车辆悬架动力学转换新系统的研发和应用

© 2013作者。出版社：Elsevier B.V.由美国应用科学研究所负责选择和/或同行评审可在www.sciencedirect.com在线获取ScienceDirectAASRI Procedia 7（2014）32 - 372013年AASRI电力和能源系统车辆动力学转换为动力（Dynapower）Habib NASSERaaSavoie大学，SYMME，F-74000 Annecy，法国摘要本文旨在开发一种将车辆运动转换为电能的新系统。它利用空气动力学和地轮动力学来发电。当车辆移动时，在表面上产生空气动力学现象，并且悬架振动。主要目标在于利用这些动力学来产生动力并为电池充电。为了发明一种新的装置，使用了配备有风速计和传感器的车辆。首先，我们介绍了风力涡轮机的设计和使用案例。然后，我们开发了一种新的系统，可以将悬架运动转换为动力。整个系统被称为© 2014作者。出版社：Elsevier B. V.这是CC BY-NC-ND许可下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/）。美国应用科学研究所关键词：车辆，风，观测器，悬挂，运动，功率，设计。1. 介绍越来越多地使用汽油为车辆提供动力，引起了对污染、噪音和臭氧层破坏等环境问题的关注。事实上，一些公司已经提出了制动能源，电动和混合动力汽车[1]，[2]，[3]。这些解决方案都有很多局限性，如电池的自主性差和成本高。考虑到所有这些缺点，研究人员建议将风力涡轮机安装在车辆顶部[4]。然而，该系统干扰了汽车的空气动力学，发动机消耗更多的功率，车辆在高速时变得不稳定，并且它阻止了例如添加车顶杆。因此，人们正在进行大量的研究，以即兴发挥，并提出新的设备来解决这些解决方案的缺陷。同样，我们提出了一种名为“DynaPower”的设备。事实上，我们开发了一个新的系统，利用风能和悬架动力来发电。2212-6716 © 2014作者出版社：Elsevier B.诉 这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/）。美国应用科学研究所科学委员会负责的同行评审doi：10.1016/j.aasri.2014.05.025Habib Nasser / AASRI Procedia 7（2014）3233首先，我们展示了一辆带有多个传感器的实验性P308汽车，以测量风速和道路轮廓[5]。采用CAO软件进行风力机设计。对于道路坡度估计，使用经典的Luenberger观测器。然后，地轮接触产生广义力，该广义力可以作为动能传播到悬架。一个齿条和小齿轮系统，将直线运动转化为旋转运动，用于产生动力。风力涡轮机和悬浮动力形成了一个名为“DynaPower”的全球连接系统2. 风力涡轮机车辆运动在室外区域周围产生具有高动能的风。因此，风力涡轮机将该动能转换成电力。这部分提出了一种新的设计，可以用来产生动力，而不会干扰空气动力学。2.1 风速为了有一个实验演示的实施系统先前提出的，并随后能够验证所有期望的想法。使用新的Arduino技术的设备，包含一组传感器（陀螺仪，加速度计，GPS...）[6]和风速计，已经开发，以实现一个强大的监督实时的研究系统，使仪器与无线和串行通信。这套传感器能够估计风速和车辆速度，并保存这些数据（见图1）。①的人。图1.实验车P308为了观测风速，我们选择了一个安静无风的日子进行测试。图2显示，车辆速度增加越多，表面上的风速变得越显著。车速值大于风速值。34Habib Nasser / AASRI Procedia 7（2014）32（b）第（1）款图2.风速为30、50、70和90 Km/h即使没有风，车辆的运动也会产生使叶片旋转的力。叶片安装在通过轴与发电机联接的转子上，以便产生动力。这些电能将为电池充电或为附件供电[7]。2.2 风力涡轮机设计为了不影响车辆的空气动力学，计划在车顶上挤出一个切口来放置风力涡轮机。该装置可以打开进入风能和感应功率（见图3）。图3. (a)封闭系统（b）操作系统（c）风力涡轮机系统Habib Nasser / AASRI Procedia 7（2014）3235M.当汽车移动时，风将从前面进入风道，并旋转通过轴连接到发电机的叶片。该系统将在某些情况下使用，否则致动器将关闭屋顶的前部和后部，如图3（a）所示。该系统由两个垂直涡轮机、小型发电机和位于轿顶前后的两个蜂窝结构组成（见图3）。（c）。这些结构用于获得层流，不干扰汽车动力学并保护整个系统。在下列情况下，器械将被打开：当飞行员刹车并且当车辆停在安全的地方时，在一个斜坡上。与其他解决方案相比，该系统具有两个主要优点。