一种带有发电装置的智能减速带及其控制方法与流程

本发明属于智能交通技术领域，具体讲是一种带有发电装置的智能减速带及其控制方法。

背景技术：

近年来，我国经济快速发展，汽车保有量激增，交通事故数量也在逐年上升。车辆超速是造成交通事故的主要原因之一，减速带作为降低车辆速度成本最低且最为行之有效的方法，在日常生活中得到广泛的应用。车辆通过减速带时的速度越高，传递到车身的振动就越剧烈，但是即使车辆以非常低的速度通过减速带，依然会有较大的振动传递到车身，影响车辆的舒适性，还会对车辆的底盘系统等造成疲劳损伤，影响车辆的使用寿命，这也有违设置减速带的初衷。同时，在车辆通过减速带时，车辆的一部分动能会转化为对车辆的震动冲击，使车辆产生振动，并最终通过避震器把震动冲击的能量转换成热能，这样虽然可以降低车辆的速度，但是这部分能量却被浪费掉了，如果通过某种装置在不影响减速带基本功能的前提下将这部分被浪费掉的能量给利用起来，其效果也是非常可观的。

技术实现要素：

本发明的目的是为了利用车辆通过减速带时产生的震动冲击的能量，同时保证车辆低速通过减速带时的舒适性，而提供的一种带有发电装置的智能减速带及其控制方法，当车辆通过减速带的车速大于限速时，离合机构接合，减速带的运动驱动发电机发电，实现对能量的回收利用并对车辆产生较大的震动冲击，当车辆通过减速带的车速小于等于限速时，离合机构分离，减速带的运动不再驱动发电机，震动冲击较小，保证车辆的舒适性。

本发明的技术方案是采用一种带有发电装置的智能减速带，包括减速带机构、能量转换机构、连杆传动机构、离合机构、齿轮增速传动机构和控制系统；

所述减速带机构包括基座、前盖板、上盖板、后盖板、导杆和复位弹簧；所述基座安装在路面上；所述基座的上表面与路面在同一水平位置；所述前盖板、上盖板和后盖板依次铰接；所述前盖板和所述后盖板与所述基座接触的一边装有滚轮；所述滚轮用于减小前盖板和后盖板运动时与基座之间的摩擦力；所述前盖板和所述后盖板的两端装有销；所述销与所述滚轮同轴，且穿过所述基座上的条形通孔，用于限制所述前盖板和所述后盖板的运动，避免所述前盖板和所述后盖板未铰接的一端弹起；所述前盖板的长度大于所述后盖板的长度，即前盖板处的坡度小于后盖板处的坡度，用于对逆向行驶通过减速带的车辆产生更大的震动冲击，实现对逆行车辆的更加显著的减速效果，并提醒逆行车辆驾驶员；所述导杆固定安装于所述上盖板，并穿过所述基座；所述导杆用于限制所述上盖板的运动方向和上极限位置；所述复位弹簧安装在所述上盖板与所述基座之间，并与所述导杆同轴布置；所述复位弹簧处于压缩状态，用于使所述智能减速带在被车轮碾压之后复位；所述复位弹簧的刚度应保证在所述离合机构为接合状态时，即减速带的运动将驱动发电机发电时，复位弹簧的弹力可以使所述智能减速带在被车轮碾压之后在较短时间内复位，并保证在所述离合机构为分离状态时，即减速带的运动不再驱动发电机时，大多数乘用车以小于等于限速的车速通过减速带，而不会产生较大的震动冲击；

所述能量转换机构包括发电机和飞轮；所述发电机用于将动能转化为电能；所述飞轮用于将部分动能存储起来，并驱动所述发电机发电；

所述连杆传动机构包括连杆一、连杆二、连杆三和连杆四，用于将所述减速带机构的运动放大和改变方向，并将运动传递给所述离合机构；所述连杆传动机构提高了装置的发电效率，同时避免了装置的纵向长度过大；所述连杆一、连杆二、连杆三和连杆四依次铰接；所述连杆一的另一端与所述上盖板铰接；所述连杆二可转动的安转在所述基座上，用于将所述连杆一的运动放大和改变方向，并将运动传递给所述连杆三；所述连杆三应保证，在所述连杆四相对所述基座的运动为直线平移运动时，所述连杆传动机构的运动不会发生干涉；所述连杆四通过移动副与所述基座连接；所述连杆四的另一端与所述离合机构铰接；

