CN113217315B - 一种公路减速带能量收集系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种公路减速带能量收集系统，至少包括特制翘板、支架、两套下沉块‑压杆装置、齿轮组、棘轮、发电转盘；其中，每两套下沉块‑压杆装置对应连接一套特制翘板的两端，下沉块‑压杆装置利用车辆通过时车轮对下沉块的挤压力，通过压杆转换成垂直向下的作用力传递给特制翘板，利用特制翘板在两个交替出现的向下作用力作用下进行可控角度的、对称往复摆动，并通过所述齿轮组配合棘轮实现发电转盘单向转动，实现能量收集与发电功能。该系统能够实现车辆在途径减速带过程中的制动能回收，对能量信息进行有效提取、分析并用以适当调节车流车速；有助于智能交通系统的建设和完善。

Description

一种公路减速带能量收集系统

技术领域

本发明属于机械设计技术领域，涉及一种能量收集系统，尤其涉及一种公路减速带能量收集系统。

背景技术

制动能量回收系统(Braking Energy Recovery System)是指一种应用于汽车或者轨道交通上的，能够将制动时产生的热能转换成机械能，并将其存储在电容器内的系统。该系统普遍存在于车辆自身结构中，应用在公路上的相对较少。一般认为，在车辆非紧急制动的普通制动场合，仅有1/5的能量可以通过车辆自身制动回收。公路能量收集系统，将有望针对剩余大部分的制动能进行转化、再利用。

智慧交通系统以国家智能交通系统体系框架为指导，建成"髙效、安全、环保、舒适、文明"的智慧交通与运输体系。通过以交通路口减速带为载体，开发公路能量收集系统，进一步提升当地交通系统的其智能化程度。以往的能量收集系统，只是单纯地将能量进行转化收集，缺少对能量的分析与智能应用。对于智慧交通系统，迫切需要在提升能量回收效率的同时，提炼出有效信息数据形成控制信号，对行驶车辆进行合理有效的车速/车距调控，因此寻求一套智能化的公路减速带能量收集系统便显得尤为重要。

首先关于制动能的收集装置，需要一个结构可靠、稳定的机械传动机构，市面上虽然有一些成熟的产品，一是大多以“相对独立”的减速带挤压装置呈现，能量回收效率较低且缺乏行之有效的能量循环架构；二是无法有效改变能量收集的功率/效率，对所有路况、各类车辆“一视同仁”，无法做到智能化自主调控。关于智能交通系统建设方面，常见的能量回收系统缺少能量转化过程中的智能测控系统，无法在能量的收集过程中分析路面状况并与当地红绿灯、限速指示灯相配合，及时调节红绿灯频率、限速大小。单纯地添加外设传感器、控制器等电子设备，增大信息处理负担的同时也增加了非必要的能耗。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种公路减速带能量收集系统，该系统能够实现车辆在途径减速带过程中的制动能回收，对能量信息进行有效提取、分析并用以适当调节车流车速；有助于智能交通系统的建设和完善。

本发明所采用的技术方案如下：

一种公路减速带能量收集系统，至少包括特制翘板、支架、两套下沉块-压杆装置、齿轮组、棘轮、发电转盘；所述齿轮组中包括下齿轮和上齿轮，且二者啮合，下齿轮与特制翘板固定且中心处铰接安装于支架上，所述的下沉块-压杆装置包括下沉块和压杆，压杆内设弹簧，压杆一端与下沉块连接，另一端连接特制翘板端部，两套下沉块-压杆装置分别设置在特制翘板的两端，在特制翘板的两端下方各设置一个限位装置以限制特制翘板端部的向下运动位移；该系统中下沉块呈减速带状安装于地表，其他部件均埋设于地下；所述的上齿轮通过棘轮与发电转盘连接实现发电转盘的单向转动和发电。

