CN102164806B

CN102164806B - 气压车辆

Info

Publication number: CN102164806B
Application number: CN200980138563.4A
Authority: CN
Inventors: 伯纳德·佛兰克·罗孚; 蒂莫西·伊恩·德索扎; 基格利·瑞恩·毕茨; 斯图亚特·詹姆士·麦克法兰·哈娜芬; 斯蒂文·刘易斯·安东尼·阿吉厄斯; 本杰明·保罗·阿达姆森; 迈克尔·皮奥·戈登·佩雷拉; 蒂莫西·约翰·布莱克; 克里斯托佛·詹姆士·哈人; 诺埃尔·依根·米勒
Original assignee: Deakin University
Current assignee: Deakin University
Priority date: 2008-09-29
Filing date: 2009-08-06
Publication date: 2014-12-03
Anticipated expiration: 2029-08-06
Also published as: AU2009295555B2; CN102164806A; AU2009295555A1; WO2010035087A1

Abstract

本发明公开了一种气动车辆。气动车辆包括第一子组件。第一子组件包括底盘、车身部分、一对B柱、一对后梁、车轮、纵向排列在底盘中的细长的承重的压缩空气铝罐、连接到所述罐和所述车轮的侧面板、加热压缩空气的热交换器以及由加热的压缩空气驱动并连接到车轮的空气马达。通风系统具有将空气引导到热交换器的限制性电磁阀。空气罐设置有碳纤维增强塑料层和玻璃纤维及芳纶纤维层。第二子组件包括车身的利用结构粘结剂结合于第一子组件的部分、一对A柱、一对顶梁。座椅包括用于调节的可充气部件。

Description

气压车辆

本申请要求受益于提交于2008年9月29日的美国临时申请序列号61/100,841，提交于2008年9月29日的美国申请序列号12/240,125，提交于2008年9月29日的美国申请序列号12/240,391及提交于2008年9月29日的美国申请序列号12/240,497，在其中纳入了他们的全部披露内容。

技术领域

本发明的实施例涉及一种气压车辆。

背景技术

亨利福特的T型车的宗旨：“我将建立一个伟大的汽车。它将是足够大以适合家庭，但又足够小以适合个人运行和提供看护。它将是用最好的材料及录用最好的人力来建造，使用现代工程可以制订的最简单的设计。但它又在价格上低廉，任何拥有不错薪水的人都能拥有一辆，以与其家人共同享受在上帝的伟大空地里的欢乐时光”。

根据澳大利亚政府的报告，生命周期评估(LCA)“是评估一个产品、工艺或服务在其整个生命周期中对环境的影响的工具，从原材料的提取，一直到加工、运输、使用、再利用、回收和处置”。生命周期就是俗称的摇篮到坟墓，这是因为它是从产品的诞生一直到产品的最后阶段。

对产品进行生命周期评估(LCA)有很多好处。根据澳大利亚政府，这些好处包括：

-确定提高产品环保性能的最有效的办法，并创造一个让顾客更满意的“绿色”产品；

-找出公司里可以提高效率的地方；

-减少温室气体排放；

-比较可选的选择；

-确定在制造过程中涉及给定的环境影响的最相关的步骤；

-提供一个决策工具。

然而，LCA是一种“新技术”，因此，在执行LCA时会有一些挑战。这些挑战包括(澳大利亚政府)：

-对执行LCA缺乏广泛接受的方法；

-对LCA的范围和界限难界定；

-限制了相关数据可用性的保密性问题；

-完成一个完整的LCA所需的时间。

按照ISO14040标准定义，执行一个LCA有四个阶段/步骤，这些步骤是：

1、目标和范围分析：这些都是LCA研究的规范，它表明什么问题要被回答，并确定这项研究为的是谁。它还定义了研究的目的、障碍及限制。范围的最后部分定义了完成需求要求的数据。

2、库存分析(IA)：库存分析是收集数据的步骤，来自每种材料和工艺的数据被检查及验证。这步骤是非常困难的，这是因为它可能会与揭示专有和/或机密信息有关。

3、生命周期影响分析：根据ISO14044，影响分析是目的在于理解和评估在整个产品的生存期产品体系对环境潜在影响的大小和严重性的生命周期分析阶段。

4、改进分析：这个阶段的目标是提高在手项目或工艺的环保性能。即，通过比较所有的数据和结果，看看怎样使用它们来对产品或者制造作改进。

发明内容

在一个实施例中，气动车辆具有底盘、多个与底盘连接的车轮、用于储存压缩空气的罐、与罐流体连通以对压缩空气进行加热的热交换器以及与热交换器流体连通并由加热的空气驱动的空气马达。空气马达连接到至少一个车轮，以用于驱动车辆。

在另一实施例中，气动车辆具有底盘、多个与底盘连接的车轮、用于储存压缩空气的罐、与罐流体连通并由加热的空气驱动的空气马达。空气马达连接到至少一个车轮、以用于驱动车辆。车辆还具有对车辆的乘客车厢作通风的通风系统和被安置在通风系统中与气罐流体连通并被压缩空气冷却的热交换器。限制性电磁阀将通风系统中的空气传送至热交换器以在空气进入乘客车厢之前将其冷却。

在另一实施例中，气动车辆具有底盘、多个与底盘连接的车轮和用于储存压缩空气大体上呈圆柱形的铝罐。铝罐具有设置在罐上用于增强罐的强度的碳纤维增强塑料以及设置在碳纤维增强塑料层上对碳纤维增强塑料层的外表面进行保护的玻璃纤维和芳纶纤维层。空气马达与铝罐流体连通并由压缩空气驱动，空气马达连接到至少一个车轮，以用于驱动车辆。

在另一个实施例中，气压车辆具有第一子组件和第二子组件。第一子组件具有底盘和由底盘支撑的气罐。第二子组件被支撑在底盘上，并且第二子组件包括车身的一部分。第二子组件与第一子组件由结构胶粘剂粘合。

在另一个实施例中，气压车辆具有第一子组件和第二子组件。第一子组件具有底盘、气罐和车身的一部分。第一组件还具有一对从底盘向上延伸的B-柱和一对从底盘向上延伸的后梁。B-柱对车身提供支撑。后梁为车身C-柱以及后轮提供支撑。第二子组件包括车身的一部分，一对支撑车身的直立的A柱以及一对支撑车顶的顶梁。顶梁从A-柱延伸。

在另一个实施例中，车辆座椅具有座椅基座和直立的连接于座椅基座的座椅靠背，以形成座位区。车辆座椅在座位区的中部具有可充气气囊。充气后，该气囊可提供两个桶椅，放气后，可提供一个长椅。该气囊与气压车辆中的气罐流体连通。车辆座椅还具有覆盖座位区的用于提供缓冲的可充气的插入件，该可充气的插入件与气罐流体连通。

实施例的气动汽车具有细长的储存压缩空气的罐、与罐连接的底盘、与底盘连接的多个车轮以及与气罐流体连通并由压缩空气驱动的动力传动系统，其中，所述罐沿纵向安置在底盘中，并成为底盘中的承重结构件，所述动力传动系统与车轮中的至少一个可操作地连接。

实施例的气动车辆的底盘具有储存压缩空气的细长的罐、第一系列的连接到气罐且从气罐的第一侧面横向向外延伸的侧支撑件、第二系列的连接到气罐且从气罐的与第一侧面反向的第二侧面横向向外延伸的侧支撑件。底盘还包括与第一系列的侧支撑件的一个侧端连接的第一侧面板、与第二系列的侧支撑件的一个侧端连接的第二侧面板、与侧面板连接的多个车轮以及与气罐流体连通的并由压缩空气驱动的动力传动系统，该动力传动系统与车轮中的至少一个可操作地连接。

附图说明

图1是显示在新兴大都市中的有严重交通阻塞的城市的俯视图；

图2是车辆属性级别的表格；

图3是系统分解指标的表格；

图4是客户需求-指标矩阵；

图5a和5b是作为基准的竞争者的车辆规格和气压车辆的表格；

图6是车辆级别设计目标的表格；

图7A是根据实施例的气压车辆的侧视图；

图7B是气压车辆的俯视图；

图8是气压车辆的动力传动系统组件及其布置位置的透视图；

图9是显示作为车辆速度的函数的车辆需要的计算的功率和扭矩的图表；

图10是具有发动机选择标准和发动机可能性的选择过程图；

图11是通过去除某些常见动力传动系统的组件所需要的部件而减少的重量的表格；

图12是天然气家庭加油站的主视图(http://mphill.com/index.htm)；

图13是显示9种不同大小的压缩机的电力成本及填充时间的对比表格，其中，所有压缩机图和模型取自(http://www.bauer-kompressoren.de/en/index.php)，电力成本是密歇根州2007年3月的平均值；

图14是气压车辆的压缩气罐及其材料的透视图；

图15是铝潜水罐爆炸后的侧视图(http://www.thesailingsharkadventures.com/html/cylinder_fills_and_safety.html)；

图16是化石燃料排放水平-磅每十亿Btu输入能量，来自于(http://www.naturalgas.org/environment/naturalgas.asp)；

图17是显示压缩空气车辆推进的热动力过程的流程图，取自类似模型：压缩空气车辆推进的热动力分析，UlfBossel，欧洲燃料电池论坛；

图18是一个回转式空气马达的透视图；

图19是气压车辆燃烧器组件的展开透视图；

图20是带有外壳的燃烧器组件的透视图；

图21a和21b是逆流换热器设计的侧视图；

图22是集成有逆流换热器的供暖，通风及空调(HVAC)布局的平面图；

图23是另一个集成有逆流换热器的HVAC系统的平面图；

图24是集成有逆流换热器的HVAC的透视图；

图25是气压车辆的侧剖视图(25a)和透视图(25b)，显示了车辆中动力传动系统的布置；

图26是气压车辆的俯视图(26a)和侧视图(26b)，显示了车辆尺寸和重心；

图27是车辆底盘的俯视图，显示了气压车辆的倾翻动力学和阈值；

图28是气压车辆的倾翻阈值与其它普通类型车辆的倾翻阈值的比较表(www.rqriley.com)；

图29是气压车辆的俯视图，显示了带有可使气压车辆在原地转向的尾随后轮的差速转向能力；

图30是指示合适的后轮拖距的后轮悬架悬架几何关系的侧视图；

图31a和31b以1比10的比例显示了被开发以用来验证并微调气压车辆的转向系统的远程控制模型的透视图；

图32a、图32b和32c是当气压车辆速度改变时，用于控制车轮后掠角和阻尼系数的旋转转向阻尼器的自动化一系列俯视图；

图33a和图33b是集成有立式回转式空气马达的对称双叉骨悬架悬架系统的透视图；

图34是前部向外悬架组件的分解透视图，显示了直接驱动轮毂马达；

图35是冲压的AHSS横梁下叉骨及铸造合金上叉骨的分解透视图；

图36是后悬架和车辆的分解透视图(36a)，气压车辆上的后悬架组件的透视图(36b)，和后悬架组件的分部透视图(36c)；

图37是电液制动系统的透视图(37a)，带有由电子线性驱动器(37c)驱动的单活塞浮动卡钳(37b)；

图38是双回路主缸的示意图；

图39是前悬架组件的部件列表；

图40是后悬架组件的部件列表；

图41是车身下部组件的透视图(41a)和车身上部组件的透视图(41b)；

图42是气压车辆下部结构的分解透视图；

图43是车辆下部结构的部件列表；

图44是气压车辆下部结构，材料和制造过程的透视图；

图45是用灵活的辊弯成形可获得的部件形状的示例的俯视图(a)及辊弯成形所需要的机械和加工的示例的透视图(b)(www.ortic.se)；

图46是用于气压车辆的气罐结合系统的局部透视图；

图47是显示普通碰撞管材料的特定比吸能率(SEA)的图解；

图48是一系列显示碳纤维增强塑料(CFRP)管的动态轴向挤压实验的侧视图照片；

图49是用于气压车辆前部结构设计的简化的偏离中心的前碰撞有限元分析(FEA)负载情况的透视图；

图50是显示对于偏离中心的前冲击的深入到气压车辆的上部结构的负载路径的俯视图(50a)和下部结构的负载路径的俯视图(50b)；

图51是制造CFRP管方法的透视图(a)，和显示复合成层对高压灭菌工艺的固化周期时间的比较的曲线图(b)；

图52是显示侧部冲击的负载路径的气压车辆的下部组件的侧视图(52a)和透视图(52b)；

图53是车辆上部车身的分解透视图；

图54是显示车辆上部车身的材料和制造工艺的透视图；

图55是用于热固性树脂的树脂传递模塑(RTM)工艺的透视图；

图56是显示车辆结构中的负载路径的侧视图和透视图；

图57是用于气压车辆的材料的总结的饼图(57a)和制造工艺(57b)的总结的饼图；

图58是车辆上部车身的部件列表；

图59a至图59c是气压车辆内饰的侧透视图；

图60是气压车辆内饰的侧剖视图；

图61是显示带有用于对不同类型的乘客提供支撑的硅胶可充气气囊的座椅设计的透视图；

图62是允许一个成年人坐(中间部分放气，左)或两个儿童坐(中间支承件充气，右)的后长座椅的透视图；

图63是车辆前部座椅的透视图，显示了前部乘客座椅如何被水平地折叠以提供大的进出口及储藏空间；

图64是可拆卸内饰地板内层的透视图；

图65是使用本地互联(LIN)协议的以线控的功能图；

图66是对使用在气压车辆的LIN系统和传统的通信系统的数据率比较图；

图67是显示车上所有控制单元的布置及它们与车辆控制单元(CCU)连接的示意图；

图68是显示仪表线束和媒体-气候控制单元(ICMCCU)连接层次的示意图；

图69是动力传动系统控制单元(DTU)的连接图；

图70是显示发电和流动的示意图；

图71是使用制造系统来减少成本和车重的气压车辆的系统的示意图；

图72是前悬架系统的分解透视图；

图73是车轮和轮胎的分解透视图；

图74是显示RTM相对于传统的车身的部件的示意图；

图75是显示RTM工艺的示意图；

图76是用RTM工艺制造的部件的列表；

图77是复合成层工艺的示意图；

图78是辊弯成形中的弯曲成形工艺的示意图；

图79是用辊弯成形工艺制造的部件列表；

图80是使用冲压工艺制造的部件列表；

图81是用铸造工艺制造的部件列表；

图82是用注塑工艺制造的部件列表；

图83是用不同工艺制成及购买的部件的饼图；

图84是装配服务及销售设施的示意图；

图85是拥有气压车辆和压缩机的家庭模型的透视图(85a)和俯视图(85b)；

图86是对由不同原材料产生的能量及废物的估算表(来源：Sullivan2001-生命周期评估)；

图87是现代的通用车辆的生命周期评估(LCI)(来源：Sullivan2001-生命周期评估)；

图88是气压车辆的LCI。

具体实施方式

根据需要，在此描述了本发明的具体的实施例，但是，应该理解，描述的实施例仅仅是可以以不同的和可替代的方式实施例的本发明的示例性的实施例。附图不必要按比例绘制，一些附图可被夸大或者最小化以示出具体的组件的细节。因此，在此描述的特定的结构和功能性细节不应该被解释为限制性的，相反，其仅仅被解释为权利要求的代表性基础和/或被解释为教导本领域技术人员多样地实施本发明的代表性基础。

