公路長(zhǎng)下坡車輛制動(dòng)能量回收裝置的制造方法
【專利摘要】提供了一種公路長(zhǎng)下坡車輛制動(dòng)能量回收裝置。該公路長(zhǎng)下坡車輛制動(dòng)能量回收裝置包括：摩擦滾輪，被放置在下坡道路的路面上的溝槽中以便與在路面上行駛的車輛車輪保持接觸；以及能量轉(zhuǎn)換裝置，被配置來將摩擦滾輪的轉(zhuǎn)動(dòng)能量轉(zhuǎn)換為電能。通過摩擦滾輪為行駛車輛提供減速摩擦力，并且通過能量轉(zhuǎn)換裝置將行駛車輛的勢(shì)能變化量部分轉(zhuǎn)化為電能，可以避免行駛車輛的運(yùn)行速度增加，避免車輛制動(dòng)時(shí)制動(dòng)器的發(fā)熱并且相應(yīng)地可以避免制動(dòng)器發(fā)熱導(dǎo)致的制動(dòng)失靈，同時(shí)可以提高能量利用率。
【專利說明】
公路長(zhǎng)下坡車輛制動(dòng)能量回收裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及車輛制動(dòng)能量回收，并且更具體地設(shè)及一種公路長(zhǎng)下坡車輛制動(dòng) 能量回收裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)地域迂闊，有約60 %的國(guó)±是丘陵、山地和高原，在我國(guó)已建成通車的公路有 不少穿越運(yùn)些地區(qū)。運(yùn)些地區(qū)地形起伏和地勢(shì)落差大，需要采用連續(xù)升坡或連續(xù)降坡的方 法克服高差，下坡時(shí)不少公路有連續(xù)長(zhǎng)下坡路段。運(yùn)些連續(xù)長(zhǎng)下坡路段的平均坡度大于 3%，并且坡長(zhǎng)一般超過4km。
[0003] 運(yùn)輸車輛在運(yùn)些長(zhǎng)下坡路段行駛過程中，其勢(shì)能將轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，重力驅(qū)動(dòng)車輛 加速，必須采用制動(dòng)器等制動(dòng)裝置抵消重力作用，保障車輛W安全的速度行駛。在車輛下坡 持續(xù)制動(dòng)過程中，大量的勢(shì)能在車輛制動(dòng)穀內(nèi)轉(zhuǎn)化為熱量，使制動(dòng)穀升溫，如果制動(dòng)時(shí)間過 長(zhǎng)、要轉(zhuǎn)化的勢(shì)能過大，都會(huì)引起制動(dòng)穀溫度過高，導(dǎo)致制動(dòng)失靈，造成追尾、沖出公路等車 毀人亡的重特大交通事故。
[0004] 運(yùn)輸車輛，特別是載重貨車在連續(xù)長(zhǎng)下坡路段行駛過程中，由于制動(dòng)失靈等原因 導(dǎo)致的特大、重大交通事故時(shí)有發(fā)生，是重大惡性交通事故的發(fā)生率最高的路段，已引起全 社會(huì)的廣泛關(guān)注。在運(yùn)些交通事故中，車輛制動(dòng)失效是直接原因，長(zhǎng)時(shí)間制動(dòng)容易使車輛制 動(dòng)穀和輪胎的溫度迅速上升，制動(dòng)穀溫度接近700攝氏度，容易引起制動(dòng)失效。
[0005] 因此，需要一種在現(xiàn)有線路條件和車輛制動(dòng)方式都不變的前提下在公路長(zhǎng)下坡路 段避免車輛制動(dòng)失效的裝置。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006] 考慮到上述問題而做出了本實(shí)用新型。本實(shí)用新型提供了一種車輛制動(dòng)能量回收 裝置，包括:摩擦滾輪，被放置在下坡道路的路面上的溝槽中W便與在路面上行駛的車輛車 輪保持接觸；W及能量轉(zhuǎn)換裝置，被配置來將摩擦滾輪的轉(zhuǎn)動(dòng)能量轉(zhuǎn)換為電能。
