Система подвески транспортного средства с эффектом рекуперации

Полезная модель относится к транспортному машиностроению, а именно к системам подвески колесных транспортных средств.
Известна конструкция транспортного средства, имеющая шасси и, по меньшей мере, один колесный узел, который включает в себя опорный элемент колеса и демпфирующую массу, пружину для соединения демпфирующей массы с опорным элементом колеса, и механический резистивный элемент, параллельный пружине и включающий в себя управляемый электромеханический преобразователь, подключенный между колесным узлом и шасси, причем управляемый электромеханический преобразователь обеспечивает управляемую упругую силу между колесным узлом и шасси и может преобразовывать механическую энергию колебаний в электрическую энергию, которая может быть возвращена в автомобильную электрическую цепь или иным образом использована в автомобиле. Электромеханический преобразователь, в отличие от обычного электродвигателя, имеющего статор и вращающийся ротор, имеет первый и второй элементы, параллельно подвижные относительно друг-друга между первым и вторым конечными положения хода подвески. Эта комбинация устройств, включающая демпфирующую массу, позволяет управлять жесткостью подвески на всех значимых частотах, включая резонансные, в то же время значительно снижая передачу усилия на подвешенную массу без чрезмерного рассеивания энергии (см. патент US 4981309, опубликовано 01.01.1991 года.).
Недостатки известного решения заключаются в сравнительной сложности конструкции.
За прототип, по совокупности существенных признаков, принимаем известную систему подвески транспортного средства, имеющую в своем составе упругий элемент в виде пружины, демпфирующий элемент в виде электромагнитного амортизатора с электрической машиной (генератором) в его составе, преобразователей электрической энергии, осуществляющих управление амортизаторами по сигналам от управляющего устройства. Генератор создает демпфирующее усилие, необходимое для снижения колебаний подрессоренной части ТС, задаваемое управляющим устройством и реализуемое электрическим преобразователем. Для накопления электрической энергии в системе применяется электрохимический накопитель - аккумуляторная батарея. Для обеспечения возможности батареи в любое время принимать генерируемую энергию используется резистивное устройство (RU №2395407 С2, МПК B60G 23/00 опубл. 14.08.2017).
Недостатками данной конструкции является постоянный разряд аккумуляторной батареи на резистивное устройство, что снижает эффективность системы в целом, при этом необходимо наличие сложной системы контроля и управления состоянием аккумуляторной батареи. Кроме этого в процессе движения электрические генераторы могут генерировать электрические токи большой величины, превышающие значения номинальных токов заряда, которые также в данном случае носят импульсный пульсирующий характер, что сокращает срок службы аккумуляторной батареи.
Предлагаемой полезной моделью решается задача повышения энергоэффективности системы подвески транспортного средства путем повышения эффективности рекуперации и увеличения срока службы аккумуляторной батареи.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в системе подвески транспортного средства с эффектом рекуперации, содержащем упругие элементы, демпфирующие элементы в виде электромагнитных амортизаторов с рекуперативным эффектом, преобразователи управления электромагнитными амортизаторами, управляющие электромагнитными амортизаторами соответствующей оси индивидуально, блок управления, аккумуляторную батарею, для обеспечения возможности аккумуляторной батареи принимать генерируемую энергию без потерь применен емкостной накопитель в виде суперконденсаторного модуля, который имеет низкое внутреннее сопротивление и высокую зарядную и разрядную мощность и обеспечивает возможность принимать большие зарядные токи при отрицательных температурах, что создает благоприятные условия работы для аккумуляторной работы.
Емкостной накопитель энергии (суперконденсаторный модуль) представляет собой совокупность единичных емкостных накопителей (единичных суперконденсаторов, ионистров) электрически соединенных в блок для обеспечения требуемых энергетических и электрических характеристик. В зависимости от типа транспортного средства, с двигателем внутреннего сгорания или с электроприводом и высоковольтной батарей, в системе может быть использован понижающий или повышающий преобразователь, для обеспечения возможности использования накопленной энергии. Для транспортного средства с двигателем внутреннего сгорания энергия может быть использована на питание бортового низковольтного электрооборудования и/или дополнительных электрических аппаратов. Для транспортного средства с электрическим приводом и высоковольтной аккумуляторной батареей энергия может быть использована как для питания тягового электрического двигателя, так и для питания бортового электрооборудования с использованием понижающего преобразователя.
