本發(fā)明一種卡曼壓電式懸架饋能裝置，屬于汽車節(jié)能減排的技術(shù)領(lǐng)域。

技術(shù)背景

懸架是車架與車橋(或車輪)之間一切傳力裝置的總稱，汽車在運動過程中，流動的空氣會縱向流過汽車的上下表面，而這其中也包括懸架，這部分由于空氣流動而產(chǎn)生的能量一直被當(dāng)作汽車行駛阻力，目前，從減小汽車風(fēng)阻系數(shù)的角度來減小行駛阻力從而實現(xiàn)降低油耗的技術(shù)較多，而本發(fā)明的思想則是在不改變風(fēng)阻的前提下，對這部分氣流能量進(jìn)行回收。

卡曼(渦街)原理是在1911年由德國科學(xué)家卡曼從空氣動力學(xué)的觀點中找到的這種渦旋穩(wěn)定性的理論依據(jù)，渦街的每個單渦旋的頻率與繞流速度成正比，與圓柱體直徑成反比。渦街的出現(xiàn)與否與雷諾數(shù)有關(guān)，當(dāng)雷諾數(shù)大于3×10⁶時，交替的渦街會出現(xiàn)。當(dāng)出現(xiàn)渦街時，流體對物體會產(chǎn)生一個周期性的交變橫向作用力。

因此，可以利用該交變力，作用在壓電陶瓷上以產(chǎn)生交變的電壓，進(jìn)而實現(xiàn)能量的回收和存儲。目前，通過空氣渦旋來回收懸架能量的技術(shù)還處于探索階段，所發(fā)明的這種實用化饋能裝置有著重要的節(jié)能意義和廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：針對汽車行駛過程中懸架減振器處的空氣渦旋，設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單可靠、附加重量小的機構(gòu)，能夠回收較多的渦旋尾流能量；解決懸架運動以及汽車底盤的其他運動部件如車輪等對空氣渦旋的干擾問題，保持充電電壓的穩(wěn)定。

本發(fā)明解決該技術(shù)問題所采取的方案是：采用一種懸臂梁結(jié)構(gòu)，將懸臂梁通過懸臂梁接頭和固定螺栓固定在減振器的合適位置，懸臂梁上帶有螺柱，其余的部件都以懸臂梁為基體來布置，壓電陶瓷膜片通過上下兩個螺母固定于懸臂梁上，且與懸臂梁的上端面保持有一個螺母厚度的距離。本裝置中附設(shè)有電控單元濾波器、電壓調(diào)節(jié)器及其自激勵供電器：濾波器將輸入不規(guī)律的電信號進(jìn)行過濾，使其按照規(guī)定的正弦波信號輸出；電壓調(diào)節(jié)器將輸入電壓進(jìn)行斬波和A/D轉(zhuǎn)換，使交變的數(shù)字型電壓電流信號能夠直接供用于蓄電池和車載供電網(wǎng)絡(luò)；自激勵供電器利用正壓電效應(yīng)產(chǎn)生的電動勢，結(jié)合快速充放的電容電感LC回路，實現(xiàn)對濾波器和電壓調(diào)節(jié)器的供電。濾波器、自激勵供電器和電壓調(diào)節(jié)器都以螺栓連接的方式固定于懸臂梁的螺柱上。

本技術(shù)具有如下優(yōu)勢：

1.能夠?qū)⑵囆旭傔^程中懸架所產(chǎn)生的空氣渦旋尾流能量進(jìn)行收集，轉(zhuǎn)化為電能加以回收利用。

2.部件都安裝于懸臂梁及其接頭上，拆裝方便；縱向布置可減小懸架擺動時與其它部件之間的橫向運動干涉。

3.獨立安裝的壓電陶瓷膜片，可根據(jù)車型結(jié)構(gòu)、懸架形式及最高行駛車速對膜片大小進(jìn)行合理的選擇和替換，提高了裝置的通用性和適應(yīng)性。

4.濾波器、電壓調(diào)節(jié)器的引入可降低主要的渦旋干擾因素的影響，降低了對外界環(huán)境及車輛行駛工況的要求，提高了裝置的穩(wěn)定性。

5.自激勵供電器的引入避免了濾波器和電壓調(diào)節(jié)器工作時消耗汽車蓄電池的電能，實現(xiàn)了整個裝置對汽車固有能源零消耗的目標(biāo)。

