CN102536716A - 一种利用电动汽车簧上车身频率激励实现动能发电的方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种利用电动汽车悬架或板簧上的簧上车身频率激励实现动能发电的方法，涉及一种电动汽车动能发电领域。具体是，电动汽车平稳行驶时，由路面起伏形成的动能利用车载重物箱垂直动能发电装置，不足以明显驱动机械传动机构连续做功使发电机发电。而利用电动汽车平稳行驶时，悬架或板簧上的簧上车身震动频率激励与之具有相同或相近固有频率的，设置于簧上车身带有弹簧的中空托板车载重物箱，使中空托板车载重物箱实现受迫的共振或有效震动而产生动能，并利用车载重物箱垂直动能发电装置使发电机发电，比电动汽车制动时的动能回收利用方式，动能利用效率大为提高。

Description

一种利用电动汽车簧上车身频率激励实现动能发电的方法

 

技术领域

本发明是涉及一种电动汽车动能发电领域，具体地说属于，一种电动汽车平稳行驶时，利用电动汽车悬架或板簧上的簧上车身的震动频率激励设置于簧上车身上的，下有支撑弹簧上有拉簧的，被设计为具有相同或相近固有频率的中空托板车载重物箱，使中空托板车载重物箱实现受迫的共振或有效震动而产生动能，并利用电动汽车行驶过程中车载重物箱垂直动能发电装置，使发电机发电的方法。 

背景技术

目前，公知的利用汽车动能发电的方法是刹车制动时的动能回收，其产生的电能效率很低。电动汽车行驶时所具有的动能，在路面平缓环境下，因路面起伏形成的垂直分速度所产生的动能利用电动汽车行驶过程中车载重物箱垂直动能发电装置，不足以明显驱动机械传动机构连续做功使发电机发电。如何有效利用电动汽车平稳行驶时的动能，将其转换为电动汽车平稳行驶过程中，可以全程连续回收利用的电能，就显得尤其重要，本发明目的在于提高电动汽车平稳行驶过程中的动能发电效率而提供一种方法。 

发明内容

本发明目的是提供一种方法，提高电动汽车平稳行驶过程中的动能发电效率。在电动汽车行驶过程的车载重物箱垂直动能发电装置中，车载重物箱是设置在中空托板之上，通过压簧支撑或拉簧悬吊在垂直方向构成弹性系统的，由车厢顶底板间的垂直立柱光轴通过直线轴承穿孔，相对于车底板水平方向不可移动，仅可以随支撑弹簧和悬吊拉簧的压缩和回弹而上下震动，固定容纳有重物的载物箱。 

在对应中空托板开口处位置，设置有驱动发电机发电的主动传动中心轴并通过轴座支撑架与车底板固定，中空托板开口形状和尺寸在其下落时，可以使相对固定在车底板上方的支撑架上的主动传动中心轴的轴座及主动传动中心轴上设置的主动链轮无障碍通过。在主动传动中心轴上设置有主动链轮盘及两个内套有顺时针扭力单向轴承的齿轮，单向轴承内圈与主动传动中心轴由键销紧密固定，单向轴承外圈与齿轮内圈由键销紧密固定，在中空托板开口相对面的边缘处的垂直支撑架上通过螺栓将调整垂直度及缓冲作用的弹簧与两个直齿条间接紧固，如此，两个直齿条位置就处于主动传动中心轴两侧，并分别处于与两个内套有顺时针扭力单向轴承齿轮的啮合状态，当具有垂直动能的车载重物箱直接向下作用于中空托板，带动两个直齿条随中空托板同时下降时，主动传动中心轴一侧的直齿条使内套有顺时针扭力单向轴承的齿轮受顺时针扭力转动，并通过顺时针扭力单向轴承带动主动传动中心轴顺时针转动，与此同时，主动传动中心轴另一侧的直齿条也同时随中空托板下降，带动其对应啮合的内套有顺时针扭力单向轴承的齿轮逆时针方向转动，此时，被逆时针方向带动转动的单向轴承对主动传动中心轴不产生逆时针方向的扭力，之后，当支撑弹簧被压缩后回弹以及悬吊拉簧拉伸后回弹时，中空托板带动两个直齿条上升，使这两个套有顺时针扭力单向轴承的齿轮转动方向发生反方向改变，进而使对主动传动中心轴产生顺时针扭力作用的单向轴承发生了角色的互换，如此，中空托板车载重物箱在弹簧的作用下所产生的震动的动能，使得主动传动中心轴顺时针方向连续转动做功，并通过主动传动中心轴上设置的主动链轮盘由链条带动同样固定在车底板上的从动传动中心轴和从动链轮盘的转动。其中一个固定连接直齿条的中空托板支撑架设置为与齿轮啮合的电动可调的，可在中空托板上移动的离合状态，提高平坦路面状况下中空托板重物箱较小震动动能的利用效率。 

