CN105691364A - 汽车及涡轮制动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车制动和能量回收技术领域，提供一种汽车及涡轮制动系统，涡轮制动系统包括涡轮制动装置以及能量回收系统，涡轮制动装置包括动毂以静毂，动毂与静毂围合形成密闭空腔，密闭空腔内充满流体介质，动毂上设有驱动流体介质的动叶片，静毂上设有导向流体介质的静叶片，静毂上开设上进口与出口，能量回收系统包括供驱动管道、循环管道、节流装置以及液动马达，驱动管道和循环管道通过进口和出口与密闭空腔形成循环回路。本发明提供涡轮制动系统，利用流体介质作为能量传递的媒介，容置充满于涡轮制动装置与能量回收系统，将涡轮制动装置产生的制动能通过流体介质传递于能量回收系统中并回收利用，具有降低汽车能耗的优点。

Description

汽车及涡轮制动系统

技术领域

本发明涉及汽车制动及能量回收技术领域，尤其涉及一种能够回收制动能量的涡轮制动系统以及具有该涡轮系统的汽车。

背景技术

现有汽车使用的盘式制动器和毂式制动器，制动时将汽车动能转化为热能消耗，无法实现能量回收。

现有电动汽车的能量回收是采取电机被惯性带动的方式实现能量回收，有两个缺陷：第一，在车辆非制动惯性滑行时，电机被惯性拖动发电，同样产生制动效应，影响行驶性能。第二，制动能量回收只能在电机驱动轴实现，在单轴驱动车辆，无驱动轴无法实现能量回收。

发明内容

综上所述，本发明的目的在于提供一种涡轮制动系统，能够安装在每一车轮上，实现对每个车轮的制动能的回收，具有仅在制动状态下回收制动能的优点，从而解决现有汽车制动系统在制动过程存在制动能无法回收的问题。

本发明是这样实现的，涡轮制动系统，应用于汽车轮毂上，包括涡轮制动装置以及能量回收系统，所述涡轮制动装置包括设于轮毂上且随其转动的动毂以及与所述动毂相对静止的静毂，所述动毂与所述静毂围合形成密闭空腔，所述密闭空腔内充满用于在所述动毂与所述静毂之间传递动能的流体介质，所述动毂内设有若干用于驱动所述流体介质的动叶片，所述静毂朝向所述动毂的一侧设有用于导向所述流体介质的静叶片，所述静毂上开设有供所述流体介质流入及流出所述密闭空腔的进口和出口，所述能量回收系统包括供所述流体介质流通的驱动管道、供所述流体介质流通的循环管道、与刹车系统电连接且用于限制所述循环管道内的所述流体介质流量的节流装置以及回收所述驱动管道内的所述流体介质的制动能的液动马达，所述驱动管道和所述循环管道通过所述进口和所述出口与所述密闭空腔形成供所述流体介质循环流动的回路。

进一步地，若干所述动叶片以所述动毂的中心轴线为中心周向均匀分布，每个所述动叶片与所述动毂的径向轴线之间的夹角为e，若干所述动叶片的内端部位于一圆周轨迹线上，若干所述动叶片的外端部位于一圆周轨迹线上；若干所述静叶片以所述静毂的中心轴线为中心周向均匀分布，若干所述静叶片包围若干所述动叶片，若干所述静叶片的内端部形成的内圆与若干所述动叶片的外端部形成的外圆同圆心且之间存在供所述动叶片转动的转动间隙，每个所述静叶片与所述静毂的径向轴线之间的夹角为d，若干所述静叶片的外端部与所述动毂的内侧壁之间形成供所述流体介质流出的流道。

具体地，所述进口设于所述静毂上且与所述动叶片的内端部围合形成的内圆周相对应。

进一步地，所述夹角e的范围为：0°＜e≤45°；所述夹角d的范围为：45°≤d＜90°。

进一步地，所述出口设于所述静毂上且与所述流道相连通，所述进口的截面积大于多个所述出口的截面积之和。

具体地，所述流道的截面积等于所述进口的截面积除以所述出口的数量。

进一步地，所述驱动管道的一端与所述循环管道的一端汇合形成与所述进口相连通的第一汇总管道，所述驱动管道的另一端与所述循环管道的另一端汇合形成与所述出口相连通的第二汇总管道。

