CN110422154A - 一种燃料电池汽车氢气助力刹车系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种燃料电池汽车氢气助力刹车系统，包括刹车踏板、助力器和液压刹车执行机构，还包括氢气储气瓶和减压阀；助力器用于在刹车踏板的控制下利用高压气体产生助力使液压刹车执行机构执行刹车动作；氢气储气瓶通过管道依次连接减压阀和助力器的高压气体入口，以向助力器输送高压氢气；助力器的高压气体出口通过管道与汽车的电堆的氢气入口连接。该刹车系统能够把氢气储氢瓶的压力势能用于刹车助力，有利于降低重量和综合成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种刹车系统，特别涉及一种燃料电池汽车氢气助力刹车系统。
背景技术
出于环保需要，目前国家大力提倡使用新能源汽车，其中，锂电汽车发展已趋于成熟，但锂电使用过程中也存在一些问题，如续航里程短、充电时间长等；燃料电池经过多年发展目前也趋于成熟，具有续航里程长，加氢快速等优势，但现阶段也存在成本高昂的问题；为此，降低成本和重量有利于提升燃料电池的市场竞争力。
见图7，现有普通汽车的刹车系统包括助力器1’，与助力器推杆1.1’连接的刹车踏板2’，以及由助力器驱动的液压刹车执行机构3’；其中液压刹车执行机构3’包括连接在助力器1’前侧的制动主缸3.1’和四个设置在各车轮处的制动油缸3.2’，该制动主缸3.1’具有压力液和用于推动压力液的活塞和活塞推杆，该制动主缸用于向各制动油缸3.2’提供压力液以实现刹车动作，所述助力器用于驱动活塞推杆移动。其中助力器1’的动力来源是发动机。
燃料电池汽车的刹车系统与普通汽车的刹车系统的区别仅在于需要另外设置一个真空泵或空气压缩机来为助力器1’提供真空负压或高压气体，以提供助力。但这些均需要提供额外的电能，使用成本高、不经济且会降低续航里程。
而实际上，目前燃料电池汽车的氢气储氢瓶压力基本达到70Mpa，其压力势能一直处于浪费状态；如果能够把其压力势能用于刹车助力，则无需另外设置空气压缩机，将能够降低重量和综合成本（设备成本和使用成本）。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种燃料电池汽车氢气助力刹车系统，能够把氢气储氢瓶的压力势能用于刹车助力，有利于降低重量和综合成本。
为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：
一种燃料电池汽车氢气助力刹车系统，包括刹车踏板、助力器和液压刹车执行机构，还包括氢气储气瓶和减压阀；助力器用于在刹车踏板的控制下利用高压气体产生助力使液压刹车执行机构执行刹车动作；氢气储气瓶通过管道依次连接减压阀和助力器的高压气体入口，以向助力器输送高压氢气；助力器的高压气体出口通过管道与汽车的电堆的氢气入口连接。
所述的燃料电池汽车氢气助力刹车系统中,所述液压刹车执行机构包括制动主缸以及设置在各个车轮处的制动油缸；制动主缸具有压力液和用于推动压力液的活塞和活塞推杆，该制动主缸用于向各制动油缸提供压力液，所述助力器用于驱动活塞推杆移动。
所述的燃料电池汽车氢气助力刹车系统中,所述助力器包括壳体，设置在壳体内的膜片，与膜片固连的膜片隔板，设置在膜片隔板前侧的第一复位弹簧，连接在膜片隔板后侧的助力器推杆，以及设置在壳体后侧的高压气体入口阀和高压气体出口阀；所述膜片和膜片隔板把壳体内腔分隔为前侧的低压腔和后侧的高压腔；壳体前侧开设有至少一个与低压腔连通的通气孔；所述助力器推杆前移时可打开高压气体入口阀并关闭高压气体出口阀，后移时可关闭高压气体入口阀并打开高压气体出口阀；所述活塞推杆与膜片隔板连接。
