CN106087792A

CN106087792A - 一种柔性缓冲吸能发电型车速应变减速带

Info

Publication number: CN106087792A
Application number: CN201610624902.1A
Authority: CN
Inventors: 胡志强; 王滕; 卢慧; 卢辉; 杨德云; 张潇; 王森; 杨梓铭
Original assignee: Anhui University of Science and Technology
Current assignee: Anhui University of Science and Technology
Priority date: 2016-08-02
Filing date: 2016-08-02
Publication date: 2016-11-09
Anticipated expiration: 2036-08-02
Also published as: CN106087792B

Abstract

本发明提供了一种柔性缓冲吸能发电型车速应变减速带，包括：减速带外体承载活动片、减速带内体承载基座、外框槽体、三节式液压升降顶、触控及复位系统、动力传递连杆机构、变速齿轮系、供压系统、发电机、蓄电池，通过采用减速带带体内外双层结构结合动力传递连杆机构和变速齿轮系可实现将车辆经过减速带时损失的冲击力和脉动能量进行回收，并作用于发电机转化为电能储存在蓄电池内以给整个系统供电，保证系统的对外独立性；还通过采用减速带带体内外双层结构结合复位弹簧构成可调节带体高度、坡度以及达到缓冲减震作用的三层结构，进而减轻因剧烈的机械振动而造成的车辆损害。

Description

一种柔性缓冲吸能发电型车速应变减速带

技术领域

本发明涉及机械设计领域，具体涉及道路交通附属设施技术领域，更具体地，涉及一种柔性缓冲吸能发电型车速应变减速带。

背景技术

随着人们生活水平的持续提升和公路系统的不断完善，机动车的保有量在不断增大，许多城市，特别是一些中、大城市，汽车保有量不断上升，并且有些城市的政府已经开始限牌。然而，在高速公路出入站口、支路、社区、学校等车辆密集地区存在巨大的安全隐患，因此都设有减速带。减速带是保障行人及车辆行驶安全的交通设施。当车辆高速通过减速带时会产生剧烈的机械振动，使驾驶员产生不适感，并预计会对车辆零件造成损坏，从而使驾驶员自觉、主动降低车速，以达到该路段行车安全的目的。

针对目前公路上普遍使用的减速带，存在以下问题：(1)无论车辆高速还是低速通过减速带时都会产生无法避免的剧烈机械振动，使驾驶员产生不适感，并会对车辆零件造成损坏；(2)每天行驶车辆经过减速带产生的能量非常可观，但目前却没有实现能量回收转化利用。尹森等曾指出车辆在通过减速带时冲击力的幅值与减速带的高度成正比，与车辆速度的平方成正比，可见车辆在经过减速带时伴随了巨大的冲击力和脉动能量损失，若将这些能量转换为电能，将有非常大的市场潜能，并且在一定程度上起到节能减排作用。

发明内容

(一)本发明要解决的技术问题

为了解决现有技术存在的问题，提高道路行车的安全性和能量的高效利用性，本发明提供了一种柔性缓冲吸能发电型车速应变减速带，其目的是在于克服以下不足之处：

(1)无论车辆高速还是低速通过减速带时都会产生无法避免的剧烈机械振动，使驾驶员产生不适感，并会对车辆零件造成损坏；

(2)每天行驶车辆经过减速带产生的能量非常可观，但目前却没有实现能量回收转化利用。

(二)技术方案

本发明提供了一种柔性缓冲吸能发电型车速应变减速带，包括：减速带外体承载活动片、减速带内体承载基座、外框槽体、三节式液压升降顶、触控及复位系统、动力传递连杆机构、变速齿轮系、供压系统、发电机、蓄电池，所述减速带外体承载活动片分为三个部分，分别为前侧承载活动片、上部承载活动片、后侧承载活动片，且三者均依次活动铰接，所述减速带内体承载基座边缘两侧设有滑耳，且在正中部沿轴线方向等距开有圆形通孔，所述外框槽体的前侧上口边缘与所述前侧承载活动片活动铰接，后侧上口边缘等高设有一定宽度的活动槽，且所述后侧承载活动片的另一自由端滚动卡设在所述活动槽中，所述外框槽体内部通过隔板将其分为两层，在其上分层上口两侧的内部均设有弧形滑道，所述减速带内体承载基座滑动安设在所述弧形滑道中，所述三节式液压升降顶安装在所述减速带内体承载基座底部与所述隔板之间，且分布成六排，前三排等距间隔，后三排等距间隔，在所述三节式液压升降顶与所述减速带内体承载基座底部之间和在所述三节式液压升降顶与所述隔板之间均采用固定铰支座连接，所述隔板上开有与所述减速带内体承载基座上所述圆形通孔所对应的面积稍大且稍偏离轴线的矩形孔，所述动力传递连杆机构包括复位弹簧、传动杆、长齿条，所述复位弹簧原长略大于所述减速带外体承载活动片与所述减速带内体承载基座最大间距，且其半径略大于所述圆形通孔的半径，所述传动杆一端通过固定铰支座Ⅰ连接在所述减速带外体承载活动片的所述上部承载活动片的中央，穿过所述复位弹簧，另一端与所述长齿条活动铰接，所述复位弹簧一端固定于所述减速带外体承载活动片的所述上部承载活动片，一端固定于所述减速带内体承载基座的上表面，所述长齿条穿过所述减速带内体承载基座正中部上的所述圆形通孔和所述隔板上的所述矩形孔，与所述变速齿轮系联接，所述变速齿轮系包括传动轴承、连动轴承、不等径同心齿轮轴承、小齿轮轴承，所述传动轴承为一个，由一个长轴小齿轮和两个大齿轮Ⅰ通过传动轴连接组成，通过两个固定支座式滚动轴承固定于所述隔板下部，且所述长轴小齿轮与所述长齿条啮合，所述连动轴承为两个，由一个小齿轮Ⅰ和一个大齿轮Ⅱ通过连杆Ⅰ连接组成，每个所述连动轴承都通过两个所述固定支座式滚动轴承固定于所述隔板下部，且所述小齿轮Ⅰ与所述大齿轮Ⅰ啮合，所述不等径同心齿轮轴承为两个，由一个小齿轮Ⅱ和一个大齿轮Ⅲ通过转动杆紧凑连接组成，且都旋转固定于所述外框槽体的内壁上，所述小齿轮Ⅱ与所述大齿轮Ⅱ啮合，所述小齿轮轴承为两个，由小齿轮Ⅲ和连杆Ⅱ组成，都通过一个所述固定支座式滚动轴承固定于所述外框槽体底部，还包括联轴器和发电机转轴，均为两个，所述连杆Ⅱ与所述联轴器连接，且所述联轴器通过所述发电机转轴与所述发电机联接，所述发电机为两个，在其中部安置有所述蓄电池，且所述发电机与所述蓄电池均通过固定支架固定在所述外框槽体的底部，所述供压系统包括油箱、油泵、分配器，三者均通过油管连接，且所述供压系统通过所述分配器与所述三节式液压升降顶之间的管路连接实现对整个装置的加压与卸压功能，所述触控及复位系统主要包括触控时间开关和二次触闭开关，二者通过线路电连接起到对装置的开启和复位作用。

