CN103522857B

CN103522857B - 一种飞行汽车的动力转换系统

Info

Publication number: CN103522857B
Application number: CN201310478698.3A
Authority: CN
Inventors: 林海英; 刘思嘉; 霍艳军; 周天明
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2013-10-14
Filing date: 2013-10-14
Publication date: 2015-10-21
Anticipated expiration: 2033-10-14
Also published as: CN103522857A

Abstract

本发明公开了一种飞行汽车的动力转换系统，属于飞行汽车及汽车传动系统技术领域。所述动力转换系统包括主缸、储液罐、直线电机、压力传感器C、2个增压阀，2个减压阀、车轮系动力离合装置A、动力输出轴A、转速传感器A、螺旋桨系动力离合装置B、动力输出轴B、转速传感器B、一级从动齿轮以及电子控制单元；将本发明应用于现有飞行汽车，飞行汽车将可在很短的时间与距离内达到起飞速度，同时着陆时的滑行时间与距离也显著缩短，并且，整套系统的工作过程平稳，各项操作皆可在飞行汽车行驶过程中完成，这样便可让飞行汽车驾驶者在预知路况后，在小空间、短时间内实现由汽车向飞机的升空转换，极大地提高了飞行汽车的实用性。

Description

一种飞行汽车的动力转换系统

技术领域

本发明涉及一种在行驶状态可操控的飞行汽车动力转换系统，属于飞行汽车及汽车传动系统技术领域。

背景技术

将飞机技术与汽车技术相结合，制造出一种既能在陆地灵活行驶也能在空中飞行的新式汽车，使汽车能摆脱交通拥堵和河山阻断的困境，满足未来社会交通的需求，这已经成为新型汽车行业与通用航空领域共同关注的课题。

早在2009年3月，美国Terrafugia公司成功试飞了名为“Transition”的折叠翼飞行汽车。该车具有四轮，并装有折叠翼机构。在进行模态转换时，一键操作便可控制机翼收放，实现车与飞机的灵活切换。Terrafugia公司的飞行汽车产品在整体上满足了飞行汽车最初构想中的一些特征性功能。在诸多国内专利中，也出现许多其他飞行汽车的方案，包括垂直起降型飞行汽车、喷气式飞行汽车等等。然而，对于“Transition”号飞行汽车，它的起飞和降落都需要机场跑道或者至少长达600米甚至更长的良好无障碍路面。这种要求在面对实际生活堵车等情况是无能为力。而对于旋翼型飞行汽车，或者喷气式飞行汽车，它们的行驶可靠性及实际可行性决定了它们很难在现有的工业条件下进行商业化生产。

Transition号飞行汽车作为世界上首辆试飞成功的飞行汽车产品，其动力系统、折叠翼系统、车身架构等在领域内都是极为先进合理的。它的不足之处在于起飞条件苛刻，包括较长的起飞距离和较高的路面要求。因为在路面上行驶时，单靠螺旋桨驱动加速过程缓慢，这导致了飞行汽车要求长距离的专用跑道，这在实际生活驾驶中是很难及时满足的。而如果依靠车轮驱动加速起飞，就很可能会面临速度达到一定值后，飞行汽车的升力致使车轮附着力不足以维持继续加速而无法达到起飞所需的速度；更为致命的就是这种构想必然存在着如何在开始起飞时将发动机动力由车轮转换至螺旋桨这一难题。这些缺陷实际上也导致了现有的飞行汽车在民用领域使用局限性过大。

发明内容

本发明的目的是设计一种应用于现有飞行汽车的动力转换系统，通过这套系统，飞行汽车将可在很短的时间与距离内达到起飞速度，同时着陆时的滑行时间与距离也显著缩短，并且，整套系统的工作过程平稳，各项操作皆可在飞行汽车行驶过程中完成，这样便可让飞行汽车驾驶者在预知路况后，在小空间、短时间内实现由汽车向飞机的升空转换，极大地提高了飞行汽车的实用性。

