CN103625265A - 用于防沉水的空气动力汽车的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气动车辆用的装置，具体而言，涉及一种用于空气动力汽车的防沉水装置。该装置包括：主储气罐、压力传感器、减压阀、控制器、控制装置、以及左、右气囊。所述防沉水装置还包括：安装在车辆框架外的水位传感器，该水位传感器所检测的车外水位信号送往所述控制器，以控制所述减压阀的打开；缓冲罐B；设置在所述缓冲罐B上的排气阀；左、右气囊，其通过管道接收来自所述排气阀的压缩空气，以为空气动力汽车提供浮力。

Description

用于防沉水的空气动力汽车的装置

技术领域

本发明涉及一种气动车辆用的装置，更具体地，涉及一种用于空气动力汽车的防沉水装置。

背景技术

2012年7月21日，北京暴雨突袭，致使一些汽车淹没在水中，一些驾驶员、乘客因汽车沉入水中后车门无法打开而被困车内，甚至因为车内缺氧而窒息死亡。

气动汽车利用高压压缩空气在发动机气缸内膨胀做功过程，推动活塞做功对外输出动力，驱动汽车行驶。它不消耗燃料，是真正零排放的环保汽车，能有效地缓解城市空气污染严重和石油资源匮乏的情况。为此，许多国家都积极投入对空气动力汽车的研究。

例如，本申请的申请人在其申请号为201210155065.4的中国专利申请中提出的空气动力汽车，该动力汽车有效地对压缩空气进行量化控制，所存储的压缩空气可以最大限度地得到利用，续航里程大幅度提高。然而，目前在空气动力车辆上的发明仅仅是在现有汽车技术的基础上从能源节约、环境保护的角度进行考虑，没能考虑到车辆在遇到暴雨和洪水灾难时的自救问题，没有充分利用其装有空气罐的优势。

发明内容

基于上述问题，本发明公开一种用于空气动力汽车的防沉水装置，该装置结构相对简单、能够在汽车沉水后将汽车浮出水面。为此，本发明采用如下的技术方案。

根据本发明的一个方面，提供一种用于空气动力汽车的防沉水装置，其包括：主储气罐、压力传感器、减压阀、控制器、控制装置、以及左、右气囊。所述防沉水装置还包括：安装在车辆框架外的水位传感器，该水位传感器所检测的车外水位信号送往所述控制器，以控制所述减压阀的打开；缓冲罐B，从主储气罐内出来的压缩空气通过所述减压阀减压后进入所述缓冲罐B；设置在所述缓冲罐B上的排气阀；左、右气囊，其通过管道接收来自所述排气阀的压缩空气，以为空气动力汽车提供浮力。

优选的是，所述水位传感器所设置的涉水深度为0.8—1.2米。

优选的是，所述减压阀安装在主储气罐的排气管道上。

优选的是，所述气囊为两个，分别位于汽车两侧的两轮胎之间。

优选的是，所述气囊为热稳定性和耐寒性都好的材料。

优选的是，所述气囊为耐高压材料。

优选的是，所述排气阀为两个，分别与左右两侧的气囊相联接。 

优选的是，所述管道为耐高压、耐老化密封管道。

优选的是，该空气动力汽车还包括，辅助回路，其连接在加热调节器和减压储气罐之间，以将加热调节器内超过压力阈值的压缩空气送回减压储气罐。

优选的是，所述辅助回路包括辅助管路、安全阀、缓冲罐和补气泵，当加热调节器内的压力传感器所检测的压力超过压力阈值时，安全阀打开，多余的高压空气从加热调节器进入缓冲罐内暂时保存。

根据本发明的示范性实施例，空气动力汽车的控制装置包括多个输入和至少一个输出，所述多个输入包括油门踏板位置信号、发动机转速信号、钥匙开关信号、车辆车速信号、温度信号、制动信号，所述至少一个输出为控制流量控制阀操作的控制指令。

优选的是，所述控制装置包括数据接收处理单元、工况判定模块、主控单元、从控单元、功率放大电路以及MAP数据存储器。

优选的是，空气动力汽车得加热调节器包括冷却水箱、循环水泵、加热罐、喷水嘴。

更加优选的是，空气动力汽车的加热调节器内设有由蓄电池单元供电的电加热器，所述控制装置的加热控制模块基于设定在加热调节器内的温度传感器所检测的温度控制加热调节器内的压缩空气温度。

