CN101823422B - 一种空气电力混合动力车 - Google Patents

Abstract

一种空气电力混合动力车，属于汽车技术领域。该车包括轮胎、前悬架、转向轴、方向盘、车架、气压控制阀、动力输出轴、气管、三联件、从动链轮、高压气瓶、差速器、直流电机、控制单元、链条、蓄电池、电机输入轴、操作杆和模式转换箱。本发明的优点：采用压缩空气作为动力源，减少污染性的气体排放，实现零污染，节能环保，气电混合动力，提高了概念车对环境的适应能力，为概念车提供更高更稳定的动力输出；发电模式，收集了汽车制动或减速时损失的能量，提高了能源利用率，动力系统结构简单，制造成本低。

Description

一种空气电力混合动力车

技术领域

本发明属于汽车技术领域，特别适用于一种空气电力混合动力车。

背景技术

1.混合动力电动汽车(HEV)

混合动力汽车是指同时装备两种动力来源——热动力源即由传统的汽油机或者柴油机产生与电动力源即电池与电动机的汽车，通过在混合动力汽车上使用电机，使得动力系统可以按照整车的实际运行工况要求灵活调控，而发动机保持在综合性能最佳的区域内工作，从而降低油耗与排放，由于车上装载有内燃机，主要的动力来源于燃油，所以混合动力电动汽车仍然排放出大量污染性气体，另外混合动力电动汽车的内燃机结构复杂，价格相对比较昂贵，很难普及大众。

2.燃料电池电动汽车(FCEV)

燃料电池汽车是电动汽车的一种，其电池的能量是通过氢气和氧气的化学作用，而不是经过燃烧，直接变成电能获得，一般车辆直接携带着纯氢燃料，在汽车底盘上布置了氢气储存罐或甲醇改质系统，燃料电池发动机系统，电气控制系统和电机驱动系统总成和装置。单个的燃料电池必须组合成燃料电池组，以便获得必需的动力，满足车辆使用的要求。但这种燃料电池电动汽车存在的不足：(1)燃料电池发动机寿命短；(2)燃料电池发动机的制造成本太高；(3)燃料电池发动机对工作环境的适应性很差；(4)燃料电池汽车的使用成本过高。

发明内容

针对以后技术存在的不足，本发明提供一种空气电力混合动力车，通过空气和电力相结合，达到减少污染性的气体排放，提高能源利用率的目的。

本发明的技术方案是这样实现的：该车包括轮胎、前悬架、转向轴、方向盘、车架、气压控制阀、动力输出轴、气管、三联件、从动链轮、高压气瓶、差速器、直流电机、控制单元、链条、蓄电池、电机输入轴、操作杆和模式转换箱；模式转换箱包括第一齿轮、第二齿轮、第一拨叉、第一滑套、第三齿轮、第四齿轮、第五齿轮、第二滑套、第二拨叉、第六齿轮、第七齿轮和气动马达；控制单元包括控制器和调速转把；

该车部件之间的连接：模式转换箱置于车体中部，嵌入到车架中，动力输出轴通过链条与从动链轮连接，将动力传输到动力输出轴，高压气瓶固定在车体后的支架上，气管由高压气瓶出口经过三联件连接到气压控制阀上，控制气体的流量，进而调节车速，直流电机固定在差速器后方，通过链条与模式转换箱中的电机输入轴连接，蓄电池和控制单元封装在一起嵌入到车架中，蓄电池为直流电机供电，通过控制单元调节输入电流大小改变直流电机转速，进而控制车速，转向轴固定在车架一端，前悬架安装在两个车轮之间，与转向轴同侧，操作杆安装在模式转换箱上；

模式转换箱中的第一齿轮安装在直流电机轴上，第一齿轮和第二齿轮相互齿合，第二齿轮、第一拨叉、第三齿轮和第一滑套同轴连接，第二齿轮将直流电机动力通过第一滑套传输到第三齿轮上，第三齿轮与第四齿轮相互啮合，将动力传输到动力输出轴上，第二滑套、第五齿轮、第二拨叉和第六齿轮同轴连接，第六齿轮和第七齿轮相互齿合，第七齿轮安装在气动马达轴上，气动马达进气孔通过气压控制阀与高压气瓶连接；

