公路长下坡车辆制动能量回收装置的制造方法
【专利摘要】提供了一种公路长下坡车辆制动能量回收装置。该公路长下坡车辆制动能量回收装置包括：摩擦滚轮，被放置在下坡道路的路面上的沟槽中以便与在路面上行驶的车辆车轮保持接触；以及能量转换装置，被配置来将摩擦滚轮的转动能量转换为电能。通过摩擦滚轮为行驶车辆提供减速摩擦力，并且通过能量转换装置将行驶车辆的势能变化量部分转化为电能，可以避免行驶车辆的运行速度增加，避免车辆制动时制动器的发热并且相应地可以避免制动器发热导致的制动失灵，同时可以提高能量利用率。
【专利说明】
公路长下坡车辆制动能量回收装置
技术领域
[0001] 本实用新型设及车辆制动能量回收，并且更具体地设及一种公路长下坡车辆制动 能量回收装置。
【背景技术】
[0002] 我国地域迂阔，有约60 %的国±是丘陵、山地和高原，在我国已建成通车的公路有 不少穿越运些地区。运些地区地形起伏和地势落差大，需要采用连续升坡或连续降坡的方 法克服高差，下坡时不少公路有连续长下坡路段。运些连续长下坡路段的平均坡度大于 3%，并且坡长一般超过4km。
[0003] 运输车辆在运些长下坡路段行驶过程中，其势能将转化为机械能，重力驱动车辆 加速，必须采用制动器等制动装置抵消重力作用，保障车辆W安全的速度行驶。在车辆下坡 持续制动过程中，大量的势能在车辆制动穀内转化为热量，使制动穀升溫，如果制动时间过 长、要转化的势能过大，都会引起制动穀溫度过高，导致制动失灵，造成追尾、冲出公路等车 毁人亡的重特大交通事故。
[0004] 运输车辆，特别是载重货车在连续长下坡路段行驶过程中，由于制动失灵等原因 导致的特大、重大交通事故时有发生，是重大恶性交通事故的发生率最高的路段，已引起全 社会的广泛关注。在运些交通事故中，车辆制动失效是直接原因，长时间制动容易使车辆制 动穀和轮胎的溫度迅速上升，制动穀溫度接近700摄氏度，容易引起制动失效。
[0005] 因此，需要一种在现有线路条件和车辆制动方式都不变的前提下在公路长下坡路 段避免车辆制动失效的装置。 【实用新型内容】
[0006] 考虑到上述问题而做出了本实用新型。本实用新型提供了一种车辆制动能量回收 装置，包括:摩擦滚轮，被放置在下坡道路的路面上的沟槽中W便与在路面上行驶的车辆车 轮保持接触；W及能量转换装置，被配置来将摩擦滚轮的转动能量转换为电能。
[0007] 根据本实用新型实施例，所述能量转换装置包括升速齿轮和发电机，所述升速齿 轮包括低速齿轮和高速齿轮，所述低速齿轮和所述高速齿轮彼此晒合，所述低速齿轮与所 述摩擦滚轮同轴连接，所述高速齿轮与发电机同轴连接。
[000引根据本实用新型实施例，所述车辆制动能量回收装置还包括:并网逆变器，其输入 端连接所述发电机的输出端，并且被配置来将所述能量转换装置产生的电能变换至预定电 压幅度预定频率的=相交流电；W及升压变压器，其输入端连接并网逆变器的输出端，其输 出端连接电网，并且被配置来将所述并网逆变器产生的预定电压幅度预定频率的=相交流 电变换至电网电压的幅度和频率。
[0009]根据本实用新型实施例，所述摩擦滚轮和能量转换装置布置在所述沟槽中，所述 摩擦滚轮布置在所述沟槽的上部，所述能量转换装置布置在所述沟槽的下部;所述并网逆 变器和升压变压器远离所述摩擦滚轮和能量转换装置布置。
[0010] 根据本实用新型实施例，在下坡道路的路面上布置多个沟槽，每个沟槽间隔10米， 在每个沟槽中布置一个摩擦圆滚轮和能量转换装置，并且摩擦圆滚轮的半径为0.5米。
[0011] 根据本实用新型实施例的车辆制动能量回收装置，通过在连续下坡路段上布置摩 擦滚轮和发电机，可W为行驶车辆提供减速摩擦力，避免行驶车辆的运行速度增加，将行驶 车辆的势能变化量部分转化为电能，不仅可W避免车辆制动时制动器的发热并且相应地可 W避免制动器发热导致的制动失灵，同时可W提高能量利用率。
【附图说明】
[0012] 通过参考附图描述根据本实用新型实施例，本实用新型实施例的各种特征和优点 将更明显，并且也更容易被理解，在附图中：
[0013] 图1是示出了车辆在下坡路段行驶时的受力分析示意图；
[0014] 图2示出了根据本实用新型实施例的车辆制动能量回收装置的示意性框图；
[0015] 图3示出了根据本实用新型实施例的车辆制动能量回收装置的示意性安装图；W 及
[0016] 图4示出了根据本实用新型实施例的车辆制动能量回收装置的另一示意性框图。
【具体实施方式】
[0017] 下面将参考附图来描述根据本实用新型实施例的公路长下坡车辆制动能量回收 装置。
