【正文】 大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃 項目結(jié)題材料 項目名稱 ： 汽車振動能量再生減振器開發(fā) 黑龍江工程學(xué)院 20xx 年 3 月 20 日目 錄 1. 結(jié)題驗收表 ……… … ……… … ……… … …………………… .1 2. 總結(jié)報告 …………… …… ………… …… ……………………… 4 3. 佐證材料 ………………………………………………………… .36 1 大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃學(xué)生項目 結(jié) 題 驗 收 表 項目名稱： 汽車振動能 量再生減振器開發(fā) 負 責(zé) 人： 鮑鴻宇 院 系： 汽車與交通工程學(xué)院 專業(yè)班級： 車輛工程 0912 指導(dǎo)教師： 王云龍 批準日期： 20xx 年 5 月 18 日 驗收日期： 20xx 年 3 月 25 日 黑龍江工程學(xué)院 2 一、 項目 基本情況 計劃完成時間 20xx 年 12 月 實際完成時間 20xx 年 3 月 項目 研究 人員 序號 姓名 院系 專業(yè)班級 項目分工 1 戰(zhàn) 宇 汽車與交通工程學(xué)院 車輛 0902 減振器 CAD 裝配設(shè)計 2 梁海東 汽車與交通工程學(xué)院 車輛 0912 減振器理論計算 3 王忠營 汽車與交通工程學(xué)院 汽服 1101 國內(nèi)外研究資料查詢、翻 譯 4 5 指導(dǎo)教師 姓名 王云龍 院系 汽車與交通工程學(xué)院 姓名 齊曉杰 院系 汽車與交通工程學(xué)院 二 、 項目研究摘要 （概括介紹 項目 主要內(nèi)容、 主要結(jié)論 及應(yīng)用價值等） 主要內(nèi)容： 設(shè)計車輛振動能量再生系統(tǒng)，主要包括再生系統(tǒng)整體框架 設(shè)計、振動能量再生減振器設(shè)計、道路譜發(fā)生裝置設(shè)計、電能吸收分配裝置設(shè)計等內(nèi)容。能量再生試驗臺的各個組成部分的指標(biāo)、參數(shù)按照車輛實物進行設(shè)計，滿足實際運行需要的指標(biāo)、參數(shù)。 在設(shè)計最初應(yīng)先對不同車型的減震器布置形式和部件的選用進行資料收集與調(diào)查分析，從而確定自己的設(shè)計的布置形式和零件的選擇。總體結(jié)構(gòu)確定下來開始進行齒輪和軸的尺寸進行設(shè)計計算，在進行繪制草圖，并且通過試驗產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行對比來進行數(shù)據(jù)的修正與優(yōu)化。完成振動能量再生減震器的數(shù)據(jù)設(shè)計和相關(guān)零件的選取工作，開始進行 CAD 的零件圖與裝配圖繪制，繪制完成平 面圖紙進行邊框和標(biāo)注進行細節(jié)修改。 主要結(jié)論： 本項目研究 后，設(shè)計的振動能量再生減振器 能夠?qū)④囕v行駛過程中產(chǎn)生的振動進行回收利用，將汽車直線振動轉(zhuǎn)換為發(fā)電機轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運動，從而產(chǎn)生電能，為汽車用電設(shè)備提供電能。 應(yīng)用價值： 隨著世界范圍能源危機、溫室效應(yīng)的日益 加劇，緩解能源緊張、減少溫室氣體成為社會各界普遍關(guān)注的問題。節(jié)能環(huán)保已成為汽車技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展的一個重要趨勢，新能源汽車、汽車節(jié)能技術(shù)、汽車環(huán)保技術(shù)等成為研究的熱點。本項目將汽車行駛過程中產(chǎn)生的 振動能量 進行 有效回收、利用， 變成汽車可以利用的電能， 為車輛提供 電力又起到節(jié)約能量的作用。因此，對節(jié)能環(huán)保汽車的推廣、普及具有一定的促進作用，對落實國家倡導(dǎo)低碳交通、節(jié)能減排的政策具有十分重要的現(xiàn)實意義。 3 三、結(jié)題驗收 結(jié)題條件 ： 1． 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目實現(xiàn)創(chuàng)新性產(chǎn)品或服務(wù)，完成項目提出的任務(wù)、功能和目標(biāo)參數(shù)等； 2． 