CN109649512A - 车载主动空气动力装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车安全行驶技术领域，公开了一种车载主动空气动力装置，包括螺旋桨、保护壳、驱动组件、第一旋转组件、第二旋转组件和底座；所述螺旋桨安装于保护壳中，所述第一旋转组件安装于第二旋转组件，所述第一旋转组件与保护壳连接，所述第二旋转组件与底座连接，所述驱动组件的输出端与螺旋桨连接，所述底座设置于汽车的车身，还包括升降组件，升降组件带动本装置相对于车身升降。本发明还提供了一种车载主动空气动力装置的使用方法，其有益效果在于：结构简单、成本低，通过在汽车前部和尾部加装本车载主动空气动力装置可辅助汽车转弯，提高汽车转弯行驶的操纵稳定性、在低附着条件下的操纵稳定性和路面颠簸时舒适性。

Description

车载主动空气动力装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及汽车安全行驶技术领域，具体涉及一种车载主动空气动力装置及其使用方法。

背景技术

随着汽车技术的不断进步，汽车的主动安全技术越来越为人们所注重。传统控制方法中对于汽车转弯或弯道工况侧向力的产生只通过转向系统或控制各轮驱动力的大小实现，在汽车与路面和空气接触的环境下，传统单纯通过汽车轮胎与路面产生的相互作用力的稳定性控制方法虽具有一定的效果，但是仍不能满足人们对汽车性能的充分挖掘。

现在对于汽车稳定性的控制方法的结构设计大多集中于被动控制阶段，并未能有效的利用汽车与空气间的相互力学关系。汽车与周围环境进行相互关系的介质除轮胎与地面的相互作用，还可以利用汽车在行驶中，在汽车加装某一装置实现对空气的主动控制，通过产生的附加力矩实现汽车在弯道或失稳状态下的行驶稳定性控制。

发明内容

本发明的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种结构简单、成本低，可提高车辆行驶稳定性的车载主动空气动力装置，本发明的另一目的在于提供了一种车载主动空气动力装置的工作方法。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种车载主动空气动力装置，包括螺旋桨、保护壳、驱动组件、第一旋转组件、第二旋转组件和底座；所述螺旋桨安装于保护壳中，所述第一旋转组件安装于第二旋转组件，所述第一旋转组件与保护壳连接，所述第二旋转组件与底座连接，所述驱动组件的输出端与螺旋桨连接，所述底座设置于汽车的车身。

进一步地，所述驱动组件包括驱动电机，所述驱动电机安装于第一旋转组件，此驱动电机的输出轴与螺旋桨连接。

进一步地，所述驱动组件包括驱动电机、支座、第一传动件、第二传动件和第三传动件；所述支座安装于保护壳，所述驱动电机安装于支座，所述驱动电机的输出轴与第一传动件连接，所述第一传动件通过第二传动件与第三传动件的一端连接，所述第三传动件的另一端与螺旋桨连接。

进一步地，所述第一旋转组件包括支撑横梁、第一旋转电机和轴承；所述第一旋转电机和轴承分别安装于第二旋转组件的两端，所述第一旋转电机的输出轴与支撑横梁的一端连接，所述支撑横梁的另一端与轴承连接，所述支撑横梁与保护壳固定连接。

进一步地，所述第二旋转组件包括旋转壳、第二旋转电机和连接件；所述连接件的一端与底座滑动连接，所述连接件的另一端与旋转壳连接，所述第二旋转电机安装于底座，所述第二旋转电机的输出端与旋转壳连接；所述第一旋转组件与旋转壳的两端连接。

进一步地，所述底座具有滑道，所述滑道的形状与旋转壳相匹配，所述连接件的一端与滑道滑动连接，所述连接件的另一端与旋转壳连接。

进一步地，还包括升降组件，所述升降组件包括升降电机和升降齿条；所述升降齿条安装于底座，所述升降电机安装于汽车的车身，所述升降电机的输出端与升降齿条连接。

进一步地，所述车身的前部和后部均开有容纳槽，所述底座设置于容纳槽中，所述升降电机安装于容纳槽的内壁。

一种车载主动空气动力装置的使用方法，包括如下步骤，

横摆力矩的产生：位于车身前部和后部的螺旋桨分别面向车身的两侧出风，车身前部的螺旋桨受到空气反作用力F1，车身后部的螺旋桨受到空气反作用力F2，F1与F2的方向相反，使车身产生绕其质心的横摆力矩T；