进一步地，所述三节式液压升降顶的三节油缸等长，且在其大口径油缸上设有油口，与所述油管连接。

进一步地，六排间同一行的六个所述三节式液压升降顶构成一组，每组间所述三节式液压升降顶均通过并联连接，最后通过所述油管接入所述分配器。

进一步地，所述传动轴承上的所述长轴小齿轮非对称设置在轴承中间，其位置与所述隔板上的所述矩形孔相对应，且其轴线长度略比所述矩形孔对应边长度多0.5～0.7cm。

进一步地，所述分配器内设置有回油管电磁阀YVⅠ和进油管电磁阀YVⅡ，所述回油管电磁阀YVⅠ用于控制油从所述三节式液压升降顶通过回油管路回流入所述油箱内，所述进油管电磁阀YVⅡ用于控制油从所述油箱内通过进油管路流到所述三节式液压升降顶。

进一步地，在所述触控及复位系统中，所述触控时间开关安设在来车方向的路面距减速带约3.5～5m处，通过车轮压过其时间来间接反应车速大小，再通过电控制在所述油泵作用下使所述三节式液压升降顶油缸内油按预先设定好的所述三节式液压升降顶的进回油速度经所述分配器内所述回油管电磁阀YVⅠ控制油从所述回油管路回流到所述油箱内，所述二次触闭开关安设在去车方向的所述路面距所述减速带约0.5～0.75m处，当且仅当前车轮压过以后在后车轮二次碾压时才开启此开关，电路接通，在所述油泵作用下使所述油箱内的油经所述油管通过所述分配器内所述进油管电磁阀YVⅡ控制并从所述进油管路流入所述三节式液压升降顶。

(三)有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明提供的一种柔性缓冲吸能发电型车速应变减速带，通过采用减速带带体内外双层结构结合供压系统予以三节式液压升降顶的升降可以实现对减速带坡度及高度的调节，并且在带体内外双层结构间采用复位弹簧不但起到对减速带外体承载活动片的支撑和反弹作用，而且当车辆经过时在车轮碾压减速带过程中起到缓冲作用，从而减轻剧烈的机械振动对车辆的损害。

(2)本发明提供的一种柔性缓冲吸能发电型车速应变减速带，通过采用减速带带体内外双层结构结合动力传递连杆机构和变速齿轮系可实现将车辆经过减速带时损失的冲击力和脉动能量进行回收，并作用于发电机转化为电能储存在蓄电池内以给整个系统供电，保证系统的对外独立性。

(3)本发明提供的一种柔性缓冲吸能发电型车速应变减速带，通过采用触控及复位系统可以实现对行车速度的间接测量并反馈给供压系统以调节三节式液压升降顶的高度完成对减速带高度及坡度调节，并且两测控点(触控点、复位点)的布置可以很好的控制安全行车距离，即：安全行车距离S≥两测控点间距X+车轮距W–车长L。

