疏气减阻气垫悬浮补偿式汽车

技术领域

车辆工程、汽车、空气动力学、气垫悬浮、节能减排。

背景技术

汽车行驶过程中由于绕流气流所造成的能耗非常大，且随着车速的增加，空气阻力造成的能耗大幅增加，所以说对于汽车而言，减少行驶过程中的空气阻力对于节能降耗效果非常明显。

现有技术中，常见的是利用空气动力学研究的成果对车身进行流线形设计或增加一些导流翼。

本人先前已提出气垫悬浮补偿式汽车的技术发明，本发明是基于本人先前对气垫悬浮补偿式汽车研究的继续。

发明内容

本发明为疏气减阻气垫悬浮补偿式汽车，重在利用疏气减阻技术和射流减阻技术，减轻或消除汽车在行驶过程中绕流气流所造成的能耗和不良影响，使疏气减阻气垫悬浮补偿式汽车能以更高的速度和更低的能耗安全行驶。

附图说明

图1所示为疏气减阻气垫悬浮补偿式汽车的一种基本方案原理示意图，图中标号16为车体悬浮气垫生成系统的流体压力密封型气垫悬浮支承，轮式驱动系统60采用电机直接驱动车轮，标号4为车体。图1所示疏气减阻气垫悬浮补偿式汽车的方案是一种极为简化的技术方案，只要再配上一个简单的转向轮和蓄电池就可成为一部完整的电动车。实际上，对于疏气减阻气垫悬浮补偿式汽车的各种车型，就是将现有公路交通应用中的各种车型加装一套车体悬浮气垫生成系统，为了达到最佳的节能效果，可再加装一套伸缩调节机构，调节车轮的高度或流体压力密封型气垫悬浮支承的高度，使车轮获得最佳的接触压力，从而既获得必要的驱动力，又获得理想的节能效果，为了更进一步减少空气阻力所造成的能耗，加装疏气减阻系统便最终构成了疏气减阻气垫悬浮补偿式汽车。

图2、图3所示为疏气减阻气垫悬浮补偿式汽车的轮式驱动系统60的两种方案示意图，图中标号60-1为驱动电机，60-2为车轴，60-3为驱动轮，60-4为导向杆，60-5为伸缩调节机构，60-6为辅助支架，60-7为磁力缓速器，导向杆60-4可用阻尼器代替，该轮式驱动系统采用伸缩调节机构60-5，以使驱动轮得到最佳的接触压力，从而使疏气减阻气垫悬浮补偿式汽车达到最佳的节能效果。伸缩调节机构可以采用电机驱动滚珠丝杠组件、电机驱动滑动丝杠组件、电机驱动沟槽凸轮组件或电机驱动行星滚柱丝杠组件，也可采用液压缸和气缸(由液压或气动回路控制其伸缩)，此外，伸缩调节机构还可以用空气弹簧或油气弹簧等代替，采用空气弹簧时，通过气动回路来控制空气弹簧伸缩，使驱动轮得到最佳的接触压力，从而使疏气减阻气垫悬浮补偿式汽车达到最佳的节能效果。同理，对于转向桥或其它车桥，其高度调节方法与驱动桥的调节方法相同。当疏气减阻气垫悬浮补偿式汽车的轮式驱动系统置于车体底部且其流体压力密封型气垫悬浮支承是独立设计的一个部件时，也可以采用伸缩调节机构直接调节流体压力密封型气垫悬浮支承的纵向高度位置，以使驱动轮、转向轮等得到最佳的接触压力，从而使疏气减阻气垫悬浮补偿式汽车达到最佳的节能效果，同理，此伸缩调节机构还可以用空气弹簧或油气弹簧等代替。

图4、图5所示为流体压力密封型气垫悬浮支承的一种基本的技术方案示意图，在圆形支承气室的周围布置了一道密封气室，图中省略了气动回路控制系统。

图6、图7、图8、图9、图10、图11所示为流体压力密封型气垫悬浮支承的几种形状方案示意图，双点划线内部为支承气室，支承气室采用由多个小气室组成的大气室有利于支承气室的可靠性，其形状可以任意组合，通过气动回路的设计，合理利用蓄能器、单向阀等元器件，可以使大气室内部小气室的气压受到较小波动，很好的保压，得到最佳的悬浮支承效果，即便大气室中的某些小气室遭到破坏时，也能取得有效的悬浮支承效果。图6、图7、图8、图9、图10所示方案采用了一道密封气室，图11所示方案采用了两道密封气室，可采用任意道密封气室。

图12所示为流体压力密封型气垫悬浮支承加装了液压气动伸缩调节机构的一种技术方案示意图，图中标号10为活塞，此种技术方案利用液压或气动来调节流体压力密封型气垫悬浮支承与支承面之间的距离。

