CN106026330B - 一种整车混合悬架能量回收存储电路及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种整车混合悬架能量回收存储电路及其控制方法，包括整车的四个主要的直线电机‑蓄电池馈能电路，六个MOS管，四个二极管，一个控制单元ECU，两个电压检测单元以及两个蓄电池。所述的电压检测单元分别通过检测四个直线电机‑蓄电池馈能电路的输出端电压以及两个蓄电池的充电端电压，将电压信号传至控制单元ECU，再通过控制单元ECU实现对六个MOS管的通断控制，使四个直线电机‑蓄电池馈能电路按顺序协调地给蓄电池充电，从而使两个蓄电池协调工作在储能与供能状态。本发明在利用超级电容回收混合悬架振动能量的基础上，设计了基于蓄电池的能量存储电路，使回馈的振动能量能够得到稳定的存储。
Description
技术领域
本发明涉及一种整车混合悬架能量回收存储电路及其控制方法，属于汽车电子控制技术以及汽车节能减排技术领域。
背景技术
随着经济的迅速发展，私家车的保有量也逐渐增多。随之带来了诸如环境污染以及资源短缺的问题，节能减排的概念也被很多国家提上了议事日程。传统车辆采用被动悬架来缓冲地面给车身的冲击，而很多能量却以热能的形式耗散在被动悬架的振动上。新型直线电机式混合悬架的提出使得部分振动能量能够被回收，许多学者也对直线电机式混合悬架的馈能特性进行了研究，提出了基于超级电容的能量存储方案。然而超级电容存在自放电现象，故将超级电容作为最终的能量存储介质并不合适。本发明设计了基于蓄电池的储能及控制方案，可以使得直线电机式混合悬架所回馈的振动能量得到稳定的存储，以备车辆用电装置使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：协调整车的四个直线电机-蓄电池馈能电路给蓄电池充电的顺序，减少电能在充电过程中的损失。
本发明电路的技术方案为：一种整车混合悬架能量回收存储电路，包括第一直线电机-蓄电池馈能电路、第二直线电机-蓄电池馈能电路、第三直线电机-蓄电池馈能电路、第四直线电机-蓄电池馈能电路、第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五MOS管、第六MOS管、第一电压检测单元、第二电压检测单元、控制单元ECU、第一蓄电池和第二蓄电池。
所述的第一直线电机-蓄电池馈能电路分别连接第一MOS管的漏级和第一二极管的阴极，第二直线电机-蓄电池馈能电路分别连接第二MOS管的源级和第二二极管的阴极，第三直线电机-蓄电池馈能电路分别连接第三MOS管的漏级和第三二极管的阴极，第四直线电机-蓄电池馈能电路分别连接第四MOS管的源级和第四二极管的阴极；第一二极管的阳极、第二二极管的阳极、第三二极管的阳极、第四二极管的阳极分别相连并同时连接第一蓄电池的负极和第五MOS管的漏极；第一MOS管的源极、第二MOS管的漏极、第三MOS管的源极、第四MOS管的漏极分别相连并同时连接第二蓄电池的正极和第六MOS管的漏极；第五MOS管的源级连接第二蓄电池的负极，第六MOS管的源级连接第一蓄电池的正极；第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、第六MOS管的栅极均与控制单元ECU相连。
进一步，所述直线电机-蓄电池馈能电路包括直线电机、整流器、DC/DC变换器、双电容充放电切换模块及其控制单元、“电容-蓄电池”充电模块及其稳压模块。所述整流器的输入端连接直线电机，其输出端与DC/DC变换器的输入端相连；双电容充放电切换模块的一端连接DC/DC变换器的输出端，另一端连接“电容-蓄电池”充电模块的输入端；双电容充放电切换模块的切换控制通过与其并联的控制单元实现，此外在“电容-蓄电池”充电模块输出端通过稳压模块对输出端电压进行跟踪以及反馈调节。