(4)本发明提供的一种柔性缓冲吸能发电型车速应变减速带，以增强行车舒适感和减少对车辆机械零件损害为目的很好的引导司机在人员、车辆密集区域安全驾驶。

附图说明

图1为本发明的一种柔性缓冲吸能发电型车速应变减速带的装配示意图；

图2为本发明的一种柔性缓冲吸能发电型车速应变减速带的系统原理图；

图3为本发明的一种柔性缓冲吸能发电型车速应变减速带的总体结构及实施步骤一示意图；

图4为本发明的一种柔性缓冲吸能发电型车速应变减速带的实施步骤二示意图；

图5为本发明的一种柔性缓冲吸能发电型车速应变减速带的实施步骤三示意图；

图6为本发明的一种柔性缓冲吸能发电型车速应变减速带的变速齿轮系及发电、蓄电结构简图；

图7为本发明的一种柔性缓冲吸能发电型车速应变减速带的变速齿轮系结构左视图；

图8为本发明的一种柔性缓冲吸能发电型车速应变减速带的减速带外体承载活动片结构图；

图9为本发明的三节式液压升降顶的大口径油缸与隔板连接结构图；

图10为本发明的三节式液压升降顶的小口径油缸与减速带内体承载基座底部连接结构图；

图11为本发明的一种柔性缓冲吸能发电型车速应变减速带的动力传递连杆机构的运动传递分析图；

图中：1-活动槽；2-弧形滑道；3-后侧承载活动片；4-长齿条；5-传动杆；6-上部承载活动片；7-减速带内体承载基座；8-前侧承载活动片；9-三节式液压升降顶；10-大齿轮Ⅱ；11-小齿轮Ⅱ；12-大齿轮Ⅲ；13-小齿轮Ⅲ；14-联轴器；15-发电机；16-蓄电池；17-长轴小齿轮；18-小齿轮Ⅰ；19-外框槽体；20-大齿轮Ⅰ；21-隔板；22-大口径油缸；23-固定支座；24-固定支座式滚动轴承；25-传动轴；26-连杆Ⅱ；27-连杆Ⅰ；28-复位弹簧；29-汽车Ⅰ；30-汽车Ⅱ；31-二次触闭开关；32-线路；33-减速带；34-触控时间开关；35-路面；36-活动滚轮；37-活动铰接头Ⅰ；38-活动铰接头Ⅱ；39-固定铰支座Ⅰ；40-转动杆；41-大口径油缸；42-下部固定铰支座；43-隔板上端面；44-减速带内体承载基座下端面；45-上部固定铰支座；46-小口径油缸；47-油管；48-油口；49-进油管路；50-回油管路；51-回油管电磁阀YVⅠ；52-进油管电磁阀YVⅡ；53-分配器；54-油泵；55-油箱；56-圆形通孔；57-矩形孔；58-发电机转轴；59-减速带外体承载活动片。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细说明。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

如图1～10所示，本发明提供了一种柔性缓冲吸能发电型车速应变减速带，包括：减速带外体承载活动片59、减速带内体承载基座7、外框槽体19、三节式液压升降顶9、触控及复位系统、动力传递连杆机构、变速齿轮系、供压系统、发电机15、蓄电池16，所述减速带外体承载活动片59分为三个部分，分别为前侧承载活动片8、上部承载活动片6、后侧承载活动片3，且三者均依次活动铰接，所述减速带内体承载基座7边缘两侧设有滑耳，且在正中部沿轴线方向等距开有圆形通孔56，所述外框槽体19的前侧上口边缘与所述前侧承载活动片8活动铰接，后侧上口边缘等高设有一定宽度的活动槽1，且所述后侧承载活动片3的另一自由端滚动卡设在所述活动槽1中，所述外框槽体19内部通过隔板21将其分为两层，在其上分层上口两侧的内部均设有弧形滑道2，所述减速带内体承载基座7滑动安设在所述弧形滑道2中，所述三节式液压升降顶9安装在所述减速带内体承载基座7底部与所述隔板21之间，且分布成六排，前三排等距间隔，后三排等距间隔，在所述三节式液压升降顶9与所述减速带内体承载基座7底部之间和在所述三节式液压升降顶9与所述隔板21之间均采用固定铰支座连接，所述隔板21上开有与所述减速带内体承载基座7上所述圆形通孔56所对应的面积稍大且稍偏离轴线的矩形孔57，所述动力传递连杆机构包括复位弹簧28、传动杆5、长齿条4，所述复位弹簧28原长略大于所述减速带外体承载活动片59与所述减速带内体承载基座7最大间距，且其半径略大于所述圆形通孔56的半径，所述传动杆5一端通过固定铰支座Ⅰ39连接在所述减速带外体承载活动片59的所述上部承载活动片6的中央，穿过所述复位弹簧28，另一端与所述长齿条4活动铰接，所述复位弹簧28一端固定于所述减速带外体承载活动片59的所述上部承载活动片6，一端固定于所述减速带内体承载基座7的上表面，所述长齿条4穿过所述减速带内体承载基座7正中部上的所述圆形通孔56和所述隔板21上的所述矩形孔57，与所述变速齿轮系联接，所述变速齿轮系包括传动轴承、连动轴承、不等径同心齿轮轴承、小齿轮轴承，所述传动轴承为一个，由一个长轴小齿轮17和两个大齿轮Ⅰ20通过传动轴25连接组成，通过两个固定支座式滚动轴承24固定于所述隔板21下部，且所述长轴小齿轮17与所述长齿条4啮合，所述连动轴承为两个，由一个小齿轮Ⅰ18和一个大齿轮Ⅱ10通过连杆Ⅰ27连接组成，每个所述连动轴承都通过两个所述固定支座式滚动轴承24固定于所述隔板21下部，且所述小齿轮Ⅰ18与所述大齿轮Ⅰ20啮合，所述不等径同心齿轮轴承为两个，由一个小齿轮Ⅱ11和一个大齿轮Ⅲ12通过转动杆40紧凑连接组成，且都旋转固定于所述外框槽体19的内壁上，所述小齿轮Ⅱ11与所述大齿轮Ⅱ10啮合，所述小齿轮轴承为两个，由小齿轮Ⅲ13和连杆Ⅱ26组成，都通过一个所述固定支座式滚动轴承24固定于所述外框槽体19底部，还包括联轴器14和发电机转轴58，均为两个，所述连杆Ⅱ26与所述联轴器14连接，且所述联轴器14通过所述发电机转轴58与所述发电机15联接，所述发电机15为两个，在其中部安置有所述蓄电池16，且所述发电机15与所述蓄电池16均通过固定支架固定在所述外框槽体19的底部，所述供压系统包括油箱55、油泵54、分配器53，三者均通过油管47连接，且所述供压系统通过所述分配器53与所述三节式液压升降顶9之间的管路连接实现对整个装置的加压与卸压功能，所述触控及复位系统主要包括触控时间开关34和二次触闭开关31，二者通过线路32电连接起到对装置的开启和复位作用。

