本發(fā)明涉及車輛節(jié)能與新能源，尤其涉及一種車輛電磁振動能量回收與控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在當(dāng)今社會，隨著汽車產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，車輛保有量急劇增加，能源消耗和環(huán)境污染問題日益凸顯。傳統(tǒng)燃油汽車對石油資源的過度依賴，不僅導(dǎo)致能源危機(jī)加劇，而且其尾氣排放成為大氣污染的主要來源之一。電動汽車雖作為新能源汽車的代表，在環(huán)保方面具有顯著優(yōu)勢，但目前仍面臨續(xù)航里程短、充電時間長等問題，限制了其廣泛應(yīng)用。因此，如何提高車輛的能源利用效率，成為汽車行業(yè)亟待解決的關(guān)鍵問題。

2、車輛在行駛過程中，懸架系統(tǒng)會因路面不平產(chǎn)生大量的振動能量。這些振動能量原本被減震器以熱能的形式耗散掉，造成了能源的浪費(fèi)。據(jù)研究表明，一輛普通轎車在行駛過程中，懸架系統(tǒng)產(chǎn)生的振動能量可達(dá)數(shù)千瓦，若能將這部分能量有效回收利用，可顯著提高車輛的能源利用效率，降低能耗和排放。

3、然而，現(xiàn)有的車輛振動能量回收技術(shù)存在諸多不足。早期的振動能量回收裝置大多采用壓電式原理，但其能量轉(zhuǎn)換效率較低，且壓電材料成本高、耐久性差，難以滿足實(shí)際應(yīng)用需求。電磁感應(yīng)式振動能量回收裝置雖具有較高的能量轉(zhuǎn)換潛力，但在實(shí)際應(yīng)用中，由于車輛振動頻率和幅度的不確定性，導(dǎo)致能量回收效率不穩(wěn)定。此外，現(xiàn)有的回收系統(tǒng)缺乏有效的控制策略，無法根據(jù)車輛的行駛狀態(tài)和能量需求，合理地分配和管理回收的能量。

4、在能量存儲方面，傳統(tǒng)的電池儲能方式存在充電速度慢、壽命短、受溫度影響大等問題。超級電容器雖具有高功率密度和快速充放電的優(yōu)點(diǎn)，但能量密度較低，無法長時間存儲大量能量。因此，如何將超級電容器和電池進(jìn)行合理組合，實(shí)現(xiàn)高效的能量存儲和管理，是車輛振動能量回收系統(tǒng)需要解決的重要問題。

5、車輛振動能量回收系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過程中，還面臨著故障檢測和保護(hù)的挑戰(zhàn)。由于系統(tǒng)涉及多個模塊和復(fù)雜的電路，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障都可能導(dǎo)致系統(tǒng)失效，甚至影響車輛的安全行駛?，F(xiàn)有的故障檢測方法主要基于單一參數(shù)的監(jiān)測，難以準(zhǔn)確判斷故障的類型和位置。同時，缺乏有效的保護(hù)措施，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)過壓、過流等故障時，容易損壞設(shè)備，降低系統(tǒng)的可靠性和使用壽命。

6、此外，車輛振動能量回收系統(tǒng)與車輛其他電子系統(tǒng)之間的兼容性和協(xié)同工作能力也有待提高。現(xiàn)有的系統(tǒng)大多獨(dú)立運(yùn)行，無法與車輛的中央控制系統(tǒng)進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)交互和協(xié)同控制，不能充分發(fā)揮其在車輛整體能源管理中的作用。

7、綜上所述，開發(fā)一種高效、智能、可靠的車輛電磁振動能量回收與控制系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，能夠有效解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，推動車輛能源回收技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提出的一種車輛電磁振動能量回收與控制系統(tǒng)，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)中提到的問題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：一種車輛電磁振動能量回收與控制系統(tǒng)，包括：