上述技术方案中，进一步的，所述系统中还包括换挡装置，换挡装置用于控制上齿轮、棘轮及发电转盘进行同步抬升或下降，以控制上齿轮与所述下齿轮的脱离或啮合。

进一步的，所述的下沉块内设置有与特制翘板平行的第一滑槽，压杆一端嵌于所述第一滑槽内，第一滑槽两端设有挡块限制压杆端部滑出，特制翘板的端部设置有第二滑槽，压杆另一端嵌于第二滑槽中，且第二滑槽两端设有挡块限制压杆端部滑出，此外在第二滑槽内设置有伸缩杆，伸缩杆一端与第二滑槽端部固定，另一端与压杆端部铰接。

更进一步的，所述的第一滑槽与第二滑槽长度相同。

更进一步的，所述系统还包括限速控制器，所述的限速控制器根据系统所安装地点所允许的实时通行速度，控制所述伸缩杆进行伸缩从而调控两个压杆之间的间距。

更进一步的，所述系统设置在路口红绿灯处，还包括智能控制系统，所述的限位装置为感应式，将采集的车流数据反馈至智能控制系统，所述智能控制系统控制路口红绿灯的显示及限速控制器的动作。

更进一步的，所述的换挡装置仅在路口为红灯时段可以进行工作。

本发明的能量收集系统，通过设置下沉块-压杆装置结合翘板结构，将减速带所承受的车辆经过时的挤压力转换成垂直向下的作用力传递给特制翘板，并传递至发电转盘收集车辆经过的能量；相比于常见的相对独立的能量收集装置而言，本发明系统中的下沉板-压杆装置两两成组，一方面可以在车辆通过前后下沉块时均传递能量并进行收集；另一方面，前后设置的下沉块-压杆装置可以结合控制系统起到调节车流、车速车距的作用。本发明的系统可以促进交通系统的智能化升级。

附图说明

图1是本发明系统主体部分的结构示意图；

图2是发电部分、换挡部分的一种具体结构示意图；

图3是智能测控系统的一种示意图；

图4是限速部分的结构示意图与下沉块-压杆装置示意图；

图5是车距过近时状况示意图。

图中：1、2下沉块；3、4压杆；5特制翘板；6、7限位装置；8下齿轮；9上齿轮；10棘轮；11发电转盘；12换挡装置。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的方案做进一步说明。

参照图1，本发明的公路减速带能量收集系统，包括两套下沉块-压杆装置、特制翘板、支架、限位装置、齿轮组、棘轮、发电转盘；此外还可包括换挡装置、限速装置及限速指示灯等部件；每两套下沉块-压杆装置对应一套特制翘板，两套下沉块-压杆装置分设于特制翘板的两端；每套下沉块-压杆装置包括下沉块和压杆，压杆内设弹簧，压杆一端与下沉块连接，另一端连接特制翘板端部，所述的下沉块外形上与常见的公路减速带基本相似，当有车轮经过挤压下沉块时，下沉块下沉，带动压杆向下运动并转换成垂直向下的作用力传递给特制翘板。特制翘板在两个交替出现的向下作用力作用下进行来回转动，并通过所述齿轮组、配合棘轮实现发电转盘单向转动，实现发电功能与能量的收集。其中，齿轮组包括上齿轮9、下齿轮8，且二者啮合在一起，下齿轮8与特制翘板5固连呈对称结构，二者中心处通过铰接安装于支架上，上齿轮9上固定有棘爪与棘轮10啮合，棘轮10与发电转盘11相连驱动发电转盘转动发电。在特制翘板的两端下方各设置有一个限位装置6、7，以限制特制翘板端部的向下位移；此外，所述的限位装置还可以是感应式，这样可以直接监测相应车流或车辆信息(如吨位等)，并将其反馈至智能控制系统中。