进一步地，所述传动轴承上的所述长轴小齿轮17非对称设置在轴承中间，其位置与所述隔板21上的所述矩形孔57相对应，且其轴线长度略比所述矩形孔57对应边长度多0.5～0.7cm。所述三节式液压升降顶9的三节油缸等长，且在其大口径油缸41上设有油口48，与所述油管47连接；六排间同一行的六个所述三节式液压升降顶9构成一组，每组间所述三节式液压升降顶9均通过并联连接，最后通过所述油管47接入所述分配器53。所述分配器53内设置有回油管电磁阀YVⅠ51和进油管电磁阀YVⅡ52，所述回油管电磁阀YVⅠ51用于控制油从所述三节式液压升降顶9通过回油管路50回流入所述油箱55内，所述进油管电磁阀YVⅡ52用于控制油从所述油箱55内通过进油管路49流到所述三节式液压升降顶9。在所述触控及复位系统中，所述触控时间开关34安设在来车方向的路面35距减速带33约3.5～5m处，通过车轮压过其时间来间接反应车速大小，再通过电控制在所述油泵54作用下使所述三节式液压升降顶9油缸内油按预先设定好的所述三节式液压升降顶9的进回油速度经所述分配器53内所述回油管电磁阀YVⅠ51控制油从所述回油管路50回流到所述油箱55内，所述二次触闭开关31安设在去车方向的所述路面35距所述减速带33约0.5～0.75m处，当且仅当前车轮压过以后在后车轮二次碾压时才开启此开关，电路接通，在所述油泵54作用下使所述油箱55内的油经所述油管47通过所述分配器53内所述进油管电磁阀YVⅡ52控制并从所述进油管路49流入所述三节式液压升降顶9。

如图1～5所示，本发明提供的一种柔性缓冲吸能发电型车速应变减速带，具体操作方法如下：

①未来车时，系统装置原始状态(或复位后状态)如图3所示。首先，当车辆从来车方向驶来，前轮刚碾压上所述触控时间开关34时，电路接通，此时，开启所述油泵54、所述分配器53中所述回油管电磁阀YVⅠ51，所述三节式液压升降顶9油缸中的油在所述油泵54提供的动力作用下按预先设定好的所述三节式液压升降顶9的进回油速度顺着所述油管47从所述分配器53的所述回油管路50回流到所述油箱55中，与此同时，所述三节式液压升降顶9收缩，导致所述减速带内体承载基座7连同一起顺着所述弧形滑道2向下运动，所述复位弹簧28伸展，并带动所述传动杆5与所述长齿条4微微向上运动，此时所述变速齿轮系反向运转(以所述减速带外体承载活动片59向下运动时所述变速齿轮系的转动方向为正)使所述发电机15反向转动，产生极少电能予以储存，前轮与所述触控时间开关34接触状态下，电路系统一直保持工作，待前轮离开后，所述触控时间开关34断开，电路处于开路状态，系统停止工作，此时所述减速带内体承载基座7下降一定高度，且所述三节式液压升降顶9保持油缸内油压不变；若后轮刚碾压上所述触控时间开关34时，前轮还未与所述减速带33接触，此时后轮在与所述触控时间开关34接触下系统工作状态与前轮一致，只是所述减速带内体承载基座7第二次下降初始高度以第一次下降后的高度为基准，最终状态如图4所示。

②其次，待车轮(前轮或后轮)与所述减速带33接触，此时，在车轮作用下，使所述减速带外体承载活动片59向下运动，所述复位弹簧28收缩储能，并且通过所述动力传递连杆机构将车辆碾压所损失的能量回收传递给所述变速齿轮系，最后将转换后的高转速通过所述发电机转轴58带动所述发电机15并产生电能储存在所述蓄电池16中(车辆碾压所述减速带时装置状态如图5所示)。

③然后，待车轮(前轮或后轮)离开所述减速带33时，此时，所述减速带外体承载活动片59在所述复位弹簧28伸展作用下向上运动，与此同时，将所述复位弹簧28收缩时储存的能量释放并通过所述动力传递连杆机构带动所述变速齿轮系反向转动(以所述减速带外体承载活动片59向下运动时所述变速齿轮系的转动方向为正)，使所述发电机15反向转动并产生电能储存在所述蓄电池16中(车轮离开后装置状态如图4所示)。