由于本发明的空气动力汽车上采用了加热调节器、、辅助回路，有效地利用了压缩空气蓄含的压能，因此能显著提高车辆的续航里程。并且基于车辆的运行状态和驾驶员的操作来控制压缩空气的流量，可以更加高效地利用压缩空气，从而提高空气动力汽车的性能。基于本发明的防沉水装置，可以使空气动力汽车在突遇深水的情况下，有效地浮起，以保证乘员正常呼吸，从而免于水浸，从而争取到有效的救援时间。 

附图说明

现在将描述根据本发明的优选但非限制性的实施例，本发明的这些和其他特征、方面和优点在参考附图阅读如下详细描述时将变得显而易见，其中：

图1是根据本发明的用于空气动力汽车的防沉水装置结构示意图；

图2是图1中的控制装置的结构框图。

具体实施方式

以下的说明本质上仅仅是示例性的而并不是为了限制本公开、应用或用途。应当理解的是，在全部附图中，对应的附图标记表示相同或对应的部件和特征。

现在参考图1，图1为根据本发明的用于空气动力汽车的防沉水装置的结构示意图。在图1中，主储气罐10存储压力为10MPa~45MPa之间的高压压缩空气，优选地为30MPa。主储气罐10通过加气管路（未标记）与外部加气设备连接，以从压缩空气加气站或外部高压气罐获得所需的压缩空气。主储气罐10上设有监测罐内压缩空气压力和容量的压力表和流量表，以及实时检测主储气罐10内压力的压力传感器20，压力传感器20所检测的主储气罐压力信号24送往控制装置35。

在空气动力汽车的车辆框架外安装有水位传感器40，水位传感器40所设置的水位高度为0.8-1.2米。水位传感器40所检测的车外水位信号27送往控制器28，减压阀29打开，从主储气罐10内出来的压缩空气通过减压阀29减压后进入缓冲罐B31；缓冲罐B31上设置有排气阀32，从排气阀32中出来的压缩空气再通过管道进入左、右气囊（33、34）中。左右气囊可以是一侧1个、2个或四个。

左、右气囊（33、34）分别位于汽车两侧的两轮胎之间。为了避免气囊在上下车带来不方便，将气囊设置在两轮胎之间靠近底盘的边侧。左、右气囊（33、34）选用热稳定性、耐高压和耐寒性都好的材料。

主储气罐10和减压储气罐12之间设有真空泵11，以在发动机起动或稳定工作时将主储气罐10内的高压压缩空气送入到减压储气罐12内。减压储气罐12通过设有控制阀13的储气罐管路连接到加热调节器17。减压储气罐12上设有检测压力的压力传感器，以将该减压储气罐12内的压力信号送往控制装置35。经过减压后的高压压缩空气在加热调节器17内进行加热，以提高压缩空气的压力和温度。加热调节器17为一种双加热罐连续加热装置，其内部具有加热腔，外部具有以水冷却的冷却腔，以将压缩空气的温度提高到例如是400℃左右。在加热调节器17上安装有安全阀21，过热过压的空气从安全阀21溢出后进入缓冲罐A 14中存储。缓冲罐A中的压缩气体经补气泵16送回减压储气罐12。

经过加热调节器17加热调节后的压缩空气经管路连接到过滤干燥器15，经过滤干燥器15干燥后的压缩空气经管路送入流量控制阀19。在备选实施例中，也可以省略过滤干燥器15，加热调节器17可以直接通过管路连接到流量控制阀19。流量控制阀19受控制装置35控制，以根据空气动力发动机21的工况和驾驶员的操作来确定流量控制阀19的开度和开启时间，从而调节进入空气动力发动机21的压缩空气量。经流量控制阀19调节的压缩空气通过管路送入空气分配控制器22。空气分配控制器22是一种机械式控制器，其可将压缩空气均匀地分配到空气动力发动机21内的各个气缸，以驱动空气动力发动机21工作。