侧向力的产生：位于车身前部和后部的螺旋桨均面向车身的一侧出风，车身前部的螺旋桨受到空气反作用力F1，车身后部的螺旋桨受到空气反作用力F2，F1与F2的方向相同，使车身受到与F1和F2方向相同的侧向力；

行进推力的产生：位于车身前部和后部的螺旋桨均面向汽车行进的反方向出风，车身前部的螺旋桨和位于车身后部的螺旋桨均受到沿汽车行进方向的空气反作用力，使车身受到行进推力；

举升力的产生：位于车身前部和后部的螺旋桨均面向车身出风，车身前部的螺旋桨受到沿车身垂直向上的空气反作用力F1，车身后部的螺旋桨受到沿车身垂直向上的空气反作用力F2，使车身受到举升力；

下压力的产生：位于车身前部和后部的螺旋桨均背向车身出风，车身前部的螺旋桨受到沿车身垂直向下的空气反作用力F1，车身后部的螺旋桨受到沿车身垂直向下的空气反作用力F2，使车身受到下压力；

俯仰力的产生：位于车身前部的螺旋桨和后部的螺旋桨，其中一个面向车身出风，另外一个背向车身出风，面向车身出风的螺旋桨受到沿车身垂直向上的空气反作用力F1，背向车身出风的螺旋桨，受到沿车身垂直向下的空气反作用力F2，使车身受到俯仰力。

本发明相对于现有技术具有如下的优点：

1、本发明结构简单、设计合理、成本低，驱动组件带动螺旋桨转动，第一旋转组件通过保护壳改变螺旋桨出风面的方向，第二旋转组件使螺旋桨相对于底座转动，通过第一旋转组件和第二旋转组件可改变螺旋桨的角度，使其受到不同方向的力，作用于车身，提高车身的行驶稳定性。

2、本发明中第一旋转组件和第二旋转组件设计合理，传动性能好，第一旋转组件通过第一旋转电机和轴承带动支撑横梁转动，支撑横梁与保护壳固定，从而通过第一旋转电机改变螺旋桨的出风面，本发明中的第二旋转组件通过设置旋转壳、第二旋转电机和连接件，使得螺旋桨可以相对底座转动。

3、本发明中还设置有升降组件，可使本装置相对于车身升降。

4、通过在汽车前部和尾部加装车载主动空气动力装置，在汽车弯道行驶中，通过控制前后螺旋桨的转动速度和转动角度实现在汽车前后部产生横摆力矩或侧向力，辅助汽车产生转弯或变道所需的横摆力矩或侧向力从而可以减小转向操作的操作量或替代价格昂贵的电子稳定性控制系统；通过控制前后螺旋桨的转动速度和转动角度实还可以产生行进推力，提高汽车行进动力；通过控制所提装置的俯仰角度及螺旋桨旋转方向为车辆车身产生增大轮胎垂向载荷的下压力或小于车身自重的举升力，提高汽车在低附着条件下的操纵稳定性和颠簸路面的舒适性。

附图说明

图1是本发明的实施例1中车载主动空气动力装置的结构示意图；

图2是图1的侧视图；

图3是本发明实施例1的一种状态下的整车布置图；

图4是图3的俯视图；

图5是本发明实施例1的另一种状态下的整车布置的俯视图；

图6是本发明实施例1中产生横摆力矩的示意图；

图7是本发明实施例1中产生侧向力的示意图；

图8是本发明实施例1中产生行进推力的示意图；

图9是本发明实施例1中分别产生举升力、下压力和俯仰力的示意图；

图10是将本发明实施例2中车载主动空气动力装置的结构示意图；

图11是图10的侧视图；

图中，1为车身；2为车载主动空气动力装置；3为螺旋桨；4为保护壳；5为底座；6为驱动电机；7为支座；8为第一传动件；9为第二传动件；10为第三传动件；11为支撑横梁；12为第一旋转电机；13为轴承；14为旋转壳；15为第二旋转电机；16为连接件；17为滑道；18为升降电机；19为升降齿条；20为质心。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

