JP2011131705A - Air suspension device with piezoelectric conversion function of vehicle - Google Patents

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JP2011131705A JP2009292428A JP2009292428A JP2011131705A JP 2011131705 A JP2011131705 A JP 2011131705A JP 2009292428 A JP2009292428 A JP 2009292428A JP 2009292428 A JP2009292428 A JP 2009292428A JP 2011131705 A JP2011131705 A JP 2011131705A
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Jun Yamamoto
潤 山本
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an air suspension device with the piezoelectric conversion function of a vehicle, which can secure electric power usable for on-vehicle electric equipment from large vibration energy when absorbing a shock of an air spring. <P>SOLUTION: There is provided a piezoelectric element 30 for generating AC electric power by the piezoelectric effect generated when absorbing a shock of road surface vibration, inside the air spring 15 for an air suspension interposed between a chassis frame 1 and an axle 14, and the electric power generated by the piezoelectric element 30 is supplied to a storage battery 40 being a power supply of the electric equipment mounted on the vehicle. With this constitution, the large vibrational energy when absorbing the shock of the air spring 15 disposed of so far, is converted into the electric power by the piezoelectric element 30, and is stored in the storage battery 40, and the electric power stored in the storage battery 40 is used for the on-vehicle electric equipment 6. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、路面振動のショックを吸収するときのエアスプリングの挙動から発電を可能とした車両の圧電変換機能付きエアサスペンション装置に関する。   The present invention relates to an air suspension device with a piezoelectric conversion function for a vehicle that can generate electric power from the behavior of an air spring when absorbing a shock of road surface vibration.

モータを動力源とした電気自動車や、エンジンとモータを動力源としたハイブリッド電気自動車(車両)は、自動車に搭載された蓄電池に蓄えた電力を用いて走行が行われる。こうした電気自動車は、蓄電池の容量に限りがあるため、走行距離が稼げないなど問題がある。
そこで、近時では、制動時の回生エネルギーを電力に変換して蓄電池に充電する技術や、エンジンの排熱エネルギーをランキンサイクルなどで電力に変換して蓄電池に充電する技術などを用いて、蓄えた電力をモータなど電気機器の作動にも用いることが行われるようになってきた。
An electric vehicle using a motor as a power source and a hybrid electric vehicle (vehicle) using an engine and a motor as power sources travel using electric power stored in a storage battery mounted on the vehicle. Such an electric vehicle has a problem that the travel distance cannot be obtained because the capacity of the storage battery is limited.
Therefore, recently, the storage energy can be stored using technology that converts regenerative energy during braking into electric power and charges the battery, or technology that converts engine exhaust heat energy into electric power by Rankine cycle and charges the battery. Electric power is also used to operate electric devices such as motors.

これでも回収は十分とはいえない。このため電気自動車やハイブリッド電気自動車では、他から発生するエネルギーの回収についても検討が進められている。そこで、自動車の振動に着目して、振動エネルギーを電力として回収することが検討され始めている。
これには、特許文献1に開示されているようなエンジンの振動に注目し、圧電素子を用いて、エンジン振動から電力を得ることが考えられている。
Even this is not enough. For this reason, in electric vehicles and hybrid electric vehicles, studies are also being made on the recovery of energy generated from others. Then, focusing on the vibration of the car, it has begun to consider collecting vibration energy as electric power.
For this purpose, attention is paid to the vibration of the engine as disclosed in Patent Document 1, and it is considered that electric power is obtained from the vibration of the engine using a piezoelectric element.

特開2005−137881号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-137881

ところが、圧電素子は、圧力に比例した表面電荷が現れるという特徴があり、エンジン振動の程度の圧力では、たとえ引用文献1のようにヒータを発熱させる電力が確保されることがあっても大きな電力の確保には程遠い。
このため、自動車の振動エネルギーは有効に活用されていないのが現状であり、圧電素子を用いて振動エネルギーから効果的に電力を確保する技術が要望されている。
However, the piezoelectric element has a feature that a surface charge proportional to the pressure appears. Even at the pressure of the degree of engine vibration, even if the electric power for generating heat from the heater is ensured as in the cited document 1, the electric power is large. It is far from securing.
For this reason, the vibration energy of automobiles is not effectively utilized at present, and a technique for effectively securing electric power from vibration energy using a piezoelectric element is desired.

そこで、本発明の目的は、エアスプリングのショック吸収時における大なる振動エネルギーから、車載の電気機器に利用できる電力を確保可能とした車両の圧電変換機能付きエアサスペンション装置を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an air suspension device with a piezoelectric conversion function for a vehicle that can secure electric power that can be used for in-vehicle electric equipment from a large vibration energy at the time of shock absorption by an air spring.