本发明提供的一种飞行汽车动力转换系统，包括主缸、储液罐、直线电机、压力传感器C、电磁阀A、电磁阀B、电磁阀C、电磁阀D(包括2个增压阀，2个减压阀)、车轮系动力离合装置A、动力输出轴A、转速传感器A、螺旋桨系动力离合装置B、动力输出轴B、转速传感器B、一级从动齿轮以及电子控制单元；所述离合装置A包括工作缸A、压力传感器A和离合器A，工作缸A的活塞杆与离合器A固连，以液压推力提供压紧力；离合器A一端带有回位弹簧；所述离合装置B包括工作缸B、压力传感器B和离合器B，工作缸B的活塞杆与离合器B固连，以液压推力提供压紧力；离合器B一端带有回位弹簧；直线电机与主缸活塞杆通过键连接，提供主缸活塞推力；储液罐与主缸高压腔连通，并通过电磁阀B、电磁阀C分别与两个工作缸B、工作缸A的高压腔连通；主缸经电磁阀A、电磁阀D分别与两个工作缸B、工作缸A的高压腔连接；一级从动齿轮与发动机输出轴通过齿轮机构连接，起一级减速及传递发动机扭矩作用，在本装置中即为发动机动力输入口；同时，一级从动齿轮还通过车轮系和螺旋桨系的动力传输轴分别通过离合器A和离合器B连接，以控制动力通断。电子控制单元与压力传感器C、两个转速传感器A、B连接，接收这些传感器采集的压力信号和转速信号；电子控制单元还与直线电机、四个电磁阀连接，输出信号控制直线电机的运转和四个电磁阀的开闭。

如上所述的各液压缸压力传感器及转速传感器是现有的成熟技术。

如上所述的液压系统是现有的成熟技术，其保压系统在ABS液压系统中应用成熟，可靠性高。

如上所述的离合装置，其内所用的离合器是现有成熟技术，其内工作缸通过活塞推杆来传递离合器压紧力，其内的回位弹簧总成参造强制锁止差速器的回位弹簧机构，也为现有的成熟技术。

本发明的有益效果是：

(1)通过本发明，飞行汽车在路面行驶可以将发动机转矩全部传递至车轮，在飞行时则可将发动机转矩全部输出至螺旋桨，保证了发动机功率的最大利用率；

(2)通过本发明，飞行汽车在起飞时，可先通过车轮单系驱动，到达一定速度转为螺旋桨与车轮共同驱动，然后再靠螺旋桨驱动将速度提升至起飞速度，这个过程由于有车轮驱动阶段的存在，使得加速时间、加速距离都大大缩短，因此只要有很短的良好公路，飞行汽车就将成功起飞，再配以一套路况侦查系统，翻越山河，跨过堵车路段将变得完全可以实现！并且，在着陆时，由于发动机的转速很低，当此时将传动路径切换至车轮轴时，发动机会提供额外的转动阻力，使飞行汽车降落减速时间、减速距离减短；

(3)本发明通过多片离合器来控制传动系的动力通断，在接合与分离的过程中，系统工作平稳，冲击性小，因此可以在飞行汽车行驶过程中操作，而无需停车；离合器接合时，其压紧力除了本身弹性装置压紧力外，主要依靠工作缸的压力实现，而液压力一方面力很大，另一方面，在加载自动液压检测装置后其可靠性高，可保证行车时本系统较高的安全性；工作缸在提供稳定压紧力后，通过切断增压阀保压，通过接通减压阀回流油液减压，再依靠回位弹簧实现离合器的分离，整个过程由电控单元实现，驾驶员只需通过简单按钮便可操作，非常便利；

