用于交通工具中利用剎車過程來回收能量的能量回收系統(tǒng)及能量回收方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種用于交通工具中利用剎車過程來回收能量的能量回收系統(tǒng)及能量回收方法，其中能量回收系統(tǒng)包括車輛以及設置在車輛上用于制動的機械剎車，在所述車輛上還設置有一風車室，該風車室包括一入風口，在該入風口設置有一風車室門，在所述風車室內設置有一風力機，該風力機通過一風力發(fā)電機與設置在所述車輛上的蓄電池連接，在所述車輛上還包括一系統(tǒng)總控制器和一風車室門執(zhí)行機構，所述系統(tǒng)總控制器根據(jù)所述機械剎車的輸出信號控制所述風車室門執(zhí)行機構用于調節(jié)所述風車室門的開度大小。本發(fā)明新增的吸能風阻剎車也是能量回收的部分，既能提高剎車性能，也能回收能量。
【專利說明】
用于交通工具中利用剎車過程來回收能量的能量回收系統(tǒng)及能量回收方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及了一種用于交通工具中利用剎車過程來回收能量的系統(tǒng)及方法。
【背景技術】
[0002]在高速行駛的汽車、列車等其他交通工具設備周圍，會產生風速較強的相對氣流。不少人提出利用加裝風力機來吸收這部分風能進而來發(fā)電的構想。可是，這是不可行的。車輛行進方向與風向相反，車輛行駛消耗能量才會產生相應的風速。若增設風力機，雖然風力機轉動發(fā)電會吸收一定的能量，但也額外增加車輛的前進阻力，從而大大的增加車輛燃料的消耗。根據(jù)能量守恒，消耗的燃料產生的風能并不會被100%的吸收，言外之意是吸收的能量比消耗的能量要低，而且低很多。綜上所述，在交通設備上增設風力機來吸收以上形式的能量的方式是不節(jié)能的。
[0003]假設一般列車的行駛速度為120km/h，約為33.3m/s;動車高鐵的速度更是能達到300km/h，約83.3m/s，此時相對車輛產生的氣流的動能很大。無論是列車還是動車高鐵、地鐵等工具都需要進行剎車，甚至有的情況下剎車頻率很高。在車輛剎車或減速時，都是通過機械摩擦等方式來消耗車輛的額外的動能，達到制動的效果，可以說此時車輛的動能被白白浪費，而且被浪費的動能很大。如果根據(jù)能量守恒與反作用力，能設計出一種吸收這種動能，又能有效制動車輛的方法是很有意義的。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術問題是為吸收交通工具剎車或減速時損耗的能量，而提出的一種帶有風力機的回收能量的能量回收系統(tǒng)及能量回收方法。
[0005]為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是:
[0006]—種用于交通工具中利用剎車過程來回收能量的能量回收系統(tǒng)，包括車輛以及設置在車輛上用于制動的機械剎車，其特征在于:在所述車輛上還設置有一風車室，該風車室包括一入風口，在該入風口設置有一風車室門，在所述風車室內設置有一風力機，該風力機通過一風力發(fā)電機與設置在所述車輛上的蓄電池連接，在所述車輛上還包括一系統(tǒng)總控制器和一風車室門執(zhí)行機構，所述系統(tǒng)總控制器根據(jù)所述機械剎車的輸出信號控制所述風車室門執(zhí)行機構用于調節(jié)所述風車室門的開度大小。
[0007]在所述車輛內還設置有一風力機執(zhí)行機構，所述風力機設置在所述風力機執(zhí)行機構上，所述系統(tǒng)總控制器與所述風力機執(zhí)行機構連接與用于調整所述風力機伸出所述車輛與氣流接觸的位置。
[0008]在所述車輛上還設置有一引風板，所述系統(tǒng)總控制器與該引風板連接用于調整引風板出風口與所述風力機葉片最大功角方向的夾角。
[0009]所述風車室設于車尾部或車前端。
[0010]—種基于能量回收系統(tǒng)的能量回收方法，其特征在于:在系統(tǒng)控制器中接收剎車信號后，根據(jù)剎車信號與風車室門開度大小的對應關系打開風車室門至相應開度，風力機帶動風力發(fā)電機工作并將產生的電能儲存在蓄電池內，當風力機處于最大做功狀態(tài)下仍無法滿足制動要求時，系統(tǒng)控制器控制所述機械剎車同步進入機械制動；當系統(tǒng)總控制器接收到松開剎車信號時，風車室門閉合，風力機停止工作。
[0011]在系統(tǒng)控制器中接收剎車信號后，風力機執(zhí)行機構根據(jù)剎車信號與風力機所處位置的對應關系將所述風力機彈出風車室至相應的位置;在系統(tǒng)總控制器接收到松開剎車信號后，風力機執(zhí)行機構將所述風力機位置調整到風車室門內。