請求項1の発明は、上記目的を達成するために、シャシフレームとアクスルとの間に介在させたエアサスペンション用エアスプリングの内部に、路面振動のショックを吸収するとき生ずる圧電効果により交流の電力が発生する圧電素子を設け、この圧電素子で発生した電力を、車両に搭載される電気機器の動力源となる蓄電池へ供給する構成とした。
同構成によると、これまで廃棄されていたエアスプリングのショック吸収時の大なる振動エネルギーは、圧電素子により電力に変換され、蓄電池に蓄えられる。この蓄電池に蓄えられた電力が、車載の電気機器に利用される電力となる。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is characterized in that an AC power is generated by a piezoelectric effect generated when a shock of road surface vibration is absorbed in an air spring for air suspension interposed between a chassis frame and an axle. The piezoelectric element which generate | occur | produces was provided, and it was set as the structure which supplies the electric power which generate | occur | produced with this piezoelectric element to the storage battery used as the motive power source of the electric equipment mounted in a vehicle.
According to this configuration, large vibration energy at the time of shock absorption of the air spring that has been discarded so far is converted into electric power by the piezoelectric element and stored in the storage battery. The electric power stored in this storage battery becomes the electric power used for the on-vehicle electric device.

請求項2の発明は、さらに圧電素子と蓄電池に接続され、圧電素子で発生した交流電力を直流電力に整流し、該直流電力を蓄電池へ貯蔵させる整流部を備える構成とした。
請求項3の発明は、さらに整流部、蓄電池と取り合う配線構造が簡単ですむよう、エアスプリングは、シャシフレームに固定されるプレート部材とアクスルに固定されるピストンとの間に介装した筒形のダイヤフラムを有した構成としたうえで、圧電素子を、路面振動で変位することのないプレート部材に支持させる構成とした。
請求項4の発明は、さらに大きな電力が発生されるよう、圧電素子は柱形の素子から構成し、同圧電素子の先端側の圧力を受ける入力部をプレート部材から張り出し、ダイヤフラム内部へ突き出せる構造を採用した。
The invention of claim 2 further includes a rectifier connected to the piezoelectric element and the storage battery, rectifying AC power generated by the piezoelectric element into DC power, and storing the DC power in the storage battery.
In the invention of claim 3, the air spring has a cylindrical shape interposed between the plate member fixed to the chassis frame and the piston fixed to the axle so that the wiring structure for connecting the rectifying unit and the storage battery can be simplified. In addition to the configuration having a diaphragm, the piezoelectric element is supported by a plate member that is not displaced by road surface vibration.
According to a fourth aspect of the present invention, the piezoelectric element is composed of a columnar element so that a larger electric power is generated, and an input portion that receives pressure on the distal end side of the piezoelectric element can be projected from the plate member and protruded into the diaphragm. Adopted structure.

請求項5の発明は、さらにバンプストッパに影響されずに圧電素子を取り付けられるよう、圧電素子の入力部は、バンプストッパとの干渉を避けるように配置させた。
請求項6の発明は、確実に圧電素子の入力部とバンプストッパとの干渉が避けられるよう、圧電素子の入力部は、バンプストッパの突出した端部の孔部と対応したプレート部材の地点からダイヤフラム内部に突出させ、同入力部の外形がバンプストッパの孔部で許容される大きさとした。
According to the invention of claim 5, the input portion of the piezoelectric element is arranged so as to avoid interference with the bump stopper so that the piezoelectric element can be attached without being affected by the bump stopper.
According to the sixth aspect of the present invention, in order to reliably avoid interference between the input portion of the piezoelectric element and the bump stopper, the input portion of the piezoelectric element is from a point of the plate member corresponding to the hole portion of the protruding end portion of the bump stopper. The inside of the diaphragm is projected so that the outer shape of the input portion is allowed to be accepted by the hole of the bump stopper.

請求項7の発明は、特に容易に干渉が防げるよう、圧電素子の入力部の外形は、入力部において最大となる直径寸法がバンプストッパの孔部の直径寸法よりも小さく、かつ入力部のダイヤフラム内部に突き出る長さ寸法が、バンプストッパの孔部の長さ寸法よりも短く設定した。   According to the seventh aspect of the present invention, the outer diameter of the input portion of the piezoelectric element is smaller than the diameter size of the hole portion of the bump stopper, and the diaphragm of the input portion has an outer shape that is maximum in the input portion so that interference can be prevented easily. The length dimension protruding inside was set shorter than the length dimension of the hole of the bump stopper.

請求項1の発明によれば、圧電素子の圧電効果を用い、これまで廃棄されていたエアスプリングのショック吸収時の大なる振動エネルギーから、車両の電気機器に利用できる電力を確保することができる。
請求項2の発明によれば、圧電素子で発生した交流電力を整流した直流電力を蓄電池へ貯蔵することができる。
請求項3の発明によれば、圧電素子は、車輪に追従して変位するアクスル側でなく、変位しないシャシフレーム側のプレート部材に支持されるから、圧電素子と整流部や蓄電池などと取り合う配線構造は簡単ですむ。
According to the first aspect of the present invention, it is possible to secure electric power that can be used for the electrical equipment of the vehicle from the large vibration energy at the time of shock absorption of the air spring that has been discarded until now, using the piezoelectric effect of the piezoelectric element. .
According to invention of Claim 2, the direct-current power which rectified the alternating current power generated with the piezoelectric element can be stored in a storage battery.
According to the invention of claim 3, since the piezoelectric element is supported by the plate member on the chassis frame side that does not displace, not on the axle side that displaces following the wheel, the wiring that interacts with the piezoelectric element and the rectifying unit, storage battery, etc. The structure is simple.

