本發(fā)明涉及新能源電動汽車領(lǐng)域，如純電動汽車、混合動力汽車的研究領(lǐng)域，具體涉及一種電動汽車利用懸架振動能量的自給式充電系統(tǒng)和控制方法。

背景技術(shù)：

汽車在道路上行駛時，路面的不平度和頻繁地加減速等駕駛行為會導致汽車簧載質(zhì)量與非簧載質(zhì)量產(chǎn)生相對位移，而由此引起的振動能量可以被利用。傳統(tǒng)懸架由于被動減振器的存在這部分振動能量都以熱能的形式散發(fā)掉了，如果能將這部分能量進行有效的回收和利用，提供給車上的電器設(shè)備使用，能在很大程度上減小汽車燃油消耗，同時也具有節(jié)能環(huán)保的意義。

關(guān)于提高電動汽車的續(xù)航里程一直是各國研究機構(gòu)發(fā)展電動汽車亟需解決的關(guān)鍵技術(shù)。而如果能將懸架振動能量回收，轉(zhuǎn)換成電能以供電動汽車驅(qū)動電機以及車上用電設(shè)備利用，將很大程度上減少動力電池的用電量，無形中增加了電動汽車的續(xù)航里程。

目前應用直線電機作為作動器的結(jié)構(gòu)引起了國內(nèi)外許多學者的關(guān)注，但是目前直線電機式饋能懸架存在著成本昂貴、可提供作動力小、發(fā)電效率不高等問題，如果選用高性能的直線電機，將會由于成本過高而不利于推廣，由此導致長期以來車用直線電機的使用僅停留在研究實驗階段而很難運用到實際車輛生產(chǎn)中。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對上述問題提供一種結(jié)構(gòu)簡單、技術(shù)性能可靠、成本較低，極易推廣的電動汽車利用懸架振動能量的自給式充電系統(tǒng)和控制方法，直接應用于電動汽車懸架振動能量的回收及動力電池電源的供給。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種電動汽車利用懸架振動能量的自給式充電系統(tǒng)，包括汽車懸架振動能量轉(zhuǎn)換液壓能單元、發(fā)電機驅(qū)動單元和充電單元；

所述汽車懸架振動能量轉(zhuǎn)換液壓能單元主要包括柱塞泵和蓄能器；所述柱塞泵包括柱塞桿和柱塞體；所述柱塞桿的一端位于柱塞體內(nèi)，所述柱塞體的左下方設(shè)有進油閥，右下方設(shè)有出油閥，所述柱塞體的內(nèi)腔設(shè)有緩沖彈簧；所述柱塞桿通過上吊耳銷與電動汽車懸架上部車身部件連接，柱塞體通過下吊耳銷與車輪部件連接；所述進油閥通過管道與油箱連接；所述出油閥通過管道與蓄能器連接，且出油閥與蓄能器連接的管道上裝有單向閥；

所述發(fā)電機驅(qū)動單元包括液壓馬達、永磁同步發(fā)電機、調(diào)速閥和調(diào)壓閥；所述液壓馬達通過聯(lián)軸器與永磁同步發(fā)電機連接；所述調(diào)壓閥通過管道一端與蓄能器連接，另一端與液壓馬達連接；所述調(diào)速閥通過管道一端與液壓馬達連接，另一端與油箱連接；

所述充電單元包括充電模塊和動力電池；所述充電模塊包括電壓調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器和自動斷路器，所述充電模塊通過線路一端與永磁同步發(fā)電機的電源連接，另一端與動力電池連接。

上述方案中，所述柱塞桿在中間外圓上設(shè)置了三道環(huán)槽，上下二道各裝了一只y型油封，兩只y型油封之間的中間一道裝有一只耐磨環(huán)。

上述方案中，所述的出油閥與單向閥之間的管道上設(shè)有與油箱連接的溢流閥。

上述方案中，所述充電模塊根據(jù)電動汽車能源管理系統(tǒng)的指令自動調(diào)節(jié)電源的電壓、電流與動力電池相匹配，當動力電池電量滿載時，自動斷路器將線路斷開。

上述方案中，所述動力電池選用鋰離子蓄電池。

一種根據(jù)所述的電動汽車利用懸架振動能量的自給式充電系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

s1、懸架振動能量的回收及液壓能轉(zhuǎn)換：當汽車在行駛時由于路面不平和汽車頻繁地加減速導致了汽車懸架簧載質(zhì)量和非簧載質(zhì)量之間的相對運動，使柱塞桿與柱塞泵之間也發(fā)生相對運動，當柱塞桿向上運動時，柱塞桿下端面與柱塞體內(nèi)腔形成的空間增大，這時油箱內(nèi)液壓油在大氣壓的作用下頂開進油閥，而被吸入到柱塞體的內(nèi)腔，當柱塞桿向下運動時，柱塞體內(nèi)腔空間逐漸變小，而壓力逐漸增大，當壓力達到一定值時，壓力油頂開出油閥，壓力油將不斷地輸入到蓄能器中；