所述离合机构包括离合连杆、齿条、操纵杆和离合弹簧，用于控制所述连杆传动机构与所述齿轮增速传动机构之间的连接状态；所述离合机构接合时，车轮作用于所述减速带机构的能量将通过所述连杆传动机构、所述离合机构和所述齿轮增速传动机构驱动所述能量转换机构发电；所述离合机构分离时，减速带的下降运动只需克服所述复位弹簧的弹力和装置的摩擦力而不再驱动所述能量转换机构发电；所述离合连杆与所述连杆四铰接；所述齿条与所述齿轮增速传动机构啮合，且所述齿条的长度应保证，所述齿条在运动时与所述齿轮增速传动机构始终保持啮合；所述离合连杆上有通孔和条形孔；所述齿条上有销；所述离合连杆的安转位置和所述齿条的初始位置应保证，在所述减速带机构上盖板位于上极限位置时，所述齿条的销可以穿过所述离合连杆的通孔；所述离合机构为接合状态时，所述销穿过所述通孔，所述离合连杆的运动将传递给所述齿条；所述离合机构为分离状态时，所述销与所述通孔分离，所述离合连杆的运动不再传动给所述齿条；所述销上有弹性卡扣；所述基座上有卡扣凹槽；在所述离合机构为接合状态时，即所述销穿过所述通孔时，所述弹性卡扣为压入状态，在所述离合机构为分离状态时，即所述销与所述通孔分离时，所述弹性卡扣为弹出状态；所述弹性卡扣为所述弹出状态时，所述弹性卡扣卡入所述基座的卡扣凹槽中，用于在所述离合机构为分离状态时，限制所述齿条的位置，并使所述齿条位于所述初始位置；所述弹性卡扣为所述压入状态时，所述齿条的运动不再受到所述弹性卡扣的限制，所述齿条可以在所述离合连杆的驱动下做往复运动；所述操纵杆用于控制所述离合连杆的角度，即控制所述销与所述通孔的相对位置，实现所述离合机构的接合和分离；所述操纵杆穿过所述离合连杆的条形孔，并利用滚轮减小所述操纵杆与所述离合连杆之间的摩擦力；所述滚轮有四个，均安装在所述操纵杆上，装配时所述滚轮分别位于所述离合连杆的两面和所述离合连杆条形孔的两侧；所述条形孔同侧的两个所述滚轮之间的距离应大于所述离合连杆的厚度，且在所述操纵杆处于极限位置时，所述离合连杆的两面不会同时与两个所述滚轮接触；所述离合连杆的长度、所述离合连杆条形孔的长度和所述操纵杆的安装位置应保证，所述离合连杆和所述操纵杆的运动不会发生干涉；所述操纵杆由所述控制系统进行控制，即由所述控制系统控制所述离合机构的接合和分离；所述离合弹簧安装在所述操纵杆与所述基座之间，并与所述操纵杆同轴布置；所述离合弹簧处于压缩状态；

所述齿轮增速传动机构包括单向离合器、双联齿轮和发电机齿轮，用于将离合机构传递过来的往复运动转化为单向转动，并在增速之后，将运动传递给能量转换机构；所述单向离合器上有齿轮一和齿轮二；所述齿轮一与所述离合机构的齿条啮合；所述齿轮二与所述双联齿轮的小齿轮啮合；所述离合机构为接合状态，当所述上盖板下降时，所述单向离合器处于接合状态，当所述上盖板上升时，所述单向离合器处于分离状态；所述双联齿轮的大齿轮与所述发电机齿轮啮合；所述发电机齿轮固定安装在所述发电机的转轴上；