3、振動能量采集模塊：安裝于車輛懸架系統(tǒng)，采用電磁感應(yīng)原理的振動發(fā)電機(jī)，由永磁體和線圈組成，車輛行駛振動使永磁體在線圈中相對運(yùn)動產(chǎn)生感應(yīng)電動勢e＝blv，其中，b為磁感應(yīng)強(qiáng)度，l為線圈有效長度，v為相對運(yùn)動速度，振動發(fā)電機(jī)具備寬頻響應(yīng)特性，適應(yīng)不同頻率的車輛振動，工作頻率范圍為5-50hz，利用采集效率公式評估采集效果，pc為采集到的電能功率，pυ為振動總功率；

4、整流濾波模塊：連接振動能量采集模塊，采用全橋整流電路將交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能，再通過電容濾波，減少電壓波動，整流電路的整流效率達(dá)到90％以上，電容選擇串聯(lián)電阻esr的類型，使用電壓波動系數(shù)公式評估濾波效果，其中，δv為電壓波動幅值，vaυg為平均電壓；

5、能量存儲模塊：由超級電容器和可充電電池組成，通過dc-dc轉(zhuǎn)換器連接整流濾波模塊，超級電容器實(shí)現(xiàn)快速存儲和釋放能量，電池則提供長期穩(wěn)定的能量存儲，dc-dc轉(zhuǎn)換器根據(jù)超級電容器和電池的狀態(tài)自動調(diào)整輸出電壓和電流，利用存儲效率公式評估存儲效果，其中，es為存儲的電能，ei為輸入的電能；

6、控制模塊：采用微控制器作為核心，監(jiān)測振動能量采集模塊的輸出功率pc、能量存儲模塊的電量q以及車輛的行駛狀態(tài)，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過控制策略公式ucontrol＝f(pc，q，υcar，a)生成控制信號，控制dc-dc轉(zhuǎn)換器的工作模式和參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對整個系統(tǒng)的智能控制，其中υcar為車速，a為速度。

7、進(jìn)一步的，還包括：

8、故障檢測模塊：實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)各模塊的工作狀態(tài)，監(jiān)測振動能量采集模塊的輸出電壓vout-c、整流濾波模塊的輸出電流iout-r、能量存儲模塊的溫度ts，當(dāng)檢測到異常數(shù)據(jù)時，通過故障判斷公式判斷是否發(fā)生故障，當(dāng)判定故障，立即向控制模塊發(fā)送故障信號；

9、保護(hù)模塊：當(dāng)故障檢測模塊檢測到故障時，保護(hù)模塊啟動相應(yīng)的保護(hù)措施，對于過壓故障，采用限壓電路限制輸出電壓；對于過流故障，使用過流保護(hù)開關(guān)切斷電路，保護(hù)模塊的響應(yīng)時間小于100ms，通過保護(hù)成功率公式評估保護(hù)效果，其中，np-success為成功保護(hù)的次數(shù)，np-total為故障發(fā)生的總次數(shù)。

10、進(jìn)一步的，還包括：

11、能量管理模塊：根據(jù)車輛的行駛狀態(tài)和能量需求，優(yōu)化能量的分配和使用，當(dāng)車輛加速行駛時，優(yōu)先從能量存儲模塊獲取能量為車輛輔助供電；當(dāng)車輛減速或制動時，將振動能量更多地存儲到能量存儲模塊中，通過能量分配公式ea＝k1es+k2ec分配能量，其中，ea為分配給車輛的能量，es為能量存儲模塊的能量，ec為振動能量采集模塊的能量，k1、k2為分配系數(shù)；

12、顯示模塊：采用液晶顯示屏，實(shí)時顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)，顯示模塊在不同光照條件下都能清晰顯示信息，方便駕駛員了解系統(tǒng)運(yùn)行情況。

13、進(jìn)一步的，所述故障檢測模塊在檢測振動能量采集模塊故障時，結(jié)合振動頻率分析，通過快速傅里葉變換將振動信號轉(zhuǎn)換到頻域，分析不同頻率成分的能量分布，當(dāng)特定頻率成分的能量異常變化時，判斷存在的故障，使用頻率異常檢測公式評估頻率異常情況，其中，df為頻率異常檢測值，ef-measured為測量到的特定頻率成分的能量，ef-normal為正常情況下該頻率成分的能量。