請求項4の発明によれば、柱形の圧電素子の組み付けにより、大きな電力の出力を発生させることが可能となる。
請求項5の発明によれば、バンプストッパに影響されずに、圧電素子をプレート部材に取り付けることができる。
請求項6の発明によれば、容易な構造で、圧電素子とバンプストッパとの干渉を確実に防ぐことができる。
請求項7の発明によれば、特に圧電素子の外形の設定だけで、容易に圧電素子とバンプストッパとの干渉が防ぐことができる。
According to the invention of claim 4, it is possible to generate a large power output by assembling the columnar piezoelectric element.
According to the invention of claim 5, the piezoelectric element can be attached to the plate member without being affected by the bump stopper.
According to the invention of claim 6, interference between the piezoelectric element and the bump stopper can be reliably prevented with an easy structure.
According to the seventh aspect of the present invention, interference between the piezoelectric element and the bump stopper can be easily prevented only by setting the outer shape of the piezoelectric element.

本発明の第1の実施形態の圧電変換機能付きエアサスペンション装置を示す斜視図。The perspective view which shows the air suspension apparatus with a piezoelectric conversion function of the 1st Embodiment of this invention. 同装置における圧電素子の取付構造を同圧電素子周辺の回路と共に示す断面図。Sectional drawing which shows the attachment structure of the piezoelectric element in the apparatus with the circuit around the piezoelectric element. 本発明の第2の実施形態の要部を示す断面図。Sectional drawing which shows the principal part of the 2nd Embodiment of this invention.

以下、本発明を図1および図2に示す第1の実施形態にもとづいて説明する。
図1は、車両に装備されたエアサスペンション、例えば、トラックやバスなど大型車両のハイブリッド電気トラックに装備されたサスペンション装置10を示している。ここでは、フロント側のエアサスペンション装置10(片側だけ図示)を示している。図2は同エアサスペンション装置10のエアスプリング構造を示している。
Hereinafter, the present invention will be described based on the first embodiment shown in FIG. 1 and FIG.
FIG. 1 shows an air suspension installed in a vehicle, for example, a suspension device 10 installed in a hybrid electric truck of a large vehicle such as a truck or a bus. Here, a front-side air suspension device 10 (only one side is shown) is shown. FIG. 2 shows an air spring structure of the air suspension device 10.

まず、図1を参照して車両構造の概略を説明すると、図1中1はシャシフレームで、例えば車両前後方向に延びる一対のサイドフレーム2(片側しか図示せず)の間に複数のクロスメンバ(図示せず)を掛け渡したラダー状をなしている。このシャシフレーム1のフロント側に、エンジン3、走行用モータ4、トランスミッション5、キャブ(図示はしない)、一対の前輪6(本願の車輪に相当)などが設けられる。シャシフレーム1のリヤ側に、エンジン3や走行用モータ4からの動力を受けるデファレンシャル(図示はしない)、同デファレンシャルから分配された駆動力で駆動される一対の後輪(図示しない)などが設けられる。またシャシフレーム2には、走行用モータ4やその他の空調機器や灯火機器など、車両に搭載された電気機器の動力源となる蓄電池40が設けてある。   First, the outline of the vehicle structure will be described with reference to FIG. 1. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a chassis frame, for example, a plurality of cross members between a pair of side frames 2 (only one side is shown) extending in the vehicle front-rear direction. It has a ladder shape (not shown). On the front side of the chassis frame 1, an engine 3, a traveling motor 4, a transmission 5, a cab (not shown), a pair of front wheels 6 (corresponding to wheels of the present application), and the like are provided. On the rear side of the chassis frame 1 are provided a differential (not shown) that receives power from the engine 3 and the traveling motor 4, and a pair of rear wheels (not shown) that are driven by the driving force distributed from the differential. It is done. In addition, the chassis frame 2 is provided with a storage battery 40 serving as a power source for electric devices mounted on the vehicle such as the traveling motor 4 and other air-conditioning devices and lighting devices.

前輪6、後輪(図示しない)は、それぞれエアサスペンション装置10を用いて、シャシフレーム1の車幅方向両側に懸架されている(図1は前輪6側しか図示していない)。前輪6のエアサスペンション装置10は、路面振動のショックを吸収する構造として、例えばシャシフレーム1と交差するようにシャシフレーム1直下に配置された車幅方向に延びるアクスル14と、同アクスル14とサイドフレーム2との間にそれぞれ介装されたエアスプリング15およびショックアブソーバ16とから構成される吸収構造が用いられている。また姿勢を保つ構造として、各種ロッド部材、例えばラジアスロッド7などで構成されたリンク構造が用いられていて、双方の組み合わせからエアサスペンション装置10を構成している。そして、アクスル14の両端部に前輪6が取り付けられる。図示はしないが後輪側のエアサスペンション装置も同様な構造が用いられる。   A front wheel 6 and a rear wheel (not shown) are respectively suspended on both sides in the vehicle width direction of the chassis frame 1 by using an air suspension device 10 (FIG. 1 shows only the front wheel 6 side). The air suspension device 10 for the front wheel 6 has a structure that absorbs shock caused by road surface vibrations, for example, an axle 14 that is disposed immediately below the chassis frame 1 so as to intersect the chassis frame 1, and the axle 14 and the side An absorption structure including an air spring 15 and a shock absorber 16 interposed between the frame 2 and the frame 2 is used. As a structure for maintaining the posture, a link structure composed of various rod members, for example, a radius rod 7 is used, and the air suspension device 10 is composed of a combination of both. The front wheels 6 are attached to both end portions of the axle 14. Although not shown, the same structure is used for the air suspension device on the rear wheel side.