④最后，当且仅当前车轮压过以后在后车轮二次碾压时才开启所述二次触闭开关31，此时电路接通，在所述油泵54作用下使所述油箱55内的油经所述油管47通过所述分配器53内所述进油管电磁阀YVⅡ52控制并从所述进油管路49流入所述三节式液压升降顶9的缸体内，致使所述减速带内体承载基座7顺着所述弧形滑道2向上升起，且所述复位弹簧28收缩，与此同时，并带动所述传动杆5与所述长齿条4微微向下运动，此时所述变速齿轮系正向运转使所述发电机15正向转动，产生极少电能予以储存在所述蓄电池16内(装置复位后状态如图3所示)。

本发明提供了一种柔性缓冲吸能发电型车速应变减速带，运用能量守恒和功能关系结合附图对该系统结构进行具体理论分析(理想状态下)如下：

假设：汽车质量M₁、车长L、两车轮间距W、汽车到达触控时间开关时速度为V₁、制动加速度为a、前轮与触控时间开关接触时间为t₁、后轮与触控时间开关接触时间为t₂；复位弹簧原长l与减速带高度H相等、弹性模量E、减速带外体承载活动片质量M₂、减速带内体承载基座下降速度V₀、能量转化率η、发电机线圈匝数为n匝、线圈面积为A、电阻为R、磁感应强度为B、长轴小齿轮半径r₁、大齿轮Ⅰ半径r₂、小齿轮Ⅰ半径r₃、大齿轮Ⅱ半径r₄、小齿轮Ⅱ半径r₅、大齿轮Ⅲ半径r₆、小齿轮Ⅲ半径r₇。

分析：

①前轮通过触控时间开关后车辆速度为：V₁ ^/＝V₁-a×t₁；

②后轮刚接触触控时间开关后车辆速度为：V₂＝(V₁ ^/2-2×a×W)^1/2；

③后轮通过触控时间开关后车辆速度为：V₂ ^/＝V₂-a×t₂；

④若后轮离开触控时间开关后前轮与减速带相距x，则当前轮刚好接触减速

带时车速为：V_x＝(V₂ ^/2-2×a×x)^1/2；

⑤减速带内体承载基座下降高度：h＝V₀×(t₁+t₂)，并且满足h≤H；

⑥由图6、图7齿轮系传动关系分析可得：

若长齿条与长轴小齿轮接触边缘速度为V，则：

ω₁＝V/r₁，且大齿轮Ⅰ的角速度ω₂＝ω₁，小齿轮Ⅰ角速度ω₃＝ω₁×r₂/r₃，以此类推，可得：

ω₇＝(r₂×r₄×r₆)×ω₁/(r₃×r₅×r₇)＝(r₂×r₄×r₆)×V/(r₁×r₃×r₅×r₇)。

一、情况一：两车轮距离W≤触控时间开关到减速带间距L₁

(1)前轮

前轮刚接触减速带时

根据功能关系以及动量定理：

1/2×M₁×V_x ²-1/2×M₁×V_x1 ²＝1/2×M₂×V_// ²----------式(1)

M₁×V_x＝M₁×V_x1+M₂×V_//----------式(2)

由式(1)、式(2)可以解得：

V_x1＝(M₁-M₂)×V_x/(M₁+M₂)

V_//＝2×M₁×V_x/(M₁+M₂)

由矢量关系可得减速带垂直方向运动速度：V_//垂＝3^1/2/2×V_//＝0.866×V_//。

由于车轮通过减速带的时间很短，忽略微量变化，所以近似认为减速带外体承载活动片在垂直方向上运动速度V_//垂＝V_//。

前轮到达减速带顶部时

根据功能关系可得：

1/2×M₁×V_x1 ²–1/2×M₁×V_x2 ²+1/2×M₂×V_// ²–1/2×M₂×V_// ^/2＝E_弹+M₁×g×(H–h)/2–M₂×g×h----------------式(3)

E_弹＝1/2×E×h²----------------式(4)

因为M₂相对于M₁非常小，故可将式(3)中M₂×g×h忽略不计，且由于车轮通过减速带的时间很短，忽略减速带外体承载活动片瞬时速度变化量，即V_// ^/＝V_//，则前轮到达减速带顶部时的车速为：

V_x2＝[V_x1 ²–E×h²/M₁–g×(H–h)]^1/2

＝{[(M₁-M₂)×V_x/(M₁+M₂)]²–E×h²/M₁–g×(H–h)}^1/2

发电机产生电能计算：

(a)车轮碾压时减速带外体承载活动片向下压缩过程中电能计算：

由分析可得，近似认为车轮从接触减速带至顶部过程中忽略减速带外体承载活动片瞬时速度变化量，且V_//垂＝V_//，所以减速带外体承载活动片在这个过程中保持V_//匀速运动，长齿条也保持V_//匀速向下运动。则：

将V_//带入⑥中，可得：

ω₇＝(r₂×r₄×r₆)×V_///(r₁×r₃×r₅×r₇)

＝[(r₂×r₄×r₆)×2×M₁×V_x]/[(M₁+M₂)×(r₁×r₃×r₅×r₇)]

根据发电机产生交流电压的有效值计算公式E_有＝2-^1/2nBωS可得：

E_有1＝2-^1/2nBω₇A

＝2-^1/2nBA×[(r₂×r₄×r₆)×2×M₁×V_x]/[(M₁+M₂)×(r₁×r₃×r₅×r₇)]