从动传动中心轴的轴座与增速器和发电机都固定在车底板上，处于同一轴线位置，形成一个相对固定的整体，从动传动中心轴与增速器输入轴同轴，增速器输出轴与发电机转子轴同轴，当具有垂直震动动能的车载重物箱对机械传动机构做功时，也就实现了动能回收使发电机发电的目的。如此，中空托板车载重物箱与支撑弹簧和悬吊拉簧，机械传动机构，增速机，发电机共同构成电动汽车行驶过程中车载重物箱垂直动能发电装置。 

将电动汽车的悬架或板簧与簧上车身看成一个主系统，则电动汽车的簧上车身可以通过公式计算或频率传感仪测量确定其固有频率。依据扭矩测量仪可知道使发电机发电的机械传动机构的主动传动中心轴转动的启动扭矩，中空托板重物箱以直齿条作为使主动传动中心轴转动的作用力驱动位置，直齿条与主动传动中心轴的距离为力臂，中空托板重物箱重量与此力臂之积构成的扭矩应大于使发电机发电的机械传动机构的主动传动中心轴转动的启动扭矩。 

将中空托板车载重物箱与电动汽车簧上车身车底板上的支撑弹簧和车顶板上的悬吊拉簧，看成一个相对于电动汽车悬架或板簧与簧上车身所构成弹性主系统的对应弹性子系统。电动汽车簧上车身上面，由于乘员或载物的变化使得包括车载重物箱垂直动能发电装置重量的簧上车身的重量也发生相应改变，使电动汽车簧上车身的固有频率与中空托板车载重物箱也具有相近的可能。按照该子系统的中空托板车载重物箱的固有频率与电动汽车簧上车身固有频率相同或相近的设定以及中空托板车载重物箱的重量，通过弹性系统固有频率计算公式就可以计算出能够使与中空托板车载重物箱构成弹性子系统的弹簧所应具有的刚度。连接中空托板车载重物箱的弹簧数量和位置的设定，应保持仅以垂直方向受力，和水平方向均衡的设置，弹簧载荷是根据中空托板车载重物箱的总重量和弹簧数量计算的。依据电动汽车颠簸行驶时和共振时的弹簧变形量，通过缓冲装置设定中空托板距离车底板的极限高度，防止对发电机的触碰。在确定了弹簧的载荷重量和刚度的情况下，通过对弹簧的线径，节距，外径等参数综合的计算，即可设计出能够使中空托板车载重物箱与电动汽车簧上车身具有相同或相近固有频率的弹簧。电动轿车，客车，货车的簧上车身的固有频率在0.5赫兹至2.5赫兹的范围之内。 

当电动汽车平稳行驶时，电动汽车簧上车身的震动频率作为主动频率，激励着具有相同或相近固有频率的中空托板车载重物箱发生受迫的共振或有效震动，所产生的动能利用电动汽车行驶过程中车载重物箱垂直动能发电装置，使发电机发电，比电动汽车制动时的动能回收利用方式，动能利用效率大为提高。 

将电动汽车簧上车身或中空托板车载重物箱看成一个在弹性悬架或弹簧上作单自由度振动的质量时，其固有频率f₀为 

$f_0=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{g^C}{G}},$ Hz 

式中：C-悬架或弹簧刚度，N/mm；； 

G-悬挂重力或中空托板车载重物箱有效载荷，N； 

g-重力加速度，g＝9810mm/s²； 

附图说明：

图1是车载重物箱垂直动能发电装置装配图 

图2是车载重物箱垂直动能发生装置装配图 

图3是机械传动发电结构图 

图4是车载重物箱垂直动能发电装置结构图 

图5是支撑架与齿条及齿轮与单向轴承结构图 

具体实施方式

在电动汽车行驶过程的车载重物箱垂直动能发电装置图4中，车载重物箱是设置在中空托板4之上，通过托板支撑弹簧2支撑或悬吊拉簧29悬吊，在垂直方向构成弹性系统的，由车厢顶26底25板间的定位立柱光轴1通过直线轴承24穿孔，相对于车底板25水平方向不可移动，仅可以随支撑弹簧2和悬吊拉簧29的压缩和回弹而上下震动，固定容纳有重物的载物箱。 