[0007] 根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例，所述能量轉(zhuǎn)換裝置包括升速齒輪和發(fā)電機(jī)，所述升速齒 輪包括低速齒輪和高速齒輪，所述低速齒輪和所述高速齒輪彼此曬合，所述低速齒輪與所 述摩擦滾輪同軸連接，所述高速齒輪與發(fā)電機(jī)同軸連接。
[000引根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例，所述車輛制動(dòng)能量回收裝置還包括:并網(wǎng)逆變器，其輸入 端連接所述發(fā)電機(jī)的輸出端，并且被配置來將所述能量轉(zhuǎn)換裝置產(chǎn)生的電能變換至預(yù)定電 壓幅度預(yù)定頻率的=相交流電；W及升壓變壓器，其輸入端連接并網(wǎng)逆變器的輸出端，其輸 出端連接電網(wǎng)，并且被配置來將所述并網(wǎng)逆變器產(chǎn)生的預(yù)定電壓幅度預(yù)定頻率的=相交流 電變換至電網(wǎng)電壓的幅度和頻率。
[0009]根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例，所述摩擦滾輪和能量轉(zhuǎn)換裝置布置在所述溝槽中，所述 摩擦滾輪布置在所述溝槽的上部，所述能量轉(zhuǎn)換裝置布置在所述溝槽的下部;所述并網(wǎng)逆 變器和升壓變壓器遠(yuǎn)離所述摩擦滾輪和能量轉(zhuǎn)換裝置布置。
[0010] 根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例，在下坡道路的路面上布置多個(gè)溝槽，每個(gè)溝槽間隔10米， 在每個(gè)溝槽中布置一個(gè)摩擦圓滾輪和能量轉(zhuǎn)換裝置，并且摩擦圓滾輪的半徑為0.5米。
[0011] 根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的車輛制動(dòng)能量回收裝置，通過在連續(xù)下坡路段上布置摩 擦滾輪和發(fā)電機(jī)，可W為行駛車輛提供減速摩擦力，避免行駛車輛的運(yùn)行速度增加，將行駛 車輛的勢(shì)能變化量部分轉(zhuǎn)化為電能，不僅可W避免車輛制動(dòng)時(shí)制動(dòng)器的發(fā)熱并且相應(yīng)地可 W避免制動(dòng)器發(fā)熱導(dǎo)致的制動(dòng)失靈，同時(shí)可W提高能量利用率。
【附圖說明】
[0012] 通過參考附圖描述根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例，本實(shí)用新型實(shí)施例的各種特征和優(yōu)點(diǎn) 將更明顯，并且也更容易被理解，在附圖中：
[0013] 圖1是示出了車輛在下坡路段行駛時(shí)的受力分析示意圖；
[0014] 圖2示出了根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的車輛制動(dòng)能量回收裝置的示意性框圖；
[0015] 圖3示出了根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的車輛制動(dòng)能量回收裝置的示意性安裝圖；W 及
[0016] 圖4示出了根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的車輛制動(dòng)能量回收裝置的另一示意性框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面將參考附圖來描述根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的公路長(zhǎng)下坡車輛制動(dòng)能量回收 裝置。
[0018] 圖1示出了車輛在下坡路段行駛時(shí)的受力分析示意圖。
[0019] 如圖1所示，一輛總重量為m的車輛在一條坡度角為a度的筆直路線上下坡行駛，其 中線路坡度可W被定義為i = tana。
[0020] 在圖1中，車輛受力共有：與水平面垂直的重力mg、與行駛路面垂直的路面支撐力 fz、與行駛速度方向一致的牽引力fq、與行駛速度方向相反的摩擦力fm和風(fēng)阻力fv。由于車 輛行駛速度較低，可忽略風(fēng)阻力的作用，根據(jù)牛頓定律，可列出車輛的運(yùn)動(dòng)方程為：
