CN113954805B - 气制动系统和车辆 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种气制动系统和车辆，气制动系统包括换热组件和制动组件，换热组件包括换热器和用于与冷却系统连接的换热管路，换热管路穿过换热器，换热器上设有排水口；制动组件包括空气压缩机和制动管路，制动管路与空气压缩机的出气口连接并穿过换热器；其中，制动管路与换热管路在换热器内交叉设置，以与冷却系统中的冷却液进行热交换。上述气制动系统，设置换热器使换热管路中的冷却液与制动管路进行热交换。当制动管路内结霜和结冰时，利用冷却液的热量，使位于换热器内的制动管路中的霜或冰受热融化，并通过排水口流出，从而减小了空气的绝对湿度，降低空气流经换热器后在制动管路内的结霜风险，使气制动系统的效能提高。

Description

气制动系统和车辆

技术领域

本申请涉及汽车技术领域，特别是涉及一种气制动系统和车辆。

背景技术

目前，气制动系统在车辆中得到广泛应用。该系统是以压缩空气为制动源，通过控制压缩空气进入车轮制动器，实现对车轮的制动。气制动系统通常包括空气压缩机，压缩空气由空气压缩机产生，并通过制动管路传递至车轮制动器。

然而，当车辆在低温且空气湿度大的环境中使用时，目前的气制动系统存在制动管路容易结霜的问题。

发明内容

基于此，有必要针对制动管路容易结霜的问题，提供一种降低制动管路结霜风险的气制动系统和车辆。

根据本申请的一个方面，提供一种气制动系统，包括：

换热组件，包括换热器和用于与冷却系统连接的换热管路，所述换热管路穿过所述换热器，所述换热器上设有排水口；以及

制动组件，包括空气压缩机和制动管路，所述制动管路与所述空气压缩机的出气口连接并穿过所述换热器；

其中，所述制动管路与所述换热管路在所述换热器内交叉设置，以与所述冷却系统中的冷却液进行热交换。

上述气制动系统，设置换热管路和换热器，使换热管路中的冷却液吸热后可在换热器内将热量传递给制动管路，从而使制动管路中的介质温度升高，该介质包括空气以及空气中的水分凝结成的霜或冰。在换热器中，利用冷却液的热量使制动管路中的霜或冰融化为水，并通过排水口使水排出，从而减小了制动管路中的空气的绝对湿度，防止流经换热器后的空气在制动管路内结霜。

在其中一实施例中，所述换热器包括彼此独立的第一换热通道和第二换热通道；

所述第一换热通道与所述制动管路连通，所述排水口与所述第一换热通道连通；

所述第二换热通道与所述换热管路连通。

在其中一实施例中，所述换热器包括：

压缩罐，所述第一换热通道设置于所述压缩罐内，所述压缩罐上设有分别与所述制动管路连通的第一进气口和第一出气口，所述排水口设于所述压缩罐上；

水套，与所述压缩罐连接，所述第二换热通道设置于所述水套内，所述水套设有分别与所述换热管路连通的第一进水口和第一出水口。

在其中一实施例中，所述水套套设于所述压缩罐的外周壁，所述第一进气口、第一出气口分别设于所述压缩罐轴向的两端，所述排水口设于所述压缩罐轴向的一端。

在其中一实施例中，所述第一进水口设于所述水套靠近排水口的一端。

在其中一实施例中，所述压缩罐包括：

罐体，所述水套套设于所述罐体；

两个端盖，分别与所述罐体轴向的两端连接，所述第一进气口和所述第一出气口分别设于所述两个端盖。

在其中一实施例中，所述第一进水口和所述第一出水口分别位于所述水套的径向的相对两侧，且所述第一进水口和所述第一出水口分别位于所述水套轴向的两端。

在其中一实施例中，所述换热器还包括：

排水阀，设于所述排水口，所述排水阀用于控制所述排水口的开闭。

根据本申请的另一个方面，本申请还提供一种车辆，包括：

冷却系统；以及

如上述任一项实施例所述的气制动系统。

在其中一实施例中，所述车辆还包括：驱动系统，所述冷却系统与所述驱动系统连接并用于对所述驱动系统进行冷却。

附图说明

图1为本申请一实施例中气制动系统的示意图；

图2为本申请一实施例中换热器的示意图；

图3为本申请一实施例中换热器的结构示意图；

图4为图3所示实施例中换热器的爆炸图；

图5为本申请一实施例中第一排水口的温度示意图。

图中：10、换热器；11、排水口；111、排水阀；112、连接部；12、第一换热通道；13、第二换热通道；14、压缩罐；142、罐体；144、端盖；15、水套；16、第一进气口；17、第一出气口；18、第一进水口；19、第一出水口；20、换热管路；22、第一阀门；30、空气压缩机；40、制动管路；50、散热器。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