概念车的开发应该满足目标市场的需要和需求，以及提供能够应对全球性气候变化挑战的在环境方面可持续发展的汽车。

我们的设计理念受到了亨利福特的原始思想的影响，那就是新的和不同的，包括设计的简单性和功能性。亨利福特综合了材料、设计和制造知识：将各组件的功能结合成单一系统，简化了组件的制造和装配，以及引进先进的材料进行设计。我们的理念也被延伸到采取综合办法，不仅包括概念车的设计和开发，也包括车辆所运行的城市背景。

至少一个实例是小的三轮汽车，其中，两个前轮由安装有毂的电机驱动。轮毂电机由60升碳纤维储罐提供的压缩空气来驱动，其中，如果需要，则还可通过来自2.2升储罐提供的压缩天燃气来补充驱动。底盘包括形由超高强度钢形成的轧辊、几个冲压件及用以减少重量和制造成本的增强聚合物上部结构。

我们的创新和革命性的设计因素包括：

-使用高转矩压缩空气轮毂电机，按照所选择的距离，将汽车排放量减少为零；

-引用高转矩轮毂电机可避免使用常规的动力传动系统，该动力传动系统包括往复式内燃机，该往复式内燃机包括许多辅助驱动器、齿轮箱、离合器、多个通用接头、传动系统或驱动桥。这代表成本和重量的显著减小和整个生命周期中以及汽车制造中涉及的整体碳足迹的减少。

-差动轮速度可通过轮毂电机来使得车辆转向，这将去除对传统的齿条和小齿轮转向系统的需要。这简化了转向和悬架系统，更不用说它使车辆轻量化，并将该车辆的整体成本大大节省。

-独特的低成本，高效率的动力传动系统仅在有需求时使用能源，这样，车辆被从来自储罐的压缩空气驱动以适应操作环境的要求。然而，当车辆静止，例如，在等交通灯或交通堵塞时，则没有压缩空气从储罐出来。

-利用轮毂电机和后尾随轮来增加尤其在城市和城市环境中行驶的车辆的灵活性和机动性。

-在车辆底盘采用超高强度钢和对新型制造方法的应用以增加强度，降低了整体重量和成本。

-我们的车辆的碳排放集中在空气压缩机油站发电方。我们认为可以通过实施大规模的经济的可再生能源发电来提高效率，这个相比于每辆汽车进行小规模可再生能源发电更有效。例如，太阳能电池只有当它们总是面对太阳(或太阳能集中器)时才能按照最大效率工作，但这对于车辆来说并不总是可能的。

-带有易适应的人机界面的灵活的车辆设计在软件技术进步方面可使得车辆保持至少十年的竞争力。

-该设计和装配的简化意味着可使用替代装配策略，包括，在经销商处进行车辆装配，这就是当T型车首先在澳大利亚和新西兰上市和销售时福特澳大利亚在1900年初使用的最早运作模式。

介绍

本部分提供了对最初的设计方法和制定我们的设计理念-一体化简化的概述。它概述了拟议的任务使命、我们的市场和消费者的选择方法与系统层次的发展要求以及确保本发明实施例的设计成功所需要的指标。

2008年10月1号是福特T型车推出的100年纪念日。这一革命性的汽车主宰了汽车行业二十年。

在亚洲/太平洋地区有超过世界一半以上的人口(超过3亿人)。这个庞大的群体正在开始享受标准提高的生活、更大的经济自由性和日益提高的购买力。在亚洲/太平洋地区，未来将出现非传统消费者，通常这些非传统消费者将在中国和印度日益增长的大都市。例如，上海已超过1千8百万人，更有人估计是2千5百万人，并还在增长。

包括在我们的设计中的一些因素包括：城市驾驶、使用灵活性、敏捷性、节省空间、低排放需求以及便于停车。如果本发明的实施例是象T型车主宰前一世纪一样来主宰这个21世纪，那么，我们的概念设想无论在硬件还是软件上都需要升级。

因此，我们的设计目标是要提供：

-具有成本效益的设计；

-创新的设计；

-优质乘客保护；

-耐用的轻型车辆；

-在车辆的制造和装配方面的步骤得到改变；

-与全球消费者关注相一致的对环境影响的减少；

-满足市场的广泛和多样化的对消费者吸引力。

消费者需求，概念指标设计目标

本发明的实施例的任务使命：“我们的目标是传递这样一种车辆概念，即，汽车制造、使用和认知方式都进行了改革。它应推动当前汽车思想的界限、引导车辆和制造创新的方式。它应该是让来自不同背景的大多数人负担得起并拥有和维护的车辆。它应该是可持续发展的、是环保的并能持续走入未来的。该项目将涉及对广泛的学科的技能、专长和知识的使用。

我们的车辆设计使命是创建一个革命性的、简单、实用和可持续创新的车辆。要完成这一使命，消费者需求要被确定下来以确保车辆是改革性和流行性的汽车。

消费者需求

概念车的目标市场是中国和印度的发展中城市。见图1。我们从依照对印度的城市驾驶者的采访和调查(班加罗尔和金奈)所作的市场研究提供了对以下轶事的建议：

-南亚人口稠密的城市的平均行车速度是16公里每小时，因此去购买那些声称可在5秒内从0达到60公里每小时的昂贵的汽车是毫无意义的；

-南亚国家的燃料费率增加对驾驶者来说是一个很大的关注；

-相比于购买二手车，消费者可能更喜欢买廉价的功能性品牌新车。

这些受访的人从大学学生和年轻专业人士到家庭支柱和家庭主妇不等。从在中国长大的同事和友人也收到了类似的建议。然后，我们从我们的调查数据和我们对非传统消费者可能想要什么的直觉来发展消费者需要。

我们针对的对象是亚洲/印度地区大的繁忙的城市用户。我们相信，如果可生产出合适质量的车辆，则有可能会跨越到欧洲的拥挤城市。我们发现消费者的需求如下：

廉价购买；

廉价运行/维护；

便于在繁忙的城市停车、机动性强；

多功能性；

相对的存储容量；

时尚设计；

良好的性能；

安全。

技术推动

我们相信，新技术和创新思想可以通过概念车推向市场：

-新型高效的和有效的生产观念；

-新材料的选择；

-纵向一体化-装配工艺；

-创新的机械/车辆设计；

-创新的动力传动系统的选择。

车辆属性定义

根据消费者的需求和制造商的描述对车辆的属性分类。见图2。

概念指标

一旦消费者需求被确定，则措施和指标被确定，成熟的概念被相互评估或分级别和与其他竞争对手评估。

系统指标被确定并在图3中显示。如图4显示的需要的指标矩阵用于确保消费者的所有需求是在确定的指标范围内。

进行基准演习以确定该指标如何与竞争对手的对应指标进行比较。被比较车是：智能汽车-2008年、塔塔Nano的现代i10-2008年、丰田雅力士-2008年、丰田智商-2009年、三菱-2005年、雪佛兰Spark、奇瑞QQ3、马鲁蒂800二人车以及大发特雷维斯。该基准车辆规格比较如图5a和图5b所示，其中，在第一列详细显示了概念车的最终车辆规格。

设计目标

在审查了基准测试结果并确定最佳的一流的车辆之后，形成如图6所示的设计目标，使得我们的概念是有竞争力汽车。

车辆设计

按照本发明的实例，气压车辆100如图7A及图7B所示。本部分回顾了气压车辆设计后的工程。对决定之后的工程分析和细节进行了讨论。本部分以动力传动系统部分开始，其中，概述了后面选择压缩空气发动机的理由以及用轮毂电机的好处。气压汽车动力学部分定义了气压车辆设计的稳定性。对前后悬架也都作了审查，之后是气压汽车结构部分的描述。对结构作了定义并对制造系统的一些细节进行了描述。其次是描述汽车的内饰部分及在气压车辆100内的控制系统。

动力传动系统

气压车辆动力传动系统102是创新的一体化的设计，简化了目前车辆动力传动系统的设计主流。这对气压车辆100带来了很多好处，即：

-优秀的组件的一体化；

-简单性；

-大大降低了部件数量；

-减少了动力传动系统组件所需的面积；

-减少了选择传统的动力传动系统的维护的要求。

通过几个标准完成了对动力传动系统替代的选择。对于其余的汽车，设计标准包括：效率、一体化、简单性、成本和重量。现有车辆的动力传动系统方案低效、沉重并且复杂。组件(例如齿轮箱、差速器和回复式发动机)具有明显的依赖性(parasitic)和旋转损失，明显降低车辆的整体效益。

气压车辆100具有两个由加热的空气驱动的轮毂电机104。这就意味着已经不再需要复杂的、昂贵的组件例如齿轮箱、差速器和驱动轴。在这种汽车中，燃料储存件106被设置在汽车100的中心以下，以形成底盘和车身结构的“主心骨”。

为了让气罐106中储存的空气得到更加有效/更大范围的利用，空气可以被加热。这通过使得空气通过由小型的天然气燃烧器110加热的热交换器108而进行。燃烧器110和热交换器108被安置在气压车辆100的前部，而压缩天燃气(CNG)罐112被安置在气压车辆100的后部。图8显示了概念气压车辆100的动力传动系统102的方案。

动力传动系统目标

与概念气压车辆100的动力传动系统102有关的目标设置如下：

-优良的停车性和机动性；

-安全；

-环保；

-低费用(制造和购买)；

-易制造；

-运行/维护费低廉；

-系统一体性；

-简单性；

-车辆最高速度-110公里每小时(68mph)；

-车辆加速度-在少于16秒钟内0到100公里每小时(0-62mph)；

-车程-200公里。

这些目标用来评估4个动力传动系统的选项的可行性，如下所述。

图9显示了计算的扭矩和功率要求。这些计算值以16秒从0到100公里每小时加速为准并考虑了侧倾和空气动力阻力。

引擎概念选择标准

选择过程基于图10显示的优先标准。图左的连接显示可能的替代选项，图右和图中的连接显示用于缩小可能替代选项的标准。

车辆100的电源应该在制造和终端用户的使用上都是环保的。另外，动力传动系统102应该在使用终止时也是环保的(当处于拆解状态时)。

随着今天对来源于化石燃料的石油的寿命的不确定性和全球变暖，气压车辆100不同于使用基于石油的产物作为燃料源的低效的回复式发动机。

从设计标准来看，气压车辆100应当将轮毂电机104安置于前轮114中。在车辆动力学部分可以找到关于有轮毂电机104的气压车辆100的机动性的更多细节。利用轮毂电机104实现了在制造成本、重量和总布置上的显著优势。图11显示了将轮毂电机104安置于车轮114的毂中所可能带来的重量优势。这个倡议给出了上述选择标准的最佳妥协。在总布置上，使用轮毂电机带来了更大的灵活性和将组件及系统安置在不突兀处的自由度。这就意味着整个动力传动系统102可以非突兀的方式被安置在乘客和储存厢。轮毂电机104可以是电动的或是气动的。

电动轮毂电机与气动轮毂电机的比较

电动轮毂电机或气动轮毂电机104在布置空间上可以是相似的。两种电机在尺寸上也可相似。两种电机在扭矩和功率曲线上可有相似的效率。气动轮毂电机可能因为在高压下运转而相对于电动机稍重一点。两种电机都可拥有来自车辆方的零碳排放(可是，两种电机都需要充电，通常由电网提供)。

压缩空气轮毂电机104所面临的一个挑战是对附件供电。常规电机附件(动力转向，空调冷凝器和交流发电机)可由替代系统所取代而得到同样的效果。实际上，气压车辆100在设计上不总是需要动力转向和空调冷凝器。动力转向根据气压车辆100的设计是固有的，其中，气压车辆100使用前轮114间的速度差来转动。所以轮毂电机104自身可为气压车辆100提供向前运动和全方位旋转功能。对于空调，离开汽罐106的调节器的空气非常冷，可以是在冰点的。在车舱制冷部分对该性能还有详细解析。

存在于电机替代品中的主要问题是它们通常需要使用昂贵的使用期有限的电池或连接到燃料电池的上述昂贵的使用期有限的电池。对于电池电动车，在其使用终止时的系统处理会有在垃圾填埋场(尤其是在发展中国家(例如中国和印度))处置重金属的问题。2004年在中国城市地区，产生190,000,000吨市政固体垃圾；有可能在2030年会达到480,000,000吨。没有其他国家在垃圾产生上有如此快速的增加。

在如象美国在内的一些国家也有关于电池回收方面的惊人数据。美国环保局报道在1995年，尽管电池仅占市政固体垃圾的百分之一不到，却占有镉垃圾(来自于镍镉电池)的75％。加利福尼亚州在2001年卖出了507,259,000个小型原电池(非充电式)和二次电池(充电式)。其中，只有0.55％被回收了。