如图-图5所示，一种车载主动空气动力装置，包括螺旋桨3、保护壳4、驱动组件、第一旋转组件、第二旋转组件和底座5；所述螺旋桨3安装于保护壳4中，所述第一旋转组件安装于第二旋转组件，所述第一旋转组件与保护壳4连接，所述第二旋转组件与底座5连接，所述驱动组件的输出端与螺旋桨3连接，所述底座5设置于汽车的车身1。通过在车身1设置车载主动空气动力装置2，可为车辆提供摆力矩、侧向力、下压力及举升力，从而提高车辆在行驶过程中的安全性。其中，汽车可以为传统或新能源乘用车。

还包括升降组件，所述升降组件包括升降电机18和升降齿条19；所述升降齿条19安装于底座5，所述升降电机18安装于汽车的车身1，所述升降电机18的输出端与升降齿条19连接。所述车身1的前部和后部均开有容纳槽，所述底座5设置于容纳槽中，所述升降电机18安装于容纳槽的内壁。将车载主动空气动力装置2设置于车身1前后的容纳槽中，将升降电机18固定于容纳槽的内壁，通过升降电机18的输出齿轮与升降齿条19连接，实现传动，从而带动整个车载主动空气动力装置2的升降，需要本装置工作时，则通过升降电机18将其升起，不需要工作时，则通过升降电机18将其降落至容纳槽中。为保持平衡和稳定，车身1前后的容纳槽对称设置，如图4所示，车身1前后各开有一个容纳槽，各容纳槽中均装有一台车载主动空气动力装置2；如图5所示，车身1前后各开有两个容纳槽，容纳槽中均安装车载主动空气动力装置2，增设两台车载主动空气动力装置2，可加快其反应速度，进一步保证了车辆行驶的稳定性。

所述第一旋转组件包括支撑横梁11、第一旋转电机12和轴承13；所述第一旋转电机12和轴承13分别安装于第二旋转组件的两端，所述第一旋转电机12的输出轴与支撑横梁11的一端连接，所述支撑横梁11的另一端与轴承13连接，所述支撑横梁11与保护壳4固定连接。支撑横梁11安装在保护壳4的横向中心轴上，第一旋转电机12带动支撑横梁11转动，从而使保护壳4转动，以改变螺旋桨3的出风面的方向，使螺旋桨3以支撑横梁11为中心轴转动，其转动角度≥90°

所述驱动组件包括驱动电机6，所述驱动电机6安装于支撑横梁11，此驱动电机6的输出轴与螺旋桨3连接。驱动电机6用于驱动螺旋桨3转动，其安装于支撑横梁11，当支撑横梁11转动时，驱动电机6与支撑横梁11连为一体，跟随支撑横梁11、保护壳4和螺旋桨3同步转动。

所述第二旋转组件包括旋转壳14、第二旋转电机15和连接件16；所述连接件16的一端与底座5滑动连接，所述连接件16的另一端与旋转壳14连接，所述第二旋转电机15安装于底座5，所述第二旋转电机15的输出端与旋转壳14连接；所述第一旋转电机12和轴承13分别与旋转壳14的两端连接。所述底座5具有滑道17，所述滑道17的形状与旋转壳14相匹配，所述连接件16的一端与滑道17滑动连接，所述连接件16的另一端与旋转壳14连接。滑道17和旋转壳14均为半圆弧形，旋转壳14具有旋转齿条，旋转齿条与第二旋转电机15的输出齿轮连接，连接件16的一端与底座5滑动连接，第二旋转电机15带动旋转壳14沿底座5的滑道17滑动，使安装在旋转壳14两端的第一旋转电机12和轴承13跟随旋转壳14运动，从而使支撑横梁11带动保护壳4和螺旋桨3相对于底座5转动。其中，连接件16可以为滚轮或滑轨。