s2、液壓能轉(zhuǎn)換電能：從蓄能器流出的液壓油通過調(diào)壓閥輸入到液壓馬達，并驅(qū)動液壓馬達旋轉(zhuǎn)，液壓馬達的輸出軸通過聯(lián)軸器帶動同一軸線上的永磁同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子軸旋轉(zhuǎn)，使發(fā)電機產(chǎn)生電能；

s3、動力電池的充電：永磁同步發(fā)電機產(chǎn)生的電能通過電線輸入到充電模塊，充電模塊根據(jù)電動汽車能量管理系統(tǒng)單元的指令，自動調(diào)節(jié)輸入的電流、電壓，使其與動力電池的電流、電壓等技術(shù)參數(shù)匹配，并輸入到動力電池，對動力電池進行充電。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1.結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠；汽車在行駛中由于路面不平度產(chǎn)生的振動直接帶動柱塞泵運動，產(chǎn)生液壓能并能轉(zhuǎn)換成電能供車載動力電池使用。

2.汽車懸架振動能量轉(zhuǎn)換液壓能單元和發(fā)電機驅(qū)動單元零部件少，制造成本低，易于推廣。

3.本懸架振動能量回收系統(tǒng)與其他汽車懸架振動能量的回收方式相比其回收效率高，可在懸架簧載質(zhì)量與非簧載質(zhì)量連接處安裝多個柱塞泵，從而提高回收能量。

4.液壓能有很大的功率密度，液壓傳動技術(shù)相比電氣傳動技術(shù)成熟、工作可靠。

5.液壓能快速轉(zhuǎn)換電能后，可連續(xù)不斷地對動力電池充電，從而增加電動汽車續(xù)航里程，提高經(jīng)濟性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實施方式的汽車懸架振動能量轉(zhuǎn)換液壓能的工作原理示意圖；

圖2為本發(fā)明一實施方式的電動汽車利用懸架振動能量自給式充電系統(tǒng)的工作原理圖。

圖中，1-車輪部件；2-油箱；3-進油閥；4-彈簧；5-柱塞桿；6-車身部件；7-上吊耳銷；8-柱塞體；9-y型油封；10-耐磨環(huán)；11-緩沖彈簧；12-出油閥；13-下吊耳銷；14-溢流閥；15-單向閥；16-蓄能器；17-壓力表；18-調(diào)壓閥；19-永磁同步發(fā)電機；20-聯(lián)軸器；21-液壓馬達；22-調(diào)速閥；23-充電模塊；24-動力電池；25-懸架簧上質(zhì)量；26-懸架簧下質(zhì)量。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細說明，但本發(fā)明的保護范圍并不限于此。

圖1和圖2所示為本發(fā)明所述的電動汽車利用懸架振動能量自給式充電系統(tǒng)和控制方法的一種實施方式，所述電動汽車利用懸架振動能量自給式充電系統(tǒng)包括懸架振動能量轉(zhuǎn)換液壓能單元、發(fā)電機驅(qū)動單元和充電單元。

如圖1，所述汽車懸架振動能量轉(zhuǎn)換液壓能單元主要包括柱塞泵和蓄能器16。所述柱塞泵包括柱塞桿5和柱塞體8；所述柱塞桿5的一端位于柱塞體8內(nèi)；為了有效地控制液壓油的輸入和輸出，所述的柱塞體8的左下方設(shè)有進油閥3，右下方設(shè)有出油閥12；為了保證柱塞桿5的運動平穩(wěn)性，所述柱塞體8的內(nèi)腔設(shè)有緩沖彈簧11，所述緩沖彈簧11的一端抵在柱塞桿5的下端，另一端抵在柱塞體8的內(nèi)腔底部，所述柱塞桿5通過上吊耳銷7與汽車懸架上部車身6部件浮動連接，柱塞體8通過下吊耳銷13與車輪部件1浮動連接；上部車身6與車輪部件之1間設(shè)有彈簧；所述進油閥3通過管道與油箱2連接；所述出油閥12通過管道與蓄能器16連接，且出油閥12與蓄能器16連接管道上裝有單向閥15，保證液壓油的單向傳遞；所述出油閥12與單向閥15之間的管道上設(shè)有與油箱連接的溢流閥14，保證管道在一定壓力下工作；所述柱塞桿5在中間外圓上設(shè)置了三道環(huán)槽，上下二道各裝有一只y型油封9，中間一道裝有一只耐磨環(huán)10，保證柱塞桿5在柱塞體8孔內(nèi)的準確導向；壓力表17通過管道與蓄能器16連接，用來檢測蓄能器16油液的壓力。