(4)本发明的整个执行系统，多采用现有成熟技术，制造成本低，可靠性高，整体结构功能性极强。

附图说明

图1为本发明飞行汽车动力转换系统结构示意图。

图中：

1.动力输出轴A； 2.转速传感器A； 3.离合装置A；

4.一级从动齿轮； 5.离合装置B； 6.动力输出轴B；

7.转速传感器B； 8、电磁阀A； 9.电磁阀B；

10.电磁阀C； 11.电磁阀D； 12.压力传感器C；

13.主缸； 14.工作缸A； 15.工作缸B；

16.储液罐； 17.直线电机； 18、电子控制单元；

19.压力传感器A； 20.压力传感器B； 21.离合器A；

22.离合器B； 23.速度信号。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的一种飞行汽车动力转换系统做进一步说明。

本发明提供一种飞行汽车动力转换系统，可在行驶过程中进行切换操作，如图1所示，所述飞行汽车动力转换系统包括主缸13、主缸储液罐16、提供主缸活塞推力的直线电机17、主缸压力传感器C12、四个电磁阀A8、B9、C10、D11、车轮系动力离合装置A3、动力输出轴1、转速传感器2、螺旋桨系动力离合装置B5、动力输出轴B6、转速传感器B7、一级从动齿轮4以及电子控制单元18；所述电磁阀A8、B9、C10、D11均为2/2常闭电磁阀。

所述车轮驱动系动力离合装置A3包括工作缸A14、工作缸A14的压力传感器A19和离合器A21，所述离合器A21一端带有回位弹簧，回位弹簧的另一端连接在动力输出轴A1的安装座上。

所述螺旋桨系动力离合装置B5包括工作缸B15、工作缸B15压力传感器B20和离合器B22，离合器B22一端带有回位弹簧，回位弹簧的另一端连接在动力输出轴B6的安装座上；两套离合装置中的工作缸活塞杆分别与各自离合器一端固连，以液压推力提供预紧力；直线电机17的输出轴与主缸13活塞杆通过键连接，用于带动活塞杆移动；储液罐16与主缸13的高压腔连通，并通过电磁阀B9、C10分别与工作缸A14、B15的高压腔连通；主缸13经电磁阀A8、D11分别与两个工作缸A14、B15的高压腔连接；一级从动齿轮4与发动机输出轴通过齿轮机构连接，起一级减速及传递发动机扭矩给动力输出轴A1和动力输出轴B6的作用，在本装置中即为发动机动力输入口；所述一级减速齿轮4的输出端通过离合器A21与动力输出轴A1连接，通过离合器B22与动力输出轴B6连接。电子控制单元18与主缸13压力传感器C12、两个转速传感器A2、B7连接，接收这些传感器采集的压力信号和转速信号；电子控制单元还与直线电机17、四个电磁阀连接，输出信号控制直线电机的运转和四个电磁阀的开闭。

所述压力传感器C12安装在主缸13的出油管路内部。所述的转速传感器A2和B7分别安装在动力输出轴A1和动力输出轴B6的转轴面上。

电子控制单元18接收来自转速传感器(A2、B7)、主缸压力传感器C12、压力传感器A19、B20的信号，根据接收到的信号并采用预先设定的控制算法首先判定系统的工作模式(初始模式和飞行模式)，然后向直线电机17、四个2/2常闭电磁阀发出控制命令，进行系统的快速模态转换。

飞行汽车在陆地行驶时，设此状态为系统的初始模式，此模式可通过电子控制单元18的复位命令实现。当电子控制单元18发出复位命令时，电磁阀D11开启，直线电机17运转推动主缸13的活塞杆左移，液压油进入工作缸A14的高压腔，推动工作缸A14的活塞左移，工作缸A14的活塞杆一端与离合器A21一端相连，车轮系动力离合装置A3中的离合器A21随活塞的推动开始接合；设离合装置A3充分接合压紧所需要的液压值为P_x，随着直线电机17运转，主缸13压力逐渐增大至P_x时，电子控制单元18将接收到主缸13压力传感器C12的信号，随即发出指令关闭电磁阀D11，直线电机17回位并停止；于是，工作缸A14处于保压状态，无需直线电机17工作即可使系统保持在车轮驱动状态。