在本申请的描述中，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”、“轴向”、“径向”、“周向”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申请和简化描述，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申请的限制。

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至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

目前，电动汽车因对环境污染小而具有良好的应用前景。这种汽车是以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶。然而，当电动汽车在低温且湿度大的环境下工作时，电动汽车的制动管路存在容易结霜的问题。其中，制动管路的作用为将空气压缩机产生的压缩空气传递至各个车轮制动器，是气制动系统中的重要部件。

本申请的发明人研究发现，出现上述问题的原因在于，电动汽车的空气压缩机间歇工作，使得空气压缩机的排气温度较低，因此，压缩空气中的水分在低温下凝结成霜。具体地，由于电动汽车采用电机驱动代替发动机驱动，没有作为发动机附件的持续工作的气泵作为压缩空气源，从而需设置空气压缩机提供压缩空气。空气压缩机的能源来自于车辆内的动力电池，为节约电能保证车辆的续航里程，空气压缩机采用间歇工作的方式，当气制动系统内部的压力降低至某一设定阈值时，空气压缩机开始工作，直至压力达到卸荷压力时停止工作。

表1为在1.0MPa保压情况下，每处测温点随时间变化的温升曲线表，使用380L/min空气压缩机，160L储气筒，2米铜管，数显感应温度枪。

表1

表2为在0.65MPa-1.0MPa启停带载情况下，气压达到1.0MPa并保压，停止空气压缩机工作，三方钟后测试每处测温点随时间变化的温升曲线表，使用4kW空气压缩机，160L储气筒，2米铜管，数显感应温度枪。需要说明的是，需人为将系统压力降低至空气压缩机启动压力之下。其中，测试间隔3分钟时间指在压力达到1MPa时测温，测温结束后3min，把压力降到0.65MPa，测试下一组数据。

表2

表3为空气压缩机在0.65MPa-1.0MPa启停带载情况下，气压达到1.0MPa并保压，停止空气压缩机工作，三分钟后测试每处测温点随时间变化的温升曲线表，使用4kW电动空气压缩机，160L储气筒，2米铜管，数显感应温度枪。需要说明的是，需人为将系统压力降低至空气压缩机的启动压力之下。其中，测试间隔3分钟时间指在压力达到1MPa测温，测温结束后15min，把压力降到0.65MPa，测试下一组数据。

表3

如表1-3所示，本申请的发明人根据空气压缩机的工作特性模拟空气压缩机在多种工况下的排气温度台架试验，当车辆行驶于不同路况时，空气压缩机的工作频率不同，使其排气温度不同。例如，当车辆行驶于复杂路况时，需频繁刹车制动，气制动系统内压力下降较快，约3分钟即达到空气压缩机启动条件，排气温度如表2所示。当车辆在简单路况行驶时，无需频繁刹车，气制动系统内压力下降较慢，约15分钟达到空气压缩机启动条件，排气温度如表3所示。

由表1-3可知，当空气压缩机间歇工作时，其排气初始温度较非间歇工作时降低，且随工作时间增长对应的排气温升减小。因此，当车辆运行于低温环境中时，制动管路内容易出现结霜甚至结冰现象，导致压缩空气在制动管路中的流速减小，影响气制动系统的工作性能，存在安全隐患。

因此，有必要提供一种降低制动管路结霜风险的气制动系统和车辆。

图1为本申请一实施例中气制动系统的示意图；图2为本申请一实施例中换热器的示意图。

参阅图1-2，本申请一实施例中提供的气制动系统，包括换热组件和制动组件。

如图1所示，换热组件包括换热器10和用于与冷却系统连接的换热管路20，换热管路20穿过换热器10，换热器10上设有排水口11(见图2)。制动组件包括空气压缩机30和制动管路40，制动管路40与空气压缩机30的出气口连接并穿过换热器10。其中，制动管路40与换热管路20在换热器10内交叉设置，以与冷却系统中的冷却液进行热交换。

