液压动力驱动系统及汽车的制作方法

本发明涉及利用液压装置将液压能转换为机械能并驱动汽车车厢行驶的液压动力驱动系统及汽车。

背景技术：

传统汽车通过石化燃料的燃烧热能以发动机为载体转换为机械能驱动其车厢行驶。全球现有的汽车保有量庞大且每年还在大量增加，其行驶所消耗的石化燃料对地球环境造成了严重污染。目前，电能的百分之七十左右由消耗石化燃料获得，油电混合动力新能源汽车既消耗石化燃料又消耗电能，纯电动新能源汽车消耗电能，实际上这两种汽车也直接或间接消耗了石化燃料。

因此，希望有一种新的技术方案和装置来解决上述问题。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种液压动力驱动系统，通过将液压能转化为机械能的方式予以输出，并将部分机械能转化为电能用以驱动液压机构，从而实现能量内部循环，不消耗石化燃料减少能量输入，对环境无污染，降低成本。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明技术方案如下：

一种液压动力驱动系统，包括启动电机、发电机，还包括第一液压缸、执行机构、第二液压缸、公共储油箱、放油阀凸轮轴、曲轴和驱动电机，

所述启动电机与执行机构连接并为执行机构提供初始动力；

所述执行机构驱动第一液压缸的活塞往复运动将公共储油箱的液压油输入第二液压缸；

所述第二液压缸的活塞通过连杆与曲轴连杆颈连接，第二液压缸通过进油管路与第一液压缸连接，第二液压缸的放油管路上设置有放油阀及放油阀开关；

所述曲轴的输出轴通过传动机构分别与放油阀凸轮轴、发电机、负载连接，所述曲轴动力输出分别用于驱动负载、带动放油阀凸轮轴和发电机发电；

所述放油阀凸轮轴作用于放油阀开关上，控制放油阀的打开和关闭；

所述发电机与曲轴连接进行发电，并将电能提供给驱动电机，驱动电机与执行机构连接，驱动其工作。

本系统在外接电源或蓄电池作为启动电源的情况下，通过启动电机带动执行机构运动，执行机构带动第一液压缸的活塞往复运动从而不断地从公共储油箱中吸入液压油，并输入到第二液压缸中，其中第一液压缸的活塞与其底部之间设置有弹簧用于活塞压下后的复位。第二液压缸的活塞由其液压油的推动而从下止点向上止点运行，并通过连杆带动曲轴连杆颈由最低点向最高点运动；当第二液压缸的活塞达到上止点后，通过放油阀凸轮轴打开放油阀开关开始放油，放油完成后第二液压缸的活塞到达下止点，放油阀凸轮轴使放油阀关闭，再次进行输油。在第二液压缸活塞往复运动过程中通过曲轴连杆推动曲轴旋转，由曲轴带动经过变速的发电机开始发电，并通过ac/dc转换器转化为直流电后对驱动电机供电，曲轴的动能一部分还用于输出驱动负载。启动电机在启动时驱动执行机构，当驱动电机有足够动力带动执行机构时，启动电机停止工作，由驱动电机单独驱动执行机构。

进一步，所述放油阀凸轮轴通过同步带与曲轴连接，与曲轴同步转动；且第二液压缸的活塞顶出过程中所述放油阀凸轮轴使放油阀保持关闭，第二液压缸的活塞缩回过程中所述放油阀凸轮轴使放油阀保持打开。

进一步，所述放油阀开关为常开或常闭开关，并设置有弹性复位机构使其保持在常态，所述放油阀凸轮轴作用于该弹性复位机构，使放油阀打开或关闭。

进一步，所述放油阀凸轮轴的凸轮为半凸轮结构，其第一半周的直径大于第二半周直径。

进一步，所述放油阀开关通过弹簧保持在常开位置，所述半凸轮的大径段抵在放油阀开关上时使其关闭，且该过程中曲轴连杆颈由低止位转动至高止位；所述小径段抵在放油阀开关上时保持打开，且该过程中曲轴连杆颈由高止位转动至低止位。