具体地，所述进口的边缘朝背离所述动叶片方向向外伸出形成与所述第一汇总管道连通的第一安装管，所述出口的边缘朝背离所述动叶片的方向向外伸出形成与所述第二汇总管道连通的第二安装管。

进一步地，所述节流装置包括设于所述循环管道上且与其连通的阀体、与刹车系统电连接的且可通/断所述循环管道的阀门以及用于复位所述阀门的弹簧件。

与现有技术相比，本发明提供的涡轮制动系统，在汽车平稳驾驶时，转动的轮毂带动动毂旋转，从而带动毂内的动叶片旋转，容置于动叶片内的流体介质最先获得动能并在动叶片的作用下做离心运动，做离心运动的流体介质在静叶片导向下从出口流出，此时，静叶处的流体介质的流速与动叶片处流体介质的的流速基本相同，从出口流出的流体介质经过能源回收系统中驱动管道与循环管道后回流入进口，这样流体介质在整个涡轮制动系统中循环，由于不对外做功，因此，液动马达未被驱动，不对外输出的能量。在汽车制动过程时，刹车系统启动节流装置，使得循环管道内流体介质的流量逐渐减小至零，能量回收系统的中流体介质只能从驱动管道内经液动马达回流至进口，从而导致出口处的流体介质受到的液强增大，静叶片处的流体介质流速下降，且产生反作用力作用于动叶片上，最终导致动叶片的转速下降，从而达到制动的目的。同时，循环管道内流体介质的流量逐渐减小至零，能量回收系统的中流体介质只能从驱动管道内经液动马达回流至进口，使得液动马达两侧形成压强差，从而驱动液动马达对外做功，回收制动能。

本发明还提供一种汽车，包括车轮，还包括上述所述的涡轮制动系统，所述涡轮制动系统的涡轮制动装置设于所述车轮的轮毂上。

与现有技术相比，本发明所提供的汽车，在具有上述涡轮制动系统的基础上，具有节约能源、刹车防抱死的优点。

附图说明

图1是本发明实施例提供的涡轮制动系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的涡轮制动装置的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的涡轮制动装置的左视图；

图4是图3沿B-B方向的剖面图；

图5是图3沿A-A方向的剖面图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。

请参考图1、图2、图4和图5，本发明实施例提供的涡轮驱动系统，应用于汽车轮毂上，包括涡轮制动装置1以及能量回收系统2，涡轮制动装置1包括设于轮毂3上且随其转动的动毂11以及与动毂11相对静止的静毂12，动毂11与静毂12围合形成密闭空腔13，密闭空腔13内充满用于在动毂11与静毂12之间传递动能的流体介质(图中未示)，动毂11内设有若干用于驱动流体介质的动叶片111，静毂12朝向动毂11的一侧设有用于导向流体介质的静叶片121，静毂12上开设有供流体介质流入及流出密闭空腔13的进口15和出口16，能量回收系统2包括供流体介质流通的驱动管道21、供流体介质流通的循环管道22、与刹车系统电连接且用于限制循环管道22内的流体介质流量的节流装置25以及回收驱动管道22内的流体介质的制动能的液动马达26，驱动管道21和循环管道22通过进口15和出口16与密闭空腔13形成供流体介质循环流动的回路。

本发明实施例提供的涡轮制动系统，其制动原理如下：在汽车平稳驾驶时，转动的轮毂3带动动毂11旋转，从而带动毂11内的动叶片111旋转，容置于动叶片111内的流体介质最先获得动能并在动叶片111的作用下做离心运动，做离心运动的流体介质经静叶片121导向后从出口流出，此时，静叶片121处的流体介质的流度与动叶片111处流体介质的流速基本相同，从出口16流出的流体介质经过能源回收系统中驱动管道21与循环管道22后回流入进口15，这样流体介质在整个涡轮制动系统中循环，由于不对外做功，因此，液动马达26未被驱动，不对外输出能量。在汽车制动过程时，刹车系统启动节流装置25，使得循环管道22内流体介质的流量逐渐减小至零，能量回收系统2中的流体介质只能从驱动管道21内经液动马达26回流至进口15，驱动管道21内液压骤增，从而导致出口16处的流体介质受到的压强瞬间增大，静叶片121处流体介质的流速迅速下降，并产生反作用力作用于动叶片111处的流体介质，使得动叶片111处的流体介质流速减慢并形成对动叶片111转动方向相反的制动力，最终导致动叶片111的转速下降，达到制动的目的。