故产生的电能(2个发电机)为：

W_1压＝2×η×(E_有1)²×t₃/R

＝{4×η×t₃×n²×B²×A²×[(r₂×r₄×r₆)×M₁×V_x]²}/{[(M₁+M₂)×(r₁×r₃×r₅×r₇)]²×R}

因为车轮从接触减速带至顶部过程中忽略减速带外体承载活动片瞬时速度变化量，近似匀速运动，且V_//垂＝V_//，所以这一过程中减速带外体承载活动片下缩时间为：t₃＝h/V_//。

(b)车轮离开后，减速带外体承载活动片向上反弹过程中电能计算：

由功能关系可得：

1/2×M₂×V_// ^//2＝1/2×E×h²-M₂×g×h-----------------式(5)

由式(5)解得：

V_// ^//＝(E×h²/M₂–2×g×h)^1/2

故反弹过程中产生的电能为：

ω₇＝(r₂×r₄×r₆)×V_// ^///(r₁×r₃×r₅×r₇)

＝(r₂×r₄×r₆)×(E×h²/M₂–2×g×h)^1/2/(r₁×r₃×r₅×r₇)

E_有2＝2-^1/2nBω₇A

＝2-^1/2×n×B×A×(r₂×r₄×r₆)×(E×h²/M₂–2×g×h)^1/2/(r₁×r₃×r₅×r₇)

W_1回＝2×η×(E_有2)²×t₄/R

＝[η×t₄×n²×B²×A²×(E×h²/M₂–2×g×h)×(r₂×r₄×r₆)²]/[(r₁×r₃×r₅×r₇)²×R]

反弹过程中，由于反弹时间极短，所以近似认为此过程为匀速运动，则反弹时间t₄＝h/V_// ^//。

(c)综上可得，在前轮碾压减速带过程中产生总的电能为：

W_总1＝W_1压+W_1回

＝{4×η×t₃×n²×B²×A²×[(r₂×r₄×r₆)×M₁×V_x]²}/{[(M₁+M₂)×(r₁×r₃×r₅×r₇)]²×R}+[η×t₄×n²×B²×A²×(E×h²/M₂–2×g×h)×(r₂×r₄×r₆)²]/[(r₁×r₃×r₅×r₇)²×R]

＝{η×n²×B²×A²×h×(r₂×r₄×r₆)²×[2×M₁×V_x/(M₁+M₂)+(E×h²/M₂–2×g×h)^1/2]}/[(r₁×r₃×r₅×r₇)²×R]

(2)后轮

假设前轮通过后到后轮接触减速带过程中汽车不制动且保持车速V_x3不变，则由功能关系可知：

1/2×M₁×V_x2 ²–1/2×M₁×V_x3 ²＝M₁×g×(H–h)/2-------式(6)

由式(6)可求得此时车速为：

V_x3＝[V_x2 ²–g×(H–h)]^1/2

后轮刚接触减速带时

由功能关系及动量定理可得：

1/2×M₁×V_x3 ²-1/2×M₁×V_x4 ²＝1/2×M₂×V_/// ²----------式(7)

M₁×V_x3＝M₁×V_x4+M₂×V_///----------式(8)

由式(7)、式(8)可以解得：

V_x4＝(M₁-M₂)×V_x3/(M₁+M₂)

V_///＝2×M₁×V_x3/(M₁+M₂)

由前轮通过状态分析可得，近似认为车轮从接触减速带至顶部过程中忽略减速带外体承载活动片瞬时速度变化量，且V_///垂＝V_///，所以减速带外体承载活动片在这个过程中保持V_///匀速运动，长齿条也保持V_///匀速向下运动。

后轮碾压减速带过程中发电机产生电能计算

由前轮通过状态分析可得，近似认为车轮从接触减速带至顶部过程中忽略减速带外体承载活动片瞬时速度变化量，且V_///垂＝V_///，所以减速带外体承载活动片在这个过程中保持V_///匀速运动，长齿条也保持V_///匀速向下运动。则：

将V_///带入⑥中，可得：

ω₇＝(r₂×r₄×r₆)×V_////(r₁×r₃×r₅×r₇)

＝[(r₂×r₄×r₆)×2×M₁×V_x3]/[(M₁+M₂)×(r₁×r₃×r₅×r₇)]

E_有3＝2-^1/2nBω₇A

＝2-^1/2nBA×[(r₂×r₄×r₆)×2×M₁×V_x3]/[(M₁+M₂)×(r₁×r₃×r₅×r₇)]

故产生的电能为：

W_2压＝2×η×(E_有3)²×t₅/R

＝{4×η×t₅×n²×B²×A²×[(r₂×r₄×r₆)×M₁×V_x3]²}/{[(M₁+M₂)×(r₁×r₃×r₅×r₇)]²×R}

因为车轮从接触减速带至顶部过程中忽略减速带外体承载活动片瞬时速度变化量，近似匀速运动，且V_///垂＝V_///，所以这一过程中减速带外体承载活动片下缩时间为：t₅＝h/V_///。

由功能关系可得：

1/2×M₂×V_/// ^//2＝1/2×E×h²-M₂×g×h-----------------式(9)

由式(9)解得：

V_/// ^//＝(E×h²/M₂–2×g×h)^1/2

故反弹过程中产生的电能为：

ω₇＝(r₂×r₄×r₆)×V_/// ^///(r₁×r₃×r₅×r₇)

＝(r₂×r₄×r₆)×(E×h²/M₂–2×g×h)^1/2/(r₁×r₃×r₅×r₇)E_有4＝2^-1/2nBω₇A

＝2^-1/2×n×B×A×(r₂×r₄×r₆)×(E×h²/M₂–2×g×h)^1/2/(r₁×r₃×r₅×r₇)