进一步，所述曲轴的连杆颈为六个，六个连杆颈沿曲轴轴向排列，在曲轴周向间隔60°分布，所述放油阀凸轮轴的凸轮为六个，沿轴向排列，在凸轮轴周向间隔60°分布，并与六个连杆颈对应；所述第一液压缸和第二液压缸均为对应的六个，六个第二液压缸的活塞分别通过连杆与曲轴的六个连杆颈连接。

进一步，六个所述第一液压缸的活塞由同一执行机构驱动，所述执行机构作用于第一液压缸的活塞，该执行机构为驱动凸轮轴或曲柄滑块机构。

进一步，所述驱动凸轮轴具有对应于六个第一液压缸的六个凸轮位置，每个凸轮位置在一个圆周上至少分布两个凸轮，驱动凸轮轴旋转一周，其对应的第一液压缸的活塞至少往复运动两次。

进一步，六个所述曲轴连杆颈沿曲轴周向编号为“一至六”，按“一”和“六”、“二”和“三”、“五”和“四”两两一组共三组，每组两个连杆颈的横截面中心点与曲轴颈横截面中心点连线的夹角为180°。

进一步，六个第一液压缸呈“一”字排列并固定在机体底座上，公共储油箱和六个第二液压缸均安装在机体底座上，且六个第二液压缸呈“一”字排列在公共储油箱內，分别与公共储油箱和六个第一液压缸连通。

进一步，还包括蓄电池，所述蓄电池连接至启动电机和发电机。所述蓄电池为启动电机提供启动电源；同时，发电机也将电能提供给蓄电池，为其充电。

本发明还提供一种新能源汽车，采用上述的一种液压动力驱动系统进行驱动。

具体地，还包括增速机，所述增速机的动力输入端与曲轴的输出轴连接，所述增速机的动力输出端安装有离合器轮，该离合器轮连接至汽车离合器。

如上所述，本发明的有益效果是：

液压动力驱动系统不消耗石化燃料对环境无污染，使用成本低。采用成熟并简单的技术，使液压能向机械能转换，研发和生产成本低。采用液压能运转速度低，噪音低，更换机油的间隔时间长，维护费用低。

本系统采用从电能(蓄电池、发电机)到机械能(执行机构)—机械能到液压能—液压能到机械能(驱动汽车行驶)再到电能(发电机、蓄电池)的内部循环交替转换模式，利用液压能以小功率的消耗，输出大机械能的特性，结合稀土永磁交流发电机的高效发电能力，让在本系统中的蓄电池启动后，通过自行发电运转并驱动汽车行驶。

附图说明

图1为本发明液压动力驱动系统的布置示意图；

图2为本发明动力转换部分的示意图；

图3为本发明驱动凸轮轴的周向示意图；

图4为本发明放油阀凸轮轴的周向示意图；

图5和图6为本发明增速机传动示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

实施例

如图1和图2所示，一种液压动力驱动系统，包括蓄电池、启动电机、发电机、第一液压缸2、执行机构、第二液压缸3、公共储油箱5、放油阀凸轮轴4、曲轴和驱动电机；启动电机和驱动电机分别与执行机构连接，均可驱动执行机构动作；第一液压缸2通过进油管路202连接至公共储油箱5，并通过输油管路203连接至第二液压缸3，第二液压缸3的活塞301通过连杆7与曲轴连杆颈601连接，第二液压缸3通过进油管路203与第一液压缸2连接，第二液压缸3的放油管路302与公共储油箱5连接并设置有放油阀及放油阀开关303；

曲轴的输出轴通过传动机构分别与放油阀凸轮轴4、发电机、负载连接，曲轴动力输出分别用于驱动负载、带动放油阀凸轮轴4和发电机发电；

其中，放油阀凸轮轴4作用于放油阀开关303上，控制放油阀的打开和关闭；发电机与曲轴连接进行发电，并将电能转化为直流电后提供给驱动电机，驱动电机与执行机构连接，驱动其工作，同时，发电机也电能提供给蓄电池，为其充电。