本发明实施例提供的涡轮制动系统，其能量回收的原理如下：在汽车制动过程中，循环管道22内流体介质的流量逐渐减小至零，能量回收系统2的中流体介质只能从驱动管道21内经液动马达26回流至进口15，使得液动马达26两侧形成压强差，从而驱动液动马达26对外做功，达到回收制动能的目的。

需要说明的是，图中的箭头指向表明流体介质的流动方向。其中动毂11与静毂12的截面均呈圆形且同圆心相对转动，有利于流体介质在密闭空腔13内流动，降低能量耗损。动叶片111一体成型于动毂11上，静叶片121一体成型于静毂12上，或是其他的固定连接方式，这里不做限定。

进一步地，请参考图5，在本实施例中，若干动叶片111以动毂11的中心轴线为中心周向均匀分布，每个动叶片111与动毂11的径向轴线之间的夹角为e，若干动叶片111的内端部位于一圆周轨迹线上，若干动叶片111的外端部位于一圆周轨迹线上；若干静叶片121以静毂12的中心轴线为中心周向均匀分布，若干静叶片121包围若干动叶片111，若干静叶片121的内端部形成的内圆与若干动叶片111的外端部形成的外圆心且之间存在供动叶片111旋转的旋转间隙，每个静叶片121与静毂12的径向轴线之间的夹角为d，若干静叶片121的外端部与动毂11的内侧壁之间形成供流体介质流出的流道14。这里，动叶片111的外端部围合形成外圆与静叶片121内端部围合形成的内圆之间呈间隙配合，利于动叶片11的转动，同时，动叶片111与静叶片121相平齐。流体介质经过动叶片111驱动，静叶片121导向流出后，流入由动毂的内侧壁与静叶片外端部之间形成的流道内再密闭空间中流出。具体地，容置于动叶片111的内端部围合形成的内圆的流体介质获得沿动叶片111离心向外的初速度v1，具有速度v1的流体介质流经包围于动叶片111的外端部且以静毂12的中心轴线为中心周向均匀分布的静叶片121后，获得沿静叶片121离心向外的速度v2，具有速度v2的流体介质经与流道14相连通的出口16流出。在汽车平稳驾驶时，速度v1与速度v2基本相近，对外无做功，动毂11无阻力转动，此时液动马达26不启动。在汽车制动过程时，出口16的液压增大，这时导致静叶片121处的流体介质速度v2远小于动叶片111处的流体介质速度v1，并且产生沿速度v2反向作用于动叶片111的作用力f，作用力f的方向与动叶片111的转动方向相反，在作用力f的作用下，动叶片111处的流体介质速度v1逐渐与速度v2相靠近，即动叶片111的转速降低，从而达到制动的目的。

优选地，夹角e的范围为：0°＜e≤45°，这样，经动叶片111驱动流体介质可获得较大的动能，夹角e大于45°时，动叶片111则会对流体介质产生阻挡，即获得较高初动能的流体介质经动叶片111后动能减小，使得流体介质获得的大部分动能对动叶片111做功，转化为热能而流失。在动叶片111与动毂11的径向轴线的夹角e的范围满足0°＜e≤45°的前提下，夹角d的范围为：45°≤d＜90°。优选地，当e等于45度时，夹角d等于45°，此时，静叶片121的内端部与动叶片111的外端部相互垂直，在非制动状态下，v2获得最大速度，在制动状态下，同样产生最大的反作用力f。

进一步地，在本实施例中，出口16设于静毂12上且与流道14相连通，进口15的截面积大于多个出口16的截面积之和。静毂12上设有多个出口16，进口15的截面积应大于出口16的截面积之和。这样，始终保持由进口15流入的流体介质的流速小于由出口16流出的流速，从而减小流体介质在密闭空腔13内的能量消耗。