图13所示为流体压力密封型气垫悬浮支承加装了电动伸缩调节机构的一种技术方案示意图，图中标号13为电机，22为滑动丝杠组件(滑动丝杠组件由丝杠和丝杠螺母组成)，此种技术方案利用电动来调节流体压力密封型气垫悬浮支承与支承面之间的距离。滑动丝杠组件也可以用滚珠丝杠组件(滚珠丝杠组件由钢球、丝杠和螺母等关键零件组成)、行星滚柱丝杠组件(行星滚柱丝杠组件由螺旋滚柱、丝杠和螺母等关键零件组成)或沟槽凸轮组件(沟槽凸轮组件由沟槽凸轮、滚子和滚子固定轴等关键零件组成)来替代形成相应的另类电动伸缩调节机构。

图14所示为电机驱动滚珠丝杠组件将回转运动转变为直线往复运动的一种示意图，电机和滚珠丝杠组件之间可以增加减速器进行减速增扭，并可加装制动装置以保证停机制动的可靠性。电机驱动行星滚柱丝杠组件将回转运动转变为直线往复运动的技术方案与图14所示方案类似，仅仅是将滚珠丝杠组件替代为行星滚柱丝杠组件即可。

图15所示为电机驱动沟槽凸轮组件将回转运动转变为直线往复运动的一种示意图，电机和沟槽凸轮组件之间可以增加减速器进行减速增扭，并可加装制动装置以保证停机制动的可靠性。

图16所示为疏气减阻技术的基本原理示意图，利用真空泵、风机或压缩机等设备来吸入车辆前面的空气，然后从车辆尾部向后排出，由于车辆在行驶过程中正面空气的减少，使车辆绕流流动的气流减弱，当车辆正面空气被完全吸入时，车辆以高速行驶，车辆周围无绕流流动的气流，车辆相当于在一个真空管中穿行，完全不受任何气流(包括横向风)的影响，车辆可以以最低的能耗和最高的速度行驶。

图17、图18所示为疏气减阻技术具体实施方案的原理示意图，在车头曲面上布置不同角度的疏气管，根据车辆工况合理设计疏气管的形状、通径、数量、角度和伸出车体长度，以达到利用最小的疏气功率取得最佳的疏气效果的目的。

图19、图20所示为射流减阻技术的基本原理示意图，利用压缩空气的射流卷吸作用，使车辆绕流流动的气流减弱，在车辆表面形成负压，当车辆表面空气被完全卷吸带走时，车辆以高速行驶，车辆周围无绕流流动的气流，车辆相当于在一个真空管中穿行，完全不受任何气流(包括横向风)的影响，车辆可以以最低的能耗和最高的速度行驶。图20中射流管与车辆表面成一定倾斜角度，压缩空气向车辆行驶方向后方喷出，从而产生一定的推力，有助于减少车辆行驶能耗。车辆两侧面、顶面和底面的射流管应根据车辆工况合理设计射流管的形状、通径、数量、角度和伸出车体长度，以达到最佳的射流减阻效果。

疏气减阻气垫悬浮补偿式汽车的关键特征就是在现有气垫悬浮补偿式汽车的技术基础上使用了疏气减阻技术，射流减阻技术可以作为有益的补充而使用，也可以不使用射流减阻技术。从理论上来说，当疏气减阻气垫悬浮补偿式汽车以超高速行驶时(比如时速3000公里)，采用疏气减阻技术，疏气减阻气垫悬浮补偿式汽车可以达到在一条虚拟真空管中运行的状态，但实际上由于轮式驱动的机械性能、疏气减阻技术的疏气效果等等因素，疏气减阻气垫悬浮补偿式汽车的安全车速受到限制，其表面还是存在稀薄的空气，并不能达到完全绝对真空，而是处于低真空的状态，离车头越远的车身表面处的真空度越低，车速越低时车身表面处的真空度也越低。当车身表面的绕流气流处于低真空状态，产生较大能耗时，射流减阻技术作为有益补充的效果便得以显现，此时，疏气减阻气垫悬浮补偿式汽车可以同时使用疏气减阻技术和射流减阻技术来取得最佳节能效果。

疏气减阻技术从理论上可以使车辆达到在一条虚拟真空管中高速行驶的效果，射流减阻技术从理论上也可以使车辆达到在一条虚拟真空管中高速行驶的效果，但实际上根据应用车辆工况的不同，通过合理设计，只须取得部分疏气减阻效果或射流减阻效果，并非完全绝对真空。

车头曲面阵列的疏气管和车身阵列的射流管均可以通过均压罐、集气管等分区控制，疏气管从车辆行驶方向吸入的空气储存在压缩空气罐中作为射流源和气垫悬浮支承的气源备用，部分压缩空气也可以从车辆尾部排出以消除车尾真空所带来的不良影响，车辆尾部曲面上可以阵列不同角度的排气管，以使空气均匀排出，排气管的具体缩放形状应根据排气速度进行具体设计，并注意噪声控制设计，以取得最佳使用效果。

疏气减阻气垫悬浮补偿式汽车利用高压空气作为气垫使其产生悬浮效果，使用轮式驱动，并采用疏气减阻技术，各种结构形式的疏气减阻气垫悬浮补偿式汽车结构大同小异，都包含以下关键部分：疏气减阻系统、车体悬浮气垫生成系统、轮式驱动系统、转向系统和车体等。

