CN108909429A - 一种增程式混合动力汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种增程式混合动力汽车，涉及新能源汽车技术领域。该增程式混合动力汽车包括前悬架、后悬架、太阳能动力系统和气动驱动系统；前悬架和后悬架中的一个设置有太阳能动力系统，另一个设置有气动驱动系统。本发明的增程式混合动力汽车，采用太阳能对汽车进行充电增程，以及车体本身振动能量回收转换为气体动力能源的两种供能方式，解决了当前新能源汽车特别是纯电动汽车存在的续航里程短、充电时间长、充电设备不健全、充电站工程巨大且设备成本高等问题，为新能源汽车提供了一种环保、高效、廉价、零污染的动力供应方案和全新的混合动力汽车产品。

Description

一种增程式混合动力汽车
技术领域
本发明涉及新能源汽车技术领域，具体而言，涉及一种增程式混合动力汽车。
背景技术
纯电动汽车是当今新能源汽车中发展得相对成熟的一类产品，但纯电动汽车的续航能力短却是摆在人们面前的一大难题，而大规模的充电站的建设是一项耗资巨大的工程，并且势必占用本来就紧张的地面空间。同时，纯电动汽车蓄电池的充电时间很长，充电效率不高，安装在开放场地的充电桩还存在很大的安全风险。
所以，如何改进纯电动汽车以及各类新能源汽车内部的动力组件，提高能源收集效率、减少能源耗费、提高能源利用率是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种增程式混合动力汽车，以解决现有技术中的新能源汽车特别是纯电动汽车存在的续航里程短、充电时间长、充电设备不健全、充电站工程巨大且设备成本高等问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供的一种增程式混合动力汽车，包括前悬架、后悬架、太阳能动力系统和气动驱动系统；所述前悬架和所述后悬架中的一个设置有所述太阳能动力系统，另一个设置有所述气动驱动系统。
在上述技术方案的基础上，进一步，所述太阳能动力系统包括依次电连接的太阳能集电板、蓄电池和电动机；所述太阳能集电板设置于增程式混合动力汽车的车顶，所述蓄电池设置于增程式混合动力汽车的后备箱，所述电动机设置于所述后悬架。该技术方案的技术效果在于：太阳能集电板设置于车顶，采光效果好、充电效率高，且不影响汽车行驶质量，不增加汽车风阻；蓄电池设置于增程式混合动力汽车的后备箱，可同时减少线束布置，并且能够将控制器也存放于后备箱，前后比重合理分配，保证了整车质量的平衡；电动机与后悬架连接，动力直接且不占用车内乘坐空间。整个太阳能动力系统组件用于驱动后轮旋转，满足汽车的后驱动力结构设计。
在上述任一技术方案的基础上，进一步，所述气动驱动系统包括依次连接的储气罐和气体马达；所述储气罐设置于增程式混合动力汽车的前部，所述气体马达设置于副车架的一侧。该技术方案的技术效果在于：储气罐用于驱动气体马达带动汽车前轮旋转，可以单独由前轮驱动形式，也可以和太阳能后驱结构共同工作。
在上述技术方案的基础上，进一步，所述储气罐沿增程式混合动力汽车的纵向中轴线方向布置。该技术方案的技术效果在于：储气罐的位置设计，合理利用了新能源汽车无燃油发动机的前舱空间，且能够保证整车重心平稳。
在上述任一技术方案的基础上，进一步，所述前悬架采用双叉臂式结构。该技术方案的技术效果在于：双叉臂式结构的悬架技术成熟、乘坐舒适、驾驶操控性能好。并且，由于储气罐的放置位于汽车纵向中轴线，所以，双叉臂式结构的前悬架更优，可使前悬架的空间利用率得到最大化。
在上述任一技术方案的基础上，进一步，还包括带传动装置；所述气体马达的旋转轴沿增程式混合动力汽车的纵向中轴线方向设置，所述带传动装置的传动带垂直于所述气体马达的旋转轴，用于带动车轮转动。该技术方案的技术效果在于：由于气体马达纵向布置，而带传动装置的传动带横向布置，使得气动驱动系统动力的传动方向符合车辆前进方向。具体地，可将气体马达设置于副车架的右侧。
在上述任一技术方案的基础上，进一步，还包括气筒组；所述气筒组的上端连接增程式混合动力汽车的车体，下端连接所述后悬架；所述气筒组的内腔与所述储气罐连通。该技术方案的技术效果在于：由于前悬架附件设置了储气罐，故气筒组更适合设置于后悬架。且由于气筒组与储气罐连接，车体上下震动的能量得以通过气筒组储存于储气罐，实现了能源的回收利用、提高了汽车的续航里程。