如圖2，所述發(fā)電機驅(qū)動單元包括液壓馬達21、聯(lián)軸器20、永磁同步發(fā)電機19、調(diào)速閥22、調(diào)壓閥18；所述液壓馬達21通過聯(lián)軸器20與永磁同步發(fā)電機19連接；所述調(diào)壓閥18通過管道一端與蓄能器16連接，另一端與液壓馬達21連接；所述調(diào)速閥18通過管道一端與液壓馬達21連接，另一端與油箱2連接。

如圖2，所述充電單元包括充電模塊23和動力電池24。所述充電模塊23主要包括電壓調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器和自動斷路器組成，充電模塊23根據(jù)電動汽車能源管理系統(tǒng)的指令自動調(diào)節(jié)電壓與電流，與動力電池24組相匹配，當動力電池24容量滿載時，自動斷路器將電流斷開，所述的動力電池24一般選用鋰離子蓄電池。

本發(fā)明還提供一種根據(jù)所述電動汽車利用懸架振動能量自給式充電系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

s1：懸架振動能量的回收及液壓能轉(zhuǎn)換過程：

在汽車懸架簧上質(zhì)量25即車身部件6通過上吊耳銷7連接一柱塞泵的柱塞桿5；在懸架簧下質(zhì)量26即車輪部件1通過下吊耳銷13連接一柱塞體8，當汽車在行駛時由于路面不平和汽車頻繁地加減速導致了汽車懸架簧載質(zhì)量和非簧載質(zhì)量之間的相對運動，使柱塞桿5與柱塞泵之間也發(fā)生相對運動，當柱塞桿5向上運動時，柱塞桿5下端面與柱塞體8內(nèi)腔形成的空間增大，由于此時柱塞體8下部左側(cè)的進油閥3和右側(cè)的出油閥12都是關(guān)閉的，因此密封的柱塞泵內(nèi)腔局部空間形成了一定的真空，這時油箱2內(nèi)的液壓油在大氣壓的作用下頂開進油閥3，而被吸入到柱塞體8的內(nèi)腔，當柱塞桿5向下運動時，柱塞體8內(nèi)腔空間逐漸變小，而壓力逐漸變大，當壓力達到一定時，壓力油頂開出油閥3，壓力油將不斷地輸入到蓄能器16中，如此汽車懸架的振動能量通過柱塞泵轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗埽鴥Υ嬖谛钅芷?6中。液壓系統(tǒng)的壓力可通過溢流閥14調(diào)整，當壓力高于溢流閥14設(shè)定壓力時溢流閥14打開，液壓油排入油箱2。

s2：液壓能轉(zhuǎn)換電能過程：

從蓄能器16流出的液壓能通過調(diào)壓閥18輸入到液壓馬達21，并驅(qū)動液壓馬達21旋轉(zhuǎn)，液壓馬達21的輸出軸通過聯(lián)軸器20帶動同一軸線上的永磁同步發(fā)電機19轉(zhuǎn)子軸旋轉(zhuǎn)，使發(fā)電機產(chǎn)生電能。從蓄能器16輸出的液壓能經(jīng)過調(diào)壓閥18可進行壓力調(diào)控，確保蓄能器16的液壓油充滿，并且只有當液壓油達到一定壓力時調(diào)壓閥18才會打開，保證流經(jīng)液壓馬達21的液壓油具有相當?shù)膲毫土魉?，從而保障液壓馬達21旋轉(zhuǎn)的連續(xù)性。液壓馬達21的轉(zhuǎn)速可通過調(diào)節(jié)調(diào)速閥22的回流流量來控制，并最后流入油箱2。

s3：動力電池的充電過程

永磁同步發(fā)電機19產(chǎn)生的電能通過電線輸入到充電模塊23，充電模塊23根據(jù)電動汽車能源管理系統(tǒng)單元的指令，自動調(diào)節(jié)輸入的電流值與電壓值，使之與動力電池的額定電流與額定電壓等技術(shù)參數(shù)選配，并輸入到動力電池24，對動力電池24進行充電。

通過上述電動汽車懸架在行駛過程中產(chǎn)生的振動，帶動柱塞泵運動并使振動能量轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗?，從而回收振動能量；又通過液壓馬達21帶動永磁同步發(fā)電機19旋轉(zhuǎn)并發(fā)電，并使電能儲存在動力電池24中。此系統(tǒng)在具備了高可靠性、低成本的同時，高效地回收了懸架振動能量，并以電能的形式儲存在動力電池中，對解決電動汽車續(xù)航里程的關(guān)鍵問題有重要意義，并在一定程度上提高了車輛的經(jīng)濟性。

應當理解，雖然本說明書是按照各個實施例描述的，但并非每個實施例僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。

上文所列出的一系列的詳細說明僅僅是針對本發(fā)明的可行性實施例的具體說明，它們并非用以限制本發(fā)明的保護范圍，凡未脫離本發(fā)明技藝精神所作的等效實施例或變更均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。