[0012]本發(fā)明用于交通工具中利用剎車過程來回收能量的整個系統(tǒng)，由機械剎車、系統(tǒng)總控制器、風力機執(zhí)行機構、風力發(fā)電機、風車室門、風車室門執(zhí)行機構、風力機、風車室、蓄電池和車輛組成?？刂品椒ㄓ蓛蓚€部分組成，一部分為傳統(tǒng)的機械剎車，另一部分為新增的吸能風阻剎車，其中風阻剎車部分也是能量回收的部分。以機械剎車的剎車深度為反饋信號，系統(tǒng)總控制器來控制風車室門執(zhí)行機構和風力機執(zhí)行機構，使機械剎車與風阻剎車協(xié)同動作。
[0013]在車輛上暗裝吸收風能的風力機，風力機結構可根據(jù)設計而選用阻力式或升力式。風力機設置在風車室內，當車輛啟動、加速、勻速以及滑行的過程中，風力機隱藏在風車室內，無氣流通過風力機。風車室的外體與車身整體成一體，具有流線型。此時，車輛與傳統(tǒng)的車輛一樣，不受外界阻力影響。當車輛剎車時，風車室門打開，風力機通過控制，部分或整體暴露于車輛周圍氣流。氣流在流經該部分風力機時，其風能被風力機吸收，吸收的風能通過風力發(fā)電機轉化為電能，儲存于蓄電池中，可用于車載照明或為車輛行駛補充能量。此夕卜，氣流通過風力機時，沿氣流運動方向會對風力機產生軸向力。這軸向力反作用力就是風力機對氣流產生的風阻力，從而一定程度上起到剎車作用。
[0014]當車輛深踩剎車時，風車室被打開得更大，風力機暴露于相對氣流的部分更多，更多的風能將被吸收，同時也會產生更大的風阻力，剎車作用更好。
[0015]當風力機全部彈出后，還是不足以減速，則機械剎車全部投入制動。
[0016]當剎車系統(tǒng)松開后，風力機迅速回風車室，風車室門關閉。若再剎車，風車室再打開。
[0017]風車室設計于車輛尾部，剎車時，風車室門橫向打開，并不干擾氣流流場。
[0018]風車室設計于車輛前端，剎車時，風車門打開，風進入流道，推動風力機運行。風車室門打開的幅度控制著進入流道內氣流量的大小和風速的大小。
[0019]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的主要效果是:(I)本發(fā)明新增的吸能風阻剎車也是能量回收的部分，既能提高剎車性能，也能回收能量。(2)本發(fā)明以機械剎車的剎車深度為反饋信號，機械剎車與風阻剎車協(xié)同動作。當風阻剎車全部作用后，還是不足以減速，則機械剎車全部投入制動，使制動效果得到保證。(3)本發(fā)明回收的能量儲存于蓄電池中，可車載照明或為車輛行駛提供能量，節(jié)能環(huán)保。
【附圖說明】
[0020]圖1是風車室設計于車輛尾部，車輛非制動狀態(tài)示意圖。
[0021 ]圖2是風車室設計于車輛尾部，車輛制動狀態(tài)示意圖。
[0022]圖3是風車室設計于車輛前端示意圖。
[0023]圖4是車輛制動控制系統(tǒng)圖。
[0024]其中:機械剎車I;總系統(tǒng)控制器2;風力機執(zhí)行機構3;風力發(fā)電機4;風車室門5;風車室門執(zhí)行機構6 ；風力機7 ；風車室8;蓄電池9;車輛10。
【具體實施方式】
[0025]如圖1所示，本發(fā)明一種用于交通工具中利用剎車過程來回收能量的能量回收系統(tǒng)，其中交通工具包括汽車或列車等。本發(fā)明能量回收系統(tǒng)包括車輛10以及設置在車輛上用于制動的機械剎車I，在車輛10上還設置有一風車室8、安裝在風車室上的風車室門5、用于控制風車室門開度的風車室門執(zhí)行機構6、設置在風車室內的風力機7、與風力機連接的風力發(fā)電機4以及與風力發(fā)電機連接的蓄電池9。車輛10內還設置有一系統(tǒng)總控制器I，系統(tǒng)總控制器I根據(jù)機械剎車I的輸出信號控制風車室門執(zhí)行機構6用于調節(jié)風車室門5的開度大小。
[0026]風車室8設計于車輛尾部，風力機7通過風力機執(zhí)行機構3可活動的安裝在風車室8內。車輛10非制動狀態(tài)。此時風車室門5關閉，風力機不工作。風車室8外部與車體10渾然一體成流線，不影響車輛的運行。
[0027]如圖2所示，風車室8設計于車輛尾部，在車輛周圍產生較高速度的氣流。當車輛10的機械剎車I動作時，風車室門5橫向打開，避免干擾氣流流場。風力機7通過風力機執(zhí)行機構3的控制，使其部分暴露于車輛周圍氣流。氣流在流經風力機7時，其風能被風力機7吸收，吸收的風能通過風力發(fā)電機4轉化為電能，儲存于蓄電池9中，為車輛行駛補充能量。氣流通過風力機7，會產生沿氣流運動方向的軸向力。根據(jù)反作用力，風力機7對氣流產生風阻力增大，在一定程度上起到輔助剎車的作用。當車輛深踩機械剎車I時，風車室門5被打開的更大，風力機7暴露于相對氣流的部分也更多，被吸收的風能會更多，同時也會產生更大的風阻力，起到更好的輔助剎車作用。當機械剎車I松開后，風力機7迅速回風車室8，風車室門5關閉。若再剎車，風車室門5再打開。