进一步，所述第一电压检测单元分别用于检测第一蓄电池的端电压、第一直线电机-蓄电池馈能电路的输出端电压、第三直线电机-蓄电池馈能电路的输出端电压；而第二电压检测单元分别用于检测第二蓄电池的端电压、第二直线电机-蓄电池馈能电路的输出端电压、第四直线电机-蓄电池馈能电路的输出端电压；所述控制单元ECU则用于接收来自两个电压检测单元的信号，控制单元ECU对检测到的电压信号进行判断处理，来控制接在其端口上的另外六条支路上的MOS管，实现控制该六条支路的通断。
本发明电路控制方法的技术方案为：一种整车混合悬架能量回收存储电路的控制方法，分为以下工作步骤：
车辆运行时产生振动，四个直线电机工作，产生电能，在经过整流器、DC/DC变换器的调整后电能被充入电容，当电容充电至阀值电压时，控制单元便控制该电容向蓄电池充电；
第一电压检测单元检测第一直线电机-蓄电池馈能电路和第三直线电机-蓄电池馈能电路的输出端电压，第二电压检测单元检测第二直线电机-蓄电池馈能电路和第四直线电机-蓄电池馈能电路的输出端电压；第一电压检测单元和第二电压检测单元将检测到的电压信号反馈给控制单元ECU，控制单元ECU判断处理反馈的电压信号，依次控制第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管导通，且每个时间段只有一个MOS管导通，使得四个直线电机-蓄电池馈能电路按顺序给蓄电池充电；
给蓄电池充电的顺序是先给第一蓄电池充电，再给第二蓄电池充电，所以初始状态是第五MOS管不导通而第六MOS管导通。两个电压检测单元分别检测第一蓄电池和第二蓄电池的端电压，并将此电压信号反馈至控制单元ECU，当第一蓄电池的端电压达到电压阀值，也就是第一蓄电池充电至理想状态时，此时控制单元ECU控制第五MOS管导通，同时控制第六MOS管关断，则此时四个电路便给第二蓄电池充电。同样的，当第二蓄电池的端电压达到电压阀值时，控制单元ECU则会控制第五MOS管关断，同时控制第六MOS管导通，再次实现给第一蓄电池充电。就这样，通过控制单元ECU的控制调节，第一蓄电池和第二蓄电池协调工作，储存电能。
本发明的有益效果为：
(1)本发明电路及其控制方法，可以有效地回收来自整车混合悬架的振动能量，减少能量的损失；
(2)本发明设计的基于蓄电池的储能电路及其控制方法，可以使得直线电机式混合悬架所回馈的振动能量得到稳定的存储，以备车辆用电装置使用。
(3)设定不同阀值电压，通过控制单元ECU控制六个MOS管的通断，使整车的四个直线电机-蓄电池馈能电路协调地给蓄电池充电，减少电能在充电过程中的损失，提高了能量回收的效率。
(4)只采用两块蓄电池交替回收能量，不仅能节约车用空间，同时又能高效地利用所回收的电能给车载用电器供电。
附图说明
图1整车混合悬架能量回收存储电路结构示意图。
图2 1/4车混合悬架结构简图。
图中：1-第一直线电机-蓄电池馈能电路 2-第二直线电机-蓄电池馈能电路 3-第三直线电机-蓄电池馈能电路 4-第四直线电机-蓄电池馈能电路 5-第一MOS管 6-第二MOS管 7-第三MOS管 8-第四MOS管 9-第一二极管 10-第二二极管 11-第三二极管 12-第四二极管 13-第五MOS管 14-第六MOS管 15-第一电压检测单元 16-第二电压检测单元 17-控制单元ECU 18-第一蓄电池 19-第二蓄电池
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种整车混合悬架能量回收存储电路，包括第一直线电机-蓄电池馈能电路1、第二直线电机-蓄电池馈能电路2、第三直线电机-蓄电池馈能电路3、第四直线电机-蓄电池馈能电路4、第一MOS管5、第二MOS管6、第三MOS管7、第四MOS管8、第一二极管9、第二二极管10、第三二极管11、第四二极管12、第五MOS管13、第六MOS管14、第一电压检测单元15、第二电压检测单元16、控制单元ECU17、第一蓄电池18和第二蓄电池19。