在上述任一技术方案的基础上，进一步，所述气筒组包括16个打气筒，16个所述打气筒平均分成4组，相对于增程式混合动力汽车的纵向中轴线方向对称设置。该技术方案的技术效果在于：4x4组合设置的16个打气筒。提高了设备的可靠性，回收利用了车辆行驶中震动能量，并且改善了车内司机和乘客的乘坐感受。
在上述任一技术方案的基础上，进一步，还包括螺旋弹簧；所述螺旋弹簧上端连接增程式混合动力汽车的车体，下端连接所述后悬架。该技术方案的技术效果在于：螺旋弹簧为后悬架提供基本的减震功能。
在上述任一技术方案的基础上，进一步，所述后悬架采用整体式车桥结构。该技术方案的技术效果在于：由于采用了多个打气筒和螺旋弹簧的减震方案，所以，后悬架可以采用结构较为简单的、成本较为低廉的整体式车桥结构，而不减低车内人员的乘坐舒适性。
本发明具有如下有益效果：
本发明提供的增程式混合动力汽车，采用太阳能对汽车进行充电增程，以及车体本身振动能量回收转换为气体动力能源的两种供能方式，解决了当前新能源汽车特别是纯电动汽车存在的续航里程短、充电时间长、充电设备不健全、充电站工程巨大且设备成本高等问题，为新能源汽车提供了一种环保、高效、廉价、零污染的动力供应方案和全新的混合动力汽车产品。
本发明的附加技术特征及其优点将在下面的描述内容中阐述地更加明显，或通过本发明的具体实践可以了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的增程式混合动力汽车的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的增程式混合动力汽车中前悬架的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的增程式混合动力汽车中后悬架的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的增程式混合动力汽车的俯视图。
附图标记：
1-前悬架； 2-后悬架； 3-太阳能集电板；
4-蓄电池； 5-电动机； 6-储气罐；
7-气体马达； 8-带传动装置； 9-打气筒；
10-螺旋弹簧。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
现有技术说明：
纯电动汽车是当今新能源汽车中发展得相对成熟的一类产品，但纯电动汽车的续航能力短却是摆在人们面前的一大难题，而大规模的充电站的建设是一项耗资巨大的工程，并且势必占用本来就紧张的地面空间。同时，纯电动汽车蓄电池4的充电时间很长，充电效率不高，安装在开放场地的充电桩还存在很大的安全风险。
针对上述现有技术方案存在的技术问题，下面结合具体的实施方式对本发明做进一步地解释说明：
本实施例提供了一种增程式混合动力汽车，其中：图1为本发明实施例提供的增程式混合动力汽车的结构示意图；图2为本发明实施例提供的增程式混合动力汽车中前悬架1的结构示意图；图3为本发明实施例提供的增程式混合动力汽车中后悬架2的结构示意图；图4为本发明实施例提供的增程式混合动力汽车的俯视图。如图1～4所示，增程式混合动力汽车包括前悬架1、后悬架2、太阳能动力系统和气动驱动系统。具体地，前悬架1和后悬架2中的一个设置有太阳能动力系统，另一个设置有气动驱动系统。由于采用太阳能对汽车进行充电增程，以及车体本身振动能量回收转换为气体动力能源的两种供能方式，增程式混合动力汽车解决了当前新能源汽车特别是纯电动汽车存在的续航里程短、充电时间长、充电设备不健全、充电站工程巨大且设备成本高等问题，为新能源汽车提供了一种环保、高效、廉价、零污染的动力供应方案和全新的混合动力汽车产品。
在上述实施例的基础上，如图1、3、4所示，进一步地，太阳能动力系统包括依次电连接的太阳能集电板3、蓄电池4和电动机5。具体地，太阳能集电板3设置于增程式混合动力汽车的车顶，蓄电池4设置于增程式混合动力汽车的后备箱，电动机5设置于后悬架2。在该结构的增程式混合动力汽车中，太阳能集电板3设置于车顶，采光效果好、充电效率高，且不影响汽车行驶质量，不增加汽车风阻；蓄电池4设置于增程式混合动力汽车的后备箱，可同时减少线束布置，并且能够将控制器也存放于后备箱，前后比重合理分配，保证了整车质量的平衡；电动机5与后悬架2连接，动力直接且不占用车内乘坐空间。整个太阳能动力系统组件用于驱动后轮旋转，满足汽车的后驱动力结构设计。