エアスプリング15は、いずれも図2にも示されるようにサイドフレーム2に取り付けられる円板状の一対のアッパプレート20(本願のプレート部材に相当)と、アクスル14に取り付けられる短筒形のピストン21と、これらアッパプレート部材20とピストン21との間に介装した筒形のダイヤフラム22とを組み合わせた構造が用いられる。ダイヤフラム22の内部には、アッパプレート20に設けてあるエアチューブコネクタ23から所定空気圧の空気が充填される。そして、アッパプレート20はシャシ側ブラケット25を介して、サイドフレーム2の下部に固定され、ピストン21の下部はフロントアクスル14の上部に固定され、前輪3から伝わる路面振動のショックが、ダイヤフラム22の伸縮(変形)により吸収される構造にしている。   As shown in FIG. 2, the air spring 15 includes a pair of disk-like upper plates 20 (corresponding to the plate member of the present application) attached to the side frame 2 and a short cylindrical piston attached to the axle 14. 21 and a cylindrical diaphragm 22 interposed between the upper plate member 20 and the piston 21 are used. The diaphragm 22 is filled with air of a predetermined air pressure from an air tube connector 23 provided on the upper plate 20. The upper plate 20 is fixed to the lower part of the side frame 2 via the chassis side bracket 25, the lower part of the piston 21 is fixed to the upper part of the front axle 14, and the shock of road surface vibration transmitted from the front wheel 3 is applied to the diaphragm 22. It is structured to be absorbed by expansion / contraction (deformation).

またピストン21の頂部にはバンプストッパ27が設けられている。バンプストッパ27は、ダイヤフラム22の内部へ突出する例えば円錐台形状の緩衝部27aをもつ。これで、ダイヤフラム22が限界域まで縮む方向に変形しても、緩衝部27aによる規制により、ピストン21とアッパプレート20との干渉が避けられる構造にしている。なお、緩衝部27aの先端面の中央には、緩衝性能を確保するための孔部27bが形成してある。   A bump stopper 27 is provided on the top of the piston 21. The bump stopper 27 has, for example, a truncated cone-shaped buffer portion 27 a that protrudes into the diaphragm 22. As a result, even if the diaphragm 22 is deformed in the direction of contracting to the limit region, interference between the piston 21 and the upper plate 20 can be avoided by the restriction by the buffer portion 27a. In addition, the hole part 27b for ensuring buffer performance is formed in the center of the front end surface of the buffer part 27a.

各エアサスペンション装置10には、路面振動を電力に変換する圧電変換機能が付けられている。同機能は、ショック吸収時のエネルギーを電力に変換するものである。同機能をもたらす圧電変換構造は、前・後輪のエアサスペンション装置10とも同じである。図2は、そのうち前輪6のエアサスペンション装置10の圧電変換構造が示してある。   Each air suspension device 10 is provided with a piezoelectric conversion function for converting road surface vibration into electric power. This function converts energy at the time of shock absorption into electric power. The piezoelectric conversion structure that provides the same function is the same as the air suspension device 10 for the front and rear wheels. FIG. 2 shows the piezoelectric conversion structure of the air suspension device 10 for the front wheel 6.

同構造について説明すると、圧電素子30には、圧電効果を高めるため、例えば柱形の素子が用いられている。例えば多数枚の圧電体を積層して直列につないで大きな電力を確保可能とした積層形の圧電素子30が用いられている。圧電素子30は錐状の先端部30aが圧力を受ける入力部となっている。この圧電素子30がエアスプリング15の内部に取り付けられている。この圧電素子30は、前輪6(車輪)に追従して上下に変位するアクスル14側でなく、変位しないシャシフレーム1側のアッパプレート20に支持させて取り付けられている。   The same structure will be described. For the piezoelectric element 30, for example, a columnar element is used in order to enhance the piezoelectric effect. For example, a stacked piezoelectric element 30 that can secure a large electric power by stacking a large number of piezoelectric bodies and connecting them in series is used. The piezoelectric element 30 serves as an input portion that receives pressure from the conical tip portion 30a. The piezoelectric element 30 is attached inside the air spring 15. The piezoelectric element 30 is attached not to the axle 14 side that moves up and down following the front wheel 6 (wheel) but to the upper plate 20 on the chassis frame 1 side that does not move.