所述控制系统包括信息采集单元、控制单元和执行机构，用于根据即将通过减速带的车辆的速度控制所述离合机构的接合和分离，当车速大于限速时，使所述离合机构处于接合状态，利用车轮作用于所述减速带机构的能量驱动所述能量转换机构发电，当车速小于等于限速时，使所述离合机构处于分离状态，减速带的下降运动不再驱动所述能量转换机构发电，提高车辆通过减速带时的舒适性；所述执行机构包括滚珠丝杆和电机；所述电机固定安装在所述基座上，用于驱动所述滚珠丝杆螺杆转动；所述滚珠丝杆的螺母与所述离合机构的操纵杆固连；所述信息采集单元包括测速摄像头和行程开关；所述测速摄像头用于测量即将通过减速带的车辆的速度，并将车速信息传递给所述控制单元；所述行程开关有行程开关一和行程开关二，用于限制所述滚珠丝杆螺母的行程，并将开关信号传递给所述控制单元；所述滚珠丝杆螺母有上极限位置和下极限位置，当所述螺母位于所述上极限位置时，所述行程开关一发出信号，此时所述离合机构为接合状态，当所述螺母位于所述下极限位置时，所述行程开关二发出信号，此时所述离合机构为分离状态；所述控制单元包括输入模块、运算模块、电机控制模块和输出模块；所述输入模块接收所述信息采集单元检测的车速信息和行程开关发出的信号；所述运算模块根据车速信息判断车辆的速度是否超过限速，根据行程开关发出的信号判断所述滚珠丝杆螺母是否位于上极限位置或下极限位置，即所述离合机构的状态，并将判定结果传递给所述电机控制模块；所述电机控制模块根据运算模块的判定结果生成电机控制指令，并将生成的控制指令送到所述输出模块；所述输出模块与所述电机连接，控制所述电机工作。

本发明的有益效果是：

1)在减速带中加装发电装置，利用车速大于限速的车辆的动能发电，实现对能量的回收利用，挺高人们的节能环保意识。

2)采用离合机构，并根据即将通过减速带的车辆的速度控制离合机构的接合和分离，当车速大于限速时，离合机构接合，利用减速带的下降运动驱动发电机发电，实现对能量的回收利用，并对车辆产生较大的震动冲击，当车速小于等于限速时，离合机构分离，减速带的下降运动不再驱动发电机，对车辆的震动冲击较小，保证车辆的舒适性，既实现了对能量的回收利用，又保证了低速通过车辆的舒适性。

3)由于减速带机构的前盖板和后盖板采用不同的长度，使前盖板处的坡度小于后盖板处的坡度，对于逆向行驶通过减速带的车辆将产生更大的震动冲击，实现对逆行车辆更加显著的减速效果，并提醒逆行车辆驾驶员。