所述的燃料电池汽车氢气助力刹车系统中,所述高压气体入口阀和高压气体出口阀均包括T形阀体和阀芯；T形阀体由一端与高压腔连通另一端封闭的连接部和与连接部垂直的接头组成，阀芯设置在连接部的内腔中且与连接部滑动密封连接；高压气体入口阀的阀芯设置有沿轴向贯通前后的第一通气孔；高压气体出口阀的阀芯沿轴向设置有前端连通高压腔后端封闭的第二通气孔，该阀芯的后部沿径向设置有用于连通第二通气孔和对应接口的第三通气孔；助力器推杆可带动两个阀芯前后移动。
所述的燃料电池汽车氢气助力刹车系统中,所述膜片隔板的后侧开设有滑孔，该滑孔中设置有第二复位弹簧，所述助力器推杆的前端滑动插接在该滑孔中。
所述的燃料电池汽车氢气助力刹车系统中,所述通气孔处设置有空气滤清器。
所述的燃料电池汽车氢气助力刹车系统中,所述氢气储气瓶上设置有压力传感器，该压力传感器与汽车的ECU电性连接。
所述的燃料电池汽车氢气助力刹车系统中,所述助力器的高压气体出口与汽车的电堆的氢气入口之间的管道上设置有单向阀。
所述的燃料电池汽车氢气助力刹车系统,还包括一个辅助储气瓶，该辅助储气瓶通过管道与一个电磁隔离阀连接后连接至减压阀与助力器之间的管道上；电磁隔离阀与汽车的ECU电性连接。
所述的燃料电池汽车氢气助力刹车系统中,所述辅助储气瓶上设置有压力传感器，该压力传感器与汽车的ECU电性连接。
有益效果：
本发明提供的一种燃料电池汽车氢气助力刹车系统，刹车时把氢气储气瓶的高压氢气经过减压阀减压后引入助力器中提供助力，驱使液压刹车执行机构进行刹车动作，该过程中该部分氢气的压力势能被充分利用，最后该部分氢气会被送入汽车的电堆中被回收利用。与现有技术相比，该刹车系统无需设置真空泵、空气压缩机及其附件，也无需电源驱动，降低了重量和综合成本。
附图说明
图1为本发明提供的第一种燃料电池汽车氢气助力刹车系统的结构示意图。
图2为本发明提供的第一种燃料电池汽车氢气助力刹车系统的模块连接图。
图3为本发明提供的第二种燃料电池汽车氢气助力刹车系统的结构示意图。
图4为本发明提供的第二种燃料电池汽车氢气助力刹车系统的模块连接图。
图5为本发明提供的燃料电池汽车氢气助力刹车系统中，助力器的结构示意图。
图6为图5中S部分的放大图。
图7为现有的汽车刹车系统的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
下文的公开提供的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
实施例一
请参阅图1、2、5、6，本发明提供的一种燃料电池汽车氢气助力刹车系统，包括刹车踏板1、助力器2和液压刹车执行机构3，还包括氢气储气瓶4和减压阀5；助力器2用于在刹车踏板1的控制下利用高压气体产生助力使液压刹车执行机构3执行刹车动作；氢气储气瓶4通过管道依次连接减压阀5和助力器2的高压气体入口，以向助力器输送高压氢气；助力器的高压气体出口通过管道与汽车的电堆6的氢气入口连接。
刹车时，把氢气储气瓶4的高压氢气经过减压阀减压后引入助力器2中提供助力，驱使液压刹车执行机构3进行刹车动作，该过程中该部分氢气的压力势能被充分利用，最后该部分氢气会被送入汽车的电堆6中被回收利用。与现有技术相比，该刹车系统无需设置真空泵、空气压缩机及其附件，也无需电源驱动，降低了重量和综合成本（包括设备成本和使用成本），由于降低了电能的消耗还有利于提高续航里程。
具体的,所述液压刹车执行机构3包括制动主缸3.1以及设置在各个车轮处的制动油缸3.2；制动主缸3.1具有压力液和用于推动压力液的活塞和活塞推杆3.1a，该制动主缸用于向各制动油缸提供压力液，所述助力器2用于驱动活塞推杆移动。
本实施例中，见图5、6,所述助力器2包括壳体2.1，设置在壳体内的膜片2.2，与膜片固连的膜片隔板2.3，设置在膜片隔板前侧的第一复位弹簧2.4，连接在膜片隔板后侧的助力器推杆2.5，以及设置在壳体后侧的高压气体入口阀2.6和高压气体出口阀2.7；所述膜片2.2和膜片隔板2.3把壳体2.1内腔分隔为前侧的低压腔2.1a和后侧的高压腔2.1b；壳体2.1前侧开设有至少一个与低压腔2.1a连通的通气孔2.1c；所述助力器推杆2.5前移时可打开高压气体入口阀2.6并关闭高压气体出口阀2.7，后移时可关闭高压气体入口阀2.6并打开高压气体出口阀2.7；所述活塞推杆3.1a与膜片隔板2.3连接。