[0021 ] mg sin(a)+fq-fm=ma 式（I)其中，日為車輛的行駛加速度。
[0022] 如圖1所示，車輛沿行駛速度方向的行駛距離為S，其行駛起點(diǎn)和終點(diǎn)速度分別為 Vi和V2。根據(jù)功率守恒定律，在該路段上，沿行駛速度方向的合成力作的功為(mg sina+fq- f")s，其應(yīng)等于車輛機(jī)械能的增量|mv22-非vf池即：
[0023] 式（2)
[0024] 刃J?；Ａ拿髑伞沽x生，一販巧：V2含VI，假設(shè)車輛勻速下坡，也即：V2 = V1，另外， 認(rèn)為下坡時(shí)車輛牽引力保持為0,即：fq = 〇,由式（1)可得:mg sina = fm，即車輛重力沿運(yùn)動(dòng) 方向的分量等于摩擦力。車輛重力在行駛過程中做的功為SXmg sina = hXmg，其等于車輛 的勢(shì)能變化量。由式(2)可知，車輛重力在行駛過程中做的功也等于摩擦力所做的功：s X fm，運(yùn)些能量絕大部分將被制動(dòng)器吸收，轉(zhuǎn)化為熱量。
[002引 W-段6.6公里長(zhǎng)下坡路段為例，其平均坡度為i = 3.56 %，則坡度角為a = tarTi (i ) = 2.04度。假設(shè)一輛總重量為10噸的車輛，沿該坡道起點(diǎn)勻速下坡至終點(diǎn)，行使距離為S =6.6 公里，則制動(dòng)能量為 S Xmg Sina = 6600 X 10000 X 9.8 X sin(2.04) =2.302X 10?焦 耳，相當(dāng)于6.4度電化Wh) (I度電等于3.6X IO6焦耳）。
[0026] 據(jù)統(tǒng)計(jì)，八達(dá)嶺高速公路進(jìn)京方向的日均交通流量為14萬輛，既有數(shù)量眾多的2噸 W下的小轎車，又有大量的最大載重超過10噸的大貨車(超載時(shí)有時(shí)達(dá)20噸W上），如按照 每輛車平均3噸來計(jì)算，該路段每輛車的平均制動(dòng)能量為1.92度電，按日均交通流量為14萬 輛計(jì)算，則每日的總制動(dòng)能量為26.88萬度電，每年(365天)的總制動(dòng)能量為9811.2萬度電， 近1億度電，數(shù)量極為可觀。目前，運(yùn)些能量主要通過制動(dòng)器轉(zhuǎn)化為熱量，白白浪費(fèi)掉了，十 分可惜。更為嚴(yán)重的是，運(yùn)些制動(dòng)能量是導(dǎo)致重特大交通事故的主要誘因。
[0027] 針對(duì)目前公路長(zhǎng)下坡路段車輛制動(dòng)能量巨大、被白白浪費(fèi)且可能會(huì)導(dǎo)致重大交通 故的嚴(yán)峻情況，提出了一種公路長(zhǎng)下坡車輛制動(dòng)能量回收與利用裝置。
[0028] 圖2示出了根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的車輛制動(dòng)能量回收裝置的示意性框圖，根據(jù) 本實(shí)用新型實(shí)施例的車輛制動(dòng)能量回收裝置安裝在公路長(zhǎng)下坡路段上。
[0029] 如圖2所示，根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的車輛制動(dòng)能量回收裝置包括摩擦滾輪和能 量轉(zhuǎn)換裝置。
[0030] 摩擦滾輪被放置在下坡道路的路面上的溝槽中W便與在路面上行駛的車輛車輪 保持接觸。在連續(xù)下坡道路的路面上每隔一段距離挖一溝槽，將摩擦滾輪放置在溝槽上部， 并讓圓滾輪頂部盡量露出路面，使其與路面行駛車輛車輪保持足夠的接觸面積。在路面摩 擦滾輪與車輛車輪接觸時(shí)，車輛車輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)路面摩擦滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)。例如，所述摩擦滾輪可W 是摩擦圓滾輪。