所述的第一直线电机-蓄电池馈能电路1分别连接第一MOS管5的漏级和第一二极管9的阴极，第二直线电机-蓄电池馈能电路2分别连接第二MOS管6的源级和第二二极管10的阴极，第三直线电机-蓄电池馈能电路3分别连接第三MOS管7的漏级和第三二极管11的阴极，第四直线电机-蓄电池馈能电路4分别连接第四MOS管8的源级和第四二极管12的阴极；第一二极管9的阳极、第二二极管10的阳极、第三二极管11的阳极、第四二极管12的阳极分别相连并同时连接第一蓄电池18的负极和第五MOS管13的漏极；第一MOS管5的源极、第二MOS管6的漏极、第三MOS管7的源极、第四MOS管8的漏极分别相连并同时连接第二蓄电池19的正极和第六MOS管14的漏极；第五MOS管13的源级连接第二蓄电池19的负极，第六MOS管14的源级连接第一蓄电池18的正极；第一MOS管5、第二MOS管6、第三MOS管7、第四MOS管8、第五MOS管13、第六MOS管14的栅极均与控制单元ECU17相连。
进一步，所述直线电机-蓄电池馈能电路包括直线电机、整流器、DC/DC变换器、双电容充放电切换模块及其控制单元、“电容-蓄电池”充电模块及其稳压模块。所述整流器的输入端连接直线电机，其输出端与DC/DC变换器的输入端相连；双电容充放电切换模块的一端连接DC/DC变换器的输出端，另一端连接“电容-蓄电池”充电模块的输入端；双电容充放电切换模块的切换控制通过与其并联的控制单元实现，此外在“电容-蓄电池”充电模块输出端通过稳压模块对输出端电压进行跟踪以及反馈调节。
下面对该种整车混合悬架能量回收存储电路的控制方法作一下说明：当汽车运行时产生振动，四个直线电机随车身振动做上下运动，产生电能。在经过整流器以及DC/DC变换器的调整后，电能被充入电容。在双电容充放电模块内，有两个电容交替工作在充电模式和放电模式，当一个电容在被充电时，另外一个电容则会将之前储存于其中的电能充入蓄电池。
预设第一直线电机-蓄电池馈能电路1的输出电压阀值为12V，第二直线电机-蓄电池馈能电路2的输出电压阀值为16V，第三直线电机-蓄电池馈能电路3的输出电压阀值为20V，第四直线电机-蓄电池馈能电路4的输出电压阀值为24V。这里，第一电压检测单元15检测第一直线电机-蓄电池馈能电路1和第三直线电机-蓄电池馈能电路3的输出端电压，第二电压检测单元16检测第二直线电机-蓄电池馈能电路2和第四直线电机-蓄电池馈能电路4的输出端电压。当第一电压检测单元15检测到第一直线电机-蓄电池馈能电路1的输出电压达到12V时，将该电压信号反馈给控制单元ECU17，此时，控制单元ECU17控制第一MOS管5导通，而第二MOS管6、第三MOS管7以及第四MOS管8关断。这是第一充电阶段，在这个阶段，只有第一直线电机-蓄电池馈能电路1给蓄电池充电，而其他三组馈能电路不参与充电；当第二电压检测单元16检测到第二直线电机-蓄电池馈能电路2的输出电压达到16V时，将该电压信号反馈给控制单元ECU17，此时控制单元ECU17控制第二MOS管6导通，而第一MOS管5、第三MOS管7以及第四MOS管8关断。这是第二充电阶段，在这个阶段，只有第二直线电机-蓄电池馈能电路2给蓄电池充电，而另外三组馈能电路不参与充电；当第一电压检测单元15检测到第三直线电机-蓄电池馈能电路3的输出电压达到20V时，将该电压信号反馈给控制单元ECU17，此时控制单元ECU17控制第三MOS管7导通，而第一MOS管5、第二MOS管6以及第四MOS管8关断。这是第三充电阶段，在这个阶段，只有第三直线电机-蓄电池馈能电路3给蓄电池充电，而另外三组馈能电路不参与充电；当第二电压检测单元16检测到第四直线电机-蓄电池馈能电路4的输出电压达到24V时，将该电压信号反馈给控制单元ECU17，此时控制单元ECU17控制第四MOS管8导通，而第一MOS管5、第二MOS管6以及第三MOS管7关断。这是第四充电阶段，在这个阶段，只有第四直线电机-蓄电池馈能电路4给蓄电池充电，而另外三组馈能电路不参与充电；当第一电压检测单元15再次检测到第一直线电机-蓄电池馈能电路1的输出电压达到12V时，则控制单元ECU17又会控制第一MOS管5导通，而控制第二MOS管6、第三MOS管7以及第四MOS管8关断，即又回到初始的第一充电阶段；就这样，按着第一充电阶段，第二充电阶段，第三充电阶段，第四充电阶段的充电顺序一直循环地给蓄电池充电。