上述气制动系统，设置换热管路20以供冷却系统中的冷却液流过，设置换热器10使换热管路20中的冷却液与制动管路40进行热交换。当车辆在低温且空气湿度大的环境中运行时，制动管路40内出现结霜或结冰的现象，利用冷却液的热量使位于换热器10内的制动管路40中的霜或冰受热融化。通过在换热器10上设置排水口11，使霜或冰融化产生的水通过排水口11流出换热器10，从而减小了制动管路40中压缩空气的绝对湿度，降低了空气在流经换热器10后在制动管路40内的结霜风险，使气制动系统的效能提高，减小安全隐患。

需要说明的是，排水口11被配置为在气制动系统工作时关闭，以防止制动管路40漏气失效。

可选地，如图1所示，制动管路40的一端与空气压缩机30的出气口连接，制动管路40穿过换热器10之后，制动管路40的另一端连接于气制动系统中空气压缩机30之外的其他部件。如此，使换热器10位于压缩空气的流动路径的起始端，从而增加了能降低结霜风险的制动管路40的范围。可以理解，设置换热器10使流过换热器10的空气湿度减小，通过设置沿压缩空气的流动方向，气制动系统中的其他装置和管路位于换热器10之后，使换热器10能有效减小气制动系统中制动管路40的整体结霜风险。

在一个实施例中，气制动系统还包括干燥器。制动管路40的一端与空气压缩机30的出气口连接，制动管路40穿过换热器10后，制动管路40的另一端与气制动系统的干燥器连接。

另一些实施例中，换热器10也可以设于气制动系统中的其他位置，只要能降低制动管路40中的结霜风险即可。

一些实施例中，如图2所示，换热器10包括彼此独立的第一换热通道12和第二换热通道13。第一换热通道12与制动管路40(见图1)连通，排水口11与第一换热通道12连通。第二换热通道13与换热管路20(见图1)连通。可以理解，由于第一换热通道12与制动管路40连通，第一换热通道12中的介质是压缩空气及空气中的水分凝结形成的霜或冰，而第二换热通道13与换热管路20连通，第二换热通道13中的介质是冷却液。通过设置第一换热通道12和第二换热通道13彼此独立，使第一换热通道12中的压缩空气和第二换热通道13内的冷却液互不干涉，从而使制动管路40能有效运行。

图3为本申请一实施例中换热器10的结构示意图。

一些实施例中，如图3所示，换热器10包括压缩罐14和水套15。第一换热通道12设置于压缩罐14内，压缩罐14上设有分别与制动管路40连通的第一进气口16和第一出气口17，排水口11(见图2)设于压缩罐14上。水套15与压缩罐14连接，第二换热通道13设置于水套15内，水套15设有分别与换热管路20连通的第一进水口18和第一出水口19。如此，设置压缩罐14以容纳第一换热通道12，设置水套15以容纳第二换热通道13。通过设置压缩罐14与水套15连接，使第一换热通道12内的介质和第二换热通道13内的冷却液得以通过压缩罐14与水套15的连接面进行换热，从而使霜或冰融化成水，并通过排水口11从压缩罐14排出。

可选地，压缩罐14被构造为呈圆筒状，以使压缩罐14易于制造与装配。压缩罐14也可被构造为其他形状，在此不做限定。

图4为图3所示实施例中换热器10的爆炸图。

进一步地，如图3和图4所示，水套15套设于压缩罐14的外周壁。第一进气口16、第一出气口17分别设于压缩罐14轴向的两端，排水口11设于压缩罐14轴向的一端。如此，使水套15与压缩罐14的接触面积增加，提高了水套15和压缩罐14之间的换热面积，使冷却液和第二换热通道13内的介质通过该换热面积交换的热量增加。通过将第一进气口16、第一出气口17和排水口11均设于压缩罐14的轴向的端部，使第一进气口16、第一出气口17和排水口11与水套15互不干涉，水套15的结构简单。此外，通过将第一进气口16和第一出气口17分别设于压缩罐14的轴向的两端，使制动管路40中的空气沿着压缩罐14的轴向流动，在该过程中压缩空气的流动不受到阻碍。