模式转换箱工作过程：当拨动第一拨叉时，第一拨叉将第一滑套与第三齿轮固定连接在一起，第一齿轮与第二齿轮啮合，第二齿轮将直流电机动力通过第一滑套传输到第三齿轮上，第三齿轮与第四齿轮啮合将动力传输到动力输出轴上，完成电动模式下的车辆操控。同样，当拨动第二拨叉时，第二滑套与第五齿轮固定连接，气动马达通过第七齿轮、第六齿轮和第五齿轮将动力传输到动力输出轴上，完成气动模式下的车辆操控，气动马达的动力输出由高压气瓶提供，当给气量加大时，车辆速度增加，当减小给气量时，车辆减速，车辆的行驶速度可以在气动模式下实现无级调速；

当车辆行驶过程中遇到阻力较大时，可同时拨动第一拨叉和第二拨叉，此时第三齿轮和第五齿轮同时与动力输出轴上的第四齿轮啮合，使直流电机和气动马达共同为动力输出轴提供动力输出，车辆便可在混合动力模式下行驶。

车辆减速或制动时，拨动第一拨叉，第一滑套与第三齿轮固定连接，使直流电机处于随动状态，车辆的动能便以直流电机的电能形式储存在蓄电池中，当电动模式下操控车辆时再次利用。

所述的控制单元中由两个方向相反的二极管连接直流电机和蓄电池，组成了单向通电电路；与直流电机和蓄电池连接的控制器连接安装在方向盘上的调速转把，当汽车在电动模式下行驶时，蓄电池通过控制器向直流电机供电，此时由二极管、直流电机和蓄电池组成的单向通电电路被二极管所截止，处于断开状态，可以通过调节方向盘上的调速转把来控制控制器中的输出电流。当汽车制动或者减速时，控制器电流为0被截止，直流电机处于随动状态，产生电动势，此时由二极管、直流电机和蓄电池组成的单向通电电路通过二极管导通，直流电机产生的电能通过电路储存到蓄电池当中。

本发明的优点：采用压缩空气作为动力源，减少污染性的气体排放，实现零污染，节能环保，气电混合动力，提高了概念车对环境的适应能力，为概念车提供更高更稳定的动力输出；发电模式，收集了汽车制动或减速时损失的能量，提高了能源利用率，动力系统结构简单，制造成本低。

附图说明

图1为本发明一种空气电力混合动力车结构原理图；

图2为本发明模式转换箱结构及与其他部件连接原理图；

图3为本发明控制单元结构及与其他部件连接原理图；

图中：1轮胎、2前悬架、3转向轴、4方向盘、5车架、6气压控制阀、7动力输出轴、8气管、9三联件、10从动链轮、11高压气瓶、12差速器、13直流电机、14控制单元、15链条、16蓄电池、17电机输入轴、18操作杆、19模式转换箱；20第一齿轮、21第二齿轮、22第一拨叉、23第一滑套、24第三齿轮、25第四齿轮、26第五齿轮、27第二滑套、28第二拨叉、29第六齿轮、30第七齿轮、31气动马达；32二极管、33控制器、34调速转把。