在上述实施例的基础上，如图1、2所示，进一步地，气动驱动系统包括依次连接的储气罐6和气体马达7。其中，储气罐6设置于增程式混合动力汽车的前部，气体马达7设置于副车架的一侧。在该结构的增程式混合动力汽车中，储气罐6用于驱动气体马达7带动汽车前轮旋转，可以单独由前轮驱动形式，也可以和太阳能后驱结构共同工作。
在上述实施例的基础上，如图1、2所示，进一步地，储气罐6沿增程式混合动力汽车的纵向中轴线方向布置。在该结构的增程式混合动力汽车中，储气罐6的位置设计，合理利用了新能源汽车无燃油发动机的前舱空间，且能够保证整车重心平稳。
在上述实施例的基础上，如图2所示，进一步地，前悬架1采用双叉臂式结构。在该结构的增程式混合动力汽车中，双叉臂式结构的悬架技术成熟、乘坐舒适、驾驶操控性能好。并且，由于储气罐6的放置位于汽车纵向中轴线，所以，双叉臂式结构的前悬架1更优，可使前悬架1的空间利用率得到最大化。
在上述实施例的基础上，如图1所示，进一步地，还包括带传动装置8。其中，气体马达7的旋转轴沿增程式混合动力汽车的纵向中轴线方向设置，带传动装置8的传动带垂直于气体马达7的旋转轴，用于带动车轮转动。在该结构的增程式混合动力汽车中，由于气体马达7纵向布置，而带传动装置8的传动带横向布置，使得气动驱动系统动力的传动方向符合车辆前进方向。具体地，可将气体马达7设置于副车架的右侧。
在上述实施例的基础上，如图1、3所示，进一步地，还包括气筒组。其中，气筒组的上端连接增程式混合动力汽车的车体，下端连接后悬架2；气筒组的内腔与储气罐6连通。在该结构的增程式混合动力汽车中，由于前悬架1附件设置了储气罐6，故气筒组更适合设置于后悬架2。且由于气筒组与储气罐6连接，车体上下震动的能量得以通过气筒组储存于储气罐6，实现了能源的回收利用、提高了汽车的续航里程。
在上述实施例的基础上，如图1、3所示，进一步地，气筒组包括16个打气筒9，16个打气筒9平均分成4组，相对于增程式混合动力汽车的纵向中轴线方向对称设置。在该结构的增程式混合动力汽车中，4x4组合设置的16个打气筒9。提高了设备的可靠性，回收利用了车辆行驶中震动能量，并且改善了车内司机和乘客的乘坐感受。
在上述实施例的基础上，如图1、3所示，进一步地，还包括螺旋弹簧10；螺旋弹簧10上端连接增程式混合动力汽车的车体，下端连接后悬架2。在该结构的增程式混合动力汽车中，螺旋弹簧10为后悬架2提供基本的减震功能。
在上述实施例的基础上，如图3所示，进一步地，后悬架2采用整体式车桥结构。在该结构的增程式混合动力汽车中，由于采用了多个打气筒9和螺旋弹簧10的减震方案，所以，后悬架2可以采用结构较为简单的、成本较为低廉的整体式车桥结构，而不减低车内人员的乘坐舒适性。
为了具体说明增程式混合动力汽车的动力性能。结构设计参数和动力系统参数选配和计算如下：
电动汽车的动力性能主要取决于动力系统参数匹配。根据设计要求选用轮胎175/65R14，最高车速Vmax＝40Km/h，最大爬坡度i＝0.3,车轮滚动半径0.291m。
最大功率的计算和电动机5的选型及匹配——
(1)根据最高车速求最大功率，计算式为
式中：Pmax—最高车速下的功率，Kw；
ηt—传动效率(选取0.85)；
Vmax—最高车速；
m—整车质量(1000Kg)；
g—重力加速度(9.8m/S2)；
f—滚动阻力系数，取0.025；
CD—空气阻力系数，取0.3；
A—迎风面积，计算的1.8。
(2)根据最大爬坡度计算最大功率
最大爬坡度时，车辆处于标定的最大坡度上，此时取标定的最大值。车辆能够根据按照较低速度行驶，根据经验，此时速度v可已选择10～15km/h，且车辆有一定的加速能力，车辆能够在坡路上起步行驶，即加速度a>0。不同的电动汽车加速度的要求也不一样。根据经验和对于电动汽车的加速度的期待值，给出各种电动汽车加速度取值，见下表。
取u＝10km/h，a＝0.15m·s-2，imax＝15％，由此可以得到坡度行驶所需最大功率：Pmax＝2.50kw。
电机选取永磁电机，在对蓄电池4参数进行选择时主要考虑电动汽车电机的最大消耗功率和电动汽车续驶里程的设计要求。
蓄电池4为铅酸免维护动力电池，其单体额定电压为12V，蓄电池4组容量为50A.h，电压为60v。
(1)由电动机5最大功率确定电池组数目电动汽车运行过程中，由蓄电池4向电动机5提供充足的电能，电动机5才能正常的工作。因此，蓄电池4可提供的功率必须大于或等于电动机5运行时所消耗的最大功率，单个电池的最大功率为：