对于两个蓄电池，预设的阀值电压是12V，充电顺序是先充第一蓄电池18，再充第二蓄电池19，然后再交替着充电。即初始时，第六MOS管14导通，而第五MOS管13关断，上述的馈能电路先给第一蓄电池18充电。当第一电压检测单元15检测到第一蓄电池18的端电压达到12V时，即反馈信息给控制单元ECU17，控制单元ECU17则会控制第六MOS管14关断，而第五MOS管13导通。这样，馈能电路切换为给第二蓄电池19充电。这时，空闲的第一蓄电池18则可以用来给车载用电装置供电。而当第二电压检测单元16检测到第二蓄电池19的端电压达到12V时，同样将反馈信息给控制单元ECU17，控制单元ECU17则会再次控制第六MOS管14导通，第五MOS管13关断，馈能电路再次给第一蓄电池18充电。就这样馈能电路可以交替地分别给第一蓄电池18和第二蓄电池19充电。同时，空闲的蓄电池可以给车载用电装置供电。
如图2所示，为1/4车混合悬架简图，也就是整车混合悬架的1/4，因为整车四个悬架处结构相同，所以以1/4车混合悬架简图介绍其连接结构。如图所示，m1为簧下质量，m2为簧上质量，在簧上质量与簧下质量之间并列的布置着弹簧Ks，被动阻尼器Cs，以及直线电机M，三种元器件均通过螺栓固定在簧上质量和簧下质量之间。在簧下质量下部所示的Kt表示为轮胎，Kt下端的波浪线则表示路面激励。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改变和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种整车混合悬架能量回收存储电路，其特征在于：包括第一直线电机-蓄电池馈能电路(1)、第二直线电机-蓄电池馈能电路(2)、第三直线电机-蓄电池馈能电路(3)、第四直线电机-蓄电池馈能电路(4)、第一MOS管(5)、第二MOS管(6)、第三MOS管(7)、第四MOS管(8)、第一二极管(9)、第二二极管(10)、第三二极管(11)、第四二极管(12)、第五MOS管(13)、第六MOS管(14)、第一电压检测单元(15)、第二电压检测单元(16)、控制单元ECU(17)、第一蓄电池(18)和第二蓄电池(19)；
所述的第一直线电机-蓄电池馈能电路(1)分别连接第一MOS管(5)的漏级和第一二极管(9)的阴极，第二直线电机-蓄电池馈能电路(2)分别连接第二MOS管(6)的源级和第二二极管(10)的阴极，第三直线电机-蓄电池馈能电路(3)分别连接第三MOS管(7)的漏级和第三二极管(11)的阴极，第四直线电机-蓄电池馈能电路(4)分别连接第四MOS管(8)的源级和第四二极管(12)的阴极；第一二极管(9)的阳极、第二二极管(10)的阳极、第三二极管(11)的阳极、第四二极管(12)的阳极分别相连并同时连接第一蓄电池(18)的负极和第五MOS管(13)的漏极；第一MOS管(5)的源极、第二MOS管(6)的漏极、第三MOS管(7)的源极、第四MOS管(8)的漏极分别相连并同时连接第二蓄电池(19)的正极和第六MOS管(14)的漏极；第五MOS管(13)的源级连接第二蓄电池(19)的负极，第六MOS管(14)的源级连接第一蓄电池(18)的正极；第一MOS管(5)、第二MOS管(6)、第三MOS管(7)、第四MOS管(8)、第五MOS管(13)、第六MOS管(14)的栅极均与控制单元ECU(17)相连，控制单元ECU(17)依次控制第一MOS管(5)、第二MOS管(6)、第三MOS管(7)、第四MOS管(8)导通，且每个时间段只有一个MOS管导通，使得四个直线电机-蓄电池馈能电路按顺序给蓄电池充电，且两块蓄电池交替回收能量。