具体实施方式

本发明一种空气电力混合动力车结合实施例和附图加以说明。

(1)概念车车身尺寸参数

车长L＝1350mm，轮距d＝800m，轴距s＝900m，车座高h＝500mm，车轮半径r＝0.2m。

(2)概念车在平直公路上运行参数

匀速行驶时平均阻力f＝40N；负载k＝70N时，平均阻力f＝75N；空车阻力矩M＝8nm，带负载阻力矩M＝15Nm。

(3)气动马达动力参数

启动(最大输出扭矩)扭矩M0＝15NM，转速w＝2000rpm，额定转矩M＝10NM，额定功率p＝600w，平均每分钟耗气量I＝10L。

(4)直流电机动力参数

额定功率p＝600w，额定转速w＝1300rpm，最大输出扭矩Mmax＝20NM，额定扭矩M＝10NM，额定电压U＝36v，额定电流I＝17A。

(5)概念车实际运行参数

在额定功率下平均速度V＝8m/s，最大爬坡角度α＝25°，最大载重量k＝80kg，最大越障高度H＝0.1m。气动马达平均供给气压p0＝5bar。

该车包括轮胎1、前悬架2、转向轴3、方向盘4、车架5、气压控制阀6、动力输出轴7、气管8、三联件9、从动链轮10、高压气瓶11、差速器12、直流电机13、控制单元14、链条15、蓄电池16、电机输入轴17、操作杆18和模式转换箱19；模式转换箱19包括第一齿轮20、第二齿轮21、第一拨叉22、第一滑套23、第三齿轮24、第四齿轮25、第五齿轮26、第二滑套27、第二拨叉28、第六齿轮29、第七齿轮30和气动马达31；控制单元14包括控制器33和调速转把34；

该车部件之间的连接：模式转换箱19置于车体中部，嵌入到车架5中，动力输出轴7通过链条15与从动链轮10连接，将动力传输到动力输出轴7，高压气瓶11固定在车体后的支架上，气管8由高压气瓶11出口经过三联件9连接到气压控制阀6上，控制气体的流量，进而调节车速，直流电机13固定在差速器12后方，通过链条15与电机输入轴17连接，蓄电池16和控制单元14封装在一起嵌入到车架5中，蓄电池16为直流电机13供电，通过控制单元14调节输入电流大小改变直流电机13转速，进而控制车速，转向轴3固定在车架5一端，前悬架2安装在两个车轮之间，与转向轴3同侧，操作杆18安装在模式转换箱19上；

模式转换箱19中的第一齿轮20安装在直流电机13轴上，第一齿轮20和第二齿轮21相互齿合，第二齿轮21、第一拨叉22、第三齿轮24和第一滑套23同轴连接，第二齿轮21将直流电机13动力通过第一滑套23传输到第三齿轮24上，第三齿轮24与第四齿轮25相互啮合，将动力传输到动力输出轴7上，第二滑套27、第五齿轮26、第二拨叉28和第六齿轮29同轴连接，第六齿轮29和第七齿轮30相互齿合，第七齿轮30安装在气动马达31轴上，气动马达31进气孔通过气压控制阀6与高压气瓶11连接；

模式转换箱19工作过程：当拨动第一拨叉22时，第一拨叉22将第一滑套23与第三齿轮24固定连接在一起，第一齿轮20与第二齿轮21啮合，第二齿轮21将直流电机动力通过第一滑套23传输到第三齿轮24上，第三齿轮24与第四齿轮25啮合将动力传输到动力输出轴7上，完成电动模式下的车辆操控。同样，当拨动第二拨叉28时，第二滑套27与第五齿轮26固定连接，气动马达31通过第七齿轮30、第六齿轮29和第五齿轮26将动力传输到动力输出轴7上，完成气动模式下的车辆操控，气动马达31的动力输出由高压气瓶11提供，当给气量加大时，车辆速度增加，当减小给气量时，车辆减速，车辆的行驶速度可以在气动模式下实现无级调速。

当车辆行驶过程中遇到阻力较大时，可同时拨动第一拨叉22和第二拨叉28，此时第三齿轮24和第五齿轮26同时与动力输出轴7上的第四齿轮25啮合，使直流电机13和气动马达31共同为动力输出轴7提供动力输出，车辆便可在混合动力模式下行驶。

车辆减速或制动时，拨动第一拨叉22，第一滑套23与第三齿轮24固定连接，使直流电机13处于随动状态，车辆的动能便以直流电机的电能形式储存在蓄电池中，当电动模式下操控车辆时再次利用。

所述的控制单元14中由两个方向相反二极管32连接直流电机13和蓄电池16，组成了单向通电电路；与直流电机13和蓄电池16连接的控制器33连接安装在方向盘4上的调速转把34，当汽车在电动模式下行驶时，蓄电池16通过控制器33向直流电机13供电，此时由二极管32、直流电机13和蓄电池16组成的单向通电电路被二极管32所截止，处于断开状态，可以通过调节方向盘4上的调速转把34来控制控制器33中的输出电流。当汽车制动或者减速时，控制器33电流为0被截止，直流电机13处于随动状态，产生电动势，此时由二极管32、直流电机13和蓄电池16组成的单向通电电路通过二极管32导通，直流电机13产生的电能通过电路储存到蓄电池16当中。