式中，
E0——单体电池电动势(V)；
Rint——等效内阻(Ω)。
所以电池组的数目为：
式中，
ηec——电动机5控制器的工作效率；
ηe——电动机5最大功率运行时的工作效率；
N——单个蓄电池4组所包含的电池的数目，本设计N＝5。
(2)由电动汽车续驶里程确定电池组数目蓄电池4所携带的能量应保证电动汽车能够满足其续驶里程的要求。所以电池组数目为：
式中，w为电动汽车运行1km所消耗的电池能量(kW)；L为电动汽车所设定续驶里程(km)；VT为单个电池的电压(V)；CT为单个电池的电容量(A-h)。
由以上计算的电池组数目中选择较大的为电池组数目。
其中，蓄电池4组的参数为
电池参数的匹配主要考虑以下三个原则：
(1)电压和电流范围必须覆盖电机的电压和电流的工作范围；
(2)充放电功率范围必须覆盖电机驱动和再生制动的最大功率范围；
(3)电池能量满足整车按标准循环工况行驶的要求。
电池数目选择
纯电动行驶平均车速设定为30km/h，良好平直路面，可计算出：
式中，f为滚动阻力系数，取f＝0.01155；CD为空气阻力系数，取CD＝0.3；A为迎风面积(m2),取A＝2.8m2；Pm3为电动机5所需的功率(kw)；m为汽车质量，取为m＝1000kg；Pb为电池输出功率(kw)。
得出：Pm3＝2.0kw
式中，ηo为电动机5的效率，取ηo＝0.90；
ηk为控制器的效率，取ηk＝0.87；
η总为总工作效率，η总＝ηoηk＝0.78；
Pm3为电动机5所需的功率(kw)。
Pb＝2.2kw，
式中，Pb纯电动汽车以恒定速度vo所需的功率；
Wo电池携带的额定总能量；
t纯电动汽车持续运行时间；
S纯电动汽车的续驶里程，取S＝20km；
电池携带的额定总能量为：
Wo＝2.2kJ
Wo＝Qm×Ue，
式中，
Qm电池的额定容量(Ah)；
Ue电池端电压；
考虑到电机外电压，初步选择电池端电压为Uo＝60V。则：
Q＝50Ah。
若用单块电压12V、额定容量50Ah的镍氢电池，每组6块电池，
则电池需要携带的总能量为：Wo＝Qm×Uε＝50×60＝3000J。
根据计算结果，选用江苏春兰公司的生产的额定容量为50Ah、额定电压12V的镍氢电池，电池外形尺寸为长81mm宽26.5mm高154mm。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种增程式混合动力汽车，其特征在于，包括前悬架、后悬架、太阳能动力系统和气动驱动系统；
所述前悬架和所述后悬架中的一个设置有所述太阳能动力系统，另一个设置有所述气动驱动系统。
2.根据权利要求1所述的增程式混合动力汽车，其特征在于，所述太阳能动力系统包括依次电连接的太阳能集电板、蓄电池和电动机；
所述太阳能集电板设置于增程式混合动力汽车的车顶，所述蓄电池设置于增程式混合动力汽车的后备箱，所述电动机设置于所述后悬架。
3.根据权利要求1所述的增程式混合动力汽车，其特征在于，所述气动驱动系统包括依次连接的储气罐和气体马达；
所述储气罐设置于增程式混合动力汽车的前部，所述气体马达设置于副车架的一侧。
4.根据权利要求3所述的增程式混合动力汽车，其特征在于，所述储气罐沿增程式混合动力汽车的纵向中轴线方向布置。
5.根据权利要求4所述的增程式混合动力汽车，其特征在于，所述前悬架采用双叉臂式结构。
6.根据权利要求3所述的增程式混合动力汽车，其特征在于，还包括带传动装置；所述气体马达的旋转轴沿增程式混合动力汽车的纵向中轴线方向设置，所述带传动装置的传动带垂直于所述气体马达的旋转轴，用于带动车轮转动。
7.根据权利要求4所述的增程式混合动力汽车，其特征在于，还包括气筒组；所述气筒组的上端连接增程式混合动力汽车的车体，下端连接所述后悬架；所述气筒组的内腔与所述储气罐连通。
8.根据权利要求7所述的增程式混合动力汽车，其特征在于，所述气筒组包括16个打气筒，16个所述打气筒平均分成4组，相对于增程式混合动力汽车的纵向中轴线方向对称设置。
9.根据权利要求7所述的增程式混合动力汽车，其特征在于，还包括螺旋弹簧；所述螺旋弹簧上端连接增程式混合动力汽车的车体，下端连接所述后悬架。
10.根据权利要求7所述的增程式混合动力汽车，其特征在于，所述后悬架采用整体式车桥结构。
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