創(chuàng)新訓(xùn)練項目和創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目的研究成果已經(jīng)應(yīng)用到創(chuàng)業(yè)實踐項目中； 3． 依托項目進行大學(xué)生科技競賽，獲得省三等獎（含）以上獎勵； 4． 在省級以上（含）期刊發(fā)表與本項目內(nèi)容相關(guān)的學(xué)術(shù)論文； 5． 研究成果取得國家專利或通過行業(yè)專家鑒定； 6． 項目的實施已經(jīng)產(chǎn)生一定 的經(jīng)濟價值或良好的社會影響。 結(jié)題驗收材料 （附后） ： 1．項目總結(jié)報告 2． 授權(quán)國家專利 3． 4． 5． 符合結(jié)題條件 第 （ 5） 條。 四、項目驗收意見 導(dǎo)師驗收意見 簽字： 年 月 日 院（系、部）驗收意見 簽字： 蓋章 年 月 日 學(xué)校驗收意見 簽字： 蓋章 年 月 日 4 大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃學(xué)生項目 總 結(jié) 報 告 項目名稱： 汽車振動能量再生減振器開發(fā) 負 責(zé) 人： 鮑鴻宇 院 系： 汽車與交通工程學(xué)院 專業(yè)班級： 車輛工程 0912 指導(dǎo)教師： 王云龍、齊曉杰 批準日期： 20xx 年 5 月 18 日 驗收日期： 20xx 年 3 月 25 日 黑龍江工程學(xué)院 20xx 年 3 月 5 第 1 章 緒 論 汽車從它的出現(xiàn)到發(fā)展到現(xiàn)在承擔(dān)了對我們發(fā)展的重要作用，從載人到載貨的變換，減震系統(tǒng)對乘坐人員的舒適性到保證貨物安全運輸?shù)哪芰Χ计鸬街陵P(guān)重要的作用。減震器消耗能量占發(fā)動機輸出能量的比重較大，而且路面越不平整、汽車車速越高，減震器消耗能量占發(fā)動機輸出能量的比重就越大，而且路面不平度系數(shù)對減震器能耗百分比的影響更直接，可見汽車振動能量較大 ，具有一定回收的價值。減震器能耗是汽車能耗的重要組成部分，只是這部分振動能量一直未被利用，隨著能源問題的日益突出，節(jié)能是當(dāng)前汽車設(shè)計中的首要問題之一?；厥掌囌駝幽芰浚絹碓骄哂袑嶋H意義。因此，既節(jié)能，性能又好的懸架系統(tǒng)，必將成為一個具有實際意義的研究方向。 意義和目的 本課題研究的基本目的是利用汽車振動帶動振動發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電，并對電能進行收集。通過振動能量發(fā)電系統(tǒng)吸收外部環(huán)境中的振動能量轉(zhuǎn)化為電能，為用電設(shè)備供電。車輛振動能量再生系統(tǒng)從再生試驗臺整體框架構(gòu)建、振動能量再生減振器設(shè)計、道路譜發(fā)生裝置設(shè) 計、電能回收與分配裝置設(shè)計等方面入手，利用CAD 繪圖軟件進行設(shè)計、開發(fā)，該系統(tǒng)要能模擬車輛在實際路面行駛時的振動特性，并將其振動能量進行再生轉(zhuǎn)化為電能。本設(shè)計題目的完成對于全面提高學(xué)生工程設(shè)計能力和素質(zhì)，能量轉(zhuǎn)化、再生等問題具有重要的現(xiàn)實意義和良好的實用意義。 一般來說車輛的振動能量轉(zhuǎn)化成為機械能或彈性勢能后以熱能的形式散失掉了，這樣無形中將這部分能量浪費掉了，現(xiàn)在一般最好的車輛所能著手的也只是選擇將這部分能量以何種形式給消耗掉，就目前來看現(xiàn)在最主流的幾種處理的振動的懸掛系統(tǒng)像麥弗遜式、雙叉臂懸掛、多連桿懸 掛它們所做的也只是在于如何能將這部分能量更好更合理的散失掉。本課題是研究如何能講這部分能量更好的回收并有效的利用起來。 減振器是車輛行駛平順、舒適性能的重要部件，傳統(tǒng)的車輛減振器主要通過液體、氣體等介質(zhì)用來吸收路面?zhèn)鱽淼恼駝幽芰?，使車輛能夠平穩(wěn)的行駛，使駕駛?cè)撕统俗瞬粫a(chǎn)生不適的感覺。車輛的振動是不可避免的，同時又是無處不在的。振動能量再生減振器不但具有傳統(tǒng)減振器的功能，更重要的是其可以有效的將路面?zhèn)鬟f的振動能量通過振動再生減振器轉(zhuǎn)化為電能，用來給車輛用電裝置供電，從而減少因發(fā)動機帶動發(fā)電機所消耗的功率， 從而提高車輛的動力性、經(jīng) 6 濟性。它是一種新型的能量回收、再利用的減振器，包括振動能量吸收裝置、振動能量再生系統(tǒng)、能量輸出系統(tǒng)等組成，主要由主副殼體、齒條、齒輪組、永磁鐵、導(dǎo)向機構(gòu)、發(fā)電機轉(zhuǎn)子以及電流濾波裝置等電能回收輸出裝置組成。