2.根据权利要求1所述的一种整车混合悬架能量回收存储电路，其特征在于：所述四个直线电机-蓄电池馈能电路均分别包括：直线电机、整流器、DC/DC变换器、双电容充放电切换模块及其控制单元和“电容-蓄电池”充电模块；
所述整流器的输入端连接直线电机，其输出端与DC/DC变换器的输入端相连；双电容充放电切换模块的一端连接DC/DC变换器的输出端，另一端连接“电容-蓄电池”充电模块的输入端；双电容充放电切换模块的切换控制通过与其并联的控制单元实现，此外在“电容-蓄电池”充电模块输出端通过稳压模块对输出端电压进行跟踪以及反馈调节。
3.根据权利要求1所述的一种整车混合悬架能量回收存储电路，其特征在于：所述第一电压检测单元(15)分别用于检测第一蓄电池(18)的端电压、第一直线电机-蓄电池馈能电路(1)的输出端电压、第三直线电机-蓄电池馈能电路(3)的输出端电压；而第二电压检测单元(16)分别用于检测第二蓄电池(19)的端电压、第二直线电机-蓄电池馈能电路(2)的输出端电压、第四直线电机-蓄电池馈能电路(4)的输出端电压；所述控制单元ECU(17)则用于接收来自两个电压检测单元的信号，控制单元ECU(17)对检测到的电压信号进行判断处理，来控制接在其端口上的另外六条支路上的MOS管，实现控制该六条支路的通断。
4.根据权利要求1所述的一种整车混合悬架能量回收存储电路的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
车辆运行时产生振动，四个直线电机工作，产生电能，在经过整流器、DC/DC变换器的调整后电能被充入电容，当电容充电至阀值电压时，控制单元便控制该电容向蓄电池充电；第一电压检测单元(15)检测第一直线电机-蓄电池馈能电路(1)和第三直线电机-蓄电池馈能电路(3)的输出端电压，第二电压检测单元(16)检测第二直线电机-蓄电池馈能电路(2)和第四直线电机-蓄电池馈能电路(4)的输出端电压；第一电压检测单元(15)和第二电压检测单元(16)将检测到的电压信号反馈给控制单元ECU(17)，控制单元ECU(17)判断处理反馈的电压信号，依次控制第一MOS管(5)、第二MOS管(6)、第三MOS管(7)、第四MOS管(8)导通，且每个时间段只有一个MOS管导通，使得四个直线电机-蓄电池馈能电路按顺序给蓄电池充电；给蓄电池充电的顺序是先给第一蓄电池(18)充电，再给第二蓄电池(19)充电，所以初始状态是第五MOS管(13)不导通而第六MOS管(14)导通；两个电压检测单元分别检测第一蓄电池(18)和第二蓄电池(19)的端电压，并将此电压信号反馈至控制单元ECU(17)，当第一蓄电池(18)的端电压达到电压阀值，也就是第一蓄电池(18)充电至理想状态时，此时控制单元ECU(17)控制第五MOS管(13)导通，同时控制第六MOS管(14)关断，则此时四个电路便给第二蓄电池(19)充电；同样的，当第二蓄电池(19)的端电压达到电压阀值时，控制单元ECU(17)则会控制第五MOS管(13)关断，同时控制第六MOS管(14)导通，再次实现给第一蓄电池(18)充电；就这样，通过控制单元ECU(17)的控制调节，第一蓄电池(18)和第二蓄电池(19)协调工作，储存电能。
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Patent Citations (4)
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