[0031 ]能量轉(zhuǎn)換裝置被配置來將摩擦圓滾輪的轉(zhuǎn)動(dòng)能量轉(zhuǎn)換為電能。
[0032] 作為示例，所述能量轉(zhuǎn)換裝置包括升速齒輪和發(fā)電機(jī)，所述升速齒輪包括低速齒 輪和高速齒輪，所述低速齒輪和所述高速齒輪彼此曬合，如圖3所示。所述升速齒輪中的低 速齒輪與所述摩擦滾輪同軸連接，所述升速齒輪中的高速齒輪與發(fā)電機(jī)同軸連接，低速齒 輪和高速齒輪之間具有升速比。該發(fā)電機(jī)可W為中速發(fā)電機(jī)。
[0033] 摩擦圓滾輪的半徑為r，車輛行駛速度V化m/h)與滾動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速n(轉(zhuǎn)/分)之間的關(guān) 系為：
[0034]
[0035] '欣W芋巧剛化化日。十1工- 0.5米，車輛W50~90km/h速度勻速行駛，則對(duì)應(yīng)的 摩擦圓滾輪的轉(zhuǎn)速為265.39~477.71轉(zhuǎn)/分。假設(shè)升速齒輪中的低速齒輪和高速齒輪所提 供的升速比設(shè)定為1:6，對(duì)應(yīng)的發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速可W為1592.34~2866.26轉(zhuǎn)/分。
[0036] 仍W八達(dá)嶺高速公路進(jìn)京方向6.6km下坡路段為例，該下坡路段每日的總制動(dòng)能 量為26.88萬度電，如果每10米安裝一套制動(dòng)能量回收裝置(或者一套摩擦圓滾輪和能量轉(zhuǎn) 換裝置），整個(gè)下坡段共安裝660套。按照每日50%的制動(dòng)能量被制動(dòng)能量回收裝置轉(zhuǎn)化為 電能并回收，則被回收的電能為13.44萬度，每一套制動(dòng)能量回收裝置平均轉(zhuǎn)化203.64度
電每奪化巧tVt W化南山
[0037]
[0038] 在此情況下，進(jìn)一步考慮到過載和極端情況，可W將發(fā)電機(jī)的額定參數(shù)選為30kW、 3000轉(zhuǎn)/分。
[0039] 如圖4所示，根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的車輛制動(dòng)能量回收裝置除了包括路面摩擦 圓滾輪、升速齒輪和發(fā)電機(jī)之外，還包括并網(wǎng)逆變器和升壓變壓器。
[0040] 發(fā)電機(jī)的輸出端與并網(wǎng)逆變器的輸入端連接，并網(wǎng)逆變器的輸出端與升壓變壓器 的輸入端連接，升壓變壓器的輸出端與電網(wǎng)連接。升壓變壓器的輸入端為升壓變壓器的原 邊，升壓變壓器的輸出端為升壓變壓器的副邊。
[0041] 根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例，升速齒輪和發(fā)電機(jī)可W均放置在溝槽內(nèi)，并網(wǎng)逆變器和 升壓變壓器可W放置在公路旁的建筑物內(nèi)。
[0042] 車輛在下坡路段行駛時(shí)，在其前輪與摩擦圓滾輪開始接觸到后輪脫離接觸運(yùn)段時(shí) 間內(nèi)，車輪驅(qū)動(dòng)摩擦圓滾轉(zhuǎn)動(dòng)，并由升速齒輪升速，驅(qū)動(dòng)中速發(fā)電機(jī)發(fā)電。然后，并網(wǎng)逆變器 將發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流電變換成幅值和頻率都恒定的=相交流電，并通過升壓變壓器接入電 網(wǎng)。
[0043] 仍W北京八達(dá)嶺高速公路進(jìn)京方向下坡段為例，該路段則每年的總制動(dòng)能量為 9811.2萬度電，按照50%轉(zhuǎn)化電能計(jì)算，約為4905.6萬度電。僅北京八達(dá)嶺高速公路進(jìn)京方 向下坡路段制動(dòng)能量轉(zhuǎn)化的電能就可滿足北京市至少1.7萬戶家庭一年的用電需求。