[0018] 图1示出了车辆在下坡路段行驶时的受力分析示意图。
[0019] 如图1所示，一辆总重量为m的车辆在一条坡度角为a度的笔直路线上下坡行驶，其 中线路坡度可W被定义为i = tana。
[0020] 在图1中，车辆受力共有：与水平面垂直的重力mg、与行驶路面垂直的路面支撑力 fz、与行驶速度方向一致的牵引力fq、与行驶速度方向相反的摩擦力fm和风阻力fv。由于车 辆行驶速度较低，可忽略风阻力的作用，根据牛顿定律，可列出车辆的运动方程为：
[0021 ] mg sin(a)+fq-fm=ma 式（I)其中，日为车辆的行驶加速度。
[0022] 如图1所示，车辆沿行驶速度方向的行驶距离为S，其行驶起点和终点速度分别为 Vi和V2。根据功率守恒定律，在该路段上，沿行驶速度方向的合成力作的功为(mg sina+fq- f")s，其应等于车辆机械能的增量|mv22-非vf池即：
[0023] 式（2)
[0024] 刃J保化牛聊明巧」义生，一販巧：V2含VI，假设车辆匀速下坡，也即：V2 = V1，另外， 认为下坡时车辆牵引力保持为0,即：fq = 〇,由式（1)可得:mg sina = fm，即车辆重力沿运动 方向的分量等于摩擦力。车辆重力在行驶过程中做的功为SXmg sina = hXmg，其等于车辆 的势能变化量。由式(2)可知，车辆重力在行驶过程中做的功也等于摩擦力所做的功：s X fm，运些能量绝大部分将被制动器吸收，转化为热量。
[002引 W-段6.6公里长下坡路段为例，其平均坡度为i = 3.56 %，则坡度角为a = tarTi (i ) = 2.04度。假设一辆总重量为10吨的车辆，沿该坡道起点匀速下坡至终点，行使距离为S =6.6 公里，则制动能量为 S Xmg Sina = 6600 X 10000 X 9.8 X sin(2.04) =2.302X 10?焦 耳，相当于6.4度电化Wh) (I度电等于3.6X IO6焦耳）。
[0026] 据统计，八达岭高速公路进京方向的日均交通流量为14万辆，既有数量众多的2吨 W下的小轿车，又有大量的最大载重超过10吨的大货车(超载时有时达20吨W上），如按照 每辆车平均3吨来计算，该路段每辆车的平均制动能量为1.92度电，按日均交通流量为14万 辆计算，则每日的总制动能量为26.88万度电，每年(365天)的总制动能量为9811.2万度电， 近1亿度电，数量极为可观。目前，运些能量主要通过制动器转化为热量，白白浪费掉了，十 分可惜。更为严重的是，运些制动能量是导致重特大交通事故的主要诱因。
[0027] 针对目前公路长下坡路段车辆制动能量巨大、被白白浪费且可能会导致重大交通 故的严峻情况，提出了一种公路长下坡车辆制动能量回收与利用装置。
[0028] 图2示出了根据本实用新型实施例的车辆制动能量回收装置的示意性框图，根据 本实用新型实施例的车辆制动能量回收装置安装在公路长下坡路段上。
[0029] 如图2所示，根据本实用新型实施例的车辆制动能量回收装置包括摩擦滚轮和能 量转换装置。
[0030] 摩擦滚轮被放置在下坡道路的路面上的沟槽中W便与在路面上行驶的车辆车轮 保持接触。在连续下坡道路的路面上每隔一段距离挖一沟槽，将摩擦滚轮放置在沟槽上部， 并让圆滚轮顶部尽量露出路面，使其与路面行驶车辆车轮保持足够的接触面积。在路面摩 擦滚轮与车辆车轮接触时，车辆车轮转动带动路面摩擦滚轮转动。例如，所述摩擦滚轮可W 是摩擦圆滚轮。
[0031 ]能量转换装置被配置来将摩擦圆滚轮的转动能量转换为电能。
[0032] 作为示例，所述能量转换装置包括升速齿轮和发电机，所述升速齿轮包括低速齿 轮和高速齿轮，所述低速齿轮和所述高速齿轮彼此晒合，如图3所示。所述升速齿轮中的低 速齿轮与所述摩擦滚轮同轴连接，所述升速齿轮中的高速齿轮与发电机同轴连接，低速齿 轮和高速齿轮之间具有升速比。该发电机可W为中速发电机。
[0033] 摩擦圆滚轮的半径为r，车辆行驶速度V化m/h)与滚动轮的转速n(转/分)之间的关 系为：
[0034]
[0035] '欣W芋巧剛化化日。十1工- 0.5米，车辆W50~90km/h速度匀速行驶，则对应的 摩擦圆滚轮的转速为265.39~477.71转/分。假设升速齿轮中的低速齿轮和高速齿轮所提 供的升速比设定为1:6，对应的发电机的转速可W为1592.34~2866.26转/分。
