接，齿轮增速器(10)的输出轴与电机(11)的旋转轴连接，电机(11)通过电缆连接整流电路(12)输入端，整流电路(12)输出端连接于DC-DC(13)输入端，控制器C(15)通过控制线与DC-DC(13)控制端连接，DC-DC(13)输出端与负载L(14)连接。
2.根据权利要求1所述的一种汽车振动能量回收减震装置,其特征在于：所述电机(11)为交流电机或直流电机，当电机(11)为直流发电机时，能量转化部分(102)能够省略整流电路(12)。
3.根据权利要求1所述的一种汽车振动能量回收减震装置,其特征在于：所述的齿轮增速器(10)为一级齿轮增速器或多级齿轮增速器。
4.根据权利要求1所述的一种汽车振动能量回收减震装置,其特征在于：所述的齿轮增速器(10)或安装在两对啮合的齿轮与齿条之间。
5.根据权利要求1所述的一种汽车振动能量回收减震装置,其特征在于：所述的超越离合器或由棘轮机构替代，棘轮连接主轴(9)，棘爪与第二齿轮(7)、第一齿轮(8)固连，两个棘轮机构的制动方向相反。
6.根据权利要求1所述的一种汽车振动能量回收减震装置,其特征在于：所述的负载L(14)为可充电蓄电池、超级电容或飞轮电池储能型器件。
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