其中，启动电机为执行机构提供初始动力，启动电机带动执行机构驱动第一液压缸2的活塞往复运动将公共储油箱5的液压油输入第二液压缸3；启动电机由外接电源启动或者设置蓄电池启动；第一液压缸2具有单向进油管路202和单向输油管路203，具体为在管路上设置单向阀，活塞201伸出时，输油管路202上的单向阀关闭，进油管路203上的单向阀开启，通过进油管路202将公共储油箱5中的液压油吸入第一液压缸2，活塞201压下时，进油管路202上的单向阀关闭，输油管路203上的单向阀开启，通过输油管路203向第二液压缸3输入液压油，从而使第二液压缸3的活塞动作。第一液压缸2和执行机构也可以由液压泵替换，其工作原理与液压泵相似。

该系统的工作原理如下：

初始时，在外接电源或蓄电池作为启动电源的情况下，通过启动电机带动执行机构运动，执行机构带动第一液压缸2的活塞往复运动从而不断地从公共储油箱5中吸入液压油，并输入到第二液压缸3中，其中第一液压缸2的活塞201与其底部之间设置有弹簧用于活塞201压下后的复位。第二液压缸3的活塞301由其液压油的推动从下止点向上止点运行，并通过连杆带动曲轴连杆颈601由最低点向最高点运动；当第二液压缸3的活塞301达到上止点后，通过放油阀凸轮轴4打开放油阀开关303开始放油，放油完成后第二液压缸3的活塞到达下止点，放油阀凸轮轴4使放油阀关闭，再次进行输油。在第二液压缸3活塞往复运动过程中通过曲轴连杆颈601推动曲轴旋转，由曲轴带动经过变速的发电机开始发电并对驱动电机供电，曲轴的动能一部分还用于输出驱动负载。启动电机在启动时驱动执行机构，当驱动电机有足够动力带动执行机构时，启动电机停止工作，由驱动电机单独驱动执行机构。

进一步地，本发明中为了提高曲轴的负载能力，曲轴设计有六个连杆颈601，六个连杆颈601由曲轴一端至另一端按“一”到“六”的顺序排列，并且在曲轴圆周方向上间隔60°布置，即六个曲轴连杆颈601横截面中心与曲轴颈6横截面中心连线的夹角相差60°。每一个连杆颈601对应一个连杆、一个第二液压缸3和一个第一液压缸2，六个第一液压缸2的活塞由同一执行机构驱动，六个第二液压缸3的放油阀开关303由放油阀凸轮轴4驱动，该放油阀凸轮轴4具有对应于六个第二液压缸3的六个凸轮。相对应地，放油阀凸轮轴4的凸轮为六个，在放油阀凸轮轴4周向间隔60°分布，即放油阀凸轮轴4的凸轮中心线依次间隔60°，六个凸轮与六个连杆颈601对应。

其中，放油阀凸轮轴4通过同步带401与曲轴连接，并与曲轴同步转动；其同步状态配置为：当第二液压缸3的活塞顶出过程中所述放油阀凸轮轴4使放油阀保持关闭，第二液压缸3的活塞缩回过程中所述放油阀凸轮轴4使放油阀保持打开。

放油阀开关303为常开或常闭开关，并设置有弹性复位机构304使其保持在常态，所述放油阀凸轮轴4作用于该弹性复位机构304，使放油阀打开或关闭。本例中优选常态为常开，即常态时在弹簧作用下将放油阀开关303顶至打开状态，当放油阀凸轮轴4的凸轮部分转动至放油阀开关303位置时，顶在放油阀开关303上使其保持关闭，直至第二液压缸3的活塞运动至上止点后，放油阀凸轮轴4的凸轮部分离开放油阀开关303，放油阀开关303又保持打开，从而放油，放油过程中第二液压缸3的活塞由上止点运动至下止点。