优选地，请参考图5，静毂12上沿静毂12的径向方向设有两个对称的出口16，进口15设于静毂12上且与动叶片111内段部围合形成的内圆相对应。这样，有利于流体介质在密闭空腔13内流动，而减小能量消耗。

进一步地，流道14的截面积等于进口15的截面积除以出口16的数量。这里，流道14的截面积为静叶片121外圆周与动毂11的内侧壁之间的截面面积。在满足上述条件下，能够保持从进口15流入的流体介质与经流道14流出的流体介质的体积相同，流体介质则不会密闭空腔13内形成紊流，从而减小流体介质在密闭空腔13内的能量消耗。

进一步地，在本实施例中，驱动管道21的一端与循环管道22的一端汇合形成与进口15相连通的第一汇总管道23，驱动管道21的另一端与循环管道22的另一端汇合形成与出口16相连通的第二汇总管道24。这样，涡轮制动装置1与能量回收系统2形成供流体介质流动的循环回路。

优选地，请参考图1，驱动管道21的一端与循环管道22的一端汇合形成与进口15相连通的一个第一汇总管道23，驱动管道21的另一端与循环管道22的另一端汇合形成与出口16相连通的两个第二汇总管道24。

进一步地，请参考图2至图4，在本实施例中，进口15的边缘朝背离动叶片111方向向外伸出形成与第一汇总管道23连通的第一安装管123，出口16的边缘朝动叶片111的方向向外伸出形成与第二汇总管道24连通的第二安装管124。优选地，进口15的边缘朝背离动叶片111方向垂直向外伸出形成与第一汇总管道23连通的一个第一安装管123，出口16的边缘朝背离动叶片111的方向且顺着流体介质在流道14内的流动方向向外伸出形成与第二汇总管道24连通的两个第二安装管124。这样，进口15处的流体介质的速度与动毂11的底部内侧垂直，进而降低进口15处流体介质与动叶片111的接触速度；同时，出口16处的流体介质因与经流道14流出的方向相同，从而获得较高的流出速度。

进一步地，在本实施例中，流体介质为具有柔性可变形的传动液。在汽车制动状态下，静毂12的出口16受到阻力压强增大，动毂11的动叶片111则受到反向作用力f实现制动，由于流体介质为具有柔性可变形的传动液，整个制动过程中轮毂3不会因制动力过大而出现完全抱死的现象，不断地持续减速。

进一步地，请参考图1，在本实施例中，节流装置25包括设于循环管道22上且与其连通的阀体251、与刹车系统电连接的且可通/断循环管道的阀门252以及用于复位阀门的弹簧件253。当汽车处于制动过程中，其刹车系统触发制动液推动设于循环管道22内的阀门252，对循环管道22内的流体介质进行流量限定。当汽车正常驾驶时，制动液撤销对阀门252的作用力，在弹簧件253的回弹复位作用下阀门252恢复原位，循环管道22内的流体介质的流量恢复至初始状态。

具体地，请参考图1、图4和图5，在本实施例中，在汽车正常行驶的过程中，轮毂3带动动毂11转动，从而驱动动毂11上的动叶片111旋转，这时，流体介质经上的进口15流入，经密闭空腔13后，从两个出口16流出，再经过两个第二汇总管道24流入驱动管道21与循环管道22内，由于未有制动，流量控制阀251处于最大开口，流体介质经循环管道22后直接从第一汇总管道23流入进口15形成循环，此时，液动马达26两侧的压强相同，整个能量回收系统2无制动能回收。在汽车制动过程中，刹车系统触发制动液推动阀门252移动，流量控制阀251的开口缩小直至将循环管道22封闭，这样，从出口16流经两个第二汇总管道24内的流体介质只能通过驱动管道21流入第一汇总管道23，此时，驱动管道21内的液压骤增，液动马达26两侧产生压强差，驱动管道21内的流体介质驱动液动马达26转动，对其做功，实现对制动能的回收，从液动马达26中流出的流体介质动能大幅下降，经第一汇总管道23回流入密闭空腔13内。液压瞬间骤增的同时，导致静叶片121处的流体介质的速度下降至v2，且远小于动叶片111处流体介质的速度v1，因而静叶片121处的流体介质产生反向作用力f作用于动叶片111，使得动叶片111的转动下降，直至v1与v2基本相等，从而达到制动的效果。