空气动力汽车的控制由控制装置35根据空气动力汽车的工况和驾驶员的操作进行。如图1和图2所示，控制装置具有多个输入，例如油门踏板位置信号25、发动机转速信号26、钥匙开关信号、车辆车速信号、主储气罐压力信号24、加热罐内压力信号、减压罐内压力信号、由安装在加热调节器17上的温度传感器测量的温度信号、制动信号、以及例如是大气温度、进气压力的其他输入。多个输入信号输入控制装置35后经控制装置35处理后发出控制流量控制阀19的控制指令，从而控制流量控制阀19的开闭。

控制装置35的具体结构如图2所示。控制装置35包括数据接收处理单元35-7、工况判定模块35-1、主控单元35-4、从控单元35-2、功率放大电路35-6以及MAP数据存储器35-8。主控单元35-4和从控单元35-2构成空气流量控制模块35-0。控制装置还包括控制加热调节器17操作的加热控制模块35-3，经可控开关4控制补充进气压缩机的压缩机控制模块35-5。优选的是，控制装置35还包括异常处理模块35-9，以根据车辆的工况启动超速保护模块35-10或停机模块35-11的动作。下面将详细描述控制装置35的工作过程。

数据接收处理单元35-7接收油门踏板位置信号25、发动机转速信号26、钥匙开关信号、车辆车速信号、气罐气压信号（2,39,41）、温度信号和其他输入信号，这些信号经数据接收处理单元35-7分析和处理后，送往工况判定模块35-1。工况判定模块35-1根据数据接收处理单元35-7的输入判定车辆的工况。在本发明的示例性实施例中，将控制装置35控制的空气动力发动机21的工况分为起动工况、怠速工况、稳态运行工况、加速运行工况、减速运行工况。控制装置35根据不同的工况采取不同的进气策略。

起动工况，当钥匙开关信号启用，发动机转速信号26小于怠速转速阈值信号时，即认为空气动力发动机21处于起动工况。此时，真空泵11开启、一定压力的压缩空气从主储气罐10进入减压储气罐12。为了便于空气动力发动机21的起动，采用查取MAP图的意义不大，此时，采用固定的喷气正时和喷气量（上止点时开始进气，且采用最大的喷气量，以便于起动），将发动机的转速调整至怠速，然后以怠速的喷气正时和喷气量将空气动力发动机21的转速维持在怠速上，以等待下一步的操作。根据不同的空气动力发动机21可设定调校不同的怠速阈值。由于空气动力发动机通常为低转速发动机，怠速阈值可以设定为300转/分或500转/分。

怠速工况，当油门位置为0%，发动机转速高于怠速阈值时，定义为怠速工况。怠速转速的大小根据此工况下查取MAP数据的实际运行情况而定。

稳态运行工况，即发动机运行在油门踏板位置和负荷固定不变或变化较小的条件下，发动机的转速可以保持恒定。为了简化发动机的控制，可以将油门踏板位置变化不超过10%的情况定义为稳态运行工况。在外部MAP 数据存储器35-8中存储有稳态运行的MAP图，根据发动机转速和油门踏板位置，直接查找调用相应的喷气量和喷气正时。

加速运行工况，油门踏板位置增幅超过10%认定为加速运行工况，为了保持运行的平稳性，采用的方法是在上一次采集到的油门踏板位置和当前油门踏板位置之间取一个中间值，和当前发动机转速一起共同构成一个加速运行工况，然后在稳定运行MAP图中查找所对应的喷气正时和喷气量。

减速运行工况，油门踏板位置减幅超过10%认定为加速运行工况，为了保持运行的平稳性，采用的方法是在上一次采集到的油门踏板位置和当前油门踏板位置之间取一个中间值，和当前发动机转速一起共同构成一个减速运行工况，然后在稳定运行MAP图中查找所对应的喷气正时和喷气量。对于油门踏板位置减幅超过40%的急剧减速情况，或者制动踏板被踩下制动信号被启用时，采取的策略是停止进气，直至脱离加速运行工况，再按照相应的工况去处理。

主控单元35-4和从控单元35-2构成空气流量控制模块。主控单元35-4根据工况判定模块35-1给出的工况判定通过串口从外部MAP数据存储器35-8读取MAP数据，从MAP数据中得出所需要的喷气正时和喷气量。主控单元35-4将从MAP数据存储器35-8得到的喷气正时和喷气量通过串行端口传送给从控单元35-2，从控单元35-2运用例如是发动机转速和凸轮轴位置的输入参数通过换算输出驱动信号，驱动信号通过功率放大电路放大成驱动流量控制阀19开启的电信号。 在示例性实施例中，驱动流量控制阀19的电信号是阀打开的持续时间电信号。