疏气减阻系统主要由疏气管阵列、吸气设备和控制管路组成。疏气减阻气垫悬浮补偿式汽车可根据需要决定是否采用射流减阻技术，如采用，则增设射流减阻系统，射流减阻系统主要由射流管阵列、气动控制管路和压缩机等组成。

车体悬浮气垫生成系统包含流体压力密封型气垫悬浮支承、高压空气生成系统，流体压力密封型气垫悬浮支承中的高压气体外溢，形成一薄层气垫或气膜将车体托起，使疏气减阻气垫悬浮补偿式汽车呈现悬浮效果，流体压力密封型气垫悬浮支承由支承气室、密封气室和气动回路控制系统组成，支承气室最好是一个由多个小气室组成的大气室，以利于保压，密封气室中的空气压力稍高于支承气室中的空气压力，利用流体压力对支承气室进行有效密封，气动回路控制系统控制压缩空气供给。疏气减阻气垫悬浮补偿式汽车的气垫薄膜可以是毫米级别的，也可以利用高压空气将其抬得更高一点，为了避免尘土飞扬，最好是毫米级别，低一点。

关于疏气减阻气垫悬浮补偿式汽车的轮式驱动系统和转向系统，由于疏气减阻气垫悬浮补偿式汽车的各种车型，就是将现有公路交通应用中的各种车型加装一套车体悬浮气垫生成系统，为了达到最佳的节能效果，调节车轮和流体压力密封型气垫悬浮支承的相对高度差，使车轮获得最佳的接触压力，从而既获得必要的驱动力，又获得理想的节能效果，所以说对于疏气减阻气垫悬浮补偿式汽车的轮式驱动系统和转向系统就是在采用现有驱动车桥和转向车桥的布置方式的基础上，加装一套伸缩调节机构，可以对其分别调节，也可以加装一套整体式辅助车架使其一起调节，当采用伸缩调节机构调节流体压力密封型气垫悬浮支承的方案时，驱动车桥和转向车桥维持原样即可。通过以上描述可以看出，当车辆采用可调节高度的空气弹簧悬架系统的时候，整车结构将得到简化，伸缩调节机构和空气弹簧悬架系统即合二为一，整车只需加装一套车体悬浮气垫生成系统即可。疏气减阻气垫悬浮补偿式汽车也可以采用三个车轮，既在现有三轮车的车型模式上加装一套车体悬浮气垫生成系统并作相应的一些调整即可。

关于疏气减阻气垫悬浮补偿式汽车的制动系统，驱动电机可用于再生制动、反接制动或能耗制动，可以使用盘式或筒式磁力缓速器用于辅助制动，也可以采用鼓式、钳式或盘式制动器等进行制动，最佳制动方案应根据疏气减阻气垫悬浮补偿式汽车的具体设计车速选择合适的复合制动方案，以确保安全性。

疏气减阻气垫悬浮补偿式汽车采用电机驱动车轮时，其驱动电机的电源在车体外部时，车体上须加装受电弓来连接外部输电线路，并沿运行路线建设输电线路，也可以采用蓄电池、电容或独立的发电机组作为车载电源。疏气减阻气垫悬浮补偿式汽车也可以采用内燃机来驱动车轮。疏气减阻气垫悬浮补偿式汽车的动力传动系统可根据车型具体设计，变速器、差速器和缓速器等传动部件均可根据需求使用。

疏气减阻气垫悬浮补偿式汽车也可以采用燃油、燃气等内燃机、燃气机作为动力驱动车轮，电动车是目前的发展趋势。

疏气减阻气垫悬浮补偿式汽车的车体可根据货运或客运的具体需求来设计，在静态时，其车体支承可以利用车轮进行支承，也可以利用流体压力密封型气垫悬浮支承直接支撑在路面上。当疏气减阻气垫悬浮补偿式汽车采用疏气减阻技术时，虽然可以采用透明材料制作疏气管，或者采用在疏气管之间设计观察窗，但不可避免地会对驾驶员的视野造成严重影响，此时，可利用摄像头、显示屏等作为必要补充，如能采用无人驾驶技术那是最好不过的，利用雷达、摄像、红外探测器等等设备来到达最佳的无人驾驶效果。

具体实施方式

疏气减阻气垫悬浮补偿式汽车所包含的各组成零部件，现代工业制造技术均可加工制造，相关标配组件可由专业厂家配套。

疏气减阻气垫悬浮补偿式汽车的高压空气生成系统、射流减阻系统和疏气减阻系统中的空气压缩机可以采用同一台设备，产生高压空气后储存在气罐中，然后通过气动控制回路来控制各个子系统的压缩空气供给，提供不同气压、气量。

疏气减阻气垫悬浮补偿式汽车作为车辆通用技术，其成品要想成功应用，必须具备以下条件：(1)实验测试标定——建立系统性的测试方案，以完成系列化产品的实际测试，确保安全可靠。(2)驾驶控制——培训合格的驾驶员，使其熟知疏气减阻气垫悬浮补偿式汽车的动力性能和操作控制方法。