通过在汽车前部和尾部加装车载主动空气动力装置2，在汽车弯道行驶中，通过控制前后螺旋桨3的转动速度和转动角度实现在汽车前后部产生横摆力矩，辅助汽车产生转弯或变道所需的横摆力矩或侧向力从而可以减小转向操作的操作量或替代价格昂贵的电子稳定性控制系统；通过控制螺旋桨3的俯仰角度和旋转方向为车辆车身产生增大轮胎垂向载荷的下压力或小于车身自重的举升力，提高汽车在低附着条件下的操纵稳定性和路面条件不好时的通过性。

一种车载主动空气动力装置的使用方法，包括如下步骤，

如图6所示，一种横摆力矩的产生：位于车身1前部和后部的螺旋桨3均垂直于车身1所在平面，且前后两个螺旋桨3分别面向车身的两侧出风，车身1前部的螺旋桨3受到空气反作用力F1，车身1后部的螺旋桨3受到空气反作用力F2，F1与F2的方向相反，F1和F2通过螺旋桨3传递至车身1，使车身1产生绕其质心20的横摆力矩T，从而辅助汽车产生转弯或变道所需的横摆力矩，可以减小转向操作的操作量或替代价格昂贵的电子稳定性控制系统；

如图7所示，一种侧向力的产生：位于车身1前部和后部的螺旋桨3均垂直于车身1所在平面，且前后两个螺旋桨3均面向车身的同一侧出风，车身1前部的螺旋桨3受到空气反作用力F1，车身1后部的螺旋桨3受到空气反作用力F2，F1与F2的方向相同，F1和F2通过螺旋桨3传递至车身1，使车身1受到与F1和F2方向相同的侧向力F(F为F1和F2的合力)，从而辅助汽车产生转弯或变道所需的侧向力，从而提高车辆弯道行驶的操纵稳定性；

如图8所示，一种行进推力的产生：位于车身1前部和后部的螺旋桨3均垂直于车身1所在平面，且面向汽车行进方向的反方向出风，车身1前部的螺旋桨3和位于车身1后部的螺旋桨3均受到沿汽车行进方向的空气反作用力，使车身1受到行进推力，从而提升汽车的行进动力；

如图9所示，一种举升力的产生：位于车身1前部和后部的螺旋桨3的出风面均面向车身1，车身1前部的螺旋桨3受到沿车身垂直向上的空气反作用力F1，车身1后部的螺旋桨3受到沿车身1垂直向上的空气反作用力F2，使车身1受到举升力，减轻车身1对地面的压力，从而减小道路对车身的滚动阻力；

如图9所示，一种下压力的产生：位于车身1前部和后部的螺旋桨3的出风面均背向车身1，车身1前部的螺旋桨3受到沿车身1垂直向下的空气反作用力F1，车身1后部的螺旋桨3受到沿车身1垂直向下的空气反作用力F2，使车身受到下压力，从而提高汽车在低附着情况下的操作稳定性；

如图9所示，一种俯仰力的产生：位于车身前部的螺旋桨3面向车身1出风，受到沿车身1垂直向上的空气反作用力F1，位于车身后部的螺旋桨3背向车身1出风，受到沿车身1垂直向下的空气反作用力F2，使车身1受到俯仰力，从而提高汽车通过颠簸路面的舒适性。

实施例2

本实施例除以下技术特征外同实施例1：

如图10-图11所示，所述驱动组件包括驱动电机6、支座7、第一传动件8、第二传动件9和第三传动件10；所述支座7安装于保护壳4，所述驱动电机6安装于支座7，所述驱动电机6的输出轴与第一传动件8连接，所述第一传动件8通过第二传动件9与第三传动件10的一端连接，所述第三传动件10的另一端与螺旋桨3连接。支座7与安装于保护壳4，当保护壳4随支撑横梁11转动时，驱动组件也同步转动，从而为螺旋桨3旋转提供稳定的动力。其中第一传动件8为传动轮，第二传动件9为传送带，第三传动件10为传动轴，传动轮与驱动电机6的输出轴固定连接，传送带分别连接传动轮和传动轴的一端，传动轴的另一端与螺旋桨3固定连接，从而将驱动电机6的动力传送至螺旋桨3，带动螺旋桨3转动。