該減振器結(jié)構(gòu)簡單、適用范圍廣、制造成本低、經(jīng)濟效應(yīng)顯著，適合于各類型車輛使用。這種能量回收系統(tǒng)還帶來了一些值得關(guān)注的額外好處，例如在冷起動時為發(fā)動機或乘客艙供暖系統(tǒng)提供額外熱量。熱電式發(fā)電機還是高效動力制動能量回收系統(tǒng)的理想補充。制動系統(tǒng)在減速和停車時產(chǎn)生能量，而熱電式發(fā)電機則在激情 駕駛（也就是加速）時具有最佳功能性。研究人員預(yù)測，將來在實際日常駕駛條件下，這套節(jié)能系統(tǒng)最多可使耗油量減少 5%。 研究現(xiàn)狀 車輛行駛時，路面不平度會激起車輛的振動，當(dāng)這種振動達到一定程度時，乘員會感到不舒適和疲勞，直接影響車輛的平順性和乘坐舒適性以及承載系的可靠性和壽命。車輪與路面之間載荷的波動還影響到它們的附著效果，路面不平度使車輛在行駛中產(chǎn)生行駛阻力和振動，為了改善車輛的行駛質(zhì)量，汽車傳統(tǒng)減震器以摩擦的形式將這部分機械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，從空氣中耗散掉，從而衰減車輛的振動，使汽車獲得良好的平 順性。如果能將這些能量加以回收利用，則可以降低汽車能耗，從而實現(xiàn)節(jié)約能源的目的，因此汽車振動能量回收得到了許多學(xué)者和企業(yè)的關(guān)注，但是現(xiàn)有相關(guān)研究文獻表明，到目前為止只有少數(shù)研究機構(gòu)在具體試驗上取得了實質(zhì)性成果，現(xiàn)有技術(shù)的研究狀況還不足以滿足商業(yè)應(yīng)用的要求。 汽 油 發(fā) 動 機速 度 變 換 驅(qū) 動 輪 軸發(fā) 電 機 儲 能 裝 置 用 電 設(shè) 備振 動 發(fā) 電車 體 振 動圖 車體振動能量回收示意圖 （一）機械能源再生的發(fā)展現(xiàn)狀 7 在機械式振動能量回收方面，再生泵裝置，機械式可變線性傳動裝置以及再生振動器是較典型的例子，雖然在能量回收性能上，有些只適合某種特殊 工況，但是在設(shè)計理念上突出了使用回收的能量來抑制振動或維持車身姿態(tài)的功能或為其他用電器供電。由于電機能量轉(zhuǎn)換方面的優(yōu)勢，永磁電機被應(yīng)用在汽車振動能量回收上，振動能量回收發(fā)電開始迅速發(fā)展起來。振動能量回收在實現(xiàn)途徑上主要有液壓式振動能量回收、電磁式振動能量回收及液電式振動能量回收等。 液壓式振動能量回收的原理是通過適當(dāng)?shù)臋C械傳動結(jié)構(gòu)將車輪和車身的振動能量傳遞給液壓或氣壓儲能裝置，以液壓能或氣壓的形式進行存儲，在適當(dāng)?shù)臅r候釋放儲能，減小能耗。電磁式振動能量回收的原理是用機械能與電能的轉(zhuǎn)換裝置替代傳統(tǒng)的減振器，當(dāng) 車輪和車身相對運動時，電機的線圈切割磁力線，向外輸出電流，將機械振動能量轉(zhuǎn)化為電能，存儲到儲能裝置中。液壓式振動能量回收懸架的優(yōu)點是：它可在現(xiàn)有液壓或空氣懸架上，增加液或氣形式的振動能量回收裝置，通過調(diào)整控制策略，減小能耗。但其缺點是響應(yīng)頻率較低，響應(yīng)速度較慢，回收的能量應(yīng)用范圍受到限制。電磁式振動能量回收懸架根據(jù)能量轉(zhuǎn)化裝置結(jié)構(gòu)的不同又分為直線電機式振動能量回收懸架和旋轉(zhuǎn)電機式能量回收懸架。直線電機式傳動效率不高，質(zhì)量較大、磁場強度不足，而旋轉(zhuǎn)電機式則較好地彌補了前者的缺點。旋轉(zhuǎn)電機式的振動能量回收效率明 顯超過直線電機式。液電回收裝置式減震器采用機 —電 —液混合系統(tǒng)，通過單向閥組成的液壓回路將由路面不平引起的車身與道路間的往復(fù)振動變成流動方向不變的液壓油流動，由液壓油驅(qū)動液壓馬達進而帶動發(fā)電機發(fā)電，從而將振動機械能轉(zhuǎn)化為電能，可為汽車空調(diào)以及其他電氣系統(tǒng)提供電能。 （二）震動能源再生在汽車上的發(fā)展現(xiàn)狀 自 20 世紀 70 年代末，學(xué)者們開始從理論上分析研究車輛振動能量和回收的可行性。理論分析了車輛被動懸架阻尼器的能量損失機理，揭示了懸架系統(tǒng)的能量耗散過程，指出振動能量回收懸架系統(tǒng)可減低整車驅(qū)動功率，對電動車 輛尤為有利。加利福尼亞大學(xué)戴維斯分校的 Karnopp 在車輛懸架系統(tǒng)能耗和主動懸架的研究中，理