Совокупность отличительных признаков, заключающаяся в том, что «для обеспечения возможности аккумуляторной батареи принимать генерируемую энергию без потерь применен емкостной накопитель в виде суперконденсаторного модуля, который имеет низкое внутреннее сопротивление и высокую зарядную и разрядную мощность и обеспечивает возможность принимать большие зарядные токи при отрицательных температурах», дает возможность повышения энергоэффективности системы подвески транспортного средства путем повышения эффективности рекуперации и увеличения срока службы аккумуляторной батареи.
Заявляемая система подвески транспортного средства с эффектом рекуперации, оснащенная электромагнитными амортизаторами с рекуперативным эффектом и емкостным накопителем энергии, имеет повышенные показатели энергоэффективности за счет снижения потерь энергии на разряд аккумуляторной батареи на резистивное устройство, повышения КПД процесса заряда за счет более низкого внутреннего сопротивления накопителя, увеличения долговечности накопителей, путем более рациональной организации условий их работы.
Заявителю не известны системы подвески транспортных средств с эффектом рекуперации с указанной совокупностью существенных признаков и заявленная совокупность существенных признаков не вытекает явным образом из современного уровня техники, что позволяет предположить соответствие заявляемого технического решения условию патентоспособности «новизна».
Полезная модель иллюстрируется чертежом, на котором представлена структурная схема системы подвески транспортного средства с эффектом рекуперации.
Система подвески транспортного средства с эффектом рекуперации для транспортных средств содержит демпфирующие элементы 1 по одному на каждое колесо в виде электромагнитных амортизаторов с рекуперативным эффектом, два силовых преобразователя 2, каждый из которых управляет двумя электромагнитными амортизаторами соответствующих осей, передней или задней, по отдельности левым и правым, обеспечивая индивидуальное управление характеристиками. На вход преобразователя поступает переменный ток, генерируемый электрическими генераторами амортизаторов, который преобразуется в пульсирующий постоянный ток. Силовой преобразователь определяет направление движение колеса и соответственно амортизатора, сжатие или отбой, либо с помощью датчиков, либо с помощью контроля чередования фаз в генераторе. Также осуществляется определение скорости перемещения колеса и штока амортизатора либо по показаниям датчика скорости, либо по частоте генерируемого генератором напряжения. В зависимости от определенных значений направления и скорости движения блок управления 3 реализует требуемый закон управления, определяя требуемую величину тока нагрузки для реализации необходимого демпфирования. Блок управления также может быть конструктивно размещен в корпусах преобразователей, имея при этом два канала управления. Преобразователь 2 регулирует уровень выходного напряжения, повышая или понижая его до уровня, требуемого для зарядки емкостного накопителя 4 энергии. Емкостной накопитель энергии представляет собой совокупность электрически соединенных единичных суперконденсаторов с характеристиками, соответствующими электрическим параметрам электрооборудования потребителей 5 энергии. При использовании системы на транспортных средствах с двигателем внутреннего сгорания емкостной накопитель 4 и преобразователи 2 должны обеспечивать номинальное напряжение на уровне 24 В. При использовании системы на транспортных средствах с электрическим двигателем емкостной накопитель 4 и преобразователи 2 должны обеспечивать номинальное напряжение на уровне соответствующему напряжению высоковольтного электрооборудования потребителей 5 энергии. Для питания потребителей также используется электрохимический накопитель 6 энергии, который представляет собой низковольтную аккумуляторную батарею для транспортных средств с двигателем внутреннего сгорания или высоковольтную батарею для транспортных средств с электродвигателем. В последнем случае емкостной накопитель 4 имеет возможность осуществлять накопление энергии не только от амортизаторов, но и от тягового электрического двигателя при электродинамическом торможении, обеспечивая протекание данного процесса с меньшими энергетическими потерями из-за более высокого КПД процесса и низкого внутреннего сопротивления. Разряд и заряд емкостного накопителя может осуществляться мгновенно, сопровождаться токами большой величины, что снижает нагрузку на аккумуляторную батарею, которая при этом работает в благоприятных режимах работы.
Система подвески с эффектом рекуперации может быть изготовлена на стандартном оборудовании с применением современных материалов и технологий.