[0036] 仍W八达岭高速公路进京方向6.6km下坡路段为例，该下坡路段每日的总制动能 量为26.88万度电，如果每10米安装一套制动能量回收装置(或者一套摩擦圆滚轮和能量转 换装置），整个下坡段共安装660套。按照每日50%的制动能量被制动能量回收装置转化为 电能并回收，则被回收的电能为13.44万度，每一套制动能量回收装置平均转化203.64度
电每奪化巧tVt W化南山
[0037]
[0038] 在此情况下，进一步考虑到过载和极端情况，可W将发电机的额定参数选为30kW、 3000转/分。
[0039] 如图4所示，根据本实用新型实施例的车辆制动能量回收装置除了包括路面摩擦 圆滚轮、升速齿轮和发电机之外，还包括并网逆变器和升压变压器。
[0040] 发电机的输出端与并网逆变器的输入端连接，并网逆变器的输出端与升压变压器 的输入端连接，升压变压器的输出端与电网连接。升压变压器的输入端为升压变压器的原 边，升压变压器的输出端为升压变压器的副边。
[0041] 根据本实用新型实施例，升速齿轮和发电机可W均放置在沟槽内，并网逆变器和 升压变压器可W放置在公路旁的建筑物内。
[0042] 车辆在下坡路段行驶时，在其前轮与摩擦圆滚轮开始接触到后轮脱离接触运段时 间内，车轮驱动摩擦圆滚转动，并由升速齿轮升速，驱动中速发电机发电。然后，并网逆变器 将发电机发出的交流电变换成幅值和频率都恒定的=相交流电，并通过升压变压器接入电 网。
[0043] 仍W北京八达岭高速公路进京方向下坡段为例，该路段则每年的总制动能量为 9811.2万度电，按照50%转化电能计算，约为4905.6万度电。仅北京八达岭高速公路进京方 向下坡路段制动能量转化的电能就可满足北京市至少1.7万户家庭一年的用电需求。
[0044] 根据本实用新型实施例的车辆制动能量回收装置，通过在连续下坡路段上布置摩 擦滚轮，可W为行驶车辆提供减速摩擦力，避免行驶车辆的运行速度增加;通过布置能量转 换装置可W将车辆在下坡时的势能变化量部分转换为电能，避免了车辆制动时制动器的 发热，避免了制动器发热导致的制动失灵;通过布置并网逆变器和升压变压器，可W提高能 量利用率。
[0045] W上所述，仅为本实用新型的【具体实施方式】，但本实用新型的保护范围并不局限 于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型掲露的技术范围内，可轻易想到变化 或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述W权 利要求的保护范围为准。
【主权项】
1. 一种公路长下坡车辆制动能量回收装置，包括： 摩擦滚轮，被放置在下坡道路的路面上的沟槽中以便与在路面上行驶的车辆车轮保持 接触；以及 能量转换装置，被配置来将摩擦滚轮的转动能量转换为电能，所述能量转换装置包括 升速齿轮和发电机， 所述升速齿轮包括低速齿轮和高速齿轮，所述低速齿轮和所述高速齿轮彼此啮合，所 述低速齿轮与所述摩擦滚轮同轴连接，所述高速齿轮与发电机同轴连接。2. 如权利要求1所述的公路长下坡车辆制动能量回收装置，还包括： 并网逆变器，其输入端连接所述发电机的输出端，并且被配置来将所述能量转换装置 产生的电能变换至预定电压幅度预定频率的三相交流电；以及 升压变压器，其输入端连接并网逆变器的输出端，其输出端连接电网，并且被配置来将 所述并网逆变器产生的预定电压幅度预定频率的三相交流电变换至电网电压的幅度和频 率。3. 如权利要求1所述的公路长下坡车辆制动能量回收装置，其中，所述摩擦滚轮是摩擦 圆滚轮。4. 如权利要求1所述的公路长下坡车辆制动能量回收装置，其中，所述低速齿轮和所述 高速齿轮所提供的升速比为1:6。5. 如权利要求2所述的公路长下坡车辆制动能量回收装置，其中， 所述摩擦滚轮和能量转换装置布置在所述沟槽中，所述摩擦滚轮布置在所述沟槽的上 部，所述能量转换装置布置在所述沟槽的下部； 所述并网逆变器和升压变压器远离所述摩擦滚轮和能量转换装置布置。6. 如权利要求2所述的公路长下坡车辆制动能量回收装置，其中， 升压变压器的输入端为升压变压器的原边，升压变压器的输出端为升压变压器的副 边。7. 如权利要求3所述的公路长下坡车辆制动能量回收装置，其中， 在下坡道路的路面上布置多个沟槽，每个沟槽间隔10米，在每个沟槽中布置一个摩擦 圆滚轮和能量转换装置，并且摩擦圆滚轮的半径为0.5米。
【文档编号】F03G7/00GK205445919SQ201520983883
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年12月3日
【发明人】李博正
【申请人】李博正