当飞行汽车准备起飞，开始向飞行模式转换，设起飞速度为v_f，对应的车轮系动力输出轴A1转速为n_f，并且，驾驶员此时应通过手动操作开启转换系统。飞行汽车打开双翼，依旧保持车轮驱动行驶。用车轮加速至某一略低于v_f的速度v_x(此阀值速度应根据具体飞行汽车参数计算得到)，对应的车轮系动力输出轴A1转速n_x。此时转速传感器A2将转速信号送至电子控制单元18，电子控制单元18根据此信号发出命令，开启电磁阀A8，运转直线电机17，主缸13活塞左移，液压油进入工作缸B15的高压腔，工作缸B15活塞推动螺旋桨系动力离合装置B5开始接合；当主缸13液压值达到P_x，电子控制单元18将接收到主缸13压力传感器C12的信号，随即发出指令关闭电磁阀A8，直线电机17回位并停止，工作缸B15处于保压状态，螺旋桨系离合装置B5稳定接合；当螺旋桨系动力驱动轴B6转速也达到n_x此时，电子控制单元18接收到来自转速传感器B7的信号，发出指令，开启液压阀C10，工作缸A14的高压腔与主缸13储液罐16连通，其内液压油经过液压阀C10回流至储液罐16，设工作缸A14在不工作状态时的液压值为P₀，当工作缸A14内液压值为P₀时，电子控制单元18接收到来自压力传感器A19的信号，发出指令关闭电磁阀C10；工作缸A14此时不在提供压紧力，离合器A21的压紧片受回位弹簧的拉力作用回到分离时的位置，发动机转矩全部分配至螺旋桨驱动系，车轮不再起驱动作用。此时，飞行汽车依靠螺旋桨推动继续加速，由于此时所具有的初速度已经较大，尽管加速度绝对值有所减小，但就整体而言，加速至v_f的时间仍旧非常短。当飞行汽车速度达到v_f，电子控制单元18接收到来自空速管(或者类似的飞行测速装置)的速度信号23，便可发出指令提示驾驶员起飞。

飞行汽车在飞行状态，始终保持螺旋桨驱动。当飞行汽车准备着陆时，发动机转速降至怠速状态。落地后，驾驶员通过手动操作，向电子控制单元18输入信号，使其发出指令开启电磁阀D11，运转直线电机17，接合车轮驱动系离合装置A3，并进行稳定保压(其方式与前文所述相同)；上述过程完成后，系统提示驾驶员继续操作，令电子控制单元18发出指令，开启电磁阀B9，油液回流至主缸13储液罐16，根据压力传感器B20的信号，系统在工作缸B15压力降低至P₀时关闭电磁阀B9。由于此时发动机转速较低，而飞行汽车的驱动状态又为轮驱动，车轮系动力输出轴A1转速此时高于降落前一级从动齿轮4的转速，发动机提供了减缓车轮运动的阻力，和车轮的刹车力一起，实现降落时的飞行汽车减速，这也使得飞行汽车的降落滑行距离减短很多。

对于本发明所述的飞行汽车动力转换系统，其在实际应用时，都应具有液压系统的自动检测功能；电子模块除了必要的系统软硬件备份，也要兼具一套人工操控系统，以在电子控制单元18故障时紧急替换，保证行驶安全。

Claims

1.一种飞行汽车的动力转换系统，其特征在于：包括主缸、储液罐、直线电机、压力传感器C、电磁阀A、电磁阀B、电磁阀C、电磁阀D、车轮系动力离合装置A、动力输出轴A、转速传感器A、螺旋桨系动力离合装置B、动力输出轴B、转速传感器B、一级从动齿轮以及电子控制单元；所述离合装置A包括工作缸A、压力传感器A和离合器A，工作缸A的活塞杆与离合器A固连，以液压推力提供压紧力；离合器A一端带有回位弹簧；所述离合装置B包括工作缸B、压力传感器B和离合器B，工作缸B的活塞杆与离合器B固连，以液压推力提供压紧力；离合器B一端带有回位弹簧；直线电机与主缸的活塞杆通过键连接，提供主缸活塞推力；储液罐与主缸高压腔连通，并通过电磁阀B、电磁阀C分别与工作缸B、工作缸A的高压腔连通；主缸经电磁阀A、电磁阀D分别与工作缸B、工作缸A的高压腔连接；一级从动齿轮与发动机输出轴通过齿轮机构连接，并通过离合器A和离合器B，分别连接动力输出轴A和动力输出轴B；电子控制单元与压力传感器C、转速传感器A、转速传感器B连接，接收这些传感器采集的压力信号和转速信号；电子控制单元还与直线电机、电磁阀A、电磁阀B、电磁阀C和电磁阀D连接，输出信号控制直线电机的运转和四个电磁阀的开闭。