具体的如图1实例所示，前车轮先挤压下沉块1，带动特制翘板向右侧倾斜，直至下沉块顶部与地面平行，此时特制翘板的右端会接触限位装置6，使得特制翘板无法继续倾斜。之后，前车轮经过下沉块2，再次挤压带动特制翘板向左侧倾斜。如此，循环往复，特制翘板来回倾斜、连带下齿轮8来回转动。所述的下齿轮8与上齿轮9可以为在垂直方向上相互啮合的均竖直设置的齿轮组，也可以是如图2所示，下齿轮8呈竖直设置，而上齿轮9水平设置，下齿轮8与上齿轮9啮合，上齿轮9上固定有棘爪与棘轮配合，棘轮与发电转盘连为一体，最终实现发电转盘的单向转动、蓄电，优选采用后一种方式，这样可以更为节省纵向空间，更利于施工。

此外，在本系统中还可以设有换挡装置，如图2实例所示，本例中换挡装置12为一个叉托，该叉托可以设置在上齿轮9的下方，用于同步托起下齿轮9、棘轮10和发电转盘11；当托起下齿轮9可实现齿轮组间的脱离，放下下齿轮9则恢复齿轮组间的啮合，即换挡功能的实现。换挡通常可以选在红灯时段进行，限位装置确定压杆位置静止，叉托即可执行换挡指令。当齿轮组脱离啮合时，不再回收路面车辆制动能，下齿轮8空转、下沉块作用力近乎为0，车辆可快速通过。同样，当再次需要执行换挡指令时，仍然选择红灯时段、限位装置确认后，叉托带动齿轮组重新啮合。啮合期间，叉托也可以进行水平方向的小角度转动，调试、确保啮合成功。当一些特殊时段或者特殊车辆需要快速通行时，本发明系统可不收集能量。

参照图3，本发明的限位装置可以是特制的限位器，内设计有感应器，限位装置会将特制翘板的转动信号进行提取、分析，然后传递给智能控制系统。智能控制系统将通过控制压杆限速装置、限速指示灯、红绿灯、换挡装置等，实现交通系统的智能化。其中，压杆与限速指示灯之间相互配合，可用于调节车流速度；红绿灯则支持换挡装置的有效运行。

该发明系统具有调节车流速度的功能。参照图4，下沉块底部设计有第一滑槽，压杆一端嵌于滑槽内可供压杆滑动且有挡块限制不会滑出。在垂直方向上，压杆自身的内部弹簧装置可以自动调节垂直方向上的位移量。水平方向上，通常情况下，压杆3、4与特制翘板中心的间距为s。关于压杆与中心线间的距离，距离越大，则意味着同一车辆经过时能够带动下齿轮8转动的角度就越大，连带着单次发电量则越大，车轮每次压过时需要克服的阻力也越大。由此，当需要降低车流速度时，限速指示灯数值降低，限速装置通过调整压杆与中心线的距离，由s变为s+x，使得车辆通过时需要克服更大的阻力，直接表现为颠簸感；反之，当车辆需要以更快速度通过时，由s变为s-x，车辆间隙减小有利于更快速通过(如图4中右图，三种模式下，可调节控制前后车的车距，关于压杆与中轴线间的距离在普通模式(s2)下为s，即当前后车间的距离大于2s时，后车不用克服前车(后轮)重力压制，可轻松通过；当前后车间的距离小于2s时，后车需要克服前车(后轮)重力压制，将感受到明显的颠簸感。在限速模式(s3)下，当前车(后轮)与后车(前轮)距离小于2(s+x)时，后车通过减速带，即会感觉到明显颠簸感。同理，在快速通过模式(s1)，将压杆与中轴线间的距离调节为s-x，只有当前车(后轮)与后车(前轮)距离小于2(s-x)时，后车通过减速带，才会感觉到明显颠簸感)。本发明实例中限速装置可以采用伸缩杆实现，在特制翘板的端部设置第二滑槽，压杆的下端嵌于第二滑槽且有挡块限制不会滑出，伸缩杆设置在第二滑槽内，一端与特制翘板固定，另一端与压杆铰接，通过伸缩杆的伸缩带动压杆在第二滑槽、第一滑槽的滑动从而调控压杆与特制翘板中心的间距。