在对应中空托板开口处位置，设置有驱动发电机28发电的主动传动中心轴18并通过轴座支撑架20与车底板25固定，中空托板4开口形状和尺寸在其下落时，可以使相对固定在车底板25上方的支撑架20上的主动传动中心轴18的轴座22及主动传动中心轴18上设置的主动链轮11无障碍通过。在主动传动中心轴18上设置有主动链轮盘11及两个内套有顺时针扭力单向轴承14和15的齿轮9和10，单向轴承14和15的内圈与主动传动中心轴18由键销16紧密固定，单向轴承14和15的外圈与齿轮9和10内圈由键销17紧密固定，在中空托板4开口相对面的边缘处的垂直支撑架20上通过螺栓27将调整垂直度及缓冲作用的弹簧5与两个直齿条7和8间接紧固，如此，两个直齿条7和8位置就处于主动传动中心轴18两侧，并分别处于与两个内套有顺时针扭力单向轴承14和15的齿轮9和10的啮合状态，当具有垂直动能的车载重物箱直接向下作用于中空托板4，带动两个直齿条7和8随中空托板4同时下降时，主动传动中心轴18一侧的直齿条8使内套有顺时针扭力单向轴承14的齿轮10受顺时针扭力转动，并通过顺时针扭力单向轴承14带动主动传动中心轴18顺时针转动，与此同时，主动传动中心轴18另一侧的直齿条7也同时随中空托板4下降，带动其对应啮合的内套有顺时针扭力单向轴承15的齿轮9逆时针方向转动，此时，被逆时针方向带动转动的单向轴承15对主动传动中心轴18不产生逆时针方向的扭力，之后，当支撑弹簧2被压缩后回弹以及悬吊拉簧29拉伸后回弹时，中空托板4带动两个直齿条7和8上升，使这两个套有顺时针扭力单向轴承14和15的齿轮9和10转动方向发生反方向改变，进而使对主动传动中心轴18产生顺时针扭力作用的单向轴承14和15发生了角色的互换，如此，中空托板4车载重物箱在弹簧2和29的作用下所产生的震动的动能，使得主动传动中心轴18顺时针方向连续转动做功，并通过主动传动中心轴18上设置的主动链轮盘11由链条13带动同样固定在车底板25上的从动传动中心轴19和从动链轮盘12的转动。其中一个固定连接直齿条7或8的中空托板支撑架20设置为与齿轮9或10啮合的电动可调的，可在中空托板4上移动的离合状态，提高平坦路面状况下中空托板重物箱较小震动动能的利用效率。从动传动中心轴19的轴座21与增速器27和发电机28都固定在车底板25上，处于同一轴线位置，形成一个相对固定的整体，从动传动中心轴19与增速器27输入轴同轴，增速器27输出轴与发电机28转子轴同轴，当具有垂直震动动能的车载重物箱对机械传动机构图3做功时，也就实现了动能回收使发电机28发电的目的。如此，中空托板4车载重物箱与支撑弹簧2和悬吊拉簧29，机械传动机构图3，增速机27，发电机28共同构成电动汽车行驶过程中车载重物箱垂直动能发电装置图4。将电动汽车的悬架或板簧与簧上车身看成一个主系统，则电动汽车的簧上车身可以通过公式计算或频率传感仪测量确定其固有频率。依据扭矩测量仪可知道使发电机28发电的机械传动机构图3的主动传动中心轴18转动的启动扭矩，中空托板4重物箱以直齿条7和8作为使主动传动中心轴18转动的作用力驱动位置，直齿条7和8与主动传动中心轴18的距离为力臂，中空托板4重物箱重量与此力臂之积构成的扭矩应大于使发电机28发电的机械传动机构图3的主动传动中心轴18转动的启动扭矩。将中空托板4车载重物箱与电动汽车簧上车身车底板上的支撑弹簧2和车顶板上的悬吊拉簧29，看成一个相对于电动汽车悬架或板簧与簧上车身所构成弹性主系统的对应弹性子系统。电动汽车簧上车身上面，由于乘员或载物的变化使得包括车载重物箱垂直动能发电装置图4重量的簧上车身的重量也发生相应改变，使电动汽车簧上车身的固有频率与中空托板4车载重物箱也具有相近的可能。按照该子系统的中空托板4车载重物箱的固有频率与电动汽车簧上车身固有频率相同或相近的设定以及中空托板4车载重物箱的重量，通过弹性系统固有频率计算公式就可以计算出能够使与中空托板4车载重物箱构成弹性子系统的弹簧所应具有的刚度。连接中空托板4车载重物箱的弹簧数量和位置的设定，应保持仅以垂直方向受力，和水平方向均衡的设置，弹簧载荷是根据中空托板车载重物箱的总重量和弹簧数量计算的。依据电动汽车颠簸行驶时和共振时的弹簧变形量，通过缓冲装置设定中 空托板4距离车底板25的极限高度，防止对发电机28的触碰。在确定了弹簧2和29的载荷重量和刚度的情况下，通过对弹簧2和29的线径，节距，外径等参数综合的计算，即可设计出能够使中空托板4车载重物箱与电动汽车簧上车身具有相同或相近固有频率的弹簧2和29。电动轿车，客车，货车的簧上车身的固有频率在0.5赫兹至2.5赫兹的范围之内。 