首先，当装置关闭时，空气动力学不会受到影响。然后，系统可以作用在下坡上，因为动能比在平坦道路上更显著。2.3 结果研究了线性观测器下的斜率估计问题。我们认为坡度角变化为零;否则道路不会出现颠簸[8]。一般来说，道路坡度小于10度，因此我们可以近似为sinus（正弦）。你... （. g）xXiCxx0. .（一）因此，系统（1）可以写成下面的线性形式（X<$AX<$BU）。对于道路坡度估计，我们选择了由[9]给出的经典Luenberger观测器：.^XAX+ BU + L（YCX）（二）^ ^您的位置：YCX图4.第一实验装置36Habib Nasser / AASRI Procedia 7（2014）32L是观测器增益[等式1]。2]。图5画出了道路的形状，并估计了坡度角。Matlab仿真[10]使用以下增益向量L：L2 =5。L1=[1.9 - 1]T。当倾斜角变为负值时（见图5），我们打开设备以便为电池充电。作为第一个实验装置，三个水平的风力涡轮机安装到屋顶酒吧。这种可拆卸的系统可用于公园，野餐和旅行中充电配件（见图4）。图5.道路坡度估算从T= 10秒到14秒，观测器检测到下降，然后系统动作，风以高动能进入，以旋转叶片并产生功率（见图3（b））。3. 悬浮能量这部分介绍了一种将悬架运动转化为动力的新装置。接触地轮引起平移运动[11]，[12]。这种动力学可以通过添加一个简单的机制转换为电能。我们只需要将平移运动转化为旋转运动就可以产生动力。图6：悬挂机构Habib Nasser / AASRI Procedia 7（2014）3237实际上，提出了齿条和小齿轮系统，并且该齿条和小齿轮系统可以被添加到车辆悬架。齿条机构可与悬挂移动件固定。小齿轮将耦合到发电机充电电池（见图。（六）。因此，只要车辆移动，其电池将获得持续的电力供应。这种简单的装置可以用来改善阻尼，产生更多的电能。每个悬架可以配备有齿条和小齿轮机构。悬挂装置和风力涡轮机之间的协同作用建立了“DynaPower”的概念。我们的目标是利用动力学损失的能量来产生动力。4. 结论本文提出了一种新的系统，称为“Dynapower”。这一概念的理念是利用车辆及其环境的动力来产生动力。首先，利用CAD软件设计了一种新型风力发电机系统。为了充分利用车辆下坡时的高动能，研究了一种坡度角观测器，并在P308型仪表车上进行了实验。开发了附接到屋顶杆的第一风力涡轮机装置然后，提出了一种齿轮齿条机构，将悬架动力转换为电能。作为一个前瞻性的工作，我们将开发一个嵌入式板来控制“DynaPower”系统，并定义存储电源的最佳管理。此外，我们将利用其他运动来产生更多的能量。确认这项工作的财政支持是从SMecatronix启动赠款。引用[1] 侯赛因岛电动和混合动力汽车设计基础。CRC Press，ISBN 0 8493 1466 6，2003.[2] 鲍曼湾M.; Washington，G.格伦湾C.的; Rizzoni，G.混合动力汽车机电一体化设计与控制。IEEE/ASME Trans. Mechatronics，第5卷，第1期，第110页。58-72，2000年。[3] 陈角，澳-地C. 电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车的最新技术Proc IEEE，Vol.95，2007年。[4] Tickoo，S.（2011年）。风力涡轮机的汽车。美国工程教育学会会议论文集，温哥华，不列颠哥伦比亚省。[5] K. N. M'SIRDI，J. B，N. Habib和N. Aziz：车辆动力学和变结构自动系统（SMO-VSAS）的滑模观测器，IEEE VSS[6] N.哈比河Msirdi和Aziz Naamane[7] Richardson，R.D.;McNerney，G.M.[8] Moustapha Doumiati，Alessandro Victorino，Ali Charara和Daniel Lechner[9] J.P. Gauthier G.博纳德一类非线性系统任意U（T）的可观测性。IEEE Tran.自动控制，第26卷，第4期，第922-926页[10] Habib NASSER - Kouider nacer M 'SIRDI“摩托车解耦模型及动态参数识别”第八届IEEE/ASME，苏州，中国，2012[11] Pacejka，H.B.，贝塞林岛：具有瞬态特性的轮胎魔公式模型第二届国际轮胎汽车动力学分析轮胎模型学术讨论会，德国柏林（1997年）。[12] C. S. T，N。K.和N. M：“自适应阻抗控制应用于气动腿式机器人”。智能与机器人系统杂志1997。