原于其灵活性、简单性、和可用的基础设施及成本有效性，压缩空气成为动力传动系统102的理想来源。

回转式压缩空气马达设计

对压缩空气动力传动系统102的最初印象是它的压缩空气罐106的尺寸。

主要有两种方法可以减小气压车辆100中空气罐106的尺寸：

-增加罐压；

-利用热使通往马达104中的空气膨胀；

这些措施的弊端：

-罐压增加：

●需要更多的特殊材料；

●成本增加；

●复杂度增加；

●需要更大和更昂贵的压缩机；

●重量增加。

-利用热使空气膨胀：

●需要用于燃烧的燃料来源或储存热量的材料；

●产生碳排放；

●需要第二压力容器或罐112，所以成本增加；

●复杂度增加。

在选择动力传动系统来源的原始标准中，运用了标准压和将灵活性燃烧器110引入到系统中。燃烧器110是灵活性的，因为可以依车辆出售的所在国家来改变燃烧器系统以适应可获得的燃料来源。这就意味着燃烧器110可被优化以燃烧：生物燃料、固体燃料、分解的气体副产品(例如，从动物肥料或废物降解提取的甲烷)、丙烷等。压缩天然气(CNG)被选择为燃烧器的主要的燃料来源。CNG是清洁燃料，可产生大量热能且可在许多不同地方便宜地购买到。天然气的其他主要的市场优势在于它已通过管路被接入到美国超过52％的家庭中。按照美国人口普查局，在2003年70％的新家庭利用天然气来取热。这使房屋居住者们可以拥有他们自己的加油站，这已经唾手可得了。图12显示了已经上市并被安装在许多家庭中的现有家庭加油站模型。

由于罐106的大体积使得车辆100的中部成为用来将气罐106安置在气压车辆100中的可行位置。作为刚性构件，气罐106可被安置于底盘和车辆结构中，详见车身和结构部分。这就为车辆100的结构提供了刚性“脊骨”，同时也是个实用的压力容器106。

气罐106中的压力是5000psi(345bar)；按照压缩机的可用范围来选择。在此压力下，压缩机的物理尺寸、压缩机的功率及充电所需时间存在多种选择。所需压缩气罐106的尺寸是60升(稍后显示计算)，由此可推算出充电时间和成本。图13显示了将气罐106从全空充到全满的成本和时间的对比。但是，随着时间和成本减少，压缩机的构造成本(capital cost)显著增加。

由于气罐106的物理尺寸和压力及重量减轻的显著性，气罐106由复合材料包在铝上形成。图14显示了构成气罐106的多种不同的材料层。

气罐106中的铝提供了可缠绕纤维缠绕碳纤维116气密罐的初始形状，此气密罐可连接调节器并另外将管道接入到罐的颈部内。然后，碳纤维116以最佳的角度被缠绕于旋压的铝制品部分，以消除穿过气罐106的力；气罐106在此获得外加的强度。气罐106的外层118包括玻璃纤维和芳纶纤维(Kevlar)，这就提供了刚度并确保可能会从路面抛起的石子和其他碎片不会对碳加强层的完整性造成影响。

当发生可导致气罐106破裂的重大事故时，复合材料气罐106还可提供更高的安全性。铝钢罐易破裂以使内部包含的所有能量瞬间剧烈地释放，图15显示了铝潜水罐的败裂。相反，复合材料罐106表现不同，趋向于在罐106周围以螺旋形的方式败裂。这是因为破裂在缠绕物之间扩散比缠绕物本身破裂容易。这使得气罐106内所含的能量的消散持续更长的时间而气罐106基本保持其形状。复合材料罐106减少了爆炸的影响和飞行弹片带来的危害。

调节器120具有常见尺寸，可廉价获得。调节器120可被安置在气罐106的颈部以避免空气可能从气罐106中无法控制的泄漏或调节器120可能在碰撞中损坏。这是常见于医用和潜水气罐落地时的故障。调节器120还包括压力释放阀和螺线管。这避免了气罐106过满导致对压力容器106造成损坏或故障的任何可能。

排放(燃烧器)

由于其简单的分子组成，天然气是最清洁的化石燃料中的一种。从天然气燃烧中排放的主要是二氧化碳和水蒸汽。相对于油的燃烧，天然气排放物包含明显低量的氮氧化物和二氧化硫且几乎没有微粒。图16显示了，相对于油和煤的燃烧，天然气提供的主要温室气体大大减少。

当天然气在典型内燃机中燃烧时，可以实现显著的环境效益。据美国环保局报道，与汽油直接相比，天然气可能的排放减少包括：

-对一氧化碳的90％到97％的减少；

-对二氧化碳的25％的减少；

-对氮氧化物排放物35％到60％的减少；

-对非甲烷碳氢排放物的可能的50％到75％的减少；

-更少的有毒的致癌污染物；

-几乎没有微粒产生；

-无蒸发排放物。

(来源于：http://www.eere.energy.gov/afdc/pdfs/epa_cng.pdf)

如果希望或需要，气压车辆100可在燃烧器110没有运转的情况下运转，以有效地实现气压车辆100的零排放。

热力学计算

气罐尺寸可利用如下定义值来计算：

利用图17所示的等式和理论计算得到如下结果：

-压缩气罐106的容积是59.65升；

-每转热能是184.3焦耳，200公里距离的总热能是20,905,259焦耳；

-压缩天然气罐112的容积是2.19升；

-在不使用天然气或燃烧器110的情况下，60升容积的压缩气罐106可运行的距离是71公里；

-对这200公里行程的碳排放物是6.84克每公里。

回转式空气马达

图18中显示的回转式空气马达基于旋转活塞。它使用在圆柱转子内部以最小的摩擦滚动的简单的圆柱旋转活塞。定子和转子之间的空间被分成一系列的膨胀室，空气被注入该膨胀室。这就以旋转运动方式驱动活塞越过薄空气垫。开槽计时器(slotted timer)控制空气进气口和排气的正时和持续时间，该开槽计时器被安装在输出轴上并以与马达104的速度相同的速度旋转。通过改变允许空气进入膨胀室的时间来容易地改变马达104的性能参数。可通过调节进入马达104的空气的量或压力来简单地控制马达速度和扭矩。回转式空气马达104给出零转速下的瞬时扭矩并可被精确控制以给出软启动及加速控制。它们尺寸小、重量轻且紧凑，这有助于将所有部件都整合在车辆中。它们不仅用作产生运动的设备，也可作为悬架部件，每个前轮114装一个。

燃烧器

燃烧器110包含简单的已有设计，类似于在许多其他应用中使用的燃烧器。图19显示了完整的燃烧器组件110的分解图。

类似于车辆100的其他部件，燃烧器110被设计成简单及维修要求低、零件数量少且可靠。小型引风机122使热空气在系统中运动，这确保所有的烟气通过排气系统124被推动到车辆100的后部。燃烧器喷嘴126的内在设计与常见的文丘里燃烧器类似，因为不需要引入强制空气来保持火焰。

在控制上，燃烧器110在需要时会自动点火，在不需要时会被关掉，例如，在交通灯处和在交通阻塞时。一旦气压车辆100以高于特定速度的速度行驶一段预定时间，燃烧器110便点火。燃烧器火焰以小而稳定的方式遍布于七个喷嘴126，以为热交换器108提供平稳的加热。图20显示了去除外壳后的燃烧器组件110。

如本说明书前文所述，当在可能意味着不允许来自车辆的任何排放的大型城市里行驶时，气压车辆100不需要燃烧器110。在此情况下，气压车辆100可关掉燃烧器110而行驶一段合理的距离，而不从气压车辆100产生排放。

热交换器108是逆流型设计的热交换器108，使得热交换器108高效而紧凑。图21a显示了流程图。

HVAC系统

用于气压车辆100的暖通空调(HVAC)系统128不是一般的暖通空调系统，因为在气压车辆100内没有真正的空调。由于罐106到燃烧器110的压力变化而产生冷却。冷空气经由热交换器129被传送到车舱。这么大的压降产生非常低的温度。图22显示了与燃烧器系统110的整合及关系。

HVAC系统128中的加热系统130包括废热回收散热器132，以获取在排气系统124中遗留下的任何余热。这可以通过将包含有如图23所示的限制性电磁阀134的排气系统124中的大部分排气改道而完成。图24显示了对部件的说明。HVAC风扇136依照用户向车辆控制单元(CCU)的输入来将空气吹入任何一个散热器132，同时限制性电磁阀134仅在加热被选择时才启动。

总布置

气压车辆100内动力传动系统102的总布置被完好的整合到结构地板138。这就造成了对乘客舱及储存舱的最小的干扰。图25显示了将动力传动系统102系统安置在气压车辆100中。

车辆动力学

简单、一体化及重量轻是气压车辆100的车辆动力系统的功能设计目标。通过将这些部件以整合设计法设计成多功能性，有助于降低成本及重量并产生简单而高效的解决方案。三轮气压车辆平台100来源于对适用于今朝和明日繁华城市的小型、灵活及敏捷的车辆100的渴望。将两个直接驱动轮毂马达104进行整合允许实现简单的差速转向系统140。通过简单而精确地控制每个车轮的轮毂马达104的速度可使气压车辆100转向；当与尾随单后轮142合用时可使气压车辆100原地转向，以便在拥挤的城市街道和拥挤的停车场空间中轻松驾驶。为了确保气压车辆100是稳定的，在高速时，后轮142被旋转转向阻尼器144有效地阻尼。整个车辆动力系统由车辆控制单元(CCU)精确控制，以确保对驾驶特性调控的灵活性。

车辆平台

三轮车辆现在世界各地已很流行，尤其是亚洲国家。通常，三轮车辆由于其与机动车和摩托车的共性，因而三轮车辆在重量上非常轻、省油并对于城镇居民而言使用非常灵活。通过使用两个回转式空气马达104作为其转向装置140的转向系统140，三轮车辆平台达到了设计理念上的简约、全整合同时实现了操作上的灵活性。但是，为了满足三轮车辆固有的动力特性的需要还需仔细的设计方法。设计不佳的三轮车辆可能在倾翻稳定性上有问题；而设计优良的三轮车辆100可具有倾翻稳定性并在转向反应方面优于传统的四轮车辆。这因减少的横摆力矩而发生，减少的横摆力矩有助于气压车辆100的灵活性。

车辆蓝图

为了使车辆小巧灵活，轴距、轮距及整车尺寸需要被选择。总体小尺寸可实现两个设计目标(即，重量轻及高灵活性)，同时也可使整车成本得以降低。与在微/小型车辆种类的竞争者的车辆作比较可以得到最初的总体尺寸评估，但是，气压车辆100的尺寸规格需要在整个设计过程中不断地精改以确保实现合适的组装、倾翻稳定性和适当的重量分布。

图26a和图26b显示了气压车辆100的总体尺寸、轴距及轮距。其中，球形代表通过CAD建模套件确定的满载的气压车辆100(含有占有90％的载重的两个前排男性乘员)的重心(CoG)的位置。

倾翻稳定性

三轮气压车辆平台100的一个设计因素是它的倾翻稳定性。采取的一个简单的方法是通过使用CoG以及气压车辆内包络轴距和轮距的位置来构造一个基锥对气压车辆防倾翻的安全边界进行建模。通过对最大转动力合力作投影来对如图27所示的倾翻阈值作评估。

建模细节和假设：

-车辆总质量(满载)＝541公斤

-前轮距＝1500毫米

-轴距＝2500毫米

-CoG位置(x＝-29.80，y＝510.24，z＝-854.37)

图27显示了气压车辆100的倾翻阈值是0.99克。假设代表小型载客车辆抓地力级别的牵引圈是0.6克，就可得到39％的安全边界。这就意味着在达到倾翻阈值之前气压车辆的轮胎将打滑以确保车辆的稳定性。图28显示了其他四轮车型的一些比较倾翻阈值，相比之下，气压车辆100示出了合适的稳定性。

转向动力学

通过带有单后尾随轮142结合的前方差速转向系统140，气压车辆100显示了优良的灵活性，以使其“原地转向”，如图29所示。差速转向已被安置在许多小型机器人和轨道车辆上，这通常称作滑移转向，因其导致轮胎“打滑”而使汽车翻转。但是，对于带有单尾随后轮142的气压车辆100三轮平台，任何车轮114都不需要打滑，以使轮胎得以长久使用。这是因为，不同于轨道车辆，横摆轴存在于前轮114之间。对达到高速稳定性，主动旋转转向阻尼器144有助于稳定摆动并减少后轮142的后掠角，从而提供了平稳的高速转弯。

前方差速转向

将两个回转式空气马达104整合为前轮114的直接驱动机构使差速转向系统140得以轻松实现。通过独立压力调节器阀门(PRV)对每个轮毂马达104的空气压力及流量进行控制，按需使合适的车轮114加速或减速，从而促使气压车辆100转向。当与单独的轮速传感器合用时，可形成到CCU的反馈回路，从而对转向操作进行精确控制。由于整个线控(drive-by-wire)系统，当需要启动制动以促使气压车辆100转向时，这个就可启动了。

单尾随后轮

单尾随后轮142使得气压车辆100获得了在低速时的灵活性，因为它可以依照如图30所示的介于转向轴148和轮心轴之间的几何偏移146简单地跟随。这个主销后倾拖距可使后轮142合适地尾随前轮114的行驶路径。太小的后倾拖距导致在高速下的不稳定性，而太大的后倾拖距降低车轮142快速改变方向的能力，从而降低在低速下的灵活性。太大的后倾拖距还会侵占气压车辆100的后方组装空间，因为后轮142应该有合适的空间来绕其转向轴148作完全的360度的旋转，尤其当气压车辆100挂倒车档时。

为了确定所需的后轮后倾拖距及验证气压车辆转向动力学，以一比十的比例制造的远程控制模型150被示于图31a和图31b中。这就允许了对多个后轮的后倾拖距配置作测试，从而确定气压车辆100变得平稳及灵活的点。采用定性的方法，不同后轮后倾拖距组合的成功由气压车辆100在高速时的稳定性及在低速时的灵活性之间的妥协来衡量。图30显示了最后选用的几何。可以通过模拟或原尺寸原型来对后悬架几何作进一步的细化和调整，以确保最佳的操作性能。