控制装置35还包括控制加热调节器17工作的加热控制模块35-3，当加热调节器17内的压缩空气的温度超过设定阈值时，加热控制模块35-3切断蓄电池单元对加热调节器17的电加热器的电供应，电加热器停止加热，这样就可将加热调节器17内的压缩空气温度控制在阈值温度范围之内。在示例性实施中，本发明的阈值温度设置为400℃。加热控制模块35-3还可以控制辅助回路。当缓冲罐A14内的压缩空气达到一定压力时，加热控制模块启动补气泵42，补气泵42将缓冲罐A14内的压缩空气送入减压储气罐12。

控制装置35还包括异常处理模块35-9，以用来处理空气动力发动机21的非正常工作和故障现象。当发动机转速传感器检测到的发动机转速信号26达到或超过空气动力发动机21的最大允许转速阈值时（例如设定为3500转/分），数据接收处理单元35-7将此信号发送给异常处理模块35-9，超速保护模块35-10从异常处理模块35-9接收此超速保护信号后立即向流量控制阀19发出停止供气的指令，从而切断向空气动力发动机21的供气，直至发动机转速调整至怠速为止，然后以怠速的喷气正时和喷气量将发动机转速维持在怠速上等待下一步的操作。当制动踏板被踩下并且油门踏板增幅急剧变大（即油门踏板增幅大于40%）的异常情况时，异常处理模块35-9立即触发停机模块35-11，立即关闭流量控制阀19，同时切断空气动力发动机21的供电电路，发动机停止工作。

尽管参考附图详细地公开了本发明，但应理解的是，这些描述仅仅是示例性的，并非用来限制本发明的应用。本发明的保护范围由附加权利要求限定，并可包括在不脱离本发明保护范围和精神的情况下针对本发明所作的各种变型、改型及等效方案。

Claims (10)

1.一种用于空气动力汽车的防沉水装置，其包括：

主储气罐、压力传感器、减压阀、控制器、控制装置、以及左、右气囊；其特征在于，所述防沉水装置还包括：

安装在车辆框架外的水位传感器，该水位传感器所检测的车外水位信号送往所述控制器，以控制所述减压阀的打开；

缓冲罐B，从主储气罐内出来的压缩空气通过所述减压阀减压后进入所述缓冲罐B；

设置在所述缓冲罐B上的排气阀；

左、右气囊，其通过管道接收来自所述排气阀的压缩空气，以为空气动力汽车提供浮力。

2.如权利要求1所述的用于空气动力汽车的防沉水装置，其特征在于：所述水位传感器所设置的涉水深度为0.8—1.2米。

3.如权利要求1所述的用于空气动力汽车的防沉水装置，其特征在于：所述减压阀安装在主储气罐的排气管道上。

4.如权利要求1所述的用于空气动力汽车的防沉水装置，其特征在于：所述气囊为两个，分别位于汽车两侧的两轮胎之间。

5.如权利要求3或4所述的用于空气动力汽车的防沉水装置，其特征在于：所述气囊由热稳定性和耐寒性都好的材料制成。

6.如权利要求3或4所述的用于空气动力汽车的防沉水装置，其特征在于：所述气囊为耐高压材料。

7.如权利要求1所述的用于空气动力汽车的防沉水装置，其特征在于：所述排气阀为两个，分别与左右两侧的气囊相联接。

8.如权利要求1所述的用于空气动力汽车的防沉水装置，其特征在于：所述管道为耐高压、耐老化密封管道。

9.如权利要求1所述的用于空气动力汽车的防沉水装置，其特征在于：该空气动力汽车还包括，空气分配控制器，其接收来自流量控制阀的压缩空气，并将压缩空气分配到空气动力发动机的气缸，以驱动空气动力发动机工作。

10.如权利要求1所述的用于空气动力汽车的防沉水装置，其特征在于：该空气动力汽车还包括，控制装置，其根据空气动力汽车的工况和驾驶员的操作控制流量控制阀。

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