一些实施例中，水套15从罐体142的一端延伸至罐体142的另一端，使水套15与压缩罐14的接触面积进一步增加，从而增加了换热面积，使换热量和换热效率提高。且使压缩罐14内壁的大部分区域均能接收来自冷却液的热量，使换热过程更为充分，防止出现霜或冰难以融化的现象。

另一些实施例中，水套15也可以采用其他结构、设置在其他位置，只要能使第二换热通道13中的冷却液与第一换热通道12中的介质进行热交换即可。

具体地，如图3-4所示所示，压缩罐14包括罐体142和两个端盖144。水套15套设于罐体142，两个端盖144分别与罐体142轴向的两端连接，第一进气口16和第一出气口17分别设于两个端盖144。如此，使罐体142和端盖144均易于制造，使生产工艺简单，提高了生产效率。

可选地，罐体142和两个端盖144之间可以采用焊接的方式连接。

在一个实施例中，罐体142和两个端盖144之间采用满焊的方式焊接，即把焊缝焊满以提高压缩罐14的密封性，防止压缩空气泄露影响气制动系统运行。

可以理解，压缩罐14还设有与第一换热通道12连通的排水口11，以使第一换热通道12中的霜或冰融化后通过排水口11排出压缩罐14。

在一个实施例中，如图4所示，排水口11设于罐体142，以在实际使用过程中，例如将罐体142水平放置时，使排水口11位于罐体142的底部，从而易于排水。

进一步地，排水口11设于罐体142靠近第一出气口17的一端。可以理解的是，压缩空气从第一进气口16朝向第一出气口17流动，在气流的作用下，第一换热通道12中冰霜融化成的水朝靠近第一出气口17的方向流动。通过将排水口11设于罐体142靠近第一出气口17的一端，防止水在第一换热通道12内滞留。

一些实施例中，如图4所示，换热器10还包括排水阀111。排水阀111设于排水口11，以控制排水口11的开闭。

在一个实施例中，罐体142上设有用于与排水阀111连接的连接部112，排水阀111与连接部112螺纹连接。

为了防止排水阀111结冰堵塞，一些实施例中，如图3所示，第一进水口18设于水套15靠近排水口11的一端。可以理解，换热管路20(图1)中的冷却液流经第一进水口18之后，进入第二换热通道13(图2)并与第一换热通道12内的介质进行热交换，因此，第一进水口18处的冷却液温度高于第二换热通道13内的冷却液温度。通过将第一进水口18设于水套15靠近排水口11的一端，防止排水口11结冰，使水能顺畅排出。在实际使用过程中，由于冰霜因重力作用易沉积在罐体142底部，通过将第一进水口18设于压缩罐14的底部，使冰霜的融化速度提高。

一些实施例中，第一进水口18和第一出水口19分别位于水套15的径向的相对两侧，且第一进水口18和第一出水口19分别位于水套15轴向的两端。如此，使冷却液在第二换热通道13内流动的过程中，能更为充分地与罐体142换热，使罐体142与水套15的连接面上换热均匀。

可选地，压缩罐14和水套15的材质可以采用铝，以保证部件之间的焊接工艺性，使焊接连接处不易产生裂纹和气孔等缺陷，从而提高了密封性。此外，铝材质具有较大的热导系数，可有效提高换热器10的换热效率。铝材质表面易形成致密坚硬的氧化铝的薄膜，可有效提升换热器10内外表面的防腐性能，防止水套15内部锈蚀，避免冷却液将锈渣带入冷却系统。

一些实施例中，如图1所示，换热管路20设有第一阀门22，以控制换热管路20的通断。当第一阀门22开启时，冷却液流进换热管路20，与制动管路40换热。当第一阀门22关闭时，冷却液不从换热管路20流经。如此，能根据使用需求控制第一阀门22的开闭，例如，但车辆并未在低温环境中运行时，制动管路40中压缩空气的温度较高，此时控制第一阀门22关闭，以防止制动管路40使冷却液温度升高影响冷却系统的冷却效果。