旋转转向阻尼器

旋转转向阻尼器144被整合在后悬架系统中，以提供转向稳定性和易控制性。利用与传统的线性阻尼器的原理相同的原理来操作旋转转向阻尼器144，但是，旋转转向阻尼器144稳定水平运动及轮142的摆动，而不是使垂直运动阻尼。这可确保在高速时气压车辆100因其尾随后轮142而保持其稳定性而不作不规则旋转。基于非常相似的原因，此技术已经被使用在许多摩托车的前车把上，已知摩托车品牌Scotts显示了被证实的结果(www.scottsperformance.com)。

为了使气压车辆100能在低速时原地转向，激活旋转转向阻尼效应是不现实的，这样会使后轮142按照需要进行完全的360度的摆动。但是，随着气压车辆速度的增加，如图32a、图32b及图32c所示，阻尼效应发生并且车轮的后掠角减小。利用线控系统及现今的磁流变阻尼技术，这可以自动化并通过中央汽车电脑(CCU)来控制。

前悬架系统

考虑了几个前悬架类型，包括麦弗逊式(McPherson)支柱、扭力梁及横向钢板弹簧，但是，差速转向系统140取消了对前轮114的前束变化的需要，从而允许了对简单的对称双叉骨前悬架152的整合。双叉骨系统152允许了优良的组装，同时保证了重量目标得到满足并有助于实现最终的低CoG。图33a和图33b显示了双叉骨前悬架系统152，其将回转式空气马达104整合成为直立悬架。

整合的直立/回转式空气马达

对直接驱动轮毂马达104的使用允许了如图33a及图33b所示的直立悬架的组装和整合。这个简单的悬架组件152避免了对会增加气压车辆的成本和重量的许多复杂的轴承及球类接头的需求。轮毂和输出驱动轴也被整合为按照至少一个实施例的如图34所示的一个部件104，这对气压车辆的独特的转向系统140是有益的。

上叉骨及下叉骨设计

上叉骨154和下叉骨156关于各自的外侧销接头158、160对称，这就取消了对左右手版本的需要，从而减少了车辆部件数量进而降低了模具成本。对传统球类接头的取消也就允许了前束变化，从而可用简单的常见衬套来取代用于噪音和振动阻尼的内侧及外侧悬架硬点。

下叉骨156的简单形式几何允许了对比传统的HSLA(高强度低合金)材料强度高的AHSS(800Mpa级双相钢)的推荐冲压。由于阻尼器的安装位置，下叉骨156比上叉骨154承受更大的载荷，因此这提供了合适的结构完整性。图35显示了具有简单衬套装置162的已冲压的下叉骨组件156。相对于下叉骨156，上叉骨154载重较小，所以上叉骨154由铝合金铸成，这可以减少车辆质量。

上叉骨和阻尼安装件

上叉骨154和阻尼安装件164由铝合金铸成并粘合于气压车辆100的底盘168的碳纤维碰撞管166。碳纤维支撑支柱169被连接到阻尼安装件164以获得更多的稳定性。再重申的是，左右手版本是相同的，这就有助于如图33a和图33b所示的气压车辆的简单性。

前悬架子车架

通过安装可以借用一系列机械紧固件与气压车辆的底盘168容易地接合与脱离的前下子车架170来使气压车辆100的模块化得以优化。这就允许了前悬架152可以独立于气压车辆的底盘168被装配。子车架170还可以作为隐藏在结构地板里的动力传动系统102的前安装地板，这也对整个整合的设计理念作出了贡献。

前悬架子车架170由轻质玻璃纤维增强热固性塑料(GFRP)制成。这种材料设置可促使实现准确的纤维管理，其中纤维依照载重路径的方向排列。使用概括于车身及结构部分的RTM工艺允许获得灵活的低成本的制造过程。可利用有限元(FE)分析来优化材料厚度及玻璃纤维层走向。

后悬架系统

因具有通过一对倒置伸缩式减震器174连接于车结构的单后轮142，所以后悬架172有与摩托车类似的外形。后悬架系统172包括如图36a、图36b及图36c所示的少量部件、轮毂176、伸缩叉174、叉冠178、舵手管180及旋转转向阻尼144。后悬架系统172可以被独立装配，然后通过舵手管180被附着到气压车辆的结构上，以实现模块化设计。

倒置式伸缩叉

一对倒置式(USD)伸缩叉174容许后悬架172行驶。倒置式伸缩叉174与传统的伸缩叉的不同之处在于它是倒过来的，其管子在底部，主体在顶部。这就减少了非簧载质量同时相对于同质量的传统伸缩叉载重能力得到提高。两个伸缩叉174是相同的，包含螺旋弹簧182和阻尼器184(图36c)；而其他应用包括含有弹簧的一侧以及含有阻尼器的另一侧。

制动系统

图37a、图37b及图37c显示了电液制动(EHB)系统186，电液制动(EHB)系统186被配置在气压车辆100上，并包括连接于两个刹车盘190的一对单液压浮动活塞卡钳188。当需要制动时，电子控制的线性致动器192对制动主缸194施加合适的压力，制动主缸194可位于底盘168的防火壁上，这些全都可由CCU依照制动仪器被压缩及拉伸的程度控制。通过这些整合的软件开发，可通过控制电子线性致动器192的脉宽调制来简易使用防抱死制动系统(ABS)。

可以安装双回路主缸194来获得制动安全性。这就意味着如果制动线路发生故障，则如图38所示的第二回路可提供一小部分的制动力以使车辆100安全停止。

为了确保气压车辆100符合澳大利亚设计规则(ADR)，其规定车辆必须在11秒内从35公里每小时达到静止状态，按此确定所需的制动力及主缸194和活塞卡钳188的合适尺寸。

再生制动后轮毂196提供后轮制动，通过将动能转换成电能使后轮142变慢，对气压车辆100的电池源进行充电(如电子/人机界面部分所概述)。由于气压车辆的CoG与前轮114相当接近，所以只需一小部分后制动就可保证气压车辆100获得制动条件下的转向稳定性。如果经进一步的研究表明需要后轮摩擦制动，则这个可被简易地添加并连接到现存的EHB系统186。

制动系统计算

为了确保气压车辆100符合澳大利亚设计规则以及气压车辆从35公里/小时开始制动在11米内停止，气压车辆100需要的减速度是(假设轮胎的摩擦系数μ是0.6)：

s = \frac{1}{2} a [U^{2} + \frac{a^{2} t^{2}}{4} - Uat]

其中，s＝11m；

a＝9.81(g)×0.6＝5.886m.s^-2；

U＝35km/h＝9.72m/s；

需要的制动力为：F_B＝ma＝500(kg)×5.886(m.s^-2)＝2943N，这意味着针对每个前制动器(front brake)的制动力大约为1500N。

为了得到液压制动管(hydraulic brake line)需要的压力p₁，使用以下等式：

F_{B} = 2 (p_{1} - p_{0}) A_{wc} η_{c} BF (\frac{r}{R})

其中，制动压力F_B＝3000N；

推出压力p₀＝50,000N；

制动因子BF＝2μ_L＝0.9(摩擦系数是0.45)；

盘的半径r＝130mm；

车轮的半径R＝280mm；

轮缸面积A_wc＝7.187×10^-4m²，对于两个制动器乘以2；

轮缸效率η_c＝0.8(假设)；

因此，p₁＝3.17×10⁶N/m²。

这意味着作用在主缸194上的线性驱动器192需要产生大约460psi，以使得气压车辆100停止。如果主缸194的直径是20mm，则线性驱动器192将产生1000N的力，或者225lbs，这适合于所需的制动力。

质量对比

通过先进材料、制造工艺以及一体的设计的实施，已经实现了气压车辆的悬架系统152，172的重量的显著减小，对于整个前、后悬架152，172和制动组件186，总共减小了98.243kg。这还包括作为动力传动系统102的部件的回转式压缩空气马达(rotary compressed air motor)104。

近来，汽车制造商联盟着手于开发超轻钢汽车车身(ULSAB)先进车辆概念(AVC)(与传统车辆相比，整体车辆重量减小很多)，获得了质量为182.05kg的悬架和制动组件。与主流的轻量型设计相比，所描述的实施例的气压车辆悬架系统152，172的重量减少了大约54％。

图39提供了前悬架组件152的部件列表，图40提供了后悬架组件172的部件列表。

车辆设计-车辆动力学

两个独立控制的直接驱动轮毂马达104、三轮气压车辆平台和独特的转向系统140的新颖结合，引起了当前的车辆的动力学的根本变革。气压车辆100的小覆盖区(footprint)和灵活的转向系统140允许气压车辆100原地转向(turn-on-spot)，从而轻易地行驶通过拥挤的城市。使用对称的双叉骨前悬架系统152促进简化，有助于减小重量，并降低气压车辆的成本。所有这些都有助于轻量级、实用的、新颖的和简单的设计理念。

前悬架组件152和后悬架组件172的部件列表见表A1和A2。

车身和结构

仔细考虑了用于确保满足我们的性能和设计目的的几个属性而设计了气压车辆100和车身结构。这些属性是：

-乘客安全

-可制造性

-成本

-重量

-结构刚度

-模块性

-总布置(packaging)

-可持续性(sustainability)

在气压车辆车身和结构中一直强有力地贯彻我们的“一体的简化”的设计理念，从而能够满足上述每个设计属性的设计要素。新的和/或非传统材料和制造工艺的使用能够促进设计的成功。

概念

气压车辆车身和结构概念的设计集中在不同的车辆上部组件198和车辆下部组件200(图41a和41b)上。下部组件200基本上可以认为是滚动底盘168，提供大部分气压车辆的强度、硬度和能量吸收能力，而轻型上部组件198形成气压车辆100的大部分外部组件。

与当前的单壳机身方案相比，这种双组件概念具有明显的优点。首先，结构构件不同于“现有风格(stylized)”的外部组件的事实允许使用更加简单和结构上更加有效的组件，从而显著减小重量。较简单的形状也允许使用更低成本的制造工艺和更高强度的材料。这些因素的结合使得气压车辆100的总体成本和总重量显著减小，同时，仍然保持优良的结构性能。

分离的滚动底盘168的另一优点在于其提供外部形状的模块性和灵活性的程度。大部分外部面板可用成本低的新的加工工艺制造，而不影响气压车辆100的结构完整性，从而使得气压车辆100的制造商快速地响应消费者的需求。在可维修方面也存在类似的优点，其中，对于小的车辆事故，外部面板可容易更换。这些属性主要通过使用纤维增强塑料(使用树脂传递模塑工艺制造)作为外部组件而实现。这样实现极轻型设计，而加工和制造成本低。

将具体参照工程设计以及如何实现每个属性(乘客安全、可制造性、成本、重量、结构刚度、模块性和总布置)进一步详细描述车辆下部结构200和车辆上部车身198。

车辆下部结构

主要考虑可制造性、硬度和耐撞性来设计车辆下部结构200，同时通过有效的工程设计确保成本和重量保持最小。如图42所示，下部结构200包括几个组件，总重量为92kg。这部分将更加详细地描述主要组件的特征。参照图43，是关于下部结构200的部件列表。

材料和制造工艺

与传统的汽车白车身概念(automotive body-in-white concept)相比，为了实现成本和重量的显著减小，车辆下部结构200大量使用超高强度钢(UHSS)，并与碳纤维增强塑料(CFRP)和铝合金结构可选择地结合使用。在图44中概述了下部结构200中使用的材料和制造工艺。

如上所述，下部结构200的主要组件包括非常简单的形状，这是由于这些组件不受汽车外部车身通常的复杂风格控制的事实而决定。这些简单的形状允许使用低成本的制造工艺和强度非常高的材料。

通常，汽车结构组件使用冲压工艺制造，这需要钢板具有非常大的延展性，因此，限制了材料的强度。通过使用形状较简单的组件(其整个长度的截面不变或者近似不变)，可采用辊弯成形工艺(roll forming process)。辊弯成形需要非常低的延展性，因此可使用更高强度级的材料。

由于显著的成本优势，汽车工业使用辊弯成形已经很多年了，目的是制造长直截面。现在，辊弯成形技术最近的发展使得制造弯曲的截面或者具有变化轮廓的截面成为可能，这些工艺通常被称为3D或者柔性辊弯成形。因此，柔性辊弯成形工艺能够生产出更加复杂的形状，非常高效并且生产率高。

在图45中，示出了柔性辊弯成形工艺所需要的机械/加工系统和可获得的形状的示例。除了每个部件的成本节约之外，图45突出了辊弯成形还表现出加工成本的明显降低，这是因为不再需要与金属板冲压相关的大型和昂贵的模具。

如图44中所示，下部结构200还包括两个主要冲压件，该两个主要冲压件由高强度双相(DP)钢制成，这有助于与一些辊弯成形的组件结合成一体。这些冲压组件还包括简单的几何形状，这允许使用超高强度DP 700级别的材料。

从气压车辆100的外部不能看到各个冲压和辊弯成形组件。因此，由于不需要A级表面光洁度(surface finish)，所以可使用热辊轧级别的板材，从而与传统的冷辊轧板材相比，进一步降低成本。

作为结构构件的气罐

由于圆柱形压力容器的固有硬度，从而使用气压车辆的气罐106作为结构构件。气罐的碳纤维增强塑料(CFRP)结构116提供良好的强度和硬度，因此形成气压车辆100的“主心骨”。实质上为动力罐106，却又作为结构构件，这样的双重用途突出了我们核心设计理念的价值，即，实现一体和简单的设计。

为了充分利用圆柱形压力容器高硬度的优点，气罐106在几个位置附着到所述结构的其余部分。在图46中示出的气罐106的结合方法被设计成确保每个安装件使用普通部件，从而显著降低加工成本和各个部件的成本二者。

通过纤维缠绕工艺(filament winding process)制造气罐106，通过单一的共固化工艺(co-curing process)将铸铝(cast aluminum)安装“环”202(在图46中示出)结合到所述罐106，从而省略另外的装配工艺。(注意：在传动装置部分中更加详细地描述气罐106和制造工艺)。