4)采用连杆传动机构将减速带的运动放大和改变方向，提高了装置的发电效率，同时避免了智能减速带的纵向长度过大，易于实现智能减速带的安装和布置。

5)采用单向离合器，在离合机构为接合状态时，超速车辆的前轮碾过减速带后，后轮在短时间内再次碾过减速带时仍将为发电装置提供能量。

附图说明

图1为本发明在离合机构为接合状态时的结构示意图；

图2为本发明中离合连杆的结构示意图；

图3为本发明中齿条过销轴线处的剖视图；

图4为本发明在离合机构为分离状态时的结构示意图；

图5为本发明中控制系统的结构示意图；

图6为本发明的步骤流程图；

图中，1、基座；2、前盖板；3、上盖板；4、后盖板；5、导杆；6、复位弹簧；7、连杆一；8、连杆二；9、连杆三；10、连杆四；11、离合连杆；12、齿条；13、操纵杆；14、离合弹簧；15、滚珠丝杆；16、电机；17、行程开关一；18、行程开关二；19、单向离合器；20、双联齿轮；21、发电机齿轮；22、发电机；23、飞轮。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明一种带有发电装置的智能减速带作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1、图2、图3和图4所示，本发明一种带有发电装置的智能减速带，包括基座1、前盖板2、上盖板3、后盖板4、导杆5、复位弹簧6、连杆一7、连杆二8、连杆三9、连杆四10、离合连杆11、齿条12、操纵杆13、离合弹簧14、滚珠丝杆15、电机16、行程开关一17、行程开关二18、单向离合器19、双联齿轮20、发电机齿轮21、发电机22、飞轮23；所述基座1安装在路面上；所述基座1的上表面与路面在同一水平位置；所述前盖板2、上盖板3和后盖板4依次铰接；所述前盖板2和所述后盖板4与所述基座1接触的一边装有滚轮；所述滚轮用于减小前盖板2和后盖板4运动时与基座1之间的摩擦力；所述前盖板2和所述后盖板4的两端装有销；所述销与所述滚轮同轴，且穿过所述基座1上的条形通孔，用于限制所述前盖板2和所述后盖板4的运动，避免所述前盖板2和所述后盖板4未铰接的一端弹起；所述前盖板2的长度大于所述后盖板4的长度，即前盖板2处的坡度小于后盖板4处的坡度，用于对逆向行驶通过减速带的车辆产生更大的震动冲击，实现对逆行车辆的更加显著的减速效果，并提醒逆行车辆驾驶员；所述导杆5固定安装于所述上盖板3，并穿过所述基座1；所述导杆5用于限制所述上盖板3的运动方向和上极限位置；所述复位弹簧6安装在所述上盖板3与所述基座1之间，并与所述导杆5同轴布置；所述复位弹簧6处于压缩状态，用于使所述智能减速带在被车轮碾压之后复位；所述复位弹簧6的刚度应保证在所述离合机构为接合状态时，即减速带的运动将驱动发电机22发电时，复位弹簧6的弹力可以使所述智能减速带在被车轮碾压之后在较短时间内复位，并保证在所述离合机构为分离状态时，即减速带的运动不再驱动发电机22时，大多数乘用车以小于等于限速的车速通过减速带，而不会产生较大的震动冲击；所述连杆一7、连杆二8、连杆三9和连杆四10依次铰接；所述连杆一7的另一端与所述上盖板3铰接；所述连杆二8可转动的安转在所述基座1上，用于将所述连杆一7的运动放大和改变方向，并将运动传递给所述连杆三9；所述连杆三9应保证，在所述连杆四10相对所述基座1的运动为直线平移运动时，所述连杆传动机构的运动不会发生干涉；所述连杆四10通过移动副与所述基座1连接；所述连杆四10的另一端与所述离合连杆11铰接；所述齿条12与所述单向离合器19的齿轮一啮合，且所述齿条12的长度应保证，所述齿条12在运动时与所述齿轮一始终保持啮合；所述离合连杆11上有通孔和条形孔；所述齿条12上有销；所述离合连杆11的安转位置和所述齿条12的初始位置应保证，在所述上盖板3位于上极限位置时，所述齿条12的销可以穿过所述离合连杆11的通孔；所述离合机构为接合状态时，所述销穿过所述通孔，所述离合连杆11的运动将传递给所述齿条12；所述离合机构为分离状态时，所述销与所述通孔分离，所述离合连杆11的运动不再传动给所述齿条12；所述销上有弹性卡扣；所述基座1上有卡扣凹槽；在所述离合机构为接合状态时，即所述销穿过所述通孔时，所述弹性卡扣为压入状态，在所述离合机构为分离状态时，即所述销与所述通孔分离时，所述弹性卡扣为弹出状态；所述弹性卡扣为所述弹出状态时，所述弹性卡扣卡入所述基座1的卡扣凹槽中，用于在所述离合机构为分离状态时，限制所述齿条12的位置，并使所述齿条12位于所述初始位置；所述弹性卡扣为所述压入状态时，所述齿条12的运动不再受到所述弹性卡扣的限制，所述齿条12可以在所述离合连杆11的驱动下做往复运动；所述操纵杆13用于控制所述离合连杆11的角度，即控制所述销与所述通孔的相对位置，实现所述离合机构的接合和分离；所述操纵杆13穿过所述离合连杆11的条形孔，并利用滚轮减小所述操纵杆13与所述离合连杆11之间的摩擦力；所述滚轮有四个，均安装在所述操纵杆13上，装配时所述滚轮分别位于所述离合连杆11的两面和所述离合连杆11条形孔的两侧；所述条形孔同侧的两个所述滚轮之间的距离应大于所述离合连杆11的厚度，且在所述操纵杆13处于极限位置时，所述离合连杆11的两面不会同时与两个所述滚轮接触；所述离合连杆11的长度、所述离合连杆11条形孔的长度和所述操纵杆13的安装位置应保证，所述离合连杆11和所述操纵杆13的运动不会发生干涉；所述操纵杆13与所述滚珠丝杆15的螺母固连；所述离合弹簧14安装在所述操纵杆13与所述基座1之间，并与所述操纵杆13同轴布置；所述离合弹簧14处于压缩状态；所述电机16固定安装在所述基座1上，用于驱动所述滚珠丝杆15螺杆转动；所述行程开关有行程开关一17和行程开关二18，用于限制所述滚珠丝杆15螺母的行程，并将开关信号传递给所述控制单元；所述滚珠丝杆15螺母有上极限位置和下极限位置，当所述螺母位于所述上极限位置时，所述行程开关一17发出信号，此时所述离合机构为接合状态，当所述螺母位于所述下极限位置时，所述行程开关二18发出信号，此时所述离合机构为分离状态；所述单向离合器19上有齿轮一和齿轮二；所述齿轮一与所述离合机构的齿条12啮合；所述齿轮二与所述双联齿轮20的小齿轮啮合；所述离合机构为接合状态，当所述上盖板3下降时，所述单向离合器19处于接合状态，当所述上盖板3上升时，所述单向离合器19处于分离状态；所述双联齿轮20的大齿轮与所述发电机齿轮21啮合；所述发电机齿轮21固定安装在所述发电机22的转轴上；所述发电机22用于将动能转化为电能；所述飞轮23用于将部分动能存储起来，并驱动所述发电机22发电。

