用于交通工具中利用剎車過程來回收能量的能量回收系統(tǒng)及能量回收方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種用于交通工具中利用剎車過程來回收能量的能量回收系統(tǒng)及能量回收方法，其中能量回收系統(tǒng)包括車輛以及設(shè)置在車輛上用于制動的機(jī)械剎車，在所述車輛上還設(shè)置有一風(fēng)車室，該風(fēng)車室包括一入風(fēng)口，在該入風(fēng)口設(shè)置有一風(fēng)車室門，在所述風(fēng)車室內(nèi)設(shè)置有一風(fēng)力機(jī)，該風(fēng)力機(jī)通過一風(fēng)力發(fā)電機(jī)與設(shè)置在所述車輛上的蓄電池連接，在所述車輛上還包括一系統(tǒng)總控制器和一風(fēng)車室門執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述系統(tǒng)總控制器根據(jù)所述機(jī)械剎車的輸出信號控制所述風(fēng)車室門執(zhí)行機(jī)構(gòu)用于調(diào)節(jié)所述風(fēng)車室門的開度大小。本發(fā)明新增的吸能風(fēng)阻剎車也是能量回收的部分，既能提高剎車性能，也能回收能量。
【專利說明】
用于交通工具中利用剎車過程來回收能量的能量回收系統(tǒng)及能量回收方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及了一種用于交通工具中利用剎車過程來回收能量的系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在高速行駛的汽車、列車等其他交通工具設(shè)備周圍，會產(chǎn)生風(fēng)速較強(qiáng)的相對氣流。不少人提出利用加裝風(fēng)力機(jī)來吸收這部分風(fēng)能進(jìn)而來發(fā)電的構(gòu)想?？墒?，這是不可行的。車輛行進(jìn)方向與風(fēng)向相反，車輛行駛消耗能量才會產(chǎn)生相應(yīng)的風(fēng)速。若增設(shè)風(fēng)力機(jī)，雖然風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)動發(fā)電會吸收一定的能量，但也額外增加車輛的前進(jìn)阻力，從而大大的增加車輛燃料的消耗。根據(jù)能量守恒，消耗的燃料產(chǎn)生的風(fēng)能并不會被100%的吸收，言外之意是吸收的能量比消耗的能量要低，而且低很多。綜上所述，在交通設(shè)備上增設(shè)風(fēng)力機(jī)來吸收以上形式的能量的方式是不節(jié)能的。
[0003]假設(shè)一般列車的行駛速度為120km/h，約為33.3m/s;動車高鐵的速度更是能達(dá)到300km/h，約83.3m/s，此時相對車輛產(chǎn)生的氣流的動能很大。無論是列車還是動車高鐵、地鐵等工具都需要進(jìn)行剎車，甚至有的情況下剎車頻率很高。在車輛剎車或減速時，都是通過機(jī)械摩擦等方式來消耗車輛的額外的動能，達(dá)到制動的效果，可以說此時車輛的動能被白白浪費，而且被浪費的動能很大。如果根據(jù)能量守恒與反作用力，能設(shè)計出一種吸收這種動能，又能有效制動車輛的方法是很有意義的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是為吸收交通工具剎車或減速時損耗的能量，而提出的一種帶有風(fēng)力機(jī)的回收能量的能量回收系統(tǒng)及能量回收方法。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0006]—種用于交通工具中利用剎車過程來回收能量的能量回收系統(tǒng)，包括車輛以及設(shè)置在車輛上用于制動的機(jī)械剎車，其特征在于:在所述車輛上還設(shè)置有一風(fēng)車室，該風(fēng)車室包括一入風(fēng)口，在該入風(fēng)口設(shè)置有一風(fēng)車室門，在所述風(fēng)車室內(nèi)設(shè)置有一風(fēng)力機(jī)，該風(fēng)力機(jī)通過一風(fēng)力發(fā)電機(jī)與設(shè)置在所述車輛上的蓄電池連接，在所述車輛上還包括一系統(tǒng)總控制器和一風(fēng)車室門執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述系統(tǒng)總控制器根據(jù)所述機(jī)械剎車的輸出信號控制所述風(fēng)車室門執(zhí)行機(jī)構(gòu)用于調(diào)節(jié)所述風(fēng)車室門的開度大小。
