《Results in Engineering》：Experimental investigation on converting commercial shock absorber into regenerative shock absorber
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本研究针对商用减震器振动能量浪费问题，提出一种基于标致405传统减震器的改造方案，通过集成齿轮齿条机构和单向球轴承机械运动整流器（MMR），将线性振动转化为直流发电机的单向旋转运动。实验表明，该再生式减震器（RSA）在极低输入速度（0.041Hz）下阻尼系数与商用减震器相当，同时可输出45.70mW功率，为现有车辆提供了一种低成本能量回收技术路径。
随着全球能源危机与环境问题日益严峻，汽车行业作为能源消耗大户，其能量利用效率备受关注。传统内燃机汽车中，仅有10%-16%的燃料能量用于车辆驱动，其余能量大多以热能或摩擦耗散形式损失。其中，悬架系统的减震器会因路面振动而持续耗散能量，研究表明，一辆轿车在良好路面上行驶时，单个减震器可耗散10-90瓦功率，而在颠簸路面上这一数值可达40-140瓦。若能回收这部分能量，将显著提升车辆能效。
目前，再生式减震器（Regenerative Shock Absorber, RSA）已成为研究热点，但多数现有方案需重新设计整体结构，成本高且难以直接适配现有车型。为此，伊朗Sahand理工大学的研究团队开展了一项创新性研究，提出通过对标致405商用减震器进行改造，开发出一种保留原装结构、可直接替换的再生式减震器，相关成果发表在《Results in Engineering》。
为开展研究，团队首先设计了一套以齿轮齿条为核心的能量转换机构，将减震器的直线运动转化为旋转运动。为解决双向运动问题，研究人员创新性地采用单向球轴承构成机械运动整流器（Mechanical Motion Rectifier, MMR），替代复杂的离合器结构，简化了传动系统。该整流器与锥齿轮组合，将运动方向统一并传递至永磁直流发电机（参数：额定电压12V，内阻5.5Ω）。实验中，团队利用万能试验机（UTM）和自制气动试验台分别测试了传统减震器与改造后RSA的阻尼特性与发电性能，通过测量力-位移迟滞曲线、输出电压等参数，对比分析了不同外接电阻（50Ω、100Ω）与输入速度（50-300mm/min）下的能量回收效果。
4.1 商用减震器性能
通过力-位移迟滞曲线计算得出，商用减震器在50、175、300mm/min速度下的等效粘性阻尼系数分别为11182N·s/m、3656N·s/m、2209N·s/m，平均值为5682N·s/m，表明其阻尼性能随速度增加而下降。
4.2 再生式减震器阻尼特性
在开路（无限大电阻）和短路（仅内阻）条件下，RSA的迟滞曲线面积差异微小，说明机械损耗占主导。当外接50Ω或100Ω电阻时，迟滞曲线面积随输入速度增加而减小，等效阻尼系数在175mm/min和300mm/min时分别为8431N·s/m和4379N·s/m（50Ω负载），与商用减震器数值接近，证明改造未影响基本减震功能。
4.3 能量回收效果
在输入速度300mm/min（0.041Hz）、外接100Ω电阻时，RSA输出功率最高达45.70mW，输出电压范围436-652mV。对比不同负载发现，增大电阻可提升回收能量，但输出功率受发电机内部损耗限制。
4.4 气动试验台验证
通过自定义气动试验台模拟不同路面激励（国际平整度指数IRI=3.5和5.5），研究发现位移振幅是影响发电功率的关键因素。当振幅从5cm降至3cm时，最大输出功率从4.2W（IRI=5.5）降至2.25W，因频繁换向导致发电机平均转速降低。
4.5 位移振幅的影响
数据表明，振幅减小会显著降低回收功率，例如在IRI=5.5时，3cm振幅的功率仅为5cm振幅的53.6%，印证了运动学特性对能量收集的制约。
本研究通过创新性的retrofit设计与简化MMR结构，成功将商用减震器转化为具备能量回收功能的RSA，并验证了其阻尼性能与原始部件相当。尽管当前实验条件下的回收功率较低，但研究为现有车辆提供了一种低成本、易实施的能效提升方案。未来工作需进一步优化传动效率并开展整车动力学测试，以推动该技术走向实际应用。