液动马达26做功产生的能量可带动发电机给车上的电池充电，或是带动空压缩机制冷，或是提供进气给涡轮增压，提高输出功率，或是根据具体需求来运用液动马达26产生的能量，不仅限于以上三种。

具体地，请参考图1或图3，在本实施中，动毂11背离动叶片111的一侧设于固定连接于轮毂3的安装螺柱。实现动毂11与轮毂3之间的固定连接。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.涡轮制动系统，应用于汽车轮毂上，其特征在于，包括涡轮制动装置以及能量回收系统，所述涡轮制动装置包括设于轮毂上且随其转动的动毂以及与所述动毂相对静止的静毂，所述动毂与所述静毂围合形成密闭空腔，所述密闭空腔内充满用于在所述动毂与所述静毂之间传递动能的流体介质，所述动毂内设有若干用于驱动所述流体介质的动叶片，所述静毂朝向所述动毂的一侧设有用于导向所述流体介质的静叶片，所述静毂上开设有供所述流体介质流入及流出所述密闭空腔的进口和出口，所述能量回收系统包括供所述流体介质流通的驱动管道、供所述流体介质流通的循环管道、与刹车系统电连接且用于限制所述循环管道内的所述流体介质流量的节流装置以及回收所述驱动管道内的所述流体介质的制动能的液动马达，所述驱动管道和所述循环管道通过所述进口和所述出口与所述密闭空腔形成供所述流体介质循环流动的回路。

2.如权利要求1所述的涡轮制动系统，其特征在于，若干所述动叶片以所述动毂的中心轴线为中心周向均匀分布，每个所述动叶片与所述动毂的径向轴线之间的夹角为e，若干所述动叶片的内端部位于一圆周轨迹线上，若干所述动叶片的外端部位于一圆周轨迹线上；若干所述静叶片以所述静毂的中心轴线为中心周向均匀分布，若干所述静叶片包围若干所述动叶片，若干所述静叶片的内端部形成的内圆与若干所述动叶片的外端部形成的外圆同圆心且之间存在供所述动叶片转动的转动间隙，每个所述静叶片与所述静毂的径向轴线之间的夹角为d，若干所述静叶片的外端部与所述动毂的内侧壁之间形成供所述流体介质流出的流道。

3.如权利要求2所述的涡轮制动系统，其特征在于，所述进口设于所述静毂上且与所述动叶片的内端部围合形成的内圆周相对应。

4.如权利要求2所述的涡轮制动系统，其特征在于，所述夹角e的范围为：0°＜e≤45°；所述夹角d的范围为：45°≤d＜90°。

5.如权利要求2所述的涡轮制动系统，其特征在于，所述出口设于所述静毂上且与所述流道相连通，所述进口的截面积大于多个所述出口的截面积之和。

6.如权利要求2所述的涡轮制动系统，其特征在于，所述流道的截面积等于所述进口的截面积除以所述出口的数量。

7.如权利要求1至6任一项所述的涡轮制动系统，其特征在于，所述驱动管道的一端与所述循环管道的一端汇合形成与所述进口相连通的第一汇总管道，所述驱动管道的另一端与所述循环管道的另一端汇合形成与所述出口相连通的第二汇总管道。

8.如权利要求7所述的涡轮制动系统，其特征在于，所述进口的边缘朝背离所述动叶片方向向外伸出形成与所述第一汇总管道连通的第一安装管，所述出口的边缘朝背离所述动叶片的方向向外伸出形成与所述第二汇总管道连通的第二安装管。

9.如权利要求1至6任一项所述的涡轮制动系统，其特征在于，所述节流装置包括设于所述循环管道上且与其连通的阀体、与刹车系统电连接的且可通/断所述循环管道的阀门以及用于复位所述阀门的弹簧件。

10.汽车，包括车轮，其特征在于，还包括如权利要求1至9任一项所述的涡轮制动系统，所述涡轮制动系统的涡轮制动装置设于所述车轮的轮毂上。