W_2回＝2×η×(E_有4)²×t₆/R

＝[η×t₆×n²×B²×A²×(E×h²/M₂–2×g×h)×(r₂×r₄×r₆)²]/[(r₁×r₃×r₅×r₇)²×R]

反弹过程中，由于反弹时间极短，所以近似认为此过程为匀速运动，则反弹时间t₆＝h/V_/// ^//。

(c)综上可得，在后轮碾压减速带过程中产生总的电能为：

W_总2＝W_2压+W_2回

＝{4×η×t₅×n²×B²×A²×[(r₂×r₄×r₆)×M₁×V_x3]²}/{[(M₁+M₂)×(r₁×r₃×r₅×r₇)]²×R}+[η×t₆×n²×B²×A²×(E×h²/M₂–2×g×h)×(r₂×r₄×r₆)²]/[(r₁×r₃×r₅×r₇)²×R]

＝{η×n²×B²×A²×h×(r₂×r₄×r₆)²×[2×M₁×V_x3/(M₁+M₂)+(E×h²/M₂–2×g×h)^1/2]}/[(r₁×r₃×r₅×r₇)²×R]

(3)综合(1)、(2)分析可得前、后轮经过后系统产生总的电能为：

W_总＝W_总1+W_总2

＝{η×n²×B²×A²×h×(r₂×r₄×r₆)²×[2×M₁×V_x/(M₁+M₂)+(E×h²/M₂–2×g×h)^1/2]}/[(r₁×r₃×r₅×r₇)²×R]+{η×n²×B²×A²×h×(r₂×r₄×r₆)²×[2×M₁×V_x3/(M₁+M₂)+(E×h²/M₂–2×g×h)^1/2]}/[(r₁×r₃×r₅×r₇)²×R]

＝{η×n²×B²×A²×h×(r₂×r₄×r₆)²×[2×M₁×(V_x+V_x3)/(M₁+M₂)+2×(E×h²/M₂–2×g×h)^1/2]}/[(r₁×r₃×r₅×r₇)²×R]

＝{η×n²×B²×A²×h×(r₂×r₄×r₆)²×{2×M₁×{V_x+{{[(M₁-M₂)×V_x/(M₁+M₂)]²–E×h²/M₁–g×(H–h)}–g×(H–h)}^1/2}/(M₁+M₂)+2×(E×h²/M₂–2×g×h)^1/2}}/[(r₁×r₃×r₅×r₇)²×R]

二、情况二：两车轮距离W>触触控时间开关到减速带间距L₁

(1)前轮

①前轮经过触控时间开关后车辆速度为：V₁ ^/＝V₁–a×t₁；

②前轮刚接触减速带时车轮速度为：V_x＝(V₁ ^/2–2×a×L₁)；

③减速带内体承载基座下降高度：h₁＝V₀×t₁；

此时将V_x＝(V₁ ^/2–2×a×L₁)，h＝h₁＝V₀×t₁代入情况一公式中，重复情况一中前轮通过状态的计算步骤即可求得前轮经过减速带过程中产生的电能。

(2)后轮

假设前轮通过减速带后直到后轮接触减速带过程中汽车不制动且保持车速V_x3不变，减速带下降h₂＝h₁+V₀×t₂，则：将V_x3、h＝h₂带入情况一后轮通过状态的计算步骤即可求得前轮经过减速带过程中产生的电能。

三、两车辆间安全行车距离

由图1可知：通过对触控及复位系统中两测控点(触控点、复位点)的布置可以很好的控制安全行车距离，即：安全行车距离S≥两测控点间距X+车轮距W–车长L。

在本发明的描述中，除非另有说明，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”、等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“首先”、“其次”、“然后”、“最后”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明的实施例时为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好的说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims

1.一种柔性缓冲吸能发电型车速应变减速带，其特征在于，包括：减速带外体承载活动片(59)、减速带内体承载基座(7)、外框槽体(19)、三节式液压升降顶(9)、触控及复位系统、动力传递连杆机构、变速齿轮系、供压系统、发电机(15)、蓄电池(16)，所述减速带外体承载活动片(59)分为三个部分，分别为前侧承载活动片(8)、上部承载活动片(6)、后侧承载活动片(3)，且三者均依次活动铰接，所述减速带内体承载基座(7)边缘两侧设有滑耳，且在正中部沿轴线方向等距开有圆形通孔(56)，所述外框槽体(19)的前侧上口边缘与所述前侧承载活动片(8)活动铰接，后侧上口边缘等高设有一定宽度的活动槽(1)，且所述后侧承载活动片(3)的另一自由端滚动卡设在所述活动槽(1)中，所述外框槽体(19)内部通过隔板(21)将其分为两层，在其上分层上口两侧的内部均设有弧形滑道(2)，所述减速带内体承载基座(7)滑动安设在所述弧形滑道(2)中，所述三节式液压升降顶(9)安装在所述减速带内体承载基座(7)底部与所述隔板(21)之间，且分布成六排，前三排等距间隔，后三排等距间隔，在所述三节式液压升降顶(9)与所述减速带内体承载基座(7)底部之间和在所述三节式液压升降顶(9)与所述隔板(21)之间均采用固定铰支座连接，所述隔板(21)上开有与所述减速带内体承载基座(7)上所述圆形通孔(56)所对应的面积稍大且稍偏离轴线的矩形孔(57)，所述动力传递连杆机构包括复位弹簧(28)、传动杆(5)、长齿条(4)，所述复位弹簧(28)原长略大于所述减速带外体承载活动片(59)与所述减速带内体承载基座(7)最大间距，且其半径略大于所述圆形通孔(56)的半径，所述传动杆(5)一端通过固定铰支座Ⅰ(39)连接在所述减速带外体承载活动片(59)的所述上部承载活动片(6)的中央，穿过所述复位弹簧(28)，另一端与所述长齿条(4)活动铰接，所述复位弹簧(28)一端固定于所述减速带外体承载活动片(59)的所述上部承载活动片(6)，一端固定于所述减速带内体承载基座(7)的上表面，所述长齿条(4)穿过所述减速带内体承载基座(7)正中部上的所述圆形通孔(56)和所述隔板(21)上的所述矩形孔(57)，与所述变速齿轮系联接，所述变速齿轮系包括传动轴承、连动轴承、不等径同心齿轮轴承、小齿轮轴承，所述传动轴承为一个，由一个长轴小齿轮(17)和两个大齿轮Ⅰ(20)通过传动轴(25)连接组成，通过两个固定支座式滚动轴承(24)固定于所述隔板(21)下部，且所述长轴小齿轮(17)与所述长齿条(4)啮合，所述连动轴承为两个，由一个小齿轮Ⅰ(18)和一个大齿轮Ⅱ(10)通过连杆Ⅰ(27)连接组成，每个所述连动轴承都通过两个所述固定支座式滚动轴承(24)固定于所述隔板(21)下部，且所述小齿轮Ⅰ(18)与所述大齿轮Ⅰ(20)啮合，所述不等径同心齿轮轴承为两个，由一个小齿轮Ⅱ(11)和一个大齿轮Ⅲ(12)通过转动杆(40)紧凑连接组成，且都旋转固定于所述外框槽体(19)的内壁上，所述小齿轮Ⅱ(11)与所述大齿轮Ⅱ(10)啮合，所述小齿轮轴承为两个，由小齿轮Ⅲ(13)和连杆Ⅱ(26)组成，都通过一个所述固定支座式滚动轴承(24)固定于所述外框槽体(19)底部，还包括联轴器(14)和发电机转轴(58)，均为两个，所述连杆Ⅱ(26)与所述联轴器(14)连接，且所述联轴器(14)通过所述发电机转轴(58)与所述发电机(15)联接，所述发电机(15)为两个，在其中部安置有所述蓄电池(16)，且所述发电机(15)与所述蓄电池(16)均通过固定支架固定在所述外框槽体(19)的底部，所述供压系统包括油箱(55)、油泵(54)、分配器(53)，三者均通过油管(47)连接，且所述供压系统通过所述分配器(53)与所述三节式液压升降顶(9)之间的管路连接实现对整个装置的加压与卸压功能，所述触控及复位系统主要包括触控时间开关(34)和二次触闭开关(31)，二者通过线路(32)电连接起到对装置的开启和复位作用。

2.根据权利要求1所述的一种柔性缓冲吸能发电型车速应变减速带，其特征在于：所述三节式液压升降顶(9)的三节油缸等长，且在其大口径油缸(41)上设有油口(48)，与所述油管(47)连接。

3.根据权利要求1所述的一种柔性缓冲吸能发电型车速应变减速带，其特征在于：六排间同一行的六个所述三节式液压升降顶(9)构成一组，每组间所述三节式液压升降顶(9)均通过并联连接，最后通过所述油管(47)接入所述分配器(53)。

4.根据权利要求1所述的一种柔性缓冲吸能发电型车速应变减速带，其特征在于：所述传动轴承上的所述长轴小齿轮(17)非对称设置在轴承中间，其位置与所述隔板(21)上的所述矩形孔(57)相对应，且其轴线长度略比所述矩形孔(57)对应边长度多0.5～0.7cm。

5.根据权利要求1所述的一种柔性缓冲吸能发电型车速应变减速带，其特征在于：所述分配器(53)内设置有回油管电磁阀YVⅠ(51)和进油管电磁阀YVⅡ(52)，所述回油管电磁阀YVⅠ(51)用于控制油从所述三节式液压升降顶(9)通过回油管路(50)回流入所述油箱(55)内，所述进油管电磁阀YVⅡ(52)用于控制油从所述油箱(55)内通过进油管路(49)流到所述三节式液压升降顶(9)。

6.根据权利要求1所述的一种柔性缓冲吸能发电型车速应变减速带，其特征在于：在所述触控及复位系统中，所述触控时间开关(34)安设在来车方向的路面(35)距减速带(33)约3.5～5m处，通过车轮压过其时间来间接反应车速大小，再通过电控制在所述油泵(54)作用下使所述三节式液压升降顶(9)油缸内油按预先设定好的所述三节式液压升降顶(9)的进回油速度经所述分配器(53)内所述回油管电磁阀YVⅠ(51)控制油从所述回油管路(50)回流到所述油箱(55)内，所述二次触闭开关(31)安设在去车方向的所述路面(35)距所述减速带(33)约0.5～0.75m处，当且仅当前车轮压过以后在后车轮二次碾压时才开启此开关，电路接通，在所述油泵(54)作用下使所述油箱(55)内的油经所述油管(47)通过所述分配器(53)内所述进油管电磁阀YVⅡ(52)控制并从所述进油管路(49)流入所述三节式液压升降顶(9)。