[0007]在所述車輛內(nèi)還設(shè)置有一風(fēng)力機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述風(fēng)力機(jī)設(shè)置在所述風(fēng)力機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)上，所述系統(tǒng)總控制器與所述風(fēng)力機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接與用于調(diào)整所述風(fēng)力機(jī)伸出所述車輛與氣流接觸的位置。
[0008]在所述車輛上還設(shè)置有一引風(fēng)板，所述系統(tǒng)總控制器與該引風(fēng)板連接用于調(diào)整引風(fēng)板出風(fēng)口與所述風(fēng)力機(jī)葉片最大功角方向的夾角。
[0009]所述風(fēng)車室設(shè)于車尾部或車前端。
[0010]—種基于能量回收系統(tǒng)的能量回收方法，其特征在于:在系統(tǒng)控制器中接收剎車信號后，根據(jù)剎車信號與風(fēng)車室門開度大小的對應(yīng)關(guān)系打開風(fēng)車室門至相應(yīng)開度，風(fēng)力機(jī)帶動風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作并將產(chǎn)生的電能儲存在蓄電池內(nèi)，當(dāng)風(fēng)力機(jī)處于最大做功狀態(tài)下仍無法滿足制動要求時，系統(tǒng)控制器控制所述機(jī)械剎車同步進(jìn)入機(jī)械制動；當(dāng)系統(tǒng)總控制器接收到松開剎車信號時，風(fēng)車室門閉合，風(fēng)力機(jī)停止工作。
[0011]在系統(tǒng)控制器中接收剎車信號后，風(fēng)力機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)剎車信號與風(fēng)力機(jī)所處位置的對應(yīng)關(guān)系將所述風(fēng)力機(jī)彈出風(fēng)車室至相應(yīng)的位置;在系統(tǒng)總控制器接收到松開剎車信號后，風(fēng)力機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)將所述風(fēng)力機(jī)位置調(diào)整到風(fēng)車室門內(nèi)。
[0012]本發(fā)明用于交通工具中利用剎車過程來回收能量的整個系統(tǒng)，由機(jī)械剎車、系統(tǒng)總控制器、風(fēng)力機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、風(fēng)車室門、風(fēng)車室門執(zhí)行機(jī)構(gòu)、風(fēng)力機(jī)、風(fēng)車室、蓄電池和車輛組成。控制方法由兩個部分組成，一部分為傳統(tǒng)的機(jī)械剎車，另一部分為新增的吸能風(fēng)阻剎車，其中風(fēng)阻剎車部分也是能量回收的部分。以機(jī)械剎車的剎車深度為反饋信號，系統(tǒng)總控制器來控制風(fēng)車室門執(zhí)行機(jī)構(gòu)和風(fēng)力機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使機(jī)械剎車與風(fēng)阻剎車協(xié)同動作。
[0013]在車輛上暗裝吸收風(fēng)能的風(fēng)力機(jī)，風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)可根據(jù)設(shè)計而選用阻力式或升力式。風(fēng)力機(jī)設(shè)置在風(fēng)車室內(nèi)，當(dāng)車輛啟動、加速、勻速以及滑行的過程中，風(fēng)力機(jī)隱藏在風(fēng)車室內(nèi)，無氣流通過風(fēng)力機(jī)。風(fēng)車室的外體與車身整體成一體，具有流線型。此時，車輛與傳統(tǒng)的車輛一樣，不受外界阻力影響。當(dāng)車輛剎車時，風(fēng)車室門打開，風(fēng)力機(jī)通過控制，部分或整體暴露于車輛周圍氣流。氣流在流經(jīng)該部分風(fēng)力機(jī)時，其風(fēng)能被風(fēng)力機(jī)吸收，吸收的風(fēng)能通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能，儲存于蓄電池中，可用于車載照明或為車輛行駛補充能量。此夕卜，氣流通過風(fēng)力機(jī)時，沿氣流運動方向會對風(fēng)力機(jī)產(chǎn)生軸向力。這軸向力反作用力就是風(fēng)力機(jī)對氣流產(chǎn)生的風(fēng)阻力，從而一定程度上起到剎車作用。