[0044] 根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的車輛制動(dòng)能量回收裝置，通過在連續(xù)下坡路段上布置摩 擦滾輪，可W為行駛車輛提供減速摩擦力，避免行駛車輛的運(yùn)行速度增加;通過布置能量轉(zhuǎn) 換裝置可W將車輛在下坡時(shí)的勢(shì)能變化量部分轉(zhuǎn)換為電能，避免了車輛制動(dòng)時(shí)制動(dòng)器的 發(fā)熱，避免了制動(dòng)器發(fā)熱導(dǎo)致的制動(dòng)失靈;通過布置并網(wǎng)逆變器和升壓變壓器，可W提高能 量利用率。
[0045] W上所述，僅為本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限 于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型掲露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化 或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)所述W權(quán) 利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種公路長(zhǎng)下坡車輛制動(dòng)能量回收裝置，包括： 摩擦滾輪，被放置在下坡道路的路面上的溝槽中以便與在路面上行駛的車輛車輪保持 接觸；以及 能量轉(zhuǎn)換裝置，被配置來將摩擦滾輪的轉(zhuǎn)動(dòng)能量轉(zhuǎn)換為電能，所述能量轉(zhuǎn)換裝置包括 升速齒輪和發(fā)電機(jī)， 所述升速齒輪包括低速齒輪和高速齒輪，所述低速齒輪和所述高速齒輪彼此嚙合，所 述低速齒輪與所述摩擦滾輪同軸連接，所述高速齒輪與發(fā)電機(jī)同軸連接。2. 如權(quán)利要求1所述的公路長(zhǎng)下坡車輛制動(dòng)能量回收裝置，還包括： 并網(wǎng)逆變器，其輸入端連接所述發(fā)電機(jī)的輸出端，并且被配置來將所述能量轉(zhuǎn)換裝置 產(chǎn)生的電能變換至預(yù)定電壓幅度預(yù)定頻率的三相交流電；以及 升壓變壓器，其輸入端連接并網(wǎng)逆變器的輸出端，其輸出端連接電網(wǎng)，并且被配置來將 所述并網(wǎng)逆變器產(chǎn)生的預(yù)定電壓幅度預(yù)定頻率的三相交流電變換至電網(wǎng)電壓的幅度和頻 率。3. 如權(quán)利要求1所述的公路長(zhǎng)下坡車輛制動(dòng)能量回收裝置，其中，所述摩擦滾輪是摩擦 圓滾輪。4. 如權(quán)利要求1所述的公路長(zhǎng)下坡車輛制動(dòng)能量回收裝置，其中，所述低速齒輪和所述 高速齒輪所提供的升速比為1:6。5. 如權(quán)利要求2所述的公路長(zhǎng)下坡車輛制動(dòng)能量回收裝置，其中， 所述摩擦滾輪和能量轉(zhuǎn)換裝置布置在所述溝槽中，所述摩擦滾輪布置在所述溝槽的上 部，所述能量轉(zhuǎn)換裝置布置在所述溝槽的下部； 所述并網(wǎng)逆變器和升壓變壓器遠(yuǎn)離所述摩擦滾輪和能量轉(zhuǎn)換裝置布置。6. 如權(quán)利要求2所述的公路長(zhǎng)下坡車輛制動(dòng)能量回收裝置，其中， 升壓變壓器的輸入端為升壓變壓器的原邊，升壓變壓器的輸出端為升壓變壓器的副 邊。7. 如權(quán)利要求3所述的公路長(zhǎng)下坡車輛制動(dòng)能量回收裝置，其中， 在下坡道路的路面上布置多個(gè)溝槽，每個(gè)溝槽間隔10米，在每個(gè)溝槽中布置一個(gè)摩擦 圓滾輪和能量轉(zhuǎn)換裝置，并且摩擦圓滾輪的半徑為0.5米。
【文檔編號(hào)】F03G7/00GK205445919SQ201520983883
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2015年12月3日
【發(fā)明人】李博正
【申請(qǐng)人】李博正