汽车减震器能量回收装置设计讲解

目录

1 绪论 (1)

1.1 能量回收装置简介 (1)

1.2 研究的背景及意义 (1)

1.3 国内外发展现状及趋势 (2)

1.3.1国外发展现状 (2)

1.3.2国内发展趋势 (2)

2 理论基础 (3)

2.1 减震器 (3)

2.2 电磁发电技术 (4)

2.2.1法拉第电磁感应定律 (4)

2.2.2电磁感应发电装置结构 (4)

2.3 压电发电技术 (5)

2.3.1压电材料 (5)

2.3.2压电效应 (5)

3 基于压电叠堆储能的新式能量回收装置的结构及工作原理 (7)

3.1 压电叠堆发电装置的结构 (7)

3.2 能量回收装置的工作原理 (7)

4 能量回收装置的等效模型分析 (8)

4.1 模型假设 (8)

4.2 等效模型 (8)

4.3 发电装置的性能分析 (8)

4.4油压频率f对回收装置输出特性的影响 (9)

4.5 压电叠堆长度对输出特性的影响 (9)

4.6 压电叠堆截面面积S对输出特性的影响 (10)

4.7 本章小结 (11)

5 能量回收装置输出电路 (11)

6 结论与展望 (12)

参考文献 (13)

汽车减震器能量回收装置设计

摘要：传统的被动悬架以及半主动悬架只能起到加速车架和车身震动的衰减作用，而起不到对振动能量回收的作用。当汽车对减震器施加力时，减震器孔壁与油液间的摩擦及液体分子内的摩擦便形成对振动的阻尼力，使车身和车架的振动能量转化为热能，被油液和减振器壳体所吸收，并散到大气中，这一部分能量被白白浪费掉。设计一种能量回收装置，能量回收装备将减震器内部的部分压力能转化为电能储存起来。通过查阅大量关于能源转化的资料，并对各种能量回收方案进行比较，最终确定用压电叠堆能量回收的装置对减震器内部的压力能进行回收。本文主要对压电能量回收装置的工作原理、理论设计、及数学模型的分析进行概述。

关键词：能量回收；储存；压电叠堆

1绪论

1.1能量回收装置简介

目前，大多数的混合动力车和电动车都配有制动能量回收装置，该装置有推广到非混合动力车的趋势，国际汽联也希望通过KERS系统在F1中的推广，树立环保先锋的形象。制动能量的回收通常有两种途径，一是以高速旋转的飞轮储存能量，二是车轮在制动时带动发电机，产生的电能储存于电池组中。制动产生的额外能量可以回收，那么汽车行驶中产生的其它能量也可以回收。减震器是悬架的重要组成部分，悬架的好坏关系到汽车的舒适性。在能源短缺的今天，节能减排越来越受到人们的重视。消费者在选择汽车时，在考虑动力性、舒适性、美观的同时，经济性也是一个重要的原因。减震器能量回收装置，能够回收减震器在伸张、压缩行程产生的能量，通过压电能量回收原理将机械能转变为电能储存于蓄电池之中，为其他用电设备供电。1.2研究的背景及意义

从汽车发明以来，汽车工业带动了各个国家经济的发展，但在其发展过程中，一系列的问题不断出现。能源短缺、环境污染、气候变暖成为各个国家面临的共同挑战。如何采用新的技术创造出一种新型的汽车成为各国企业不断攻克的难题。

当前内燃机汽车普遍采用的是普通的液力减震器。由于传统的减震器只起到缓解汽车振动的作用，并不能回收汽车在振动过程中的能量，这就造成了能量的浪费。

众所周知，在经过不平的路面时，汽车车身会发生振动，并且路面越不平稳，汽车振动的越厉害。通常情况下，振动的能量会以减震器内部机油摩擦生热而损耗，如果能将汽车振动作用在减震器上的能量加以回收再利用，为汽车的其他电器提供能量，已达到节能的目的。

外国学者Browne.A和Hamburg.J在1986年就已经发现，一辆轿车以13.4m/s(30mph)的速度在相对不平整的路面上行驶时，每个减振器的能耗功率较高，具有能量回收的意义，减振器耗能的多少主要与路面不平度、车速及汽车质量相关。

1.3国内外发展现状及趋势

1.3.1国外发展现状

早在上世纪90年代，国外许多著名的专家学者就开始对能量可回收的减震器进行研究。虽然已经研究出相关的成果，但是这些成果还不成熟，还不能满足目前商业化的要求，不能推向市场。

美国塔夫斯大学的科学家正在开发一种能够回收能量的减震器，它可以通过减震器筒内的线圈与磁体的相对运动产生电能并向电池组充电。该系统可以与其它能量采集或再生装置配合使用，如制动力回收系统和太阳能电池板等，共同提高车辆的能效。该技术的研发由塔夫斯大学工程学院名誉教授Ronald Goldner及其同事Peter Zerigian 牵头，研发过程得到了美国阿贡国家实验室（ANL）的支持，能量回收减震器有望于年内在一批电动货运车上试用。Wendel提出了将能量再生系统运用于车辆悬架系统，并且讨论了可能的实现方案。Saito研究了将振动能量转化为电能存储于蓄电池的方法。Hsu通过仿真发现车辆在高速道路上以96km/h车速行驶时，平均每车轮上实际可回收100W的振动能量，相当于驱动GM Impact（Wyczalek，1991）行驶所需能量的5%。Harada等人利用直线直流电机作为一个阻尼器，再生了汽车的振动能量。Kim 和Okada利用脉宽调节升压斩波器实现了直流电机在低速中将振动能量转化为电能存储在电容器中，提高了振动能量再生效率。

1.3.2国内发展趋势

目前国内公开了一种回收悬挂减震器能量为新能源汽车充电的发电装置，涉及新能源汽车领域，该发电装置安装在汽车的减震器内，包括随汽车颠簸振动而上下运动的滚珠丝杠、发电机、与滚珠丝杠下部相连随滚珠丝杠上下运动的阻尼活塞组件、以及固定在减震器外壳内底部且与滚珠丝杠底部相连的丝杠导向轴套。上述发明在不增加能源消耗的基础上，将车辆行驶过程的闲置机械能转化为电能，使新能源汽车在行车过程中能够随时持续充电，延长新能源汽车到站充电的行驶里程，实现高效节能，同时为新能源汽车的进一步普及创造了条件。目前，国内从事减震器能量回收研究的专家相对还比较少。大多都停留在理论分析的阶段，进行实际实验的研究成果比较少。

何仁教授针对不同的结构方案，对馈能悬架的工作原理及其评价指标进行了详