概念车的驱动采用四种模式：气动模式、电动模式、气电混合模式和发电模式。

1、气动模式：

气动模式是概念车的主要动力模式。气动模式的动力来源是绿色无污染的压缩空气，利用空气压缩机将空气压缩至碳纤维高压气瓶11中，气瓶再依次与三联件9、控制踏板和气动马达31通过气管8连接，打开高压气瓶11气阀，高压气体进入气动马达31，气动马达31再将进入气体的压缩势能转换成动能输出，进而为车体提供前进的驱动力。

2、电动模式

电动模式是以直流电机13作为动力输入的驱动模式。概念车在行驶时，将操作杆18推向电动模式档位，此时气动马达31停止运作，直流电机13接通电源，再通过方向盘4上的调速转把34即可调节直流电机13的转速，进而控制概念车的时速。

3、气电混合模式

车辆在行驶时可能会遇到路况恶劣、爬坡、高负载等情况，而气动模式或者电动模式无法单独驱动车体前进，此时将操作杆18推至气电混合模式档位，让气动马达31与直流电机13协同工作，从而保证车体能够继续前进，气电混合模式提高了概念车的运行稳定性和可靠性。

4、发电模式

车辆在运行过程中难免要遇到下坡、刹车或者主动减速的情况，此时，按下控制开关启动发电模式，供电回路断开，发电回路闭合，直流电机13会将车体作减速运动损失的动能转换为电能并储存到蓄电池中。发电模式将本将浪费掉的能量回收利用，从而最大限度的做到了资源的有效利用。

Claims (2)

1.一种空气电力混合动力车，其特征在于：该车包括轮胎(1)、前悬架(2)、转向轴(3)、方向盘(4)、车架(5)、气压控制阀(6)、动力输出轴(7)、气管(8)、三联件(9)、从动链轮(10)、高压气瓶(11)、差速器(12)、直流电机(13)、控制单元(14)、链条(15)、蓄电池(16)、电机输入轴(17)、操作杆(18)和模式转换箱(19)；模式转换箱(19)包括第一齿轮(20)、第二齿轮(21)、第一拨叉(22)、第一滑套(23)、第三齿轮(24)、第四齿轮(25)、第五齿轮(26)、第二滑套(27)、第二拨叉(28)、第六齿轮(29)、第七齿轮(30)和气动马达(31)；控制单元(14)包括控制器(33)和调速转把(34)；

该车部件之间的连接：模式转换箱(19)置于车体中部，嵌入到车架(5)中，动力输出轴(7)通过链条(15)与从动链轮(10)连接，高压气瓶(11)固定在车体后的支架上，气管(8)由高压气瓶(11)出口经过三联件(9)连接到气压控制阀(6)上，直流电机(13)固定在差速器(12)后方，通过链条(15)与电机输入轴(17)连接，蓄电池(16)和控制单元(14)封装在一起嵌入到车架(5)中，转向轴(3)固定在车架(5)一端，前悬架(2)安装在两个车轮之间，与转向轴(3)同侧，操作杆(18)安装在模式转换箱(19)上；

所述的模式转换箱(19)中的第一齿轮(20)安装在直流电机(13)轴上，第一齿轮(20)和第二齿轮(21)相互齿合，第二齿轮(21)、第一拨叉(22)、第三齿轮(24)和第一滑套(23)同轴连接，第三齿轮(24)与第四齿轮(25)相互齿合，第二滑套(27)、第五齿轮(26)、第二拨叉(28)和第六齿轮(29)同轴连接，第六齿轮(29)和第七齿轮(30)相互齿合，第七齿轮(30)安装在气动马达(31)轴上，气动马达(31)进气孔通过气压控制阀(6)与高压气瓶(11)连接。

2.按权利要求1所述的空气电力混合动力车，其特征在于：所述的控制单元(14)中由两个方向相反二极管(32)连接直流电机(13)和蓄电池(16)，组成了单向通电电路；与直流电机(13)和蓄电池(16)连接的控制器(33)连接安装在方向盘(4)上的调速转把(34)。

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