2.根据权利要求1所述的一种飞行汽车的动力转换系统，其特征在于：在所述动力输出轴A和动力输出轴B上分别设置安装有压力传感器A和压力传感器B，所述的压力传感器A和压力传感器B均接入电子控制单元。

3.根据权利要求1所述的一种飞行汽车的动力转换系统，其特征在于：所述的电磁阀A、电磁阀B、电磁阀C和电磁阀D均为2/2常闭电磁阀。

4.根据权利要求1所述的一种飞行汽车的动力转换系统，其特征在于：为飞行汽车提供两种工作模式，一个是陆地行驶模式也称初始模式，一个是飞行模式。

5.根据权利要求4所述的一种飞行汽车的动力转换系统，其特征在于：所述初始模式的控制过程通过电子控制单元的复位命令实现：当电子控制单元发出复位命令时，电磁阀D开启，直线电机运转推动主缸的活塞杆左移，液压油进入工作缸A的高压腔，推动工作缸A的活塞左移，工作缸A的活塞杆一端与离合器A一端相连，车轮系动力离合装置A中的离合器A随活塞的推动开始接合；设离合装置A充分接合压紧所需要的液压值为P_x，随着直线电机运转，主缸压力逐渐增大至P_x时，电子控制单元将接收到主缸压力传感器C的信号，随即发出指令关闭电磁阀D，直线电机回位并停止；于是，工作缸A处于保压状态，无需直线电机工作即可使系统保持在车轮驱动状态。

6.根据权利要求4所述的一种飞行汽车的动力转换系统，其特征在于：所述飞行模式的控制过程为：

当飞行汽车准备起飞，开始向飞行模式转换，设起飞速度为v_f，对应的车轮系动力输出轴A转速为n_f，并且，驾驶员此时应通过手动操作开启转换系统，飞行汽车打开双翼，依旧保持车轮驱动行驶；用车轮加速至动力输出轴A转速达到n_x；此时转速传感器A将转速信号送至电子控制单元，电子控制单元根据此信号发出命令，开启电磁阀A，运转直线电机，主缸活塞左移，液压油进入工作缸B的高压腔，工作缸B活塞推动螺旋桨系动力离合装置B开始接合；设离合装置A充分接合压紧所需要的液压值为P_x，当主缸液压值达到P_x，电子控制单元将接收到主缸压力传感器C的信号，随即发出指令关闭电磁阀A，直线电机回位并停止，工作缸B处于保压状态，螺旋桨系离合装置B稳定接合；当螺旋桨系动力驱动轴B转速也达到n_x，此时，电子控制单元接收到来自转速传感器B的信号，发出指令，开启电磁阀C，工作缸A的高压腔与储液罐连通，其内液压油经过液压阀C回流至储液罐，设工作缸A在不工作状态时的液压值为P₀，当工作缸A内液压值为P₀时，电子控制单元接收到来自压力传感器A的信号，发出指令关闭电磁阀C；工作缸A此时不在提供压紧力，离合器A的压紧片受回位弹簧的拉力作用回到分离时的位置，发动机转矩全部分配至螺旋桨驱动系，车轮不再起驱动作用；当飞行汽车速度达到v_f，电子控制单元接收到速度信号，便可发出指令提示驾驶员起飞。