[0028]如圖3所示，風車室8設計于車輛10前端。風力機7固定在風車室8內。當車輛10的機械剎車I動作時，風車室門7打開，風進入風車室8，推動風力機7運行。氣流在流經風力機7時，其風能被風力機7吸收，吸收的風能最終轉化為電能。當車輛深踩機械剎車I時，風車室門5被打開的更大，流經風力機的相對氣流就會更多，有更多被吸收的風能通過風力發(fā)電機4轉化為電能，儲存在蓄電池，可用于車載照明。同時，風力機7對氣流產生的風阻力，使輔助剎車效果更好。當剎車系統(tǒng)I松開后，置于車輛前端的風車室門5迅速關閉，風力機7也停止運行。若再剎車，風車室門5再打開。
[0029]如圖4所示，車輛制動控制系統(tǒng)圖。根據(jù)機械剎車I的剎車狀態(tài)，可簡要分為①剎車、②松開剎車。總系統(tǒng)控制器2開始監(jiān)測車輛1的運行狀態(tài)。當監(jiān)測到機械剎車的①剎車狀態(tài)和風力機7沒有100%彈出，就讓風車室門執(zhí)行機構6開啟，打開風室門10，風力機執(zhí)行機構3動作，彈出風力機7。接著監(jiān)測車輛10速度以決定下一步剎車動作。若速度未達到預期，則下一步剎車動作為①剎車?？傁到y(tǒng)控制器2繼續(xù)監(jiān)測風力機是否100%彈出，若仍沒有，說明風力機7仍然可作為剎車輔助裝置，風車室門執(zhí)行機構6進一步開啟，繼續(xù)打開風車室門5，風力機執(zhí)行機構3繼續(xù)動作，加大彈出風力機7程度。這時若仍未達到車輛預期速度，即繼續(xù)執(zhí)行剎車系統(tǒng)動作的①剎車。此時，若總系統(tǒng)控制器2監(jiān)測到風力機已經100%彈出，則直接返回剎車系統(tǒng)。當制動結束，車輛10剎車系統(tǒng)動作的②松開剎車信號被總系統(tǒng)控制器2監(jiān)測到，風力機7彈回風車室內，風車室門執(zhí)行機構6關閉風車室門5。
【主權項】
1.一種用于交通工具中利用剎車過程來回收能量的能量回收系統(tǒng)，包括車輛以及設置在車輛上用于制動的機械剎車，其特征在于:在所述車輛上還設置有一風車室，該風車室包括一入風口，在該入風口設置有一風車室門，在所述風車室內設置有一風力機，該風力機通過一風力發(fā)電機與設置在所述車輛上的蓄電池連接，在所述車輛上還包括一系統(tǒng)總控制器和一風車室門執(zhí)行機構，所述系統(tǒng)總控制器根據(jù)所述機械剎車的輸出信號控制所述風車室門執(zhí)行機構用于調節(jié)所述風車室門的開度大小。2.根據(jù)權利要求1所述的能量回收系統(tǒng)，其特征在于:在所述車輛內還設置有一風力機執(zhí)行機構，所述風力機設置在所述風力機執(zhí)行機構上，所述系統(tǒng)總控制器與所述風力機執(zhí)行機構連接與用于調整所述風力機伸出所述車輛與氣流接觸的位置。3.根據(jù)權利要求1所述的能量回收系統(tǒng)，其特征在于:在所述車輛上還設置有一引風板，所述系統(tǒng)總控制器與該引風板連接用于調整引風板出風口與所述風力機葉片最大功角方向的夾角。4.根據(jù)權利要求1所述的能量回收系統(tǒng)，其特征在于:所述風車室設于車尾部或車前端。5.—種基于權利要求1所述能量回收系統(tǒng)的能量回收方法，其特征在于:在系統(tǒng)控制器中接收剎車信號后，根據(jù)剎車信號與風車室門開度大小的對應關系打開風車室門至相應開度，風力機帶動風力發(fā)電機工作并將產生的電能儲存在蓄電池內，當風力機處于最大做功狀態(tài)下仍無法滿足制動要求時，系統(tǒng)控制器控制所述機械剎車同步進入機械制動；當系統(tǒng)總控制器接收到松開剎車信號時，風車室門閉合，風力機停止工作。6.根據(jù)權利要求5所述的能量回收方法，其特征在于:在系統(tǒng)控制器中接收剎車信號后，風力機執(zhí)行機構根據(jù)剎車信號與風力機所處位置的對應關系將所述風力機彈出風車室至相應的位置;在系統(tǒng)總控制器接收到松開剎車信號后，風力機執(zhí)行機構將所述風力機位置調整到風車室門內。
【文檔編號】B60T1/16GK106089584SQ201610621815
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月29日 公開號201610621815.0, CN 106089584 A, CN 106089584A, CN 201610621815, CN-A-106089584, CN106089584 A, CN106089584A, CN201610621815, CN201610621815.0
【發(fā)明人】趙振宙
【申請人】河海大學