一种车辆悬挂系统振动能量回收装置的制作方法

技术领域：

本发明属于机电一体化设备，主要涉及一种车辆悬挂系统振动能量回收装置，用于车辆悬挂系统振动能量的回收。

背景技术：

随着车辆全电化、数字化和信息化的发展，越来越多的车内设备需要供电和消耗能量，能源供给成为制约车辆续航的关键因素。例如，先进的主动悬挂系统可以有效衰减车体振动，大幅提高车辆的平顺性、乘坐舒适性，但要以消耗外部能量为代价。同时，车辆行驶过程中不平路面传递给车体的冲击载荷和振动能量，是车辆能耗的重要组成部分，由于缺少有效的控制和回收手段，不仅没有充分发挥这些能量的效益，而且这种振动和冲击，是造成车辆结构损坏、影响乘坐舒适性和机动性能的主要因素之一。

因此，如果能够有效回收利用那些被耗散的振动能量并加以管理和控制，不仅可以提高车辆的越野机动性能，而且可以为其提供一定的能源补充，降低车辆对外部能源的依赖性。目前，研究人员主要通过直线电机或“旋转电机+直线运动与转旋运动转换装置(如齿轮齿条、滚珠丝杠等)”将悬架相对运动的机械能转化为电能，但是由于车辆行驶路面不平度是随机变化的，电机反馈的电压也是幅值不断变化的交流电，而车辆上的用电设备和储能设备多为48v的直流电，供电需为大小相对稳定的直流电，因此电机反馈的幅值不断变化的交流电难以直接进行有效的回收利用。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明的实施提供了一种车辆悬挂系统振动能量回收装置，可将电压幅值不断变化的三相交流电转化为稳定的、能够对蓄电池充电的直流电。

本发明提供一种车辆悬挂系统振动能量回收装置，其包括：直线电机、ac-dc模块、升压降压电路、数据采集电路、直流电磁继电开关和嵌入式mcu；其中，直线电机将车辆悬挂系统的振动能量转换成三相交流电；ac-dc模块将三相交流电转变为直流电，直流电进入升压降压电路；嵌入式mcu通过数据采集电路采集升降压电路的输入端和输出端电压信号，并将两路采集信号进行对比，确定对输入电压进行升压或降压，然后通过控制直流电磁继电开关输出pwm信号以控制升压降压电路，使输出端电压稳定在设定的电压值范围内，从而为车辆蓄电池提供稳定的充电电压。

有益效果：

1)本发明采用直线电机将悬架相对运动机械能转换成电能，设计了能量回收电路，当电压低于电池充电电压阈值时，通过升压电路实现升压可调，当电压高于电池充电电压阈值时，通过降压电路实现降压可调；利用采集电压信号进行反馈，通过调整输入pwm信号占空比，可将电压幅值不断变化的三相交流电转化为稳定的、能够对蓄电池充电的直流电，从而实现电压自适应可调。因此解决了悬架振动能量不能有效回收并存储的问题，实现了悬架振动能量的实际回收存储，推动行业发展。

2)本发明能量回收范围广，可实现反馈电压幅值在3-150v内变化的三相交流电的转化和回收，即使较小的振动能量也能够进行回收。

3)本发明能量回收系统各部分功能明确，且以经典的整流电路、升降压电路为设计基础，通过不断地采集输入端和输出端电压，计算输出电压实际值与目标值之间的误差，对pwm信号的占空比进行修正的方式，实现了电压调节的闭环反馈控制，工作稳定可靠，生产成本低。

附图说明

图1为本发明的车辆悬挂系统振动能量回收装置示意图；

图2为本发明的升压电路控制流程图。

图3为本发明的降压电路控制流程图。

具体实施方式

如图1所示，虚线框内为本发明的车辆悬挂系统振动能量回收装置，其具体包括：直线电机、整流模块(即图中的ac-dc模块)、升压降压电路、数据采集电路、直流电磁继电开关和嵌入式上位机(即图中的嵌入式mcu)。

具体的工作原理为：

当车辆在不平路面上行驶时，车体和车轮之间产生相对运动，带动悬架系统中的直线电机往复直线运动；(位置关系见图1左侧部分，悬架系统为连接车体与车轮之间的部件的总称，主要包括弹簧和减振器。)

直线电机将悬挂系统振动能量转换成三相交流电；

三相交流电经ac-dc模块变为直流电，进入升压降压电路(包括：升压电路和降压电路)；本升压降压电路可以为三相整流桥。

嵌入式上位机通过数据采集电路采集升降压电路的输入端和输出端电压信号，并将两路采集信号进行对比，确定对输入电压进行升压或降压，然后通过控制直流电磁继电开关控制升压电路和降压电路的接通或断开，输出pwm信号控制升压或降压电路，使输出端电压稳定在某个电压值附近，从而为蓄电池提供稳定的充电电压。升压电路和降压电路分别采用经典的boost和buck电路，为能跟踪振动能量的高频变化，pwm信号频率不低于10khz，金属氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductorfieldeffecttransistor)mosfet驱动器采用irfp260n。

其中，确定对输入电压进行升压或降压的方法为：如果输入端电压低于输出电压，即蓄电池充电电压，一般为48v，则需要进行升压；反之，则需要进行降压。

pwm为pulsewidthmodulation脉宽调制，pwm信号就是升压降压控制信号，嵌入式上位机mcu通过计算占空比d(0≤d≤1)(降压模块占空比计算方法为u输出/u输入＝d，升压模块占空比计算方法为u输出/u输入＝1/(1-d))调节pwm信号的占空比，控制电路进行升压或者降压。

升压降压电路控制信号包括开关信号和pwm信号，且升降压电路具体控制方法：

(1)当数据采集电路输入端直流电压低于设定阈值电压，嵌入式mcu发送控制信号(即图中的开关信号1)，此时开关信号1为“开”信号，打开直流电磁继电开关1和2，接通升压电路，同时嵌入式mcu发送控制信号(即图中的开关信号2)，开关信号2为“关”信号，断开直流电磁继电开关3和4，断开降压电路，同时嵌入式mcu根据其占空比理论计算值输出pwm信号1，数据采集电路同步采集输出端电压，并将输出端电压与输出端期望电压的差值反馈到嵌入式mcu，嵌入式mcu调整pwm占空比使输出电压接近期望输出电压，升压电路的控制过程如图2所示；

(2)当数据采集电路输入端直流电压高于设定阈值电压，嵌入式mcu发送控制信号(即图中的开关信号1)，此时开关信号1为“关”信号，断开直流电磁继电器开关1和2，断开升压电路，同时嵌入式mcu发送控制信号(即图中的开关信号2)，此时开关信号2为“开”信号，打开直流电磁继电开关3和4，接通降压电路，同时嵌入式mcu根据其占空比理论计算值输出pwm2信号，数据采集电路同步采集输出端电压，并将输出端电压与输出端期望电压的差值反馈到嵌入式mcu，嵌入式mcu调整pwm占空比使输出电压接近期望输出电压，降压电路的控制过程如图3所示。

升压降压电路控制的特点在于：由于采用了较高频率的pwm控制，且通过不断地采集输入端和输出端电压，计算输出电压实际值与目标值之间的误差，对pwm信号的占空比进行修正，升降压电路通过这种闭环反馈控制可以很快实现输出电压的稳定，从而可以为蓄电池提供较为稳定的充电电压。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。