高强度挤压铝管204将气罐106连接到气压车辆结构200，在每个连接处使用机械紧固件，以根据需要容易地拆除罐106。所述铝构件204的尺寸和位置被系统地设置，以将碰撞负载传递到气压车辆100，同时还为车舱座位提供高强度的结合点。

前碰撞结构

防撞性和碰撞能量管理是气压车辆结构设计的要素。从气压车辆100的前部去除常规的汽车引擎为前碰撞结构的设计提供了大的自由度，因此允许更加简单和个性化的设计。

因此，选择碳纤维增强塑料(CFRP)管166来在前部冲击的情况下提供能量吸收的主要装置。使用复合材料管状示例来形成良好的碰撞结构有以下几个原因，包括：

近似理想的圆柱形形状提供良好的结构效率；

高强度和硬度对重量的比为前悬架组件提供合适的安装位置；

突出的比吸能率值意味着为了吸收冲击能量需要更小质量的材料。

动态挤压试验已经揭示碳纤维管的比吸能率(SEA)分别是等同的钢管和铝管的SEA的5倍和2.5倍(见图47)。

部分由于在挤压事故过程中发生的变形模式导致获得这些高数值的SEA。当CFRP管在高速情况下被挤压(通常的汽车前部碰撞事故)时，由于所述管变形并破碎成极小的碎片的方式使得大量能量被吸收。如在动态轴向挤压试验过程中的几种情况的照片(图48)所显示，这种变形模式非常稳定，从而提供进步的挤压和几乎不变的挤压力。这种大致不变的挤压力与简单的圆柱形形状结合允许碰撞管166的形状和围绕气压车辆100的结构的设计被相当简化并有效地设计。

主要考虑公知的标准的欧洲新车碰撞测试(Euro NCAP)中的偏离中心的前碰撞试验来设计气压车辆100中的前碰撞结构。使用有限元分析(FEA)技术作为工具来设计和优化车辆结构。利用从CFRP管166传递的挤压力大致不变的知识，通过对给定车辆的速度和质量计算所需要的能量吸收，可大致得到前碰撞试验的简单的负载情况(见图49)。

FEA技术确保前结构成功地管理碰撞能量，为将被传递到气压车辆结构的剩余部分的力提供好的负载路径，从而使得在碰撞事件中对车舱的侵入最小化。

在图50中示出了对于偏离中心的前部冲击的深入到下部结构200和上部结构198的设计的负载路径。显然多个负载路径深入到气压车辆结构内，以确保碰撞负载被有效地分布。具体地讲，设计了前支撑构件206(连接底盘168的防火壁208和罐106)，以将负载传递到极其坚固和坚硬的气罐106。另外，每个碰撞管166通过碰撞管安装件207安装到防火壁208。此外，保险杠加强件209通过另一对碰撞管安装件207安装到碰撞管166。

在汽车碰撞结构中使用CFRP材料主要受到高成本的限制。通过开发新颖的制造方法(使用复合成层工艺(composite layering process))已经显著降低了CFRP碰撞管166的成本。复合成层工艺在Graham的于2000年11月21日公布的第6,149,844号美国专利、Graham的于2007年12月11日公布的第7,306,692B2号美国专利以及公开号为WO2002/058916；WO2006/099671；WO2007/003011以及WO2007/022593的国际专利申请中公开，所述申请的内容通过引用被结合于此，并被称为复合成层工艺。如图51所示，与传统的制造方法相比，这允许快速制造、最小化加工和装备成本，并显著减少固化周期时间。

侧部结构

气压车辆100的侧部结构被设计成非常坚硬，以防止在侧冲击事件中对车舱的侵入。被设计成比传统的汽车侧杆(rocker)宽得多的UHSS辊弯成形的侧杆组件(rocker component)210主要执行分配负载的任务。

如图52a和52b中所示，布置在重要位置的高强度挤压铝管204将侧杆210连接到罐106。这些铝构件204还与b柱212(支撑顶部横向构件214)和侧杆210之间的结合处重合，并在后梁216和侧杆210之间的结合处，确保这些组件在侧冲击过程中的结构完整性。作为一体的和简单的设计的一部分，铝构件204还为车舱座位和安全带提供高强度锚定点。另外，由于铝管构件204基本上可按照运送时的情况被使用的事实，并且几乎不需要额外的制造工艺，所以铝管构件204可按照低成本制造。

从图52b可以明显地看出，铝构件204、b柱212和后梁216均为将被分配的侧部冲击负载提供多个负载路径。这些与将进一步被描述的门和侧部侵入保护系统结合可提供良好的乘客保护和防撞性。

后结构

后舱壁(rear bulkhead)218连接到侧壁面板210的后端，并为给气罐106充气提供入口。后梁216支撑后悬架安装件220，以被支撑在后悬架172上。后横向构件222也可设置在后梁216上，用于另外的横向支撑。

车辆上部车身

车辆上部车身198主要包括外“皮肤”面板，主要考虑可制造性、重复利用性和强度对重量而设计该外“皮肤”面板。即使所述面板被认为是“皮肤”，这些组件中的大部分具有结构性目的。如图53所示，上部车身198包括7个组件，总重量为63kg。

材料和制造工艺

如上所述，与传统的白车身概念相比，为了实现成本和重量的显著减小，车辆上部车身198大量使用主要通过树脂传递模塑(RTM)工艺制造的聚合物复合材料。将这些材料和制造技术结合使得部件数减少并且易于装配。在图54中总结了采用的材料和制造工艺。对于这些材料的额外信息参见下面对各个组件的描述。

树脂传递模塑(RTM)工艺

将使用RTM工艺制造建立在气压车辆100的概念上的大部分大的聚合物复合材料组件。基于效率、低成本和热塑性塑料的使用能力而决定使用该工艺。当然，当大规模制造部件时，这些方面用于与其他技术作比较。系统通过将干纤维预成形件224插入到芯226和腔室228模具组之间而工作。模具226和228封闭，从而将压力施加在部件224上。树脂230和硬化剂232流过管道，从而二者在混合头部234混合。接着，这种预混合溶液穿过纤维件被注入(infuse)，一旦固化，模具226和228就被打开，而释放部件224。在图55中示出了RTM工艺中涉及的组件。当与热塑性塑料CBT系统结合使用时，RTM系统可被简化。作为热塑性塑料，开始是颗粒状的，在被注入之前，需要将其加热。

为了有助于固化这些部件，我们建议复合成层工艺与RTM结合使用。这将通过特别设计的金属模具而实现，该金属模具包括流体通道，以允许热传递流体将能量传递到金属模具内的复合材料组件。当然，这在制造碰撞管166的同时发生，以利用所述的一个制造工艺。依赖于模具的效率，复合成层工艺能够实现10℃/min的加热和冷却率。通过这些参数和快速固化环氧树脂，已证实该复合成层工艺能够在少于20分钟的时间内固化部件。

RTM工艺的另一个优点在于其能够减少在车间地板上的步骤数量。例如，由于凝胶涂层或者表面膜可用于为上面示出的组件提供良好的光洁度和颜色，所以可省去喷漆工艺。在对纤维的注入进行之前，在腔室模具内进行这些处理。另外，RTM可生产出近乎完美的外形，意思是需要很少的修整步骤，更不用说减少整体废料了。

包括车篷的防护件和保险杠

包括车篷238的防护件/保险杠结构236可以被认为是非结构构件。因此，它们由玻璃纤维增强热塑性塑料(GFRP)制造。使用一些纤维以增加额外的硬度，从而补偿热塑性塑料的低的模量。还将使用相同的材料体系作为内部地板138。所讨论的热塑性塑料是由Cyclic^TM Group开发的CBT树脂(循环形式的聚丁烯对苯二酸盐(cyclic form of polybutylene terephthalate))。该体系的选择主要涉及其与RTM工艺结合使用的能力。大部分车辆上部车身198使用一个工艺意味着制造技术可被最少化。此外，CBT系统提供快速聚合时间，使得这些组件可被非常快地处理。它们也完全是可再循环的。

使用RTM技术也具有其自身的优点。RTM工艺能够制造复杂的形状，并可实现部件的一体化。例如，防护件和前保险杠可作为一个部件236被制造，实现最少化的部件数量。为了保持与该简化一致，前结构236将不会使用粘合剂永久地附着到下部结构200上。相反，其将通过机械紧固件布置和结合。该方法简化了装配并根据情况需要易于拆卸。

门和侧侵入保护

为了继续我们一体的设计理念，门240被设计为结构构件。这可通过使用新技术而实现，其包括新颖的、成本高效和轻质混合复合材料层。这些层包括具有高强度金属芯的玻璃纤维，这是有效的三明治结构。

这种系统由ELACO^TM Group制造。当与例如钢的材料相比时，已经证实这些层表现出以下性质，例如高冲击强度和高能量吸收能力，同时仍然保持低密度。根据ELACO^TM，当与汽车门结合使用时，它们的层在乘客保护方面表现良好。在这种情况下，少即多，即，大的笨重的侧部侵入构件不是必须的。

A柱和顶梁

顾名思义，该A柱和顶梁结构242在该概念中用作两个目的，一个是在侧倾事件中用作乘客保护，另一个是作为在前端或后端碰撞情况下产生的负载的路径。为了提供强度和硬度，这些梁242由玻璃纤维增加热固性塑料(GFRP)制造。该材料结构将允许实现精确的纤维管理，从而纤维被沿着负载路径的方向定向。图56示出了当与前碰撞结构168和后悬架构件172结合使用时通过A柱和顶梁构件242传递的负载路径。

当与热固性塑料相比时，由于环氧树脂系统提供更高的强度和硬度，所以使用环氧树脂。为了保持少的装配工艺，顶梁242通过使用粘合剂被粘结到下部结构200。

车顶和挡风玻璃

与传统的汽车不同，车顶244也用作挡风玻璃，其由抗磨损的聚碳酸酯制成。由于其能够减小整体重量，所以主要选择该材料。另外，这些新时代的聚碳酸酯提供降低UV的保护、良好的冲击强度，并且是可循环的。与玻璃不同，聚碳酸酯是坚韧的，由于其是热固性塑料，所以在侧倾事故中，不会粉碎。聚碳酸酯可按片购买，并可被加热和成形。

后围板和背板

与前部结构236类似，后部结构也可被认为是复杂形状，通过将多个传统的面板集成为一体使复杂的性质被简化。然而，与前部结构236不同，后部246被设计成在结构一体化方面更上一层楼，其中，该后部由玻璃纤维增强热固性塑料制造。作为结构件，该后部用作多个目的。在后部碰撞情况下，后轮结构172可趋向于试图并使得该分隔件246在其自身和后座乘客之间突出。因此，该分隔件246(结构构件)用于减小可能的侵入。另外，考虑到该构件246粘结到下部结构200，这增加了气压车辆100的后部的强度和扭转刚度。这也有助于分配通过该构件246所粘结到的构件216、200作用的负载。通过使得该后部组件246安装在后部结构216、220的上方而成为一个组件使得模块性显著提高。这能够使用一个平台容易地设计未来的车型，例如，可通过改变该组件和仅仅改变一些其他组件而容易地制造实用车型(utilitymodel)或者跑车车型。

材料使用和制造工艺的总结

可以明显地看出，通过一体的和简单的设计已经获得了轻量、低成本和高强度的车辆车身和结构。这通过利用新制造技术和新材料而实现。这在图57a和图57b中被概括。

与当前方法相比(例如，冲压，仅仅达到结构的10％)，这些表突出了这些新工艺的大量使用。传统的冲压技术已经被辊弯成形和RTM工艺所取代，其用于制造近似50％的结构。这些工艺提供的主要优点包括：通过减少复杂的加工工艺而降低成本，通过减少部件数量和装配工艺而增加效率，并且明显减少重量。此外，在未来概念设计以及生产工艺的外包方面，这能够增加灵活性和模块性。见图58，示出了车辆上部车身198的部件列表。

车辆内饰(vehicle interior)

通过仔细考虑几个属性而设计车辆内饰248，以确保汽车内饰248是流行的并且是灵活的，从而能够满足多种市场群体。这些属性是：

用户定制化；

可制造性；

成本；

重量；

多样性；

易于使用。

由于内饰空间248对于汽车100的用户来说是最主要的交互部件，我们的设计理念“一体化简单化”与“用户定制化”的概念结合。这提供了能够被优化以适合所有者的需要的平台。

使用简单的可互换的内饰组件和插头以及播放电子装置，这是设计能够实现的。

概念

车辆内饰248的概念集中于简单的可互换的座椅和门内饰件250、252。在图59a、图59b、图59c和图60中示出了所述内饰。门内饰件252使用快速固定面板系统，该系统可被便宜地生产并快速结合到门结构240。座椅254遵循与固定到座椅的框架的可容易地互换的上盖和下盖250类似的概念。这能够使得损坏的、褪色的或者不流行的座盖被新加工的或者销售的盖250容易地取代。这二者使得用户快速地使得新或者旧汽车适应用户的喜好，以在他们购买汽车时提供增加的满意度。

可互换的门内饰件252还可打破习俗，而运送内部系统。目前，消费者或者接受标准内饰或者定制由工厂安装的内饰，但运送大大延迟并且给消费者增加费用。通过气压车辆100概念，汽车100可被运送到经销商处，且内饰248可由经销商中的具有资格的安装工安装到汽车100。经销商列出汽车100的一种方式是在因特网上建立虚拟汽车总布置。消费者能够使用虚拟世界(公知的为触觉装置)浏览并与汽车100的内饰248交互，以访问一定范围内的不同内饰设置。这可包括颜色、图案和材料。可通过因特网定制内部组件，并通过经销商或者所有者安装该内部组件。