14、進(jìn)一步的，所述保護(hù)模塊在進(jìn)行過流保護(hù)時，采用自適應(yīng)限流策略，根據(jù)能量存儲模塊的狀態(tài)和車輛的負(fù)載情況，動態(tài)調(diào)整限流值，通過自適應(yīng)限流效果公式評估限流效果，其中，ηl為自適應(yīng)限流效果，iset為設(shè)定的限流值，iactual為實(shí)際的電流值。

15、進(jìn)一步的，所述能量管理模塊在確定分配系數(shù)k1、k2時，采用模糊控制算法，考慮車輛的行駛狀態(tài)、能量存儲模塊的電量以及振動能量采集模塊的輸出功率因素，通過模糊規(guī)則庫生成分配系數(shù)，使用模糊控制準(zhǔn)確性公式評估控制效果，其中，afuzzy為模糊控制準(zhǔn)確性，ea-calculated為計(jì)算得到的分配能量，ea-actual為實(shí)際分配的能量。

16、進(jìn)一步的，所述顯示模塊在顯示故障信息時，采用圖形化顯示方式，將不同類型的故障用不同顏色和圖標(biāo)表示，同時，顯示故障發(fā)生的時間和位置詳細(xì)信息，方便駕駛員快速了解故障情況，通過故障顯示清晰度公式評估顯示效果，其中，cf為故障顯示清晰度，nclear-display為清晰顯示的故障數(shù)量，ntotal-fault為總故障數(shù)量。

17、進(jìn)一步的，所述系統(tǒng)具備通信接口，采用can總線或藍(lán)牙等通信協(xié)議，與車輛的其他電子系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，通過通信接口，將系統(tǒng)的工作狀態(tài)和故障信息傳輸?shù)杰囕v的中央控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與車輛整體的協(xié)同工作，使用通信成功率公式評估通信效果，其中，ηcom為通信成功率，ncom-sccess為成功通信的次數(shù)，ncom-total為總通信次數(shù)。

18、與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

19、(1)在能量回收方面，振動能量采集模塊采用電磁感應(yīng)原理的振動發(fā)電機(jī)，具備寬頻響應(yīng)特性，通過采集效率公式評估采集效果，能高效采集車輛振動能量，將原本浪費(fèi)的能量轉(zhuǎn)化為電能。整流濾波模塊采用高效整流電路和低esr電容，利用電壓波動系數(shù)公式確保輸出穩(wěn)定的直流電能，減少能量損耗；

20、(2)能量存儲模塊結(jié)合超級電容器和可充電電池，通過dc-dc轉(zhuǎn)換器和mppt算法，依據(jù)存儲效率公式實(shí)現(xiàn)高效能量存儲，兼顧了快速充放電和長期穩(wěn)定儲能的需求?？刂颇K采用微控制器，根據(jù)控制策略公式智能控制整個系統(tǒng)，使其能適應(yīng)不同的車輛行駛狀態(tài)和能量需求；

21、(3)故障檢測模塊實(shí)時監(jiān)測各模塊工作狀態(tài)，運(yùn)用故障判斷公式準(zhǔn)確識別故障。保護(hù)模塊響應(yīng)迅速，通過保護(hù)成功率公式評估，能有效應(yīng)對過壓、過流等故障，保障系統(tǒng)安全運(yùn)行；

22、(4)能量管理模塊根據(jù)車輛行駛狀態(tài)和能量需求，利用模糊控制算法和能量分配公式合理分配能量，提高能源利用效率。顯示模塊以圖形化方式清晰顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)和故障信息，通過故障顯示清晰度公式評估顯示效果，方便駕駛員了解系統(tǒng)情況；

23、(5)系統(tǒng)還具備通信接口，采用can總線或藍(lán)牙等協(xié)議與車輛其他電子系統(tǒng)交互，通過通信成功率公式確保通信可靠，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與車輛整體的協(xié)同工作。該系統(tǒng)全面提升了車輛的能源利用效率，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性和智能化水平，對降低車輛能耗和環(huán)境污染具有重要意義。