如图4所示，所述放油阀凸轮轴4的六个凸轮均为半凸轮结构，其第一半周的直径大于第二半周直径。放油阀开关303通过弹簧保持在常开位置，所述半凸轮的大径段抵在放油阀开关303上时使其关闭，且该过程中曲轴连杆颈601由低止位转动至高止位；小径段抵在放油阀开关303上时保持打开，且该过程中曲轴连杆颈601由高止位转动至低止位。

进一步地，执行机构作用于第一液压缸2的活塞201，该执行机构为驱动凸轮轴或曲柄滑块机构。

本例中优选为驱动凸轮轴，其具有对应于六个第一液压缸2的六个凸轮位置，如图3所示，每个凸轮位置在一个圆周上至少分布两个凸轮，驱动凸轮轴旋转一周，其对应的第一液压缸2的活塞至少往复运动两次。其他实施方式中也可以通过曲柄滑块机构连接于第一液压缸2的活塞，将圆周运动转化为第一液压缸2活塞的直线往复运动。

下面结合附图2对本发明的工作过程进行说明：

六个所述曲轴连杆颈601沿曲轴颈6周向编号为“一、二、三、四、五、六”，按“一”和“六”、“二”和“三”、“五”和“四”两两一组共三组，每组两个连杆颈601的横截面中心点与曲轴颈6横截面中心点连线的夹角为180°。即“二”和“三”的中心与曲轴颈6的中心在同一直线上。

为了便于描述第二液压缸3的活塞简称“大活塞”，第一液压缸2的活塞简称“小活塞”。六个第一液压缸2均固定在机体底座上并呈“一”字排列，公共储油箱5和六个第二液压缸3也固定在机体底座上，其中六个第二液压缸3呈“一”字排列在公共储油箱5内，分别对应六个第一液压缸2，六个第二液压缸3分别与公共储油箱5和六个第一液压缸2连通。六个大活塞顶部设置曲轴连杆连接销，用于安装曲轴连杆。

六个第一液压缸2的小活塞在驱动凸轮轴的驱动下，将公共储油箱5中的液压油分别输入对应的六个第二液压缸3，交替推动第二液压缸3中的大活塞从下止点向上止点运行，从而通过曲轴连杆7推动曲轴连杆颈601由最低点向最高点运行。

当曲轴连杆颈601“一”旋转至最低点时，曲轴连杆颈601“六”旋转至最高点；当曲轴连杆颈601“二”旋转至最低点时，曲轴连杆颈601“三”旋转至最高点；当曲轴连杆颈601“五”旋转至最低点时，曲轴轴连杆颈601“四”旋转至最高点；反之，当曲轴连杆颈601“六”、“三”、“四”分别旋转至最低点时，“一”“二”、“五”分别旋转至最高点。

当曲轴连杆颈601“一”旋转至最低点时，由曲轴次输出轴端上的同步皮带轮带动放油阀凸轮轴4上的同步皮带轮，进而带动放油阀凸轮轴4上的凸起部分同步到达放油阀开关303位置并将放油阀开关303顶进放油阀，关闭放油阀，与曲轴连杆颈601“一”对应的第一液压缸2的小活塞将公共储油箱5中的液压油输入与“一”对应的第二液压缸3，第二液压缸3中的大活塞及曲轴连杆7推动曲轴连杆颈601“一”从最低点向最高点旋转；与此同时，处于最高点位置的曲轴连杆颈601“六”对应的放油阀凸轮轴4上的凹进部分同步到达放油阀开关303位置，放油阀开关上的弹簧将开关从放油阀门中弹出，放油阀开启，第二液压缸3中的液压油在“一”往上推进的作用下回流到公共储油箱5，曲轴连杆颈601“六”从最高点往最低点回转。