座椅

用于气压车辆座椅254的设计概念是使用与车辆的车身所使用的制造工艺相同的RTM制造工艺，该车辆的车身作为基本平台以支撑可充气的座椅调节系统。见图60和图61。

针对座椅基座256，选择RTM，这是因为RTM工艺能够按照相对低的成本制造双构件座椅254。为了提供强度和硬度，使用玻璃纤维增强热固树脂(GFRP)制造座椅框架258。这样的材料设置允许实现精确的纤维管理，从而纤维被沿着负载路径的方向定向。基座结构256远比传统的座椅简单，这是因为其不需要任何点焊或者对钢进行压制。座椅254的两半可被推到一起并通过锁定点260(作为注塑工艺的一部分而被制造)固定就位。该固定系统省去了在装配期间将所述两个部件固定在一起所需要的部件总数。气囊262的集成点与一体的夹持系统一起可在用于座椅模具的前部件250的所述一个注塑工艺中设置。这种简单的制造和装配工艺有助于降低制造座椅254的成本，并且由于存在更少的运动部件，所以能够使得座椅更可靠。

由于独特的气囊缓冲系统262，所以可获得GFRP基座256。硅胶气囊垫262取代弹簧和聚亚安酯泡沫，并提供好得多的驾驶者适应性。

在座椅254内使用低压空气可充气插入件262允许使用单个压力控制器和选择器阀进行大范围的调节。硅胶气囊通过卡合塑料插入件(clip-in plasticinsert)260安装就位，该卡合塑料插入件260安装在座椅框架258的前半部分中。在气囊边缘和座椅的前部之间通过一薄层硅酮胶而实现密封。气囊系统262允许通常通过复杂的机械系统实现多个调节。

见图62，该系统262在后乘客座椅264中尤为明显。该座椅264被设计成支撑一个成人或者两个儿童。这通过可充气的气囊262来实现，可充气的气囊262被布置成向中央分隔物充气，从而形成两个小的桶椅。或者放气而形成用于一个成人的长座椅。

加速和制动踏板的去除意味着座椅254可固定在汽车100内不变的位置。这意味着座椅安装件266可被简化成没有运动部件的一件制支架，同时通过方向盘268的倾斜和突出来实现驾驶者舒适性。

在被固定到汽车100的结构的同时，前座椅254在基座256和后支撑件258之间仍然具有一定范围的铰接运动。驾驶者的座椅254限于小角度倾斜以调节驾驶者舒适性，但允许乘客座椅270在一个较大的范围内调节，以向下折叠成与基座256平行，如图63所示。这形成用于额外的储存空间的平坦的‘平台’区域，该区域穿过前乘客座椅270通到后部长座椅264。

用于座椅254的织物覆盖层250补充内饰252和地毯272并且可被容易地更换。座椅254不具有永久地附着到汽车100的传统的缝制的覆盖物。座椅覆盖物250套在延伸的半脊形箍(semi-ridged hoop)上，并套在可充气的气囊262上以被紧固在座椅结构254上。用于制造基本模式的汽车座椅覆盖物250的一种方法是使用全成形针织大圆机(fully fashioned circular knittingmachine)。使用该方法编织的座椅覆盖物250的浪费有限，不需要缝边，对修剪和缝制的需要有限。所有这些节省有助于降低制造成本。使用高弹力织纹合成丝线(high stretch textured synthetic filament)使得在充气和不充气的气囊系统上感觉都非常舒服。

可使用传统的修剪和缝制结构，以允许覆盖物由多种类型的材料制成，并且这些材料中的一些包括纺织织物、丝绒织物、皮革和乙烯树脂(vinyl)。这使得消费者能够进行广泛的多样化的选择，以定制他们的汽车100。与内饰252和地毯272类似，座椅覆盖物250可被改变成适合最新的款式或者除去着色或者污物。

地板

在内饰的其余部分发现，地板的设计遵循相同的概念，即，灵活性和选择。浅盘形地板138被设计成与卷起的侧部(turned up sides)相平，这允许简单的被压制的地板形状。地板材料的选择范围广，对于消费者来说，提供高的灵活性，并且具有宽泛的不同的选择。例如，聚丙烯无纺织物、有穗饰的聚丙烯地毯或者橡胶垫是一些示例，这些示例适合兼容从基本模式、奢华的内饰到零售商的车辆的终端使用。

地毯制造系统是简单的。无纺垫可具有在挤压成形的过程中被施加到地毯272的可熔化粘合的边缘。这将两个步骤结合成一个，并提供更加平坦的边缘，从而能够被容易地插入到保持装饰件之下。无纺地板覆盖物是用于基本模式的汽车100的低制造成本的选择。

见图64，橡胶垫276被设计成插入到无纺垫地板内。橡胶垫276可按照多种方式使用，包括当气压车辆100被运输或者被零售商使用时作为保护覆盖物。或者，在周末或者特殊情形下，橡胶内层276可被去除，从而汽车100可用作家用汽车100。

为了保持灵活性的概念，可使用数字印制机给地板上色和对地板276进行图案化，以提供个性化的地板276。由于地板276可被设计成与内饰的其他部件匹配或者补充内饰的其他部件，所以在汽车行业，这将是独特的，再者，低成本的无纺材料垫可容易地改变，以适合所有者的需求。

门内层

门内层252包括两个组件，即，实心面板和装饰性装饰件。实心面板是多功能的，既用作门装饰件252的安装点还用作门腔的隔音件。装饰性的装饰件252被可粘附地支撑并可被容易地更换，以实现内饰的最佳适应性。

门装饰件252被设计成在制造过程中用粘附剂敷层层压在门装饰件252上。这允许进行装饰件选择，并在购买时安装或者由消费者安装。如果颜色褪去由于使用而被污染或者仅仅是想改变外观，可改变装饰件。

门装饰件可由多种不同的材料制成，并在层压之后能够被自动激光切割和图案化系统(automated laser cutting and patterning system)切割。这种的工厂加工和非工厂加工的装饰件都将对内饰式样提供灵活性，以适合宽范围的市场类型。

多种装饰材料适合于不同级别的内饰。这些不同级别可包括普通级别、运动级别、豪华级别、商人级别和设计师级别。使用的材料可包括梭织纺织品、丝绒纺织品、地毯、皮革和塑料薄膜。

装饰系统可削减制造商用于装配车辆100所需的零件存货。车辆100被提供给经销商的时候是没带修饰的。经销商可设有装饰件库存，或者消费者可以从互联网上购买专门的装饰件，由于装饰件的形状小且重量轻，所以消费者选用快递运送扁平包装的装饰件。

固体复合板是一种由一个双层气流成网针刺无纺布制成的智能型复合材料。气流成网无纺材料具有低成本、高生产率。所述材料拥有所有无纺生产技术的最均匀拉伸性能，这是因为纤维沿机器方向和跨机器的方向均具有良好的分布。由于双层材料提供了结构一致的固体层和用于隔绝噪音的软质层，所以选择双层材料。

两层之间的区别在于所使用的纤维的比例。固体层是由50％的低熔融温度合成纤维和50％的天然纤维组成的混合物制成。软质层是由一个90％的天然纤维和合成纤维10％组成的混合物制成。在面板的固体部分中，天然纤维用以加固热成型后的面板。在软面板中，天然纤维用于吸收在门腔内产生的噪声。使用的合成纤维可以是使用成本低的聚丙烯或是可降解环保产品的聚乳酸。该合成纤维用于将各层中的天然纤维粘合起来。在固体层中，合成纤维提供热压后的固体结构，而在软质层中，合成纤维用于将纤维粘合起来同时又使软质层保留了一定的通透性。在针刺期间将这两层连接并在门结构的热压缩成型阶段后仍保持相联。

控制系统

参照图65，电子线控系统276将用于控制整个气压车辆100的各个系统。使用完整的线控系统276可以精确控制所有的系统，包括动力总成102，制动系统186，转向系统140和其他人机界面(HMI)。这与总体集成设计理念相吻合。嵌入式设备使用成本低，用于独立的互联网络元素的即插即用式系统的模块化系统276也已经被开发，模块化系统276用于控制和监测在主处理器控制下的专用子系统，实现了完全整合。就像当初的T型车具有二十年的生产寿命一样，通过中央计算机系统，气压车辆100允许使用即插即用的硬件和控制软件被方便更新，从而将气压车辆100转变成一个灵活且可定制的产品。在以下章节中，线控系统中的每个元素将被详细描述。

汽车控制装置(CCU)

汽车控制装置(CCU)是汽车通信系统276的主控制器。基于主/从概念，该主控制器掌握监督用于个别控制任务的从属模块的高级别操作。包含有一个低成本的嵌入式微处理器，该CCU使用本地互连网络通信协议(LIN)，其中，LIN由单线组成，是对用在现今车辆通信的一个更简单的解决方法。

该CCU的任务包括，如传输速度的定义，对从属模块发送同步脉冲，数据监控，并在气压车辆100内录音，对从属节点到睡眠/唤醒作切换，作为气压车辆100中枢大脑行事。

图65是线控功能图，其显示了CCU主控制器是如何通过LIN连接方法与其从属控制器连接的。在下一节中，对LIN协议作了描述。

本地互连网络通信协议(LIN)

LIN(本地互联网络)是一种低成本的串行通信系统，主要用于汽车的分布式电子系统通信。LIN对现有的汽车通信网络(见图66)作了补充，并对气压车辆100的嵌入式控制方法提供一个有效的解决方案。

在常规汽车市场，LIN方法被主要应用在组合单元，如门，方向盘，座椅，气候控制，照明，雨水传感器等。其中，对费用敏感的特性使LIN方法可被用来将机电一体化元件(例如，智能传感器与驱动器)包括在设计中。这些元件可以很容易地连接到当前的汽车网络，并可被容易地连接到各种诊断和控制服务。在低成本汽车市场中，LIN方法可以取代传统汽车网络(如CAN)，并且可以在带宽和多功能的CAN不需要的地方与智能传感器和驱动器进行低成本的通信。

该通信基于SCI(UART)数据格式(即，一个单主/多从的概念，单线12V总线，无需稳定时基的节点时钟同步(LIN，http://www.lin-subbus.org/))。与现有的低端SCI的多重解决方案(如图66所示)相比，这种方法减少了大量线束的需要，削减了有关汽车电子逻辑的开发、生产、服务成本。与传统方法(如CAN-B和CAN-A)相比，虽然所述方法不运行在高数据速率，但是其主从概念和一个单线接口允许该方法在低成本嵌入式系统领域被使用。由于每个节点的通讯成本相对较低，所以这是低成本汽车市场的理想选择。

LIN方法的好处如下：

低成本的单线实施方式，

增强性的ISO9141，基于VBAT的速度可达20Kbit/秒，

对于许多应用是可以接受的速度(限制EMI原因)，

单主/多从的概念，

没有仲裁必要的，

基于共同的UART/SCI接口硬件的低成本硅技术实现，

几乎所有的微控制器芯片上备有必要的硬件，

无需晶体或陶瓷谐振器而在从节点自主同步，

硬件平台的显著成本降低，

现成的从属结构，

基于配置功能的灵活性，

用于信号传输的确保的延迟时间，

可能的预测系统，

可轻松升级的即插即用项目。

安全控制单元(SCU)

设计这个模块仅仅是为了协调汽车100的各安全特性。诸如ABS、安全气囊及安全带约束功能的功能以及诸如报警或安全防盗的可选功能通过此从处理器被处理。

仪表和媒体气候控制单元(ICMCCU)

本单元控制汽车100的主要的人机界面。再次使用主/从概念，仪表和媒体气候控制单元(ICMCCU)对使用LIN组合的子系统发命令。ICMCCU直接控制某些零件，如车速表、指示器、燃油表、灯等，通过接收来自车辆100的合适传感器的数字信号，处理信息，并把该信息发送到CCU或合适的显示单元(如图67所示的位置以及如图68所示的连接层次)。

车辆100内有两个主要显示装置、仪表板及媒体和气候中心。这些都如下进一步详细说明。

仪表盘

该仪表盘包括仪表和与气压车辆100操作有关的控制。由于本系统是一个模块(即，线控系统276)，所以该系统可以依用户的喜爱进行修改并随车辆100升级而容易的升级。

媒体和气候中心

媒体和气候中心是仪表板中的联络点，允许用户与汽车的加热和冷却系统128以及音响系统连接。由于使用了低成本的触控界面，所以界面屏幕可以不使用机械旋钮和按钮，从而允许媒体和气候中心可完全按要求定制并且使用方便。随着软件更新，新功能可以通过这个系统被加入，当能使用新系统时，可添加其他特性(如全球定位系统、气动汽车诊断工具、操作性能估算等)。

传动控制单元(DTU)

再次使用主/从概念，传动控制单元(DTU)的基本功能是监督两个子系统(引擎控制单元和转向控制单元)的控制功能(见图69)。此外，DTU还决定了让气压车辆100移动的所需的物理作用。例如，如果来自转向控制单元的信息包含左转的命令，且引擎控制单元发出加速度的命令，则DTU对右阀门开启的控制操作的执行多过对左阀门开启的控制操作的执行，然后，注入热空气到系统中，使气压车辆100快速向左转。

引擎控制系统(ECU)

该系统主要用于控制发动机的运行的各个方面。该系统运作方面的作用是确定燃料量，压力控制，及通过利用感应器对引擎104监控来控制加热系统110、130和其它参数。本系统的监测和控制是通过使用诸如一个PID控制器的控制回路来实现的。

例如，该系统读取油门位置，并确定所需要提供给马达104的燃料量。如果油门踏板被进一步踩下，则该信息将被发送到DTU，使阀门打开以让更多的空气通过热交换器108进入引擎。

转向控制单元(StCU)

转向控制单元(StCU)主要用于监视和控制三个项目：控制后轮减震系统144，控制和监测后轮毂196动力产生的规则，监察转向定位传感器。该StCU读取在转向轮中的转向传感器位置并将其发送到DTU，以对马达104进行控制。

后轮减震系统144也是通过StCU被监测和控制。该系统得到轮速传感器的读数，要么在高速下将减震系统144变僵硬，或在低速时使减震系统144松弛。

后轮毂产生方法

为了让气压车辆100有足够的动力，一种产生动力的方法应能够使车载电子设备得以运行。由于后轮组合142自由旋转，所以再生系统196被放置到后轮组合142，该后轮组合142使用带齿轮的发电机装置来对电池组278充电。

