CN109552436A - 一种电动赛车可调式尾翼 - Google Patents

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邓琳
王玖乐
陈光耀
俞凯南
侯亮
王�琦
胡钱坤
董瑜
徐天
徐天一
唐康人
龚佐民
姚铮杰
蔡姚杰
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Abstract

一种可调式电动赛车尾翼，包括主翼和主翼上方的襟翼，主翼两端连接的左端板和右端板，左端板和右端板的设置方向与赛车前进方向一致；襟翼为空心结构，具有内腔，内腔里设有一根旋转轴，旋转轴两端分别固定在左端板和右端板上，襟翼与旋转轴铰接，襟翼可绕着旋转轴旋转；舵机固定在左端板或右端板上，舵机通过连杆与襟翼连接，舵机的控制信后输入端连接由车手使用的控制系统的控制信号输出端。本发明还包括上述电动赛车可调尾翼的设计方法。本发明通过调整襟翼倾角，可在过弯时增加所受下压力，在直道时，减少所受下压力和空气阻力，使赛车获得更加优良的操控性能和速度。

Description

一种电动赛车可调式尾翼
技术领域
本发明涉及应用于电动方程式赛车上的尾翼。
技术背景
1968年，尾翼第一次出现在F1赛场上，就此，法拉利率领了这次空气动力学革命，但当时的大部分赛车并不清楚尾翼的作用。而如今，尾翼已经成为赛车上十分重要的一部分，其目的就是给赛车提供足够的下压力，当今F1赛车尾翼提供的下压力约占整车下压力的30％到35％。尾翼给赛车提供的下压力，用以增大与地面的摩擦，使赛车在高速行驶过程中能够拥有更加优良的性能。赛车在行驶途中，轮胎与地面之间需要良好的接触，避免打滑，使得动力能够充分地传导到轮胎上。在高速行驶中，赛车会产生较大的升力，导致轮胎与地面的附着力不足，易产生打滑等现象。下压力最主要的应用场合就是在过弯时减少赛车打滑、侧翻的现象发生，让赛车在弯道上有着更加良好的操控性能。但是在直道上，尾翼所带来的下压力，会增大赛车所受阻力，使赛车失速，在比赛中，赛车时速达到120km时，就会造成10％到20％的失速。而可调式尾翼可以有效地解决这个问题。在直道上，可以放平尾翼，减少所受下压力；在过弯时，增大尾翼倾角，产生足够的下压力。
发明内容
本发明要克服现有技术的上述缺点，提供一种电动赛车可调式尾翼。
本发明的目的是提供一种电动方程式赛车可调尾翼，在直道上，车手可通过方向盘上的按钮操控控制器将尾翼倾角减少，以减少赛车所受到的空气阻力；而在过弯或其他需要增加下压力的时候，车手通过控制器增大尾翼倾角，提供所需要的下压力。这样就可以在直道时减少了空气阻力，提升整车的空气动力学性能，在比赛中取得更好的成绩，弯道上又能提升赛车的操控性能。
本发明采用的技术方案是：
一种可调式电动赛车尾翼，其特征在于：包括主翼6和主翼6上方的襟翼5，主翼6两端连接的左端板1和右端板2，左端板1和右端板2的设置方向与赛车前进方向一致；襟翼5为空心结构，具有内腔，内腔里设有一根旋转轴7，旋转轴7两端分别固定在左端板1和右端板2上，襟翼5与旋转轴7铰接，襟翼5可绕着旋转轴7旋转；舵机4固定在左端板1或右端板2上，舵机4通过连杆3与襟翼5连接，舵机4的控制信后输入端连接由车手使用的控制系统的控制信号输出输出端。
进一步，舵机4的转动角度在0到50°左右，可带动襟翼5转动的有效角度在0到45°左右。
进一步，连杆3的一端与舵机4之间固接，不能发生相互转动，连杆3的另一端与安装在襟翼上的支架铰接，使得襟翼转动。
舵机4与连杆3固接，避免舵机4与连杆3发生转动，防止在调整襟翼5角度的过程中，出现无法调整到所需角度的情况或襟翼5失去控制，不随舵机4转动而转动的情况。
进一步，所述舵机4为数字比例舵机即标准舵机，PWM(脉冲宽度调制)信号由接受通道进入信号解调电路进行解调，获得一个直流偏置电压，这个电压再输出送入电机驱动电路，以驱动电机正反转动。
在赛车过弯时，车手通过方向盘上的控制按钮，给予舵机4一个电信号，解调后将获得的直流偏置电压输送给电机，使电机正向转动，进而带动襟翼5转动，以产生所需要的下压力。
出弯时，车手通过控制按钮，再给予舵机一个电信号，解调后将获得一个新的直流偏置电压输送给电机，使电机反向转动，带动襟翼5回到原来的位置，减少所受下压力以及空气阻力。
本发明所述的一种电动赛车可调尾翼的设计方法，包括以下步骤：
1.赛车翼型设计：根据赛车整体建模，对尾翼进行设计，并对其进行CFD二维分析，通过分析结果对比这一系列翼型的升阻系数比大小，从而设计出多种效果较好的翼型；确定翼型后，再通过控制变量法，设置一系列襟翼倾角，对其进行CFD二维分析，得到最适合的翼型及倾角组合。
2.舵机参数选择：通过CFD三维模拟分析得出赛车需承受的最大下压力大小，根据所需承载力矩的大小对舵机进行选型。
3.翼型分析：对其在转弯以及直线加速等工况以及在不同的速度下赛车的下压力和阻力进行模拟分析。
4.软件数据拟合：通过分析得到的下压力和阻力导入到MATLAB中进行数据拟合，得到赛车在不同工况下翼型组合角度的理论最优取值。
5.实车实验数据采集与分析：通过赛车在不同工况下大量实车实验，不断优化与修正，多次重复3、4步骤，分析对比各种翼型组合角度的赛车行驶速度，得到赛车各工况翼型最优组合。
本发明的有益效果是：通过调整襟翼倾角，可在过弯时增加所受下压力，在直道时，减少所受下压力和空气阻力，使赛车获得更加优良的操控性能和速度；同时采用手动控制，车手可根据具体驾驶情况来调整，能够灵活多变应对各种驾驶情况；结构简单，不易发生故障，能避免在驾驶过程中出现问题，导致操控性能受到影响的情况发生。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的尾翼的后视图。
图3是本发明的横截面剖视图。
图4是本发明的设计方法流程图。
附图标记说明：1-左端板；2-右端板；3-连杆；4-舵机；5-襟翼；6-主翼；7-旋转轴。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。
一种可调式电动赛车尾翼，其特征在于：包括主翼6和主翼6上方的襟翼5，主翼6两端连接的左端板1和右端板2，左端板1和右端板2的设置方向与赛车前进方向一致；襟翼5为空心结构，具有内腔，内腔里设有一根旋转轴7，旋转轴7两端分别固定在左端板1和右端板2上，襟翼5与旋转轴7铰接，襟翼5可绕着旋转轴7旋转；舵机4固定在左端板1或右端板2上，舵机4通过连杆3与襟翼5连接，舵机4的控制信后输入端连接由车手使用的控制系统的控制信号输出输出端。
襟翼5与舵机4之间用连杆3连接，并通过穿过襟翼5的旋转轴7固定位置，使得襟翼5在舵机的转动下而转动，舵机4的转动角度在0到50°左右，可带动襟翼5转动的有效角度在0到45°左右。
连杆3的一端与舵机4之间固接，不能发生相互转动，连杆3的另一端与安装在襟翼上的支架铰接，使得襟翼转动。
舵机4与连杆3固接，避免舵机4与连杆3发生转动，防止在调整襟翼5角度的过程中，出现无法调整到所需角度的情况或襟翼5失去控制，不随舵机4转动而转动的情况。
所述舵机4为数字比例舵机即标准舵机，PWM(脉冲宽度调制)信号由接受通道进入信号解调电路进行解调，获得一个直流偏置电压，这个电压再输出送入电机驱动电路，以驱动电机正反转动。
在赛车过弯时，车手通过方向盘上的控制按钮，给予舵机4一个电信号，解调后将获得的直流偏置电压输送给电机，使电机正向转动，进而带动襟翼5转动，以产生所需要的下压力。
出弯时，车手通过控制按钮，再给予舵机一个电信号，解调后将获得一个新的直流偏置电压输送给电机，使电机反向转动，带动襟翼5回到原来的位置，减少所受下压力以及空气阻力。
本发明所述的一种电动赛车可调尾翼的设计方法，包括以下步骤：
1.赛车翼型设计：根据赛车整体建模，对尾翼进行设计，并对其进行CFD二维分析，通过分析结果对比这一系列翼型的升阻系数比大小，从而设计出多种效果较好的翼型；确定翼型后，再通过控制变量法，设置一系列襟翼倾角，对其进行CFD二维分析，得到最适合的翼型及倾角组合。
2.舵机参数选择：通过CFD三维模拟分析得出赛车需承受的最大下压力大小，根据所需承载力矩的大小对舵机进行选型。
3.翼型分析：对其在转弯以及直线加速等工况以及在不同的速度下赛车的下压力和阻力进行模拟分析。
4.软件数据拟合：通过分析得到的下压力和阻力导入到MATLAB中进行数据拟合，得到赛车在不同工况下翼型组合角度的理论最优取值。
5.实车实验数据采集与分析：通过赛车在不同工况下大量实车实验，不断优化与修正，多次重复3、4步骤，分析对比各种翼型组合角度的赛车行驶速度，得到赛车各工况翼型最优组合。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (4)