曲轴连杆颈601“二”和“三”、“五”和“四”分别按前述“一”和“六”的方式，循环交替推动曲轴连杆颈601旋转，并通过曲轴对外输出机械能。

本例中由还配备有蓄电池，蓄电池连接至启动电机和发电机，蓄电池将发电机的电能储存，并为启动电机提供电源。

本发明还提供一种新能源汽车，采用上述的一种液压动力驱动系统进行驱动，还包括与所述曲轴连接的增速机，曲轴的动力经增速机增速后输出。具体地参见图5和图6所示，增速机采用四组4:1传动比的齿轮组进行增速，将曲轴输出的低转速提升至高转速，进而能够驱动汽车运行，具体地曲轴600的主输出端安装有驱动齿轮602，驱动齿轮602与增速机的动力输入齿轮801啮合传递动力，齿轮801和802安装在同一传动轴上同步转动形成一组增速齿轮组，同理地，齿轮803与齿轮804，齿轮805与齿轮806，齿轮807与离合器轮808分别构成一组增速齿轮组，齿轮802与啮合803，齿轮804与齿轮805啮合，齿轮807与齿轮806啮合，从齿轮801至离合器轮808依次传递动力。曲轴主输出轴端连接增速机，增速机输出轴上的离合器轮808(相当于飞轮)连接汽车离合器，曲轴次输出轴端上的皮带轮连接用于带动发电机的变速皮带轮，次输出轴端上的同步皮带轮连接放油阀凸轮轴4上的同步皮带轮，用于带动放油阀凸轮轴4运转。

进一步地，本液压动力驱动系统还设置有底座、曲轴箱、驱动凸轮轴箱、放油阀凸轮轴箱等，用于安装第一液压缸2、第二液压缸3、曲轴、驱动凸轮轴和放油阀凸轮轴4等，制成一种液压动力驱动装置。

液压动力驱动装置系统为低转速、大扭矩且匀速运转，通过增速机增大转速，在驱动汽车行驶中，离合器轮经离合器连接至变速箱，通过变速箱降低或提升行驶速度。

当应用于汽车上时，蓄电池可以为汽车的其他电子元件供电。

应用于汽车上还设置有，启动旋纽(或车钥匙)指针分“左”、“中”、“右”指向。启动旋纽向“左”转动，阻断发电机对驱动电机的供电，停止运行中的汽车液压动力驱动装置系统。汽车液压动力驱动装置系统启动时，启动旋纽由“左”到“中”再到“右”。到“中”时，连通发电机与驱动电机之间的电路；到“右”时，连通蓄电池对启动电机的供电，启动电机上的齿轮与驱动凸轮轴上的齿轮啮合，启动旋纽继续逐渐往右，启动并逐渐增大启动电机的转速，带动驱动凸轮轴的运转，进而带动第一液压缸2小活塞将公共储油箱5中的液压油输入第二液压缸3中，推动第二液压缸3缸中的大活塞向上运行，通过曲轴连杆推动曲轴旋转，由曲轴带动经过变速的发电机开始发电并对驱动电机供电。此时，启动电机和驱动电机共同推动驱动凸轮轴运转。当发电机仪表显示发电机达到额定输出功率、驱动电机仪表显示驱动电机达到额定转速、曲轴达到设计转速、增速机达到设计转速时，液压动力驱动装置系统进入正常工作状况。松开启动旋纽(或车钥匙)，启动旋纽指针自动回位到“中”的位置，同时蓄电池停止向启动电机供电，启动电机齿轮退出与驱动凸轮轴齿轮的啮合，启动电机停止运转，由发电机供电的驱动电机带动驱动凸轮轴持续运转。实现动力源的切换。

本系统采用“从电能(蓄电池、发电机)到机械能(执行机构)—机械能到液压能—液压能到机械能(驱动汽车行驶)再到电能(发电机、蓄电池)的内部循环交替转换模式”，利用液压能以小功率的消耗，输出大机械能的特性，结合稀土永磁发电机的高效发电能力，让在本系统装置中的蓄电池启动后，通过自行发电运转并驱动汽车行驶。

液压动力驱动系统不消耗石化燃料对环境无污染，使用成本低。采用成熟并简单的技术，使液压能向机械能转换，研发和生产成本低。采用液压能运转速度低，噪音低，更换机油的间隔时间长，维护费用低。