すなわち圧電素子30は、ダイヤフラム22の開口端部を挟み付けている一対のアッパプレート20に固定され、先端部30aをダイヤフラム内部へ突き出させている。具体的には圧電素子30の本体部分30bは、バンプストッパ27の孔部27b位置と対応するアッパプレート20の中央部分を貫通するように固定され、入力部をなす先端部30aを同プレート20から反対側のピストン21側へ突き出し、ダイヤフラム内部に突出させている。本体部分30bの固定には、例えば一組のナット32を用いて、ダイヤフラム14の密閉状態を保ちながらアッパプレート20に締結する構造が用いてある。この孔部27と対応した地点に圧電素子30を配置することで、バンプストッパ27からの干渉を避けている。なお、一対のアッパプレート20はボルトナット26で締結してある。   That is, the piezoelectric element 30 is fixed to a pair of upper plates 20 that sandwich the opening end of the diaphragm 22, and the tip end 30 a protrudes into the inside of the diaphragm. Specifically, the main body portion 30 b of the piezoelectric element 30 is fixed so as to pass through the central portion of the upper plate 20 corresponding to the position of the hole portion 27 b of the bump stopper 27, and the tip end portion 30 a forming the input portion is separated from the plate 20. It protrudes to the opposite piston 21 side and protrudes into the diaphragm. For fixing the main body portion 30b, for example, a structure is used in which a set of nuts 32 is used to fasten the diaphragm 14 to the upper plate 20 while keeping the sealed state of the diaphragm 14. By arranging the piezoelectric element 30 at a point corresponding to the hole 27, interference from the bump stopper 27 is avoided. The pair of upper plates 20 are fastened with bolts and nuts 26.

これにより圧電素子30は、路面振動のショックを吸収するときに生ずるダイヤフラム14の内部空気の圧迫を先端部30aで受けると、圧電効果により電力を発生する。ダイヤフラム14に伝わる路面振動は上下に繰り返すから、圧電素子30からは交流の電力を連続的に発生する。この圧電素子30の固有の振動数は、車両の定常走行のときの振動周波数帯と合うよう、一般的な路面入力がもたらすロードノイズの周波数(Hz)帯域である「100Hz近辺〜1000Hz近辺」の周波数帯の中から、車種や重量や走行具合などで違う、乗用車、トラック、バスなどの車両を考慮しながら、適正な周波数を選んで設定してあり、路面からの振動で効果的に圧電効果が発揮されるようにしている。なお、「100Hz近辺〜1000Hz近辺」のロードノイズの周波数帯域は、社団法人 自動車技術会発行の「自動車技術ハンドブック 1基礎・理論編 P325の図8−1」に基づく。   As a result, the piezoelectric element 30 generates electric power due to the piezoelectric effect when the distal end portion 30a receives the pressure of the internal air of the diaphragm 14 generated when absorbing the shock of the road surface vibration. Since the road surface vibration transmitted to the diaphragm 14 repeats up and down, AC power is continuously generated from the piezoelectric element 30. The inherent frequency of the piezoelectric element 30 is a frequency (Hz) band of road noise brought about by a general road surface input so that it matches the vibration frequency band at the time of steady running of the vehicle. An appropriate frequency is selected and set in consideration of vehicles such as passenger cars, trucks, buses, etc., which differ depending on the vehicle type, weight, driving condition, etc., and the piezoelectric effect is effective by vibration from the road surface. Is to be demonstrated. In addition, the frequency band of the road noise of “around 100 Hz to around 1000 Hz” is based on “Automotive Technology Handbook 1 Basic and Theoretical P325 FIG. 8-1” issued by the Japan Society for Automotive Engineers.

また圧電素子30の先端部30aの外形は、緩衝部27bの孔部27bで許容される大きさに設定してあり、バンプストッパ27が限界域まで上昇しても先端部30aがバンプストッパ27の緩衝部27aと緩衝しないようにしてある。具体的には圧電素子30は、ダイヤフラム内部に突き出る先端部30aのうち最大の直径寸法となるナット32の直径寸法dが、バンプストッパ27の孔部27bの直径寸法Dよりも小さく、先端部30aのダイヤフラム内部に突き出る長さ寸法hが、バンプストッパ27の孔部27bの長さ寸法Hより短く定めてあり、バンプストッパ27との干渉を確実に防げる構造してある。   Further, the outer shape of the tip portion 30a of the piezoelectric element 30 is set to a size allowed by the hole portion 27b of the buffer portion 27b, and even if the bump stopper 27 rises to the limit region, the tip portion 30a remains on the bump stopper 27. The buffer portion 27a is not buffered. Specifically, in the piezoelectric element 30, the diameter d of the nut 32 that is the largest diameter of the tip 30 a protruding into the diaphragm is smaller than the diameter D of the hole 27 b of the bump stopper 27, and the tip 30 a. The length dimension h protruding into the diaphragm is determined to be shorter than the length dimension H of the hole 27b of the bump stopper 27, so that interference with the bump stopper 27 can be reliably prevented.

この圧電素子30がシャシフレーム1側(車体側)に設けた整流部35に接続されている。整流部35は、例えば図2に示されるように4つのダイオード36a〜36dとコンデンサ37との組み合わせで構成される全波整流回路が用いられ、圧電素子25で発生した交流電力を直流電力に整流できるようにしている。この整流部35が、上記蓄電池40に接続され、整流された直流電力が蓄電池40に貯蔵されるようにしてある。   The piezoelectric element 30 is connected to a rectifying unit 35 provided on the chassis frame 1 side (vehicle body side). For example, as shown in FIG. 2, the rectifier 35 uses a full-wave rectifier circuit configured by a combination of four diodes 36 a to 36 d and a capacitor 37, and rectifies AC power generated by the piezoelectric element 25 into DC power. I can do it. The rectifying unit 35 is connected to the storage battery 40 so that the rectified DC power is stored in the storage battery 40.

