回收振动能量发电的汽车减震器总体设计

本科毕业设计（论文）
(2014届)
题 目：回收振动能量发电的汽车减振器总体设计
学 院：工学院、职业技术名：孙挺学号：10520129
指导教师：曹振新职称：副教授
合作导师：职称：
完成时间：2014年 月 日
成 绩：
浙江师范大学本科毕业设计(论文)正文
摘要……………………………………………………………………………………1
Abstract：Shock absorber is an important component of the automobile suspension system, in the process of working through the hydraulic oil flows through the body back and forth and damping clearance, to absorb the vibration energy in driving on rough road surface cars, thus attenuation vibration of the vehicle, and this part of the energy in the form of heat dissipation. Liquid can feed type shock absorber using machine - electric - hydraulic hybrid system, through the check valve of hydraulic circuit will be caused by surface uneven body between the road and reciprocating vibration into a flow of hydraulic oil flow direction, driven by hydraulic oil hydraulic motor to drive the generator power, thus the vibration of mechanical energy into electrical energy, can provide electricity for automotive air conditioning and other electrical system. This project through the establishment of machine - electric - hydraulic hybrid system dynamics model and simulation, analysis of mechanical energy, fluid dynamic characteristics and power transformation, on the basis of the research of automobile vibration energy recovery model, energy conversion mechanism of a liquid feed electricity to shock absorber research and the development of the principle prototype. Atthe same time, the research on this kind of form of shock absorber of suspension system, the degree of energy recycling, and suspension system was achieved by relevant control algorithm is active or semi-active control is feasible.
Okada则通过一个直线直流电机和双向电压变换电路组成的电动能量再生阻尼作动器来吸收振动。简单的台架试验证明了该作动器能在高速运动的清况下回收能量。但是该作动器在低速运动时并不产生阻尼力，也不再生能量，这样阻尼器的效率受到影响同时还会产生高频共振干扰。Okada(2002)就针对这一问题在双向电压变换电路中引入调定斩波器，通过电感的作用，将电流从低反电动势输入电压相对较高的电池，实现低速运动过程中的能量再生。由于以往的试验仅局限于小质量块系统，Okada在2003年年改用直线交流电机以便将该类阻尼器用于车辆并实现车身高度调节。
20世纪末期到21世纪初，美国德克萨斯大学在军用车改装项目中将电磁式阻尼器安装在高机动多功能轮式车辆上进行实车试验。这一系统将振动能量的回收、储存合电能的管理统一起来。提高了整车的操控及动力性能，减小车辆在粗糙路面上行驶时的滚动阻力，由此提高车辆的行驶平顺性及行驶速度。尽管德克萨斯大学对试验所用悬架系统结构及控制算法都做了周密的设计，但由于该试验主要是改进军用车辆的性能，因此研究得重心在于提高动力性和行驶平顺性上，而在节能方面还有有待进一步的提高。
2.1汽车减振器的国内现状……………………………………………………X
2.2汽车减振器的国外现状……………………………………………………X
3理论基础…………………………………………………………………………X
3.1减振器的概述………………………………………………………………X
3.2减振器相对阻尼系数和阻尼系数的确定…………………………………X