1.一种可调式电动赛车尾翼，其特征在于：包括主翼(6)和主翼(6)上方的襟翼(5)，主翼(6)两端连接的左端板(1)和右端板(2)，左端板(1)和右端板(2)的设置方向与赛车前进方向一致；襟翼(5)为空心结构，具有内腔，内腔里设有一根旋转轴(7)，旋转轴(7)两端分别固定在左端板(1)和右端板(2)上，襟翼(5)与旋转轴(7)铰接，襟翼(5)可绕着旋转轴(7)旋转；舵机(4)固定在左端板(1)或右端板(2)上，舵机(4)通过连杆(3)与襟翼(5)连接，舵机(4)的控制信后输入端连接由车手使用的控制系统的控制信号输出端。
2.如权利要求1所述的可调式电动赛车尾翼，其特征在于：舵机(4)的转动角度在0到50°，襟翼(5)转动的有效角度在0到45°。
3.如权利要求1所述的可调式电动赛车尾翼，其特征在于：连杆(3)的一端与舵机(4)固接，连杆(3)的另一端与安装在襟翼(5)上的支架铰接，使得襟翼(5)转动。
4.如权利要求1所述的可调式电动赛车尾翼，其特征在于：所述舵机(4)为数字比例舵机即标准舵机，PWM信号由接受通道进入信号解调电路进行解调，获得一个直流偏置电压，这个电压再输出送入电机驱动电路，以驱动电机正反转动。
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