[0014]當(dāng)車輛深踩剎車時，風(fēng)車室被打開得更大，風(fēng)力機(jī)暴露于相對氣流的部分更多，更多的風(fēng)能將被吸收，同時也會產(chǎn)生更大的風(fēng)阻力，剎車作用更好。
[0015]當(dāng)風(fēng)力機(jī)全部彈出后，還是不足以減速，則機(jī)械剎車全部投入制動。
[0016]當(dāng)剎車系統(tǒng)松開后，風(fēng)力機(jī)迅速回風(fēng)車室，風(fēng)車室門關(guān)閉。若再剎車，風(fēng)車室再打開。
[0017]風(fēng)車室設(shè)計于車輛尾部，剎車時，風(fēng)車室門橫向打開，并不干擾氣流流場。
[0018]風(fēng)車室設(shè)計于車輛前端，剎車時，風(fēng)車門打開，風(fēng)進(jìn)入流道，推動風(fēng)力機(jī)運行。風(fēng)車室門打開的幅度控制著進(jìn)入流道內(nèi)氣流量的大小和風(fēng)速的大小。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的主要效果是:(I)本發(fā)明新增的吸能風(fēng)阻剎車也是能量回收的部分，既能提高剎車性能，也能回收能量。(2)本發(fā)明以機(jī)械剎車的剎車深度為反饋信號，機(jī)械剎車與風(fēng)阻剎車協(xié)同動作。當(dāng)風(fēng)阻剎車全部作用后，還是不足以減速，則機(jī)械剎車全部投入制動，使制動效果得到保證。(3)本發(fā)明回收的能量儲存于蓄電池中，可車載照明或為車輛行駛提供能量，節(jié)能環(huán)保。
【附圖說明】
[0020]圖1是風(fēng)車室設(shè)計于車輛尾部，車輛非制動狀態(tài)示意圖。
[0021 ]圖2是風(fēng)車室設(shè)計于車輛尾部，車輛制動狀態(tài)示意圖。
[0022]圖3是風(fēng)車室設(shè)計于車輛前端示意圖。
[0023]圖4是車輛制動控制系統(tǒng)圖。
[0024]其中:機(jī)械剎車I;總系統(tǒng)控制器2;風(fēng)力機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)3;風(fēng)力發(fā)電機(jī)4;風(fēng)車室門5;風(fēng)車室門執(zhí)行機(jī)構(gòu)6 ；風(fēng)力機(jī)7 ；風(fēng)車室8;蓄電池9;車輛10。
【具體實施方式】
[0025]如圖1所示，本發(fā)明一種用于交通工具中利用剎車過程來回收能量的能量回收系統(tǒng)，其中交通工具包括汽車或列車等。本發(fā)明能量回收系統(tǒng)包括車輛10以及設(shè)置在車輛上用于制動的機(jī)械剎車I，在車輛10上還設(shè)置有一風(fēng)車室8、安裝在風(fēng)車室上的風(fēng)車室門5、用于控制風(fēng)車室門開度的風(fēng)車室門執(zhí)行機(jī)構(gòu)6、設(shè)置在風(fēng)車室內(nèi)的風(fēng)力機(jī)7、與風(fēng)力機(jī)連接的風(fēng)力發(fā)電機(jī)4以及與風(fēng)力發(fā)電機(jī)連接的蓄電池9。車輛10內(nèi)還設(shè)置有一系統(tǒng)總控制器I，系統(tǒng)總控制器I根據(jù)機(jī)械剎車I的輸出信號控制風(fēng)車室門執(zhí)行機(jī)構(gòu)6用于調(diào)節(jié)風(fēng)車室門5的開度大小。
[0026]風(fēng)車室8設(shè)計于車輛尾部，風(fēng)力機(jī)7通過風(fēng)力機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)3可活動的安裝在風(fēng)車室8內(nèi)。車輛10非制動狀態(tài)。此時風(fēng)車室門5關(guān)閉，風(fēng)力機(jī)不工作。風(fēng)車室8外部與車體10渾然一體成流線，不影響車輛的運行。