通过液压能提供低转速超大扭矩的机械能并采用六缸接力方式曲轴，从而输出足够的机械能，以保证驱动汽车的行驶。

本液压动力驱动装置系统采用六个大活塞，六个曲轴连杆颈601分别以60°角进行分布，循环交替推动曲轴旋转，即使有1至2个第二液压缸3出现故障，也不会出现卡顿和反转现象。本液压动力驱动装置系统设计了公共储油箱5其储油量较大能起到冷却降温作用。

本液压动力驱动装置系统曲轴箱、驱动凸轮轴轴箱、放油阀凸轮轴轴箱中均存有机油，对曲轴、驱动凸轮轴、放油阀凸轮轴4起降温和润滑作用。

本实施例设计选用蓄电池(锂电)，其技术参数为：额定电压36v(或48v)，容量22ah(或24ah)，发电机为1kw低速稀土永磁交流发电机，其技术参数为：输出功率1000w，输出电压220v，输出电流4-5a，输出频率50hz，转速330r/min.

启动电机为直流电动机，其技术参数为：额定输出功率≦240w，额定电压36v(或48v)，转速170--400r/min。驱动电机为直流电动机，其技术参数为：额定输出功率≦240w，额定电压36v(或48v)，转速170--400r/min。

如：第一液压缸2的小活塞直径为11.5mm，小活塞工作伸缩长度为20mm，第二液压油缸直径为25mm，大活塞工作伸缩长度67mm，每个大活塞对应工作力矩2t。

本实施例曲轴设计及扭距计算：

曲轴颈6横截面中心点到曲轴连杆颈601横截面中心点为33.5mm，周运转67。

采用六个曲轴连杆颈60°角分布循环交替推动，当曲轴连杆颈601“一”在最低点时，曲轴连杆颈601“六”在最高点，曲轴连杆颈601“四”处于往上推动方向，距离“一”的角度为60°，曲轴连杆颈601“三”也处于往上推动方向，离“一”的角度为120°，距离最高点“六”的角度为60°，这时，有曲轴连杆颈601“三”和“四”两个向上推力；当曲轴连杆颈601“一”向上推动转离最低点，未达到60°角，曲轴连杆颈601“三”还未到达最高点，此时，有“三”、“四”、“一”三个曲轴连杆颈601向上的推力；当曲轴连杆颈601“三”到达最高点时，曲轴连杆颈601“二”到达最低点，有曲轴连杆颈601“四”和“一”两个向上推力，这样循环交替。所以，曲轴连杆颈601的向上推力始终在两个和三个之间转换，对应工作力矩按两个推力计算为：2t*2＝4t。

2t*2*9.8＝39200n*m，曲轴转速按15r/min设计，输出扭矩39200n*m。将曲轴转速15r/min、扭矩39200n*m通过增速机增速后使离合器轮转速3800r/min、扭矩153n*m。

发电机通过变速皮带轮变速后，与稀土永磁交流发电机转速相匹配。本实施例液压动力驱动装置系统安装在传统汽车引擎位置，曲轴主输出轴端连接增速机，增速机输出轴上的离合器轮连接汽车离合器。本实施例启动旋纽(或车钥匙)设置在传统汽车方向盘右下方车钥匙孔处。仪表设置在传统汽车仪表板处，并根据液压动力驱动装置系统的需要设置相应的仪表。本实施例去掉传统汽车的油门踏板，设计使用离合器踏板和刹车踏板。本实施例设计有紧急断电刹车装置，紧急踩刹车踏板到底，将及时阻断发电机对驱动电机的供电，停止液压动力驱动装置系统的运行，同时，刹车片抱紧刹车盘，停止行驶中的汽车。并通过控制系统，控制发电机对蓄电池的充电和停充；对启动电机的启动、调速和停止进行控制；对驱动电机的电压、转速、运行和停止进行控制。本发明的液压动力驱动装置系统为低转速、大扭矩且匀速运转，用增速机增大转速，在驱动汽车行驶中，通过变速箱降低或提升行驶速度。

任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。