齿轮装置获得正确的每分钟转动率(RPM)，以使发电机196被激发而产生足够的电压。当转速低于激发阈值时，系统将不再产生电荷，电池278将会耗尽。后组合196中的齿轮系统允许相对低的转速以在整个驾驶中产生恒定充电电流。

图70描述了含有两个主要部分(自动电压调节器(AVR)和充电电路280)的发电连接设置。AVR将来自发电机196的不同电压转换成适合于充电电路280的可用形式，充电电路280再将电压转换来对电池278充电。气压车辆100中使用的电池278是锂聚合物或锂离子电池，相对于传统的铅酸电池，锂离子电池可以更轻，也可以被具体模塑以适应卡壳环境。这项技术相对于常规技术可大大增加运行时间，并减少成本。

未来的扩展和升级

线控系统276的优势是它可使技术的升级和扩展相对容易。额外的功能(如GPS，照相机，环境遥感技术，平视显示器等)都可以添加到当前系统而不需要任何重大修改。LIN方法的优点是可以在不增加当前构造的电力系统成本下相对容易地加入简单、成本低的即插即用模块。此外，如果任何子系统失效或需要升级，可以换用另一个模块而不会带来麻烦。

商业计划书

本节概述了气压车辆的制造成本和所有的部件和组件的制造过程。此外，关于在中国市场的气压车辆100上市的商业分析已经被执行了。

制造和成本报告

概念车100被设计为一个完整的系统，该系统可被分解成如图71所示的子系统和组件。该系统的许多部分已经在前面被所述。本节给出了对有关费用和制造流程的所有系统的概述。每个系统已尽可能简化，系统已使用了革命性的制造系统以降低成本和车重。

制动系统

这款概念车100配备了用于前轮114的传统盘形制动系统186。制动组合186包括以下主要部分：制动盘；主缸194；制动电磁铁；制动卡钳和衬片。整个制动系统是一个传统的组合，该制动系统可以外包制造然后将该制动系统安装在悬架系统152中。制动系统的状况是很容易检测的，其组件可以在合适的保养间隔被调整或更换。用于制造制动盘190的材料可以是铸铁和使用铸造工艺生产然后加工、钻孔和开槽而成的材料。可采用通风盘来提高冷却效果。前轴固定卡钳可被使用来提供足够的绝缘空间。可以在车辆动力学部分找到制动系统的详细计算方法。

悬架系统

双横臂独立悬架系统152用于两个前轮114。这种悬挂系统152(图72)的主要组成部分是下叉骨156，上叉骨154及线圈以上单元282。制造上臂154所用的材料是6061合金，上臂154由铸造工艺生产。下臂156由双相钢辊弯成形生产。如传统悬架装置，悬架系统152可以外包制造来降低成本。后悬架系统172含有安装在轮142两侧的两个可伸缩的叉174。后悬架系统172的主要组成部分是带有安装到前叉骨178的螺旋弹簧182及减震器184的上下可伸缩叉174。前后悬架系统152和172直接组装到汽车100。前后悬架接头164和220分别由铸造铝和6061合金制造而成。

后轮转向系统

后轮142可以旋转以转向。后轮142转向角度由一个旋转转向阻尼器144控制，从而在高速时降低扫描角度并增加阻尼。更多关于旋转转向阻尼器144的细节可以在车辆动力学部分找到。后轮转向系统的部件是转向轴180和锁紧螺母284。转向轴180和锁紧螺母284分别由铬不锈钢和合金钢制成。还可以购买旋转转向阻尼器144。

轮和胎

前轮辋286和后轮辋288使用6061合金铸造、然后加工、开槽、钻孔而成(见图73)。前轮114和后轮142的车轮直径为17英寸。前轮毂290是使用合金钢铸造、然后加工而成。后轮毂176所用的材料是6061合金，后轮毂176由铸造工艺制成。轮胎292可以从潜在的供应商处买到。

车身结构

车身结构包括两个主要部分，即，下部200和外部198。

下部

制造下部200所涉及的制造过程包括冲压、铸造、树脂传递模塑、挤压、复合成层和辊压成型。防火壁208和保险杠209分别用双相钢和马氏体钢冲压而成。轮拱294、前盖板(未显示)和前子车架170采用树脂传递模塑(RTM)制造。轮拱294和前盖板的材料是玻璃纤维增强热塑性树脂。前子车架170由玻璃纤维增强环氧树脂制成。碰撞管166由复合成层工艺使用碳纤维环氧复合材料制成。碰撞管接头207和罐接头202分别用铸铁和铸铝制成。辊压成型用于制造马氏体钢门槛板210。RTM用于制造玻璃纤维增强热塑性树脂地板138。

外部

外部部分198包括保险杠236，发动机罩238、两个门、门环增强带、前增强带、多个窗、车顶和后围侧板。使用的制造过程是RTM和注射压缩成型(ICM)。保险杠236、发动机罩238和门240使用玻璃纤维增强热塑性树脂。后部246、门环、前增强带242使用玻璃纤维增强环氧树脂。除了聚碳酸酯车顶244由注塑成型，所有这些组件都采用RTM制造。

动力总成

动力总成102由三个单位组成：传动系104、喷射燃烧器110和暖通空调(HVAC)128。动力总成102的主要组成部分是回转式空气马达104。马达104及另外几个其他组件(如空气管路296、油门执行器(未显示)、调节器120和填充管106)都可以从供应商处买到。回转式空气马达104的成本估计是基于对电机使用的材料、制造方法和装配工艺的估计而来。空气燃料罐106和压缩天然气(CNG)罐112由缠绕成形的碳纤维管116制成。喷射燃烧器单元110包括排气管124、燃烧器喷嘴126、基座298、燃烧器外壳300、安全阀302、分流阀304、有机硅歧管306以及一些连接管308。塑料排气管124由注塑成型，黄铜燃烧器喷嘴126被加工处理，基座298是铸铁铸造出来的。本单元的其余组件可以外包。注塑成型工艺用来制造暖通空调128的部件(即，顶部和底部外壳300、分流阀304、车舱空气管道310、风扇外壳312)。压缩空气罐106、CNG罐112和暖通空调128的详细计算可以在动力总成部分找到。

制造过程

汽车采用的材料和技术反映可用的最先进的材料。选用的材料或方法是最适合给定的要求的材料或方法。个别材料的特性表明显示了在重量、强度和成本上的显著差异。稳步提高需要安全性、期望的舒适性及越来越轻巧设计不断上升，导致对塑料和轻合金的使用增加。一些制造技术的详细介绍可在一些其它系统部分找到。

树脂传递模塑(RTM)

RTM的一个特点是复合材料中增强件的完全整合，使得所有的空气都从模具中去除。这使得在腔内没有干点。RTM已被确认为一种大面积面板有用的制造方法，该方法往往利用汽车行业中的真空辅助加固压实和合模。RTM的成功被归因于其对零件设计具有更大的灵活性、更注重成分回收利用和减少排放。由于汽车行业使用大量材料，所以RTM材料成本都很低，通常在20％-30％的范围内变化，这是一个相对于简单冲压或组装大两倍或三倍的数字。部分是由于使用的RTM所需要的零件数量较少，而使用冲压需要的零件数量更大(见图74)。

RTM工艺采用了双面模具套，用于形成面板的两个表面。下侧是一个刚性的模具；上侧可以是刚性或柔性模具。双面结合在一起以产生型腔。RTM的区别特点是，加固材料被放置到这个腔，模具套在铸模材料进入之前闭合。关于RTM工艺的细节可以在汽车及车身结构部分及图75中找到。

周期时间：热固性树脂传递模塑是汽车行业的一个好技术，其平均周期时间大约为20分钟。图76列出了使用RTM工艺制造的零件。

复合成层工艺

复合成层工艺可用于高级复合材料的非高压灭菌制造(如图77所示)。复合成层工艺可应用于汽车行业，其中强度和重量是重要的特性。复合成层工艺周期时间短(相对于高压灭菌)、产品重量少、强度增加和外观改善。此外，复合成层工艺提供的产品性能优于传统固化技术提供的产品性能。相对于高压灭菌，复合成层工艺数据显示减少了50％到90％的周期时间，并拥有高精度的温度控制。

该组件首先通过布置预浸层而被放置在模具工具上，模具不坚固，这是因为实际上模具将在传热流体中浮动。接下来是用真空袋及透气层覆盖层压板暴露的一面。然后，随着模具工具被安置在复合分层机中，标准工艺结束。该组件被放置在使用氮气对含有高温流体(HTF)的罐中的成分进行加压而取得的低压力中。对气囊所施加的压力使气囊与模具密切配合且固定到模具得轮廓。

周期时间：大多数树脂体系固化周期时间预计在40-60分钟，相对于高压灭菌过程可省4-8小时的时间。对于按180度C周期的一个典型的环氧树脂，这个周期时间可缩短至20-30分钟。

碰撞管166由使用碳纤维环氧复合物的技术制造。相较于相似零件的传统高压灭菌工艺，快步工艺可以节约65％的工具成本。

辊弯成形

辊弯成形是一个弯曲形状成形工艺，其中，一长条形金属(通常是钢)通过辊弯筒或站，(见图78)。弯曲经过多个成形步骤逐渐实现辊弯从未成形条到成形轮廓。每一步或站连续执行增加(低应变)弯曲部分。可利用数个站直到得到所需的截面轮廓。大量长零件最适合辊弯成形工艺。连续修整和多种类型的切割操作可被用于辊弯成形生产线来分开部件，从而降低了制造成本和时间。

由于按高速可生产出复杂的轮廓，所以该工艺是非常有益的。高强度钢是最常见的可被滚压成形的材料。此外，滚压成形是一种低应变操作，可用于使成形性能差的材料层形成轮廓。出于这个原因，辊压成形被视为一个可用于生产超高强度钢汽车零部件的潜在工艺。

周期时间：周期时间可近似计算为80英尺/分钟×60分钟(即，4800英尺/小时)。图79列出了使用辊弯成形工艺生产的部件。

冲压工艺

汽车冲压工艺被认为是汽车制造的第一步。在冲压车间内构件和外构件都可被制成。冲压是一个简单的过程，其中，构件通过经过工装模具施加的力而被成形。大批量钣金件通常可使用冲压工艺被制造，因而成本低廉。这种冲压工艺的优点是该冲压工艺适合于快速制造小工件，同时通过与成性操作相结合而节省时间和金钱。冲压还根据所选的工具保持精密公差。

周期时间：在1小时之内可以制造出的工件数可依板厚及工件复杂性为100到400不等。图80显示了使用冲压工艺生产的工件。

铸造

铸造是一种通过重力或压力迫使熔融金属进入模具来制造机加工金属工件的多功能工艺。工件可被设计以拥有高精确度及高重复性的复杂的形状并拥有光滑和有纹理的表面。铸造被认为是一种大批量大规模生产工艺。相比于任何别的大规模生产工艺，铸造提供具有更精密公差的复杂形状。很少或根本没有加工要求，在不需要新工具的情况下，数千个相同的铸件可以被生产出。铸件不包括分散的部件也不需要紧固铸件，强度来自于材料本身而不是联合过程。

周期时间：工艺包括合模、注塑、冷却、脱模和修整几个阶段。基于工件的几何形状，总周期时间可以很短，一般在2秒到5分钟之间。图81显示了通过注塑制造的部件。

注塑成型

注塑成型是最通常的用于制造塑料部件的制造工艺。生产出的部件可在外形，尺寸，复杂度及应用上大为不同。这个工艺需要使用注塑成型机器、原塑料材料和模具。塑料在注塑成型机器中熔化，然后被注射到模具中，在模具中经冷却及固化变成成型件。制造成本可依不同因素而不同。这些因素包括模腔数、工件尺寸、工件复杂度、期望的工具寿命和表面光洁度。注塑成型的主要优点是它可适合于在快节奏的环境中制造工件、公差控制精度高、可用于生产来源于不同原料的产品。

周期时间：注塑成型的工艺周期时间可以很短，一般在2秒到2分钟之间。图82显示了通过注塑成型工艺制造的部件。图83显示了购买的和使用不同工艺制造的工件。

生命周期评估

此报告就气压车辆100对环境的影响作了讨论。为了就气压车辆100对环境的影响作评估，需要考虑的手段及目标包括：

-对气压车辆100的生命周期评估

-依可回收能力对材料作选择

-制造工艺

-气压车辆100的碳足迹

车辆作为一个整体

气压车辆100可按照目前的做法在车厂被组装。另外，如图84所示，车辆100可被组装、定制、检查、维修、展示、销售和作为公共设施得到基金资助。然而，使用结构胶粘剂而不是焊接法来连接汽车的主体结构(车辆上部198、车辆下部200)。Answers.com定义结构胶粘剂为“一种可以承受相当大幅度负荷的粘合剂；一个当基于金属或应用于本工业的其他典型材料的厚度制备的胶接接头被施加压力至其屈服点时而不会失效的结构胶粘剂”。这就意味着，粘合点会和焊接点一样牢固，不会具有类似于使用紧固件时出现的应力集中点。

车辆的寿命

气压车辆100的一个优势是它几乎是零排放，来自车辆100的唯一的排放来自于加热到达轮毂马达104之前的空气的小CNG加热器110。这两个轮毂马达104(马达被连接到轮子114上)由加热的压缩空气驱动。所以，从气压车辆100直接排放的有害排放物是非常少的。

车辆100可能没有排放太多的有害物质但还是需要加油；这通常可使用空气压缩机来完成。还存在对气压车辆100加油的两种方法。第一种方法，用户可在加油站对气压车辆100加油，该加油站可与汽油站类似，不同的是使用一个大型压缩机将65升的空气罐106在1分钟内充满。一个高效的空气压缩机仍需使用能量来对气体压缩故而仍对环境有少量影响，但这些排放在两个方面相比于标准的汽油或柴油车辆要少很多，这两个方面是：第一，气压车辆100直接出来的排放物(CO2、NO2等)；第二，由于空气在进入罐106之前不需要被提纯或净化，所以不存在对燃料提纯所要求的能量和排放。明显没有“二次”排放。