こうしたエアサスペンション装置10により、入力される振動エネルギーから車載の電気機器に利用できる電力が確保される。
すなわち、車両の走行中、路面の凹凸は、路面振動となって、前輪6や後輪(図示しない)から各エアサスペンション装置10のエアスプリング15やショックアブソーバ16へ伝わる。この際、各エアスプリング15や各ショックアブソーバ16は、路面振動により伸縮変形してショックを吸収する。
With such an air suspension device 10, electric power that can be used for in-vehicle electric equipment is secured from the input vibration energy.
In other words, during running of the vehicle, road surface irregularities become road surface vibrations and are transmitted from the front wheels 6 and the rear wheels (not shown) to the air springs 15 and shock absorbers 16 of the air suspension devices 10. At this time, each air spring 15 and each shock absorber 16 are expanded and contracted by road surface vibration to absorb the shock.

具体的にはエアスプリング15は、路面の継ぎ目などを乗り越える際、前輪6や後輪から突き上げる方向の振動が加わると、充填された内部空気が、上方へ変位するピストン21で押され、突き上げがなくなると、ピストン21は戻るという挙動を繰り返して(あるいは逆)、路面振動のショックを吸収する。   Specifically, when the air spring 15 gets over the road joints and the vibration in the direction of pushing up from the front wheel 6 or the rear wheel is applied, the filled internal air is pushed by the piston 21 that is displaced upward, and the pushing up is not performed. When it disappears, the piston 21 repeats the behavior of returning (or vice versa) and absorbs the shock of road surface vibration.

振動ショックを吸収する都度、圧電素子30の先端部30aは、図2中の矢印aに示されるようにピストン21で押されるエアスプリング15の内部空気によって繰り返し圧迫されるから、圧電素子30の圧電効果により、圧電素子30からは交流の電力が連続的に発生する。このとき、エアスプリング15に伝わる振動エネルギーは、エンジン振動に比べて格段に大きいから、かなりの電力が、車両の走行中に継続的に生み出される。これで、エアスプリング15のショック吸収時における振動エネルギーは電気エネルギーに変換される(圧電素子発電)。出力された交流電力は、整流部35にて直流の電力に変換され、蓄電池40に逐次、貯蔵される。   Each time the vibration shock is absorbed, the tip 30a of the piezoelectric element 30 is repeatedly compressed by the internal air of the air spring 15 pushed by the piston 21 as indicated by the arrow a in FIG. Due to the effect, AC power is continuously generated from the piezoelectric element 30. At this time, since the vibration energy transmitted to the air spring 15 is much larger than the engine vibration, a considerable amount of electric power is continuously generated while the vehicle is running. Thus, the vibration energy at the time of shock absorption of the air spring 15 is converted into electric energy (piezoelectric element power generation). The output AC power is converted into DC power by the rectifying unit 35 and stored in the storage battery 40 sequentially.

それ故、これまで廃棄されていたエアサスペンション装置10のショック吸収時の振動エネルギーは、走行用モータ4など電気機器に利用できる電力として用いることができる。特に圧電素子30は、エアスプリング内部に配置してあるので、エアスプリング15のショックを吸収するときの大きなエネルギーをそのまま用い電力を発生するから、多くの電力量が期待できる。しかも、圧電素子30は、路面振動の「100Hz近辺〜1000Hz近辺」の周波数帯のうち、車両の定常走行時における振動周波数域とマッチした固有振動数に設定することにより、車両の走行中、最も効果的に電力を出力することができる。この圧電素子30による発電は、大きなショックが生じやすい、重量の有る大型の車両に有効である。   Therefore, the vibration energy at the time of shock absorption of the air suspension device 10 that has been discarded so far can be used as electric power that can be used for electric devices such as the traveling motor 4. In particular, since the piezoelectric element 30 is disposed inside the air spring, a large amount of electric power can be expected because a large amount of energy generated when absorbing the shock of the air spring 15 is used as it is to generate electric power. In addition, the piezoelectric element 30 is set to the natural frequency that matches the vibration frequency range during steady running of the vehicle, among the frequency bands of “around 100 Hz to around 1000 Hz” of road surface vibration, so that the most during the running of the vehicle. Electric power can be output effectively. The power generation by the piezoelectric element 30 is effective for a heavy vehicle with a heavy weight that easily generates a large shock.

また圧電素子30は、車輪に追従して上下に変位するアクスル14でなく、変位しないシャシフレーム1側のアッパプレート20に支持させたので、整流部35や蓄電池40と取り合いやすく、整流部35や蓄電池40と取り合う配線構造が簡単ですむ。しかも、大きな電力が発生しやすい柱形の圧電素子30が組み付けられることによって、一層、効果的に圧電素子30から電力を回収することができる。   Further, since the piezoelectric element 30 is supported by the upper plate 20 on the side of the chassis frame 1 that is not displaced, rather than the axle 14 that moves up and down following the wheel, the rectifying unit 35 and the storage battery 40 can be easily engaged with each other. The wiring structure for engaging the storage battery 40 is simple. In addition, by assembling the columnar piezoelectric element 30 that easily generates large electric power, the electric power can be recovered from the piezoelectric element 30 more effectively.