附圖說明：

圖1為卡曼壓電式懸架饋能裝置示意圖；

圖中1.減振器 2螺柱(a) 3.螺母(a) 4.壓電陶瓷膜片 5.懸臂梁 6.自激勵供電器 7.螺母(a) 8.螺柱(b) 9.濾波器 10.螺母(c) 11.固定螺栓 12.懸臂梁接頭 13.電壓調(diào)節(jié)器

圖2為懸臂梁接頭俯視圖

14.定位孔(a)15.定位孔(b)

圖3為懸臂梁接頭側(cè)視圖

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明具體實施過程作進(jìn)一步說明。

結(jié)合圖1圖2圖3所述，圖1為卡曼壓電式懸架饋能裝置示意圖，主要包括減振器1，懸臂梁5，壓電陶瓷膜片4，自激勵供電器6，濾波器9和電壓調(diào)節(jié)器13；懸臂梁下端帶有定位螺柱(b)8以方便固定濾波器9，上端帶有壓電陶瓷膜片4，壓電陶瓷膜片4利用2個螺母(a)3上下固定使其與懸臂梁5之間保持有一個螺母厚度的距離，所述優(yōu)點是保證壓電陶瓷膜片4有一定的振動幅度，在方便收集交替的渦街導(dǎo)致的交替振動的同時也使得機械能轉(zhuǎn)換為電能的效率更高，圖2圖3分別為懸臂梁接頭12的俯視圖和側(cè)視圖，懸臂梁接頭12上帶有的定位孔14、15，定位孔(a)14用于進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)器13的固定，定位孔(b)15用于將懸臂梁接頭12與懸臂梁5進(jìn)行固定，濾波器9可實現(xiàn)將產(chǎn)生的電能按照規(guī)定的電壓和頻率輸出，實現(xiàn)電壓的穩(wěn)定性，防止因不穩(wěn)定的電壓損壞蓄電池，電壓調(diào)節(jié)器13的主要作用是將濾波器9過濾后的電能調(diào)節(jié)其電壓為汽車的車載電壓，實現(xiàn)對蓄電池的充電以及汽車用電網(wǎng)絡(luò)的直接供電。自激勵供電器6的主要作用是實現(xiàn)對濾波器和電壓調(diào)節(jié)器的供電。

在汽車行駛過程中，當(dāng)流動的空氣流過近似圓柱體形狀的減振器1時，在圓柱體的背面的兩側(cè)產(chǎn)生交替旋渦且在脫離減振器后形成旋渦尾流，引起壓電陶瓷膜片4的振動，由于壓電陶瓷的正壓電效應(yīng)而產(chǎn)生電動勢，以用于電能回收。由于空氣流動的不穩(wěn)定性以及車輪旋轉(zhuǎn)、懸架擺動等產(chǎn)生影響，會造成饋能電壓不穩(wěn)定，因此在本裝置中，將壓電陶瓷膜片4的輸電線路布置在懸臂梁5下端，與濾波器9相連接，濾波器9將輸入的電壓進(jìn)行過濾，將電壓按照設(shè)定波形和頻率輸出，產(chǎn)生穩(wěn)定的交變電壓，再將穩(wěn)定的交變電壓輸入到電壓調(diào)節(jié)器13中，將電壓變?yōu)?2V的直流電壓直接輸入到蓄電池中，或者直接對汽車的用電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行供電，達(dá)到能量回收利用的效果。渦旋尾流初始產(chǎn)生時，濾波器9和電壓調(diào)節(jié)器13不工作，由自激勵供電器6利用其內(nèi)置的LC回路解決壓電電動勢不穩(wěn)定的問題，電容蓄滿電荷后再由電容為濾波器9和電壓調(diào)節(jié)器13供電，供電損耗仍由LC回路補充。

在整個能量轉(zhuǎn)化回收過程中，利用的能量源是懸架減振器處的空氣渦旋尾流，能量轉(zhuǎn)化過程依據(jù)的是正壓電效應(yīng)的原理，其壓力壓強作用方向與汽車行駛方向垂直，對汽車不會產(chǎn)生額外的空氣阻力，并且濾波器9、電壓調(diào)節(jié)器13等有源電子元器件也可利用自激勵供電器6實現(xiàn)電能自給，具有很好的節(jié)能減排意義。