当电动汽车平稳行驶时，电动汽车簧上车身的震动频率作为主动频率，激励着具有相同或相近固有频率的中空托板车载重物箱发生受迫的共振或有效震动，所产生的动能利用电动汽车行驶过程中车载重物箱垂直动能发电装置图4，使发电机28发电，比电动汽车制动时的动能回收利用方式，动能利用效率大为提高。 

将电动汽车簧上车身或中空托板车载重物箱看成一个在弹性悬架或弹簧上作单自由度振动的质量时，其固有频率f₀为 

$f_0=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{g^C}{G}},$ Hz 

式中：C-悬架或弹簧刚度，N/mm；； 

G-悬挂重力或中空托板车载重物箱有效载荷，N； 

g-重力加速度，g＝9810mm/s²。 

Claims (7)

1.一种利用电动汽车簧上车身频率激励实现动能发电的方法，包括通过利用电动汽车簧上车身震动频率的传导激励，使电动汽车获得动能发电所需要的动能的方法。其特征在于：电动汽车平稳行驶时，将簧上车身震动频率作为主动传导频率，激励电动汽车簧上车身上与传动机构驱动装置接触设置的，通过弹簧在垂直方向连接构成弹性子系统的，被设计为与电动汽车簧上车身具有相同或相近固有频率的重物，使重物发生受迫的共振或有效震动同时能够驱动传动机构做功，使电动汽车获得动能发电的动能。

2.根据权利要求1所述的，一种利用电动汽车簧上车身频率激励实现动能发电的方法，使重物发生受迫的共振或有效震动。其特征在于；所述重物是指由设置有直齿条的用于驱动传动机构做功发电的重物承载平台中空托板和物体容纳箱及蓄电池等可以上下移动的物体所共同构成，通过与弹簧构成的弹性系统，作为重物的中空托板重物箱受到具有相同或相近固有频率的电动汽车簧上车身的频率激励而发生受迫的共振或有效震动。

3.根据权利要求1所述的，一种利用电动汽车簧上车身频率激励实现动能发电的方法，通过弹簧在垂直方向连接构成弹性子系统的。其特征在于：作为重物的中空托板重物箱与弹簧的连接包括了拉簧悬吊和压簧支撑方式，构成了相对于电动汽车簧上车身与悬架或板簧构成的弹性主系统的子系统。

4.根据权利要求1所述的，一种利用电动汽车簧上车身频率激励实现动能发电的方法，被设计为与电动汽车簧上车身具有相同或相近固有频率的重物，使重物发生受迫的共振或有效震动。其特征在于：与电动汽车簧上车身具有相同或相近的固有频率的设定，是使弹性子系统的中空托板重物箱发生受迫的共振或有效震动得以实现的条件，在已知中空托板重物箱重量及可以测量获得的电动汽车簧上车身固有频率设定为中空托板重物箱固有频率的基础上，通过弹性系统固有频率计算公式，计算出使中空托板重物箱发生受迫的共振或有效震动所需要的弹簧的刚度。

5.根据权利要求1所述的，一种利用电动汽车簧上车身频率激励实现动能发电的方法，激励电动汽车簧上车身上与传动机构驱动装置接触设置的。其特征在于：作为重物的中空托板重物箱，在中空托板上设置有两个垂直的直齿条，其与传动机构的主动传动中心轴上两个同向扭力的内套有单向轴承的齿轮，处于在主动传动中心轴两边相对面的位置啮合接触状态，啮合的作用力随着与弹簧连接的中空托板重物箱上下震动而呈现此有彼无的特征。

6.根据权利要求1所述的，一种利用电动汽车簧上车身频率激励实现动能发电的方法，同时能够驱动传动机构做功，使电动汽车获得动能发电的动能。其特征在于；电动汽车平稳行驶时，具有与电动汽车簧上车身相同或相近的固有频率的中空托板重物箱发生受迫的共振或有效震动的动能是可测可知的，根据中空托板重物箱震动的动能转换为下降过程的传动机构发电的机械能和能够在回弹过程驱动传动机构发电的机械能所需弹性势能的设定，对传动发电机构启动扭矩的设计是传动机构发电的机械能为中空托板重物箱震动动能的二分之一以下。

7.根据权利要求5所述的，作为重物的中空托板重物箱，在中空托板上设置有两个垂直的直齿条，其与传动机构的主动传动中心轴上两个同向扭力的内套有单向轴承的齿轮，处于在主动传动中心轴两边相对面的位置啮合接触状态。其特征在于：其中一个固定连接直齿条的中空托板支撑架设置为与齿轮啮合的电动可调的，可在中空托板上移动的离合状态，提高平坦路面状况下中空托板重物箱较小震动动能的利用效率。

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