图5为本申请一实施例中第一排水口11的温度示意图。

如图5所示，一些实施例中，第一阀门22开启后约50分钟，第一出水口19的温度从零下15℃上升至0℃以上，第一换热通道12内的冰霜能够融化。随着第一阀门22开启时间的增加，第一换热通道12内介质温度进一步升高，直至冰霜全部融化，打开排水阀111，使融化形成的水排出，然后将排水阀111关闭。此时，制动管路40内压缩空气的绝对湿度降低，与第一出气口17连接的制动管路40内的结霜风险降低，制动管路40能有效运行。

上述气制动系统，在实际使用过程中，可以将车辆运行一段时间后将第一阀门22打开，即在压缩罐14结霜或结冰之后，再使冷却液从换热管路20流经，使压缩罐14内冰霜融化排出。

本申请还提供一种车辆，包括冷却系统和如上述任一项实施例所述的气制动系统。

一些实施例中，车辆还包括驱动系统，冷却系统与驱动系统连接并用于对驱动系统进行冷却。具体地，驱动系统包括电机，冷却系统用于对电机进行冷却。通过采用电机作为冷却系统的热源，即利用电机的余热为制动管路40加热，使能源被有效利用。此外，在结霜风险降低的同时，气制动系统能够保持间隙工作的方式，即无需额外利用车辆内动力电池的电能，使车辆的续航里程不被影响。

一些实施例中，如图1所示，冷却系统包括散热器50，散热器50用于对冷却系统中的冷却液降温。在一个实施例中，换热管路20的出口与散热器50的进口连通。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种气制动系统，其特征在于，所述气制动系统包括：

换热组件，包括换热器和换热管路；所述换热管路穿过所述换热器，所述换热管路的出口与冷却系统的散热器的进口连通，所述换热器上设有排水口；以及

制动组件，包括空气压缩机和制动管路；所述制动管路的一端与所述空气压缩机的出气口连接，另一端穿过所述换热器并连接于所述气制动系统中的其他部件；所述制动管路与所述换热管路在所述换热器内交叉设置，以与所述冷却系统中的冷却液进行热交换；所述排水口与所述制动管路相连通，所述排水口用于排出所述制动管路中的水，且被配置为在所述气制动系统工作时关闭；

其中，所述换热器包括：

彼此独立的第一换热通道和第二换热通道，所述第一换热通道与所述制动管路连通，所述排水口与所述第一换热通道连通，所述第二换热通道与所述换热管路连通；

压缩罐，所述第一换热通道设置于所述压缩罐内，所述压缩罐上设有分别与所述制动管路连通的第一进气口和第一出气口，所述排水口设于所述压缩罐上；以及

水套，与所述压缩罐连接，所述第二换热通道设置于所述水套内，所述水套设有分别与所述换热管路连通的第一进水口和第一出水口；所述第一进水口和所述第一出水口分别位于所述水套的径向的相对两侧，且所述第一进水口和所述第一出水口分别位于所述水套轴向的两端。

2.根据权利要求1所述的气制动系统，其特征在于，所述水套套设于所述压缩罐的外周壁，所述第一进气口、第一出气口分别设于所述压缩罐轴向的两端，所述排水口设于所述压缩罐轴向的一端。

3.根据权利要求2所述的气制动系统，其特征在于，所述第一进水口设于所述水套靠近所述排水口的一端。

4.根据权利要求2所述的气制动系统，其特征在于，所述压缩罐包括：

罐体，所述水套套设于所述罐体；

两个端盖，分别与所述罐体轴向的两端连接，所述第一进气口和所述第一出气口分别设于所述两个端盖。

5.根据权利要求1所述的气制动系统，其特征在于，所述换热器还包括：

排水阀，设于所述排水口，所述排水阀用于控制所述排水口的开闭。

6.根据权利要求1~5任一项所述的气制动系统，其特征在于，所述换热管路设有第一阀门，所述第一阀门用于控制所述换热管路的通断。

7.根据权利要求1~5任一项所述的气制动系统，其特征在于，所述压缩罐的材质和所述水套的材质均为铝。

8.一种车辆，其特征在于，包括：

冷却系统；以及

如权利要求1~7任一项所述的气制动系统。

9.根据权利要求8所述的车辆，其特征在于，所述车辆还包括驱动系统，所述冷却系统与所述驱动系统连接并用于对所述驱动系统进行冷却。

10.根据权利要求9所述的车辆，其特征在于，所述驱动系统包括电机，所述冷却系统用于对所述电机进行冷却。

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