其中高压气体入口阀2.6与氢气储气瓶4连接，高压气体出口阀2.7与电堆6的氢气入口连接，助力器推杆2.5与刹车踏板1联动；当驾驶员脚踩刹车踏板1使助力器推杆2.5前移时，高压气体入口阀2.6打开、高压气体出口阀2.7关闭，此时高压氢气进入高压腔2.1b把膜片2.2和膜片隔板2.3往前推动，从而推动活塞推杆3.1a前移完成刹车动作；当踩刹车踏板1复位时，高压气体入口阀2.6关闭、高压气体出口阀2.7打开，膜片2.2和膜片隔板2.3在第一复位弹簧2.4的作用下后移，把高压腔2.1b中的氢气推向电堆。
一些实施方式中，壳体2.1由两个半壳体通过法兰连接而成，所述膜片2.2夹于两个法兰部之间，如图5所示。该结构易于装配和维修。
进一步的，见图6,所述高压气体入口阀2.6和高压气体出口阀2.7均包括T形阀体90和阀芯91；T形阀体90由一端与高压腔2.1b连通另一端封闭的连接部90.1和与连接部垂直的接头90.2（接头用于连接管道）组成，阀芯91设置在连接部90.1的内腔中且与连接部滑动密封连接；高压气体入口阀2.6的阀芯91设置有沿轴向贯通前后的第一通气孔91.1；高压气体出口阀2.7的阀芯91沿轴向设置有前端连通高压腔2.1b后端封闭的第二通气孔91.2，该阀芯的后部沿径向设置有用于连通第二通气孔91.2和对应接口90.2的第三通气孔91.3；助力器推杆2.5可带动两个阀芯前后移动。
当助力器推杆2.5前移时，两个阀芯91跟随其一同前移，此时，两个阀芯的后端移动至对应接头90.2的前方，高压气体入口阀2.6的接头90.2通过第一通气孔91.1与高压腔2.1b连通，而高压气体出口阀2.7的接头90.2与高压腔2.1b隔离；当助力器推杆2.5后移，此时，两个阀芯的后端移动至对应接头90.2的后方，高压气体入口阀2.6的接头90.2与高压腔2.1b连通隔离，而高压气体出口阀2.7的接头90.2通过第三通气孔91.2和第二通气孔91.3与高压腔2.1b隔离。
此处，助力器推杆2.5通过连接臂2.5a与两个阀芯91连接，从而带动阀芯移动，如图6所示。
优选的，见图6,所述膜片隔板2.3的后侧开设有滑孔2.3a，该滑孔中设置有第二复位弹簧2.8，所述助力器推杆2.5的前端滑动插接在该滑孔2.3a中。
自然状态下，助力器推杆2.5在第二复位弹簧2.8的作用下相对膜片隔板2.3后移，当驾驶员踩刹车踏板1时，助力器推杆2.5先相对膜片隔板2.3前移从而打开高压气体入口阀2.6并关闭高压气体出口阀2.7，使氢气进入高压腔2.1b，然后在助力作用下刹车踏板1继续前移，与助力器推杆2.5跟膜片隔板2.3硬连接的方式相比，刹车踏板1更轻，更容易刹车，在紧急状态下更加安全。如果是硬连接的方式，在高压气体入口阀2.6还没完全打开的时候，需要克服较大的负压来驱使助力器推杆2.5前移，因此会使驾驶员觉得刹车踏板1很沉，在紧急状态下不利于及时刹车。
进一步的，所述滑孔2.3a后侧设置有限位凸起，所述助力器推杆2.5前端设置有对应的限位凸起，如图6所示，以防助力器推杆2.5脱离膜片隔板2.3。
优选的，见图5,所述通气孔2.1c处设置有空气滤清器2.9，避免灰尘等杂物进入助力器内。
一些实施方式中,所述氢气储气瓶4上设置有压力传感器7，该压力传感器和所述减压阀5均与汽车的ECU（Electronic Control Unit的简称，即电子控制单元，又称行车电脑）电性连接。通过压力传感器可实时监测气压值，当气压值过低以至无法确保助力器2可靠工作时，通过ECU发出警告，必要时强制停止汽车，提高安全性。
实施例二
请参阅图3、4，本发明提供的另一种燃料电池汽车氢气助力刹车系统与实施例一的主要区别在于：
所述助力器2的高压气体出口与汽车的电堆6的氢气入口之间的管道上设置有单向阀8，以防止氢气回流。