自20世纪80年代末，国内外开始对汽车振动能量回收悬架进行进一步研究开发和应用，研究从机械式振动能量回收悬架逐步转移到电磁式振动能量回收悬架。在国内相关项目的研究大多仍然停留在仿真及初步试验的阶段，尽管也都对馈能悬架的结构及原理进行了详尽的阐述，但实际研究成果较少。其中，吉林大学与上海交通人学对馈能悬架的可行性分析做了较为深入的探讨。上海交通大学的喻凡、郑雪春等提出了山滚珠丝杆结合永磁直流无刷力矩电机构成的主动悬架作动器方案，并对电机的选用、电机作动器的结构和工作原理及具体的系统参数做了一定的设计和探索，试制了电机作动器的功能样机，并对电气特性和被动响应特性进行测试分析，初步验证了该电机作动器的可行性和有效性。实验表明，滚珠丝杆式馈能减振器在低频大振幅激励的情况下表现出良好的悬架特性，但在高频区域的表现却不如被动悬架。吉林大学的王伟华、于长森等提出了由齿轮齿条机构结合直流伺服电机构成的主动悬架作动器方案，并进行了仿真分析。目前我国已经能够生产微型面包车用独立悬挂减振器，并且己经为部分国外引进轿车配套生产独立悬挂减振器；在减振器的基础理论研究方面国内同样进行了大量的研究工作，有关主动液压减振器的研究工作也取得了一定的进展，已研制出主动液压减振器的试验样机。
3.2.1悬架弹性特性的选择………………………………………………………X
3.2.2相对阻尼系数的选择………………………………………………………X
3.2.3减振器阻尼系数的确定……………………………………………………X
回收振动能量发电的汽车减振器总体设计
工学院、职业技术教育学院 汽车维修工程教育专业
孙挺（10520129）
2.2国外发展现状
自20世纪70年代末，学者们开始从理论上分析研究车辆悬架的振动能量和回收的可行性。日本公司Nissan开发了一种蓄能式减振器，其性能接近半主动悬架。它通过利用振动能量抑制振动，但由于具有蓄能功能，因而对功率的需求大大减少了。该减振器通过压力控制阀同小型蓄能器和液压油缸的结合，让蓄能器吸收不平路面的振动能量输入，这样系统所需流量相对减少，液压系统的主动阻尼和被动阻尼共同实现几车身的减振，从而降低能耗。
关键词…………………………………………………………………………………1
英文摘要………………………………………………………………………………1
英文关键词……………………………………………………………………………1
1引言………………………………………………………………………………X
2汽车减振器的国内外状…………………………………………………………X
综上所述，国内外许多学者就开始了对汽车振动能量回收悬架的研究，但到目前为止，该技术没有得到商业应用。振动能量回收悬架按能量回收装置分，主要有液压式振动能量回收装置和电磁式振动能量回收装置两种；按其工作方式分为被动悬架、半主动悬架和主动悬架。液压式振动能量回收悬架的响应频率较低，能量回收能力有限，而电磁式振动能量回收悬架能量转换方便，且利于存储和再利用，因此正在成为振动能量回收悬架领域的研究热点。目前存在的馈能式悬架形式方案中，并没有真正能够应用于实际的有效方案，还处于在理论和试验研究的探索阶段。为了能够使汽车振动能量回收的实际应用成为可能，迫切需要一种新型的馈能式减振器系统解决方案。
关键词：汽车减振器；回收发电；振动能量
The vibration energy recycled for overall design of automobile shock absorber
Sun TingDirector:CAO Zhen-xin
(EngineeringCollege、Vocational and Technical Education College，Zhejiang Normal University，No.10520129)
Nakano提出了一个新的自供电式主动控制的概念，研究了载重汽车驾驶室悬架系统，其基本原理是由底盘前悬架上的电机作动器回收振动能量并储存于蓄电池内，以提供座舱后悬架电机作动器进行主动控制。为了简化系统，Nakano(2003)又提出仅含单个直线直流电机的自供电式主动隔振控制系统，将电机电枢高速运动时的再生能量用于电枢低速运动时驱动电机。
Key Words：Automobile shock absorber;Recovery and power generation;The vibration energy
1引言
2汽车减振器国内外现状
2.1国内发展现状
由于我国轿车减振器的发展时间短，起点低，技术水平落后，因此在国产中、高级轿车上还大量使用进口减振器。所以，提高我国悬架减振器的自主研制开发水平，加速我国悬架减振器的发展，已经成为车辆悬架系统一个极需解决的重大课题，悬架减振器已列为我国汽车工业发展规划中优先发展的重要项目之一。我国减振器的发展同国外先进工业国家相比还比较落后，大约只相当于国外20世纪70年代末，80年代初的水平。我国液压减振器经过多年的研究发展，特别是最近十余年的发展，通过CKD（completelyknockdown）的组装与技术及设备的引进、消化和吸收获得了长足的发展，有了明显的进步与提高。现在我国制定了减振器及其相关零部件的国家标准和行业标准，并且许多生产制造企业也建立了各自的企业标准，为减振器的设计、制造与验收提供了依据；为减振器制造各种专用设备（如在单、双动寿命试验台，旋压封口机，流量试验台，专用焊接设备，气密性检测设备，注油机，清洗机等）的生产厂家也在不断出现；同时为减振器提供各种配套零部件（如粉末冶金件、橡胶件、油封、弹簧、无油润滑轴承、阀片、减振器油、缸筒等）的生产厂家其设计制造水平也在不断提高。这些都促进了我国减振器行业整体水平的提高。
指导老师：曹振新（副教授）
摘要：减振器是汽车悬架系统中的重要组成部件,工作过程中通过液压油往返流经阀体和间隙产生阻尼,吸收汽车在不平路面上行驶产生的振动能量,从而衰减车辆的振动,并将这部分能量以热的形式耗散掉。液电馈能式减振器采用机-电-液混合系统,通过单向阀组成的液压回路将由路面不平引起的车身与道路间的往复振动变成流动方向不变的液压油流动,由液压油驱动液压马达进而带动发电机发电,从而将振动机械能转化为电能,可为汽车空调以及其他电器系统提供电能。本项目通过建立机-电-液混合系统动力学模型及仿真,分析机械能、液能和电能的相互转换的动态特性,在此基础上开展汽车振动能量回收模型的研究,液电馈能式减振器的能量转换机理研究和原理样机的研制。同时研究基于该种形式减振器所建立的悬架系统,对能量回收利用的程度,以及通过相关控制算法实现悬架系统主动或半主动控制的可行性。