上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种车载主动空气动力装置，其特征在于：包括螺旋桨、保护壳、驱动组件、第一旋转组件、第二旋转组件和底座；所述螺旋桨安装于保护壳中，所述第一旋转组件安装于第二旋转组件，所述第一旋转组件与保护壳连接，所述第二旋转组件与底座连接，所述驱动组件的输出端与螺旋桨连接，所述底座设置于汽车的车身。

2.根据权利要求1所述的车载主动空气动力装置，其特征在于：所述驱动组件包括驱动电机，所述驱动电机安装于第一旋转组件，此驱动电机的输出轴与螺旋桨连接。

3.根据权利要求1所述的车载主动空气动力装置，其特征在于：所述驱动组件包括驱动电机、支座、第一传动件、第二传动件和第三传动件；所述支座安装于保护壳，所述驱动电机安装于支座，所述驱动电机的输出轴与第一传动件连接，所述第一传动件通过第二传动件与第三传动件的一端连接，所述第三传动件的另一端与螺旋桨连接。

4.根据权利要求1所述的车载主动空气动力装置，其特征在于：所述第一旋转组件包括支撑横梁、第一旋转电机和轴承；所述第一旋转电机和轴承分别安装于第二旋转组件的两端，所述第一旋转电机的输出轴与支撑横梁的一端连接，所述支撑横梁的另一端与轴承连接，所述支撑横梁与保护壳固定连接。

5.根据权利要求1所述的车载主动空气动力装置，其特征在于：所述第二旋转组件包括旋转壳、第二旋转电机和连接件；所述连接件的一端与底座滑动连接，所述连接件的另一端与旋转壳连接，所述第二旋转电机安装于底座，所述第二旋转电机的输出端与旋转壳连接；所述第一旋转组件与旋转壳的两端连接。

6.根据权利要求5所述的车载主动空气动力装置，其特征在于：所述底座具有滑道，所述滑道的形状与旋转壳相匹配，所述连接件的一端与滑道滑动连接，所述连接件的另一端与旋转壳连接。

7.根据权利要求1所述的车载主动空气动力装置，其特征在于：还包括升降组件，所述升降组件包括升降电机和升降齿条；所述升降齿条安装于底座，所述升降电机安装于汽车的车身，所述升降电机的输出端与升降齿条连接。

8.根据权利要求7所述的车载主动空气动力装置，其特征在于：所述车身的前部和后部均开有容纳槽，所述底座设置于容纳槽中，所述升降电机安装于容纳槽的内壁。

9.一种基于权利要求1-8中任一项所述的车载主动空气动力装置的使用方法，其特征在于：包括如下步骤，

横摆力矩的产生：位于车身前部和后部的螺旋桨分别面向车身的两侧出风，车身前部的螺旋桨受到空气反作用力F1，车身后部的螺旋桨受到空气反作用力F2，F1与F2的方向相反，使车身产生绕其质心的横摆力矩T；

侧向力的产生：位于车身前部和后部的螺旋桨均面向车身的一侧出风，车身前部的螺旋桨受到空气反作用力F1，车身后部的螺旋桨受到空气反作用力F2，F1与F2的方向相同，使车身受到与F1和F2方向相同的侧向力；

行进推力的产生：位于车身前部和后部的螺旋桨均面向汽车行进的反方向出风，车身前部的螺旋桨和位于车身后部的螺旋桨均受到沿汽车行进方向的空气反作用力，使车身受到行进推力；

举升力的产生：位于车身前部和后部的螺旋桨均面向车身出风，车身前部的螺旋桨受到沿车身垂直向上的空气反作用力F1，车身后部的螺旋桨受到沿车身垂直向上的空气反作用力F2，使车身受到举升力；

下压力的产生：位于车身前部和后部的螺旋桨均背向车身出风，车身前部的螺旋桨受到沿车身垂直向下的空气反作用力F1，车身后部的螺旋桨受到沿车身垂直向下的空气反作用力F2，使车身受到下压力；

俯仰力的产生：位于车身前部的螺旋桨和后部的螺旋桨，其中一个面向车身出风，另外一个背向车身出风，面向车身出风的螺旋桨受到沿车身垂直向上的空气反作用力F1，背向车身出风的螺旋桨，受到沿车身垂直向下的空气反作用力F2，使车身受到俯仰力。