进一步的，所述的燃料电池汽车氢气助力刹车系统,还包括一个辅助储气瓶9，该辅助储气瓶通过管道与一个电磁隔离阀10连接后连接至减压阀5与助力器2之间的管道上；电磁隔离阀10与汽车的ECU电性连接。当氢气储气瓶4上的气压正常时，可打开电磁隔离阀10把高压氢气引入辅助储气瓶9中存储，存储够后，电磁隔离阀10保持关闭，直到氢气储气瓶4的气压过低时，打开该电磁隔离阀10往助力器2输送高压氢气，避免氢气储气瓶4由于突发故障而气压急降或无法正常供气时汽车能够可靠地刹车停止，进一步提高安全性。
优选的,所述辅助储气瓶9上设置有压力传感器11，该压力传感器与汽车的ECU电性连接。通过压力传感器11可实时检测辅助储气瓶9内的压力，供ECU作为控制电磁隔离阀10开关的依据。
综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，其方案与本发明实质上相同。
Claims (10)
1.一种燃料电池汽车氢气助力刹车系统，包括刹车踏板、助力器和液压刹车执行机构，其特征在于，还包括氢气储气瓶和减压阀；助力器用于在刹车踏板的控制下利用高压气体产生助力使液压刹车执行机构执行刹车动作；氢气储气瓶通过管道依次连接减压阀和助力器的高压气体入口，以向助力器输送高压氢气；助力器的高压气体出口通过管道与汽车的电堆的氢气入口连接。
2.根据权利要求1所述的燃料电池汽车氢气助力刹车系统，其特征在于,所述液压刹车执行机构包括制动主缸以及设置在各个车轮处的制动油缸；制动主缸具有压力液和用于推动压力液的活塞和活塞推杆，该制动主缸用于向各制动油缸提供压力液，所述助力器用于驱动活塞推杆移动。
3.根据权利要求2所述的燃料电池汽车氢气助力刹车系统，其特征在于,所述助力器包括壳体，设置在壳体内的膜片，与膜片固连的膜片隔板，设置在膜片隔板前侧的第一复位弹簧，连接在膜片隔板后侧的助力器推杆，以及设置在壳体后侧的高压气体入口阀和高压气体出口阀；所述膜片和膜片隔板把壳体内腔分隔为前侧的低压腔和后侧的高压腔；壳体前侧开设有至少一个与低压腔连通的通气孔；所述助力器推杆前移时可打开高压气体入口阀并关闭高压气体出口阀，后移时可关闭高压气体入口阀并打开高压气体出口阀；所述活塞推杆与膜片隔板连接。
4.根据权利要求3所述的燃料电池汽车氢气助力刹车系统，其特征在于,所述高压气体入口阀和高压气体出口阀均包括T形阀体和阀芯；T形阀体由一端与高压腔连通另一端封闭的连接部和与连接部垂直的接头组成，阀芯设置在连接部的内腔中且与连接部滑动密封连接；高压气体入口阀的阀芯设置有沿轴向贯通前后的第一通气孔；高压气体出口阀的阀芯沿轴向设置有前端连通高压腔后端封闭的第二通气孔，该阀芯的后部沿径向设置有用于连通第二通气孔和对应接口的第三通气孔；助力器推杆可带动两个阀芯前后移动。
5.根据权利要求4所述的燃料电池汽车氢气助力刹车系统，其特征在于,所述膜片隔板的后侧开设有滑孔，该滑孔中设置有第二复位弹簧，所述助力器推杆的前端滑动插接在该滑孔中。
6.根据权利要求3所述的燃料电池汽车氢气助力刹车系统，其特征在于,所述通气孔处设置有空气滤清器。
7.根据权利要求1-6任一项所述的燃料电池汽车氢气助力刹车系统，其特征在于,所述氢气储气瓶上设置有压力传感器，该压力传感器与汽车的ECU电性连接。
8.根据权利要求1-6任一项所述的燃料电池汽车氢气助力刹车系统，其特征在于, 所述助力器的高压气体出口与汽车的电堆的氢气入口之间的管道上设置有单向阀。
9.根据权利要求1-6任一项所述的燃料电池汽车氢气助力刹车系统，其特征在于,还包括一个辅助储气瓶，该辅助储气瓶通过管道与一个电磁隔离阀连接后连接至减压阀与助力器之间的管道上；电磁隔离阀与汽车的ECU电性连接。
10.根据权利要求9所述的燃料电池汽车氢气助力刹车系统，其特征在于,所述辅助储气瓶上设置有压力传感器，该压力传感器与汽车的ECU电性连接。
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