如图5所示，本发明控制系统，包括信息采集单元、控制单元和执行机构，用于根据即将通过减速带的车辆的速度控制所述离合机构的接合和分离，当车速大于限速时，使所述离合机构处于接合状态，利用车轮作用于所述减速带机构的能量驱动所述能量转换机构发电，当车速小于等于限速时，使所述离合机构处于分离状态，减速带的下降运动不再驱动所述能量转换机构发电，提高车辆通过减速带时的舒适性；所述执行机构包括滚珠丝杆15和电机16；所述信息采集单元包括测速摄像头和行程开关；所述测速摄像头用于测量即将通过减速带的车辆的速度，并将车速信息传递给所述控制单元；所述行程开关有行程开关一17和行程开关二18，用于限制所述滚珠丝杆15螺母的行程，并将开关信号传递给所述控制单元；所述控制单元包括输入模块、运算模块、电机控制模块和输出模块；所述输入模块接收所述信息采集单元检测的车速信息和行程开关发出的信号；所述运算模块根据车速信息判断车辆的速度是否超过限速，根据行程开关发出的信号判断所述滚珠丝杆15螺母是否位于上极限位置或下极限位置，即所述离合机构的状态，并将判定结果传递给所述电机控制模块；所述电机控制模块根据运算模块的判定结果生成电机控制指令，并将生成的控制指令送到所述输出模块；所述输出模块与所述电机16连接，控制所述电机16工作。

图6所示，本发明的步骤流程图，包括：

步骤101，根据车速信息，判断车速是否大于限速；所述车速信息由所述测速摄像头进行检测；所述车速为即将通过减速带的车辆的速度；所述限速为该路段的安全车速；为了提高装置的发电效率，所述限速可以略小于该路段的安全车速；

步骤102，如果车速大于限速，则检测开关信号，判断行程开关一17是否发出信号；所述行程开关一17发出信号时，滚珠丝杆15螺母位于上极限位置，离合机构为接合状态；所述离合机构为接合状态时，车轮作用于减速带机构的能量将通过连杆传动机构、离合机构和齿轮增速传动机构驱动能量转换机构发电；

步骤103，如果行程开关一17没有发出信号，则电机16工作，驱动滚珠丝杆15螺杆向第一方向转动；当螺杆的转动方向为所述第一方向时，滚珠丝杆15螺母上移；直至滚珠丝杆15螺母到达上极限位置，行程开关一17发出信号，电机16停止工作，此时离合机构为接合状态，车轮作用于减速带机构的能量将驱动能量转换机构发电；

步骤104，如果车速小于等于限速，则检测开关信号，判断行程开关二18是否发出信号；所述行程开关二18发出信号时，滚珠丝杆15螺母位于下极限位置，离合机构为分离状态；所述离合机构为分离状态时，减速带的下降运动只需克服复位弹簧6的弹力和装置的摩擦力而不再驱动能量转换机构发电，以提高车辆通过减速带时的舒适性；

步骤105，如果行程开关二18没有发出信号，则电机16工作，驱动滚珠丝杆15螺杆向第二方向转动；当螺杆的转动方向为所述第二方向时，滚珠丝杆15螺母下移；直至滚珠丝杆15螺母到达下极限位置，行程开关二18发出信号，电机16停止工作，此时离合机构为分离状态，即减速带的下降运动不再驱动能量转换机构发电。