本发明系统还具有调节相对车距的功能。参照图5，当前一辆车的后轮还在挤压下沉块2时，利用杠杆原理，下沉板1处于上升状态。此时，如果后一辆车前轮若已经开始挤压下沉块1，则不仅需要克服发电用功，还需要同时承受前一辆车车身重量，则产生较大的、适宜的颠簸感，对司机起到警示作用。其中，压杆自身的内部弹簧装置起到调节、缓冲作用，使后一辆车受到的阻力不至于过大，以至于对车辆造成伤害。

特制限位器实时监测通行车辆信息(还可以监测压杆与特制翘板的接触频率、单位时间发电量等参数)，通过智能控制系统，在调整限速装置、换挡装置的同时，还可以连接对应路口的红绿灯，进一步通过改变交通灯频率可以调整车流量。

本发明关键在于利用了杠杆原理，以及双下沉块-压杆配套设计，巧妙地形成了一种能量循环，且极具可控性，为整体智能化控制提供了结构基础。从智能化的角度来说，本发明系统的联动配合性高、操作参数简洁明确，稳定性好，适合于大范围制造应用。

Claims (4)

1.一种公路减速带能量收集系统，其特征在于，至少包括特制翘板、支架、两套下沉块-压杆装置、齿轮组、棘轮、发电转盘；所述齿轮组中包括下齿轮和上齿轮，且二者啮合，下齿轮与特制翘板固定且中心处铰接安装于支架上，所述的下沉块-压杆装置包括下沉块和压杆，压杆内设弹簧，压杆一端与下沉块连接，另一端连接特制翘板端部，两套下沉块-压杆装置分别设置在特制翘板的两端，在特制翘板的两端下方各设置一个限位装置以限制特制翘板端部的向下运动位移；该系统中下沉块呈减速带状安装于地表，其他部件均埋设于地下；所述的上齿轮通过棘轮与发电转盘连接实现发电转盘的单向转动和发电；

所述系统中还包括换挡装置，换挡装置用于控制上齿轮、棘轮及发电转盘进行同步抬升或下降，以控制上齿轮与所述下齿轮的脱离或啮合；当齿轮组脱离啮合时，不再回收路面车辆制动能，下齿轮空转、下沉块作用力近乎为0，车辆可快速通过；

所述的下沉块内设置有与特制翘板平行的第一滑槽，压杆一端嵌于所述第一滑槽内，第一滑槽两端设有挡块限制压杆端部滑出；特制翘板的端部设置有第二滑槽，压杆另一端嵌于第二滑槽中，且第二滑槽两端设有挡块限制压杆端部滑出；此外在第二滑槽内设置有伸缩杆，伸缩杆一端与第二滑槽端部固定，另一端与压杆端部铰接；

所述系统还包括限速控制器，所述的限速控制器根据系统所安装地点所允许的实时通行速度，控制所述伸缩杆进行伸缩从而调控两个压杆之间的间距；当需要降低车流速度时，限速装置调整压杆与中心线的距离使其增大；反之，当车辆需要以更快速度通过时，调整压杆与中心线的距离使其减小。

2.根据权利要求1所述的公路减速带能量收集系统，其特征在于，所述的第一滑槽与第二滑槽长度相同。

3.根据权利要求1所述的公路减速带能量收集系统，其特征在于，所述系统设置在路口红绿灯处，还包括智能控制系统，所述的限位装置为感应式，将采集的车流数据反馈至智能控制系统，所述智能控制系统控制路口红绿灯的显示及限速控制器的动作。

4.根据权利要求1所述的公路减速带能量收集系统，其特征在于，所述的换挡装置仅在路口为红灯时段可以进行工作。

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