对气压车辆100加油的第二种方法是按图85a及85b所示的在家里加油。家用压缩机将没有汽油站的压缩机大所以加油的时间会长一些(4到6小时)。对未来的适合于车辆100的基础设施已有一些讨论。例如，太阳能电池板316可被安装在现代的房屋上以抵消压缩机314的能量需求，且压缩机314产生的大部分热可用于热水加热系统318来帮助加热房屋320的水，从而使总体效率和能量使用减少(见下图)。

在这一阶段还可以对环境有影响的是气压车辆100的保养及维修。如同所有车辆，气压车辆100可能需要保养及维修，以使气压车辆100在其有效期内平稳且高效地运作。保养需要使用对环境的影响类似于制造车辆100原部件时的新零部件。二手和回收的部件也可以用于维修使用，这些部件因为没有重新制造而对环境是更有利的。

在这一阶段油处理(Das2001)通常成为最大的环境问题中的一个。如果油没有被正确地处理好，则油可能会污染土壤和水。因为不使用一样多的油或一样多的类别的油，气压车辆100显著地减少了这个污染问题。气压车辆100中使用的仅有的油可能是液压制动液及其它几种少量的润滑剂，而不是一般车辆的齿轮箱及引擎缸体中使用的多升油。这种差异使气压车辆100合乎环境要求。

报废车辆

报废车辆或废物处理阶段关心的是当车辆完成了其有效期之后该怎么办(即，当维修比车辆本身的价值更贵时该怎么办)。这个阶段在环保上是重要的，这是因为它决定了车辆的哪些部件可以重新使用、回收和被弃置于填埋场及焚化炉。按照Das(2001)报道，24％的现今车辆被弃置于填埋场。

当车辆报废时，车辆被带到一个自动拆卸机，在那里，车辆的所有可重新使用的部分被拆卸下来。这些部件往往被翻新并在二手零配件市场出售。按照Das(2001)，“这意味着，对于拆卸作业来说要有利可图，劳动时间、设备需求、能源需求、技能需求、空间要求必须相对较小”。按照Das(2001)建议，一辆车的设计应将拆卸设计考虑在内；那就是，被设计成车辆可被简易地拆卸开。如果车辆可被简易地拆卸开，则更多人就更可能对车作回收，故而车辆回收率会增加。

现在为了回收车辆，车辆被带至自动拆卸机，所有可以再使用的部件被拆卸下来。一旦所有可以再使用的部件被拆卸下来之后，车辆被压碎并送到粉碎机，在粉碎机中车辆被粉碎并分离成3类：含铁材料，非含铁材料和蓬松物(橡皮，玻璃和别的难以分离的材料)。

含铁材料由磁铁被分离出来并送至钢铁回收中心，在钢铁回收中心含铁材料与原铁一起被熔化并再使用。Das(2001)暗示25％的新车由回收钢铁制成。

非含铁材料通常包括铝，铜和镍，它们被送至相关的回收站。

蓬松物通常被弃至填埋场，这是因为蓬松物会随着时间而改变成分。

气压车辆的一个最重要的优势是它的易拆卸性。相对于传统内燃机，轮毂马达104因为其连接于轮子14且易接触轮子114，故较易被卸下。在传统车辆中，发动机缸体相比之下大很多，重很多，通常需要特制的起重机及空间来卸除和存放发动机，这样发动机缸体的油就不会污染土壤。轮毂104将被翻新或再使用。

燃料罐106和空气管296可以简易地从气压车辆100的底部被卸除，其中，大部分部件可被翻新及再使用。任何无法再使用的部件将被弃至填埋场。这是因为碳纤维116(空气罐106)和橡皮(空气管)比较难被回收。这些材料被使用是因为规则的铝/钢罐的重量及安全问题导致气压车辆100无法有效使用压缩空气。

电子线缆和电子部件可从仪表盘被拔出，被再使用及回收，这取决于这些电子线缆和电子部件是什么。例如，线缆中的铜通常可回收，一些电池可回收或再使用。座椅可从气压车辆100中容易地被拉出，座椅254中的气囊262可与座椅254中的海绵一起被回收。布料250可被焚化或弃在填埋场。

然后，可以通过加热以去除粘合剂来将车辆100的上部198与下部200分开。当粘合剂的温度达到一定温度时，上部198与下部200可被分开。车辆上部198可被送至粉碎器并用在混凝土填充剂中。车辆下部200的内厢及所有悬架和转向部件被拆除和再使用/再回收。剩下的车辆下部200被送至粉碎器，其中，钢可被再回收。

因为通过对连接两个表面的粘合剂加热，车辆100的上部198与下部200可被容易地分开，所以这样的气压车辆100的蓬松物可被减少。这就意味着主要是钢的下部200可被送至压碎机和粉碎机，同时上部198可被粉碎，然后因为其是纤维玻璃的均质材料，所以上部198被送至可作为混凝土或沥青的填充剂的地方。

库存分析总结

图86显示了用不同原材料制成的废物从摇篮到坟墓的估算。

图87显示普通汽车在其有效期对环境危害的估算。按照图表中所示的，车辆100所产生的大部分环境废物位于燃料使用列，其中，碳、硫和氮对环境危害最大。因为气压车辆100由压缩空气驱动故而对环境的排放物显著减少。排放物不可能是零，这是因为对车辆100加油的压缩机需要能量故而会排放一些有毒物质。

因为车辆100相比之下小很多，故而我们会看到总体上的减少得小；减低所有的空气、水和土壤污染。

影响分析

按照ISO14044标准，影响分析是生命周期分析的必备阶段，意在对产品系统在其产品生命周期中可能对环境影响的程度及显著性作理解和评估。那是将车辆在其整个生命周期中产生的排放作分析以决定其对环境的影响有多大。源于图87的图88显示了与排放相关的所有信息。

生命周期分析(LCA)中的4种污染介质是：

-空气：进入空气中的排放物；

-水：进入水中的排放物；

-土壤：被污染物污染的土壤；

-能量：能量要求。

6种污染形式还被分类成具体的污染形式，这6种形式是：

-全球变暖：影响全球变暖的污染；

-酸化：影响空气、水和土壤酸化的污染物；

-氮化：导致环境氮化的污染物；

-生态毒性：对生态系统有毒性的污染物；

-人体毒性：对人类有毒性的污染；

-资源枯竭：对不再生资源的影响。

气压车辆100相对于传统汽车100对环境的影响类似，只是比例要小很多。比如相对于当前汽车，车辆100因其小得多、轻得多，故而在提取和制造阶段使用的材料少很多。在使用阶段，从车辆100所排放的二氧化碳，二氧化氮等几乎可以忽略不计，这意味着这一阶段对环境的影响相对于现今运行的传统车辆100要少得多。气压车辆100也可被设计为易拆卸和再循环使用，其中，车辆100的大部分部件可以被容易且有效地回收。因此，关于这款车100对环境和碳足迹的整体影响将大大低于当前车辆。

气压车辆100具有550公斤的最大重量，相比于目前的小型车它使用更少的材料，这意味着相对于大多数其他车辆，气压车辆100的每一个单元对环境的影响更少。

据澳大利亚政府报告显示，使用阶段是对环境最有害的阶段，这是因为在此阶段来自车辆的排放物最多。目前这些排放物包括碳、氮和硫排放物(当燃烧化石燃料时产生)。由于气压车辆100只有一个小的气体加热器110用于在压缩空气被传送到轮毂马达104之前加热压缩空气，故而其排放量是普通汽车排放量的一小部分。这就能大量减少汽车100的排放物。一个空气压缩机被用于车辆100的加油。空气压缩机314需要一些能量来对车辆100加油，然而，相对于从原油提炼汽油来说，所述一些能量是较少的能量。还可在家里使用由空气压缩机314产生的热量，也可以用于帮助使锅炉318的水变暖。因此，对在使用阶段的环境影响远远低于普通汽车对环境产生的影响。

气压车辆100的另一个相关阶段是废物管理阶段。这个阶段是越来越重要，这是因为我们在车辆使用寿命结束后对车辆的处置对环境也是有影响的。今天，在设计车辆100时，要考虑的一个重要事情是设计它的可拆卸性。这意味着，汽车100应该被设计为在回收机上可容易地拆卸，与可回收的部件容易地拆卸一样，可再使用部件应可被轻松卸出以被翻新并在二手市场转售。如果一辆汽车100可被简易地拆开，这就对拆卸者提供了更多回收车辆100的动力，因为这些拆卸者可以不用花大量的时间和劳力来处理汽车100的回收。气压车辆100的设计使它比现代汽车更容易被回收，只有在绝对必要下才使用不能回收的材料，例如，使用碳纤维缠绕116是为了汽缸106的安全和强度。通过提高汽车的100循环再用，垃圾填埋场的堆积物就会更少，生态毒性和人体毒性也将会减少。

总之，气压车辆100对环境的影响相比于传统汽车在各方面都小很多。对环境影响的减少从制造车辆100的所需材料的量减少(从而降低制造车辆100所需的能量)到车辆100的高可回收性范围内变化(见图88)。

尽管已经示出并描述了本发明的实施例，但是不意味着这些实施例示出和描述本发明的所有可能的形式。相反，说明书中使用的词语式描述性的而非限定性的词语，应该理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可做出各种修改。另外，可结合实现的各个实施例的特征来形成本发明的其他实施例。

Claims

1.一种气动车辆，包括：

底盘；

多个连接于底盘的车轮；

储存压缩空气的罐；

与该罐流体连通的热交换器，用于加热压缩空气；

与热交换器流体连通并由加热空气驱动的空气马达，该空气马达与所述多个车轮中的至少一个车轮连接来驱动该车辆，

加热器，还包括燃烧器，其中，所述燃烧器邻近所述热交换器安装，以利用通过燃烧产生的热量加热所述热交换器，从而热量被传送到所述热交换器中的空气；

通风系统，用于对车辆的乘客舱进行通风；

排气系统，用于对该燃烧器进行排气；

废物回收散热器，与该排气系统流体连通并且通过排气被加热，该废物回收散热器被安置在通风系统中；

限制性电磁阀，用于引导通风系统中的空气通过废物回收散热器，以在空气被传送到乘客舱之前将空气加热。

2.如权利要求1所述的车辆，还包括底盘支撑的轮毂，其中，空气马达被安置在轮毂中，并且所述多个车轮中的所述至少一个车轮被连接到空气马达并由空气马达驱动。

3.如权利要求2所述的车辆，其中，所述轮毂包括一对轮毂，

其中，空气马达还包括一对空气马达，每个空气马达包含在所述一对轮毂中的相应的轮毂中，

其中，一对车轮中的每个车轮被连接到所述一对空气马达中的相应的空气马达，并由相应的空气马达驱动。

4.如权利要求3所述的车辆，还包括用于对该车辆进行驱动及转向的差速转向系统。

5.如权利要求4所述的车辆，还包括：

一对独立压力调节器阀，每个压力调节器阀与罐及空气马达流体连通，以调节进入空气马达的空气流；

一对速度传感器，每个速度传感器与所述一对车轮中的相应的车轮配合，用于测量每个车轮的转速；

控制器，与所述一对速度传感器电连接以监视被驱动的车轮的速度，该控制器与该压力调节器阀电连接以控制每个被驱动的车轮的转速，以便控制该车辆的速度及转向。

6.如权利要求1所述的车辆，还包括：天然气燃料罐，与燃烧器流体连通并由底盘支撑。

7.如权利要求6所述的车辆，其中，燃烧器包括：

燃烧器基座，被安置在热交换器的下方并与天然气燃料罐流体连通；

多个燃烧器喷嘴，被安装在燃烧器基座上，并与燃烧器基座流体连通；

节流阀，与燃烧器基座及燃烧器喷嘴流体连通，以对通过喷嘴的天然气的流量进行控制；

外壳，用于隐藏该热交换器、燃烧器以及燃烧器喷嘴；

一个排气歧管，与外壳流体连通，以对该燃烧器排气；

一个引风机，与外壳流体连通，以使空气进入外壳随后通过排气歧管。

8.如权利要求1所述的车辆，还包括:

第二热交换器，与罐流体连通，以被压缩空气冷却，该第二热交换器被安置在通风系统中；

限制性电磁阀，用于引导通风系统中的空气通过第二热交换器，以在空气被传送到乘客舱之前将空气冷却。

9.如权利要求1所述的车辆，其中，该罐具有至少5千磅每平方英寸的压强容量。

10.如权利要求1所述的车辆，其中，该罐还包括：

大致上圆柱形的铝罐；

碳纤维增强塑料层，被安置在铝罐上以加强铝罐；

玻璃纤维层和芳纶纤维层，被安置在碳纤维增强塑料层上以保护碳纤维增强塑料层的外表面。

11.如权利要求10所述的车辆，还包括调节器，被安置在铝罐的颈部处。

12.如权利要求11所述的车辆，还包括泄压阀和螺线管，与罐流体连通以防止过度充气。

13.一种气动车辆，包括：

底盘；

多个连接到底盘的车轮；

储存压缩空气的罐；

空气马达，与罐流体连通，由压缩空气驱动，该空气马达连接到所述多个车轮中的至少一个车轮驱动驱动该车辆；

通风系统，用于对车辆的乘客舱进行通风；

第一热交换器，与罐流体连通以被压缩空气冷却，该第一热交换器被安置在通风系统中；

限制性电磁阀，用于引导通风系统中的空气通过第一热交换器，以在空气被传送到乘客舱之前将空气冷却，

第二热交换器，与罐和空气马达流体连通以对压缩空气加热和将加热的压缩空气传送到空气马达中；

燃烧器，邻近第二热量交换器安装，以利用通过燃烧产生的热量加热所述第二热交换器，从而热量被传送到所述第二热交换器中的空气；

排气系统，用于对该燃烧器进行排气；

废物回收散热器，与该排气系统流体连通并通过排气被加热，该废物回收散热器被安置在通风系统中，从而该限制性电磁阀引导通风系统中的空气通过废物回收散热器，以在空气被传送到乘客舱之前将空气加热。