一种卡曼压电式悬架馈能装置的制作方法

本发明一种卡曼压电式悬架馈能装置，属于汽车节能减排的技术领域。

技术背景

悬架是车架与车桥(或车轮)之间一切传力装置的总称，汽车在运动过程中，流动的空气会纵向流过汽车的上下表面，而这其中也包括悬架，这部分由于空气流动而产生的能量一直被当作汽车行驶阻力，目前，从减小汽车风阻系数的角度来减小行驶阻力从而实现降低油耗的技术较多，而本发明的思想则是在不改变风阻的前提下，对这部分气流能量进行回收。

卡曼(涡街)原理是在1911年由德国科学家卡曼从空气动力学的观点中找到的这种涡旋稳定性的理论依据，涡街的每个单涡旋的频率与绕流速度成正比，与圆柱体直径成反比。涡街的出现与否与雷诺数有关，当雷诺数大于3×10⁶时，交替的涡街会出现。当出现涡街时，流体对物体会产生一个周期性的交变横向作用力。

因此，可以利用该交变力，作用在压电陶瓷上以产生交变的电压，进而实现能量的回收和存储。目前，通过空气涡旋来回收悬架能量的技术还处于探索阶段，所发明的这种实用化馈能装置有着重要的节能意义和广阔的应用前景。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：针对汽车行驶过程中悬架减振器处的空气涡旋，设计结构简单可靠、附加重量小的机构，能够回收较多的涡旋尾流能量；解决悬架运动以及汽车底盘的其他运动部件如车轮等对空气涡旋的干扰问题，保持充电电压的稳定。

本发明解决该技术问题所采取的方案是：采用一种悬臂梁结构，将悬臂梁通过悬臂梁接头和固定螺栓固定在减振器的合适位置，悬臂梁上带有螺柱，其余的部件都以悬臂梁为基体来布置，压电陶瓷膜片通过上下两个螺母固定于悬臂梁上，且与悬臂梁的上端面保持有一个螺母厚度的距离。本装置中附设有电控单元滤波器、电压调节器及其自激励供电器：滤波器将输入不规律的电信号进行过滤，使其按照规定的正弦波信号输出；电压调节器将输入电压进行斩波和A/D转换，使交变的数字型电压电流信号能够直接供用于蓄电池和车载供电网络；自激励供电器利用正压电效应产生的电动势，结合快速充放的电容电感LC回路，实现对滤波器和电压调节器的供电。滤波器、自激励供电器和电压调节器都以螺栓连接的方式固定于悬臂梁的螺柱上。

本技术具有如下优势：

1.能够将汽车行驶过程中悬架所产生的空气涡旋尾流能量进行收集，转化为电能加以回收利用。

2.部件都安装于悬臂梁及其接头上，拆装方便；纵向布置可减小悬架摆动时与其它部件之间的横向运动干涉。

3.独立安装的压电陶瓷膜片，可根据车型结构、悬架形式及最高行驶车速对膜片大小进行合理的选择和替换，提高了装置的通用性和适应性。

4.滤波器、电压调节器的引入可降低主要的涡旋干扰因素的影响，降低了对外界环境及车辆行驶工况的要求，提高了装置的稳定性。

5.自激励供电器的引入避免了滤波器和电压调节器工作时消耗汽车蓄电池的电能，实现了整个装置对汽车固有能源零消耗的目标。

附图说明：

图1为卡曼压电式悬架馈能装置示意图；

图中1.减振器 2螺柱(a) 3.螺母(a) 4.压电陶瓷膜片 5.悬臂梁 6.自激励供电器 7.螺母(a) 8.螺柱(b) 9.滤波器 10.螺母(c) 11.固定螺栓 12.悬臂梁接头 13.电压调节器

图2为悬臂梁接头俯视图

14.定位孔(a)15.定位孔(b)

图3为悬臂梁接头侧视图

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施过程作进一步说明。

结合图1图2图3所述，图1为卡曼压电式悬架馈能装置示意图，主要包括减振器1，悬臂梁5，压电陶瓷膜片4，自激励供电器6，滤波器9和电压调节器13；悬臂梁下端带有定位螺柱(b)8以方便固定滤波器9，上端带有压电陶瓷膜片4，压电陶瓷膜片4利用2个螺母(a)3上下固定使其与悬臂梁5之间保持有一个螺母厚度的距离，所述优点是保证压电陶瓷膜片4有一定的振动幅度，在方便收集交替的涡街导致的交替振动的同时也使得机械能转换为电能的效率更高，图2图3分别为悬臂梁接头12的俯视图和侧视图，悬臂梁接头12上带有的定位孔14、15，定位孔(a)14用于进行电压调节器13的固定，定位孔(b)15用于将悬臂梁接头12与悬臂梁5进行固定，滤波器9可实现将产生的电能按照规定的电压和频率输出，实现电压的稳定性，防止因不稳定的电压损坏蓄电池，电压调节器13的主要作用是将滤波器9过滤后的电能调节其电压为汽车的车载电压，实现对蓄电池的充电以及汽车用电网络的直接供电。自激励供电器6的主要作用是实现对滤波器和电压调节器的供电。

在汽车行驶过程中，当流动的空气流过近似圆柱体形状的减振器1时，在圆柱体的背面的两侧产生交替旋涡且在脱离减振器后形成旋涡尾流，引起压电陶瓷膜片4的振动，由于压电陶瓷的正压电效应而产生电动势，以用于电能回收。由于空气流动的不稳定性以及车轮旋转、悬架摆动等产生影响，会造成馈能电压不稳定，因此在本装置中，将压电陶瓷膜片4的输电线路布置在悬臂梁5下端，与滤波器9相连接，滤波器9将输入的电压进行过滤，将电压按照设定波形和频率输出，产生稳定的交变电压，再将稳定的交变电压输入到电压调节器13中，将电压变为12V的直流电压直接输入到蓄电池中，或者直接对汽车的用电网络进行供电，达到能量回收利用的效果。涡旋尾流初始产生时，滤波器9和电压调节器13不工作，由自激励供电器6利用其内置的LC回路解决压电电动势不稳定的问题，电容蓄满电荷后再由电容为滤波器9和电压调节器13供电，供电损耗仍由LC回路补充。

在整个能量转化回收过程中，利用的能量源是悬架减振器处的空气涡旋尾流，能量转化过程依据的是正压电效应的原理，其压力压强作用方向与汽车行驶方向垂直，对汽车不会产生额外的空气阻力，并且滤波器9、电压调节器13等有源电子元器件也可利用自激励供电器6实现电能自给，具有很好的节能减排意义。