また圧電素子30は、バンプストッパ27を避けるように配置してあるので、バンプストッパ27との干渉する影響は抑えられる。しかも、圧電素子30の先端部30aは、バンプストッパ27の孔部27aの直上に配置されるだけでなく、同孔部27aで許容される外形にしてあるので、ダイヤフラム内部に突き出る先端部30aとバンプストッパ27の緩衝部27aとの干渉が確実に防げる。これだと圧電素子30は、ダイヤフラム内部に突き出る先端部30aの直径寸法dを、バンプストッパ27の孔部27bの直径寸法Dよりも小さく、先端部30aのダイヤフラム内部に突き出る長さ寸法hを、バンプストッパ27の孔部27bの長さ寸法Hよりも短く設定した素子を用いるだけですむので、簡単である。   Further, since the piezoelectric element 30 is arranged so as to avoid the bump stopper 27, the influence of interference with the bump stopper 27 can be suppressed. In addition, the tip portion 30a of the piezoelectric element 30 is not only disposed directly above the hole portion 27a of the bump stopper 27 but also has an outer shape allowed by the hole portion 27a. Therefore, the tip portion 30a protruding inside the diaphragm and Interference with the buffer portion 27a of the bump stopper 27 can be reliably prevented. In this case, the piezoelectric element 30 has a diameter dimension d of the tip portion 30a protruding into the diaphragm smaller than a diameter dimension D of the hole portion 27b of the bump stopper 27 and a length dimension h protruding into the diaphragm of the tip portion 30a. Since it is only necessary to use an element set shorter than the length dimension H of the hole 27b of the bump stopper 27, it is simple.

なお、圧電素子30の出力を直接、整流部35に導いたが、圧電素子30の出力を高めたい場合は、図2中の二点差線に示されるように圧電素子30と整流部35との間に昇圧手段として例えば変圧器45を介装して、圧電素子30からの出力を昇圧すればよい。
図3は本発明の第2の実施形態を示す。
本実施形態は、第1の実施形態のように圧電素子30をアッパプレート20に取り付けたのではなく、反対側のピストン21に取り付けたものである。
Although the output of the piezoelectric element 30 is directly guided to the rectifying unit 35, when the output of the piezoelectric element 30 is desired to be increased, the piezoelectric element 30 and the rectifying unit 35 are connected as shown by the two-dot chain line in FIG. The output from the piezoelectric element 30 may be boosted with a transformer 45 interposed therebetween as a boosting means.
FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention.
In the present embodiment, the piezoelectric element 30 is not attached to the upper plate 20 as in the first embodiment, but is attached to the piston 21 on the opposite side.

具体的には、例えばピストン21の中央(孔部27bと対応する地点)に、下面から上面側に向かう圧電素子挿入用の通路50を設け、当該通路50の端部に圧電素子30の本体部分30bを固定し、圧電素子30の先端部30aを、ピストン21の上面からバンプストッパ27の孔部27b内へ突出させたものである。このようにしても、第1の実施形態と同様、エアスプリング内部に設けた圧電素子30を用い、周囲の物体と干渉せずに、ショック吸収時のエネルギーから、効果的に電力を発生させることができる。
但し、図3において、第1の実施形態と同じ部分には同一符号を付してその説明を省略した。
Specifically, for example, a passage 50 for inserting a piezoelectric element from the lower surface to the upper surface side is provided in the center of the piston 21 (a point corresponding to the hole 27b), and the main body portion of the piezoelectric element 30 is provided at the end of the passage 50. 30 b is fixed, and the tip 30 a of the piezoelectric element 30 is projected from the upper surface of the piston 21 into the hole 27 b of the bump stopper 27. Even in this case, similarly to the first embodiment, the piezoelectric element 30 provided inside the air spring is used to effectively generate electric power from the energy at the time of shock absorption without interfering with surrounding objects. Can do.
However, in FIG. 3, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々可変して実施しても構わない。例えば上述した実施形態では柱形の圧電素子を用いた例を挙げたが、これに限らず、例えばプレート形の圧電素子を用いてもよい。また同プレート形の圧電素子をダイヤフラム22を含めたエアスプリング内面に貼り付けて電力を出力させてもよい。また、柱形の圧電素子30の先端部30aをアッパプレート20からピストン21側に突き出して、ダイヤフラム22内部へ突出させたが、アッパプレート20と同一面上にしても良い。また上述の実施形態では、本発明をエンジンとモータを動力源とする車両に本発明を適用したが、これに限らず、モータを動力源とする車両や他の車両に適用してもよい。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications may be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above-described embodiment, an example in which a columnar piezoelectric element is used has been described. However, the present invention is not limited to this. Alternatively, the plate-shaped piezoelectric element may be attached to the inner surface of the air spring including the diaphragm 22 to output electric power. Further, although the tip 30a of the columnar piezoelectric element 30 protrudes from the upper plate 20 toward the piston 21 and protrudes into the diaphragm 22, it may be flush with the upper plate 20. In the above-described embodiment, the present invention is applied to a vehicle that uses an engine and a motor as a power source. However, the present invention is not limited to this, and may be applied to a vehicle that uses a motor as a power source and other vehicles.