[0027]如圖2所示，風(fēng)車室8設(shè)計于車輛尾部，在車輛周圍產(chǎn)生較高速度的氣流。當(dāng)車輛10的機(jī)械剎車I動作時，風(fēng)車室門5橫向打開，避免干擾氣流流場。風(fēng)力機(jī)7通過風(fēng)力機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)3的控制，使其部分暴露于車輛周圍氣流。氣流在流經(jīng)風(fēng)力機(jī)7時，其風(fēng)能被風(fēng)力機(jī)7吸收，吸收的風(fēng)能通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)4轉(zhuǎn)化為電能，儲存于蓄電池9中，為車輛行駛補充能量。氣流通過風(fēng)力機(jī)7，會產(chǎn)生沿氣流運動方向的軸向力。根據(jù)反作用力，風(fēng)力機(jī)7對氣流產(chǎn)生風(fēng)阻力增大，在一定程度上起到輔助剎車的作用。當(dāng)車輛深踩機(jī)械剎車I時，風(fēng)車室門5被打開的更大，風(fēng)力機(jī)7暴露于相對氣流的部分也更多，被吸收的風(fēng)能會更多，同時也會產(chǎn)生更大的風(fēng)阻力，起到更好的輔助剎車作用。當(dāng)機(jī)械剎車I松開后，風(fēng)力機(jī)7迅速回風(fēng)車室8，風(fēng)車室門5關(guān)閉。若再剎車，風(fēng)車室門5再打開。
[0028]如圖3所示，風(fēng)車室8設(shè)計于車輛10前端。風(fēng)力機(jī)7固定在風(fēng)車室8內(nèi)。當(dāng)車輛10的機(jī)械剎車I動作時，風(fēng)車室門7打開，風(fēng)進(jìn)入風(fēng)車室8，推動風(fēng)力機(jī)7運行。氣流在流經(jīng)風(fēng)力機(jī)7時，其風(fēng)能被風(fēng)力機(jī)7吸收，吸收的風(fēng)能最終轉(zhuǎn)化為電能。當(dāng)車輛深踩機(jī)械剎車I時，風(fēng)車室門5被打開的更大，流經(jīng)風(fēng)力機(jī)的相對氣流就會更多，有更多被吸收的風(fēng)能通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)4轉(zhuǎn)化為電能，儲存在蓄電池，可用于車載照明。同時，風(fēng)力機(jī)7對氣流產(chǎn)生的風(fēng)阻力，使輔助剎車效果更好。當(dāng)剎車系統(tǒng)I松開后，置于車輛前端的風(fēng)車室門5迅速關(guān)閉，風(fēng)力機(jī)7也停止運行。若再剎車，風(fēng)車室門5再打開。
[0029]如圖4所示，車輛制動控制系統(tǒng)圖。根據(jù)機(jī)械剎車I的剎車狀態(tài)，可簡要分為①剎車、②松開剎車?？傁到y(tǒng)控制器2開始監(jiān)測車輛1的運行狀態(tài)。當(dāng)監(jiān)測到機(jī)械剎車的①剎車狀態(tài)和風(fēng)力機(jī)7沒有100%彈出，就讓風(fēng)車室門執(zhí)行機(jī)構(gòu)6開啟，打開風(fēng)室門10，風(fēng)力機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)3動作，彈出風(fēng)力機(jī)7。接著監(jiān)測車輛10速度以決定下一步剎車動作。若速度未達(dá)到預(yù)期，則下一步剎車動作為①剎車?？傁到y(tǒng)控制器2繼續(xù)監(jiān)測風(fēng)力機(jī)是否100%彈出，若仍沒有，說明風(fēng)力機(jī)7仍然可作為剎車輔助裝置，風(fēng)車室門執(zhí)行機(jī)構(gòu)6進(jìn)一步開啟，繼續(xù)打開風(fēng)車室門5，風(fēng)力機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)3繼續(xù)動作，加大彈出風(fēng)力機(jī)7程度。這時若仍未達(dá)到車輛預(yù)期速度，即繼續(xù)執(zhí)行剎車系統(tǒng)動作的①剎車。此時，若總系統(tǒng)控制器2監(jiān)測到風(fēng)力機(jī)已經(jīng)100%彈出，則直接返回剎車系統(tǒng)。當(dāng)制動結(jié)束，車輛10剎車系統(tǒng)動作的②松開剎車信號被總系統(tǒng)控制器2監(jiān)測到，風(fēng)力機(jī)7彈回風(fēng)車室內(nèi)，風(fēng)車室門執(zhí)行機(jī)構(gòu)6關(guān)閉風(fēng)車室門5。
【主權(quán)項】
1.一種用于交通工具中利用剎車過程來回收能量的能量回收系統(tǒng)，包括車輛以及設(shè)置在車輛上用于制動的機(jī)械剎車，其特征在于:在所述車輛上還設(shè)置有一風(fēng)車室，該風(fēng)車室包括一入風(fēng)口，在該入風(fēng)口設(shè)置有一風(fēng)車室門，在所述風(fēng)車室內(nèi)設(shè)置有一風(fēng)力機(jī)，該風(fēng)力機(jī)通過一風(fēng)力發(fā)電機(jī)與設(shè)置在所述車輛上的蓄電池連接，在所述車輛上還包括一系統(tǒng)總控制器和一風(fēng)車室門執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述系統(tǒng)總控制器根據(jù)所述機(jī)械剎車的輸出信號控制所述風(fēng)車室門執(zhí)行機(jī)構(gòu)用于調(diào)節(jié)所述風(fēng)車室門的開度大小。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量回收系統(tǒng)，其特征在于:在所述車輛內(nèi)還設(shè)置有一風(fēng)力機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述風(fēng)力機(jī)設(shè)置在所述風(fēng)力機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)上，所述系統(tǒng)總控制器與所述風(fēng)力機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接與用于調(diào)整所述風(fēng)力機(jī)伸出所述車輛與氣流接觸的位置。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量回收系統(tǒng)，其特征在于:在所述車輛上還設(shè)置有一引風(fēng)板，所述系統(tǒng)總控制器與該引風(fēng)板連接用于調(diào)整引風(fēng)板出風(fēng)口與所述風(fēng)力機(jī)葉片最大功角方向的夾角。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量回收系統(tǒng)，其特征在于:所述風(fēng)車室設(shè)于車尾部或車前端。5.—種基于權(quán)利要求1所述能量回收系統(tǒng)的能量回收方法，其特征在于:在系統(tǒng)控制器中接收剎車信號后，根據(jù)剎車信號與風(fēng)車室門開度大小的對應(yīng)關(guān)系打開風(fēng)車室門至相應(yīng)開度，風(fēng)力機(jī)帶動風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作并將產(chǎn)生的電能儲存在蓄電池內(nèi)，當(dāng)風(fēng)力機(jī)處于最大做功狀態(tài)下仍無法滿足制動要求時，系統(tǒng)控制器控制所述機(jī)械剎車同步進(jìn)入機(jī)械制動；當(dāng)系統(tǒng)總控制器接收到松開剎車信號時，風(fēng)車室門閉合，風(fēng)力機(jī)停止工作。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的能量回收方法，其特征在于:在系統(tǒng)控制器中接收剎車信號后，風(fēng)力機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)剎車信號與風(fēng)力機(jī)所處位置的對應(yīng)關(guān)系將所述風(fēng)力機(jī)彈出風(fēng)車室至相應(yīng)的位置;在系統(tǒng)總控制器接收到松開剎車信號后，風(fēng)力機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)將所述風(fēng)力機(jī)位置調(diào)整到風(fēng)車室門內(nèi)。
【文檔編號】B60T1/16GK106089584SQ201610621815
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月29日 公開號201610621815.0, CN 106089584 A, CN 106089584A, CN 201610621815, CN-A-106089584, CN106089584 A, CN106089584A, CN201610621815, CN201610621815.0
【發(fā)明人】趙振宙
【申請人】河海大學(xué)