1 シャシフレーム
6 前輪(車輪)
10 エアサスペンション装置
14 アクスル
15 エアスプリング
20 アッパプレート(プレート部材)
21 ピストン
22 ダイヤフラム
27 バンプストッパ
27b 孔部
30 圧電素子
30a 先端部(入力部)
35 整流部
45 蓄電池
1 Chassis frame 6 Front wheel
10 Air Suspension Device 14 Axle 15 Air Spring 20 Upper Plate (Plate Member)
21 Piston 22 Diaphragm 27 Bump stopper 27b Hole 30 Piezoelectric element 30a Tip (input part)
35 Rectifier 45 Storage battery

Claims (7)

車両のシャシフレームと、
前記車両の車輪を支持するアクスルと、
前記シャシフレームと前記アクスルとの間に設けられ、前記車輪から伝わる路面振動を吸収するサスペンション用のエアスプリングと、
前記車両に搭載された電気機器の動力源となる蓄電池と、
前記エアスプリングの内部に設けられ、路面振動のショックを吸収するとき生ずる圧電効果により電力を発生する圧電素子とを備え、
前記圧電素子で発生した電力を前記蓄電池に供給する
ことを特徴とする車両の圧電変換機能付きエアサスペンション装置。
The chassis frame of the vehicle,
An axle that supports the wheels of the vehicle;
An air spring for suspension that is provided between the chassis frame and the axle and absorbs road surface vibration transmitted from the wheels;
A storage battery serving as a power source for the electrical equipment mounted on the vehicle;
A piezoelectric element which is provided inside the air spring and generates electric power by a piezoelectric effect generated when absorbing a shock of road surface vibration;
An air suspension device with a piezoelectric conversion function for a vehicle, characterized in that the electric power generated by the piezoelectric element is supplied to the storage battery.
前記圧電素子と前記蓄電池に接続され、前記圧電素子で発生した交流電力を直流電力に整流し、該直流電力を前記蓄電池へ貯蔵させる整流部を備えたことを特徴とする請求項1に記載の車両の圧電変換機能付きエアサスペンション装置。   The rectifying unit connected to the piezoelectric element and the storage battery, rectifies AC power generated by the piezoelectric element into DC power, and stores the DC power in the storage battery. Air suspension device with piezoelectric conversion function for vehicles. 前記エアスプリングは、
前記シャシフレームに固定されるプレート部材と、
前記アクスルに固定されるピストンと、
前記プレート部材と前記ピストンとの間に介装され、前記ピストンから伝わる路面振動に追従して変形可能な筒形のダイヤフラムとを有して構成され、
前記圧電素子は、前記プレート部材に支持されている
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の車両の圧電変換機能付きエアサスペンション装置。
The air spring is
A plate member fixed to the chassis frame;
A piston fixed to the axle;
A cylindrical diaphragm that is interposed between the plate member and the piston and can be deformed following the road surface vibration transmitted from the piston;
The air suspension device with a piezoelectric conversion function for a vehicle according to claim 1 or 2, wherein the piezoelectric element is supported by the plate member.
前記圧電素子は、先端側に圧力を受ける入力部をもつ柱形の素子から構成され、
前記入力部が、前記プレート部材からピストン側に突き出し、ダイヤフラム内部へ突出させてある
ことを特徴とする請求項3に記載の車両の圧電変換機能付きエアサスペンション装置。
The piezoelectric element is composed of a columnar element having an input part that receives pressure on the tip side,
The air suspension device with a piezoelectric conversion function for a vehicle according to claim 3, wherein the input portion protrudes from the plate member toward the piston and protrudes into the diaphragm.
前記ピストン側は、前記ダイヤフラムの内部へ突き出すバンプストッパを備え、
前記圧電素子の入力部は、前記バンプストッパとの干渉を避けるように配置させてある
ことを特徴とする請求項4に記載の車両の圧電変換機能付きエアサスペンション装置。
The piston side includes a bump stopper protruding into the diaphragm,
The air suspension device with a piezoelectric conversion function for a vehicle according to claim 4, wherein the input portion of the piezoelectric element is disposed so as to avoid interference with the bump stopper.
前記バンプストッパの突出した端面は、孔部に有し、
前記圧電素子の入力部は、前記孔部と対応したプレート部材の地点に配置され、外形が前記孔部で許容される大きさにしてある
ことを特徴とする請求項5に記載の車両の圧電変換機能付きエアサスペンション装置。
The protruding end face of the bump stopper has a hole,
6. The vehicle piezoelectric device according to claim 5, wherein the input portion of the piezoelectric element is disposed at a point of the plate member corresponding to the hole portion, and has an outer shape that is allowed by the hole portion. Air suspension device with conversion function.
前記圧電素子の入力部の外形は、当該入力部において最大となる直径寸法が前記バンプストッパの孔部の直径寸法よりも小さく、かつ入力部のダイヤフラム内部に突き出る長さ寸法が、前記バンプストッパの孔部の長さ寸法よりも短く設定されている
ことを特徴とする請求項6に記載の圧電変換機能付きエアサスペンション装置。
The outer diameter of the input part of the piezoelectric element is such that the maximum diameter dimension in the input part is smaller than the diameter dimension of the hole part of the bump stopper, and the length dimension protruding into the diaphragm of the input part is The air suspension device with a piezoelectric conversion function according to claim 6, wherein the air suspension device is set to be shorter than the length of the hole.
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