CN109664954B - 动力车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种动力车辆，其包括：车体，其包括车头部分、座舱部分以及车尾部分；前翼元件，其沿纵向设置在车头部分，所述前翼元件具有向上弯曲的上侧弧面以及向上弯曲的下侧弧面；以及空气动力装置，其沿纵向设置在车底底部，并被构造成使流经其中的空气膨胀并产生负压；其中，在所述动力车辆运动时，从所述前翼元件的下侧弧面经由所述空气动力装置流过车体底部的车底流体压力低于经由所述前翼元件的上侧弧面流过车体上部的车顶流体压力。根据本发明的动力车辆，通过前翼元件与空气动力装置的配合，使得车体底部产生负压，并且这些下压力的压力中心在一定纵倾角范围内都保持稳定的前后分布比例，从而对流空气可以将动力车辆推压至保持与地面接触，在很大的纵倾角范围内都有效避免了车头离地乃至后空翻的状况发生。

Description

动力车辆
技术领域
本发明涉及动力车辆，尤其涉及具有改善的空气动力学性能的的动力车辆。在一些更具体地情况下，本发明涉及具有改善的空气动力学性能的赛车。
背景技术
1999年期间，在世界各地的赛车赛事中，车身后空翻类型的事故十分频繁地发生。且近年以来，此类车身后空翻事故再次频繁发生。此类事故通常发生于具有高动量的赛车中，事故发生时，赛车由于道路上存在的不规则的极端条件及车辆自身的高惯性而发生车头上扬，随后被弹射至空中，进而后翻，这将导致非常严峻的安全隐患。
这些事故多由缺乏考虑某些极端驾驶环境所致。而车身的空气动力性能及车身重量分布相结合的策略设计理论上可解决车头上扬的问题，并进而使得赛车在极端环境下更为稳定。因此，如何能够提供具有改善的空气动力学性能的车辆，成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有改善的空气动力学性能的动力车辆，在具体的非限制性示例中，提供具有改善的空气动力学性能的赛车。
为实现本发明的目的，根据本发明的一个方面，提供一种动力车辆，其包括：车体，其包括车头部分、座舱部分以及车尾部分；前翼元件，其沿纵向设置在车头部分，所述前翼元件具有向上弯曲的上侧弧面以及向上弯曲的下侧弧面；以及空气动力装置，其沿纵向设置在车底底部，并被构造成使流经其中的空气膨胀并产生负压；其中，在所述动力车辆运动时，从所述前翼元件的下侧弧面经由所述空气动力装置流过车体底部的车底流体压力低于经由所述前翼元件的上侧弧面流过车体上部的车顶流体压力。根据本发明的动力车辆，通过前翼元件与空气动力装置的配合，使得车体底部产生负压，并且这些下压力的压力中心在一定纵倾角范围内都保持稳定的前后分布比例，从而对流空气可以将动力车辆推压至保持与地面接触，在很大的纵倾角范围内都有效避免了车头离地乃至后空翻的状况发生。
可选地，所述空气动力装置沿纵向延伸过一部分车头部分、全部座舱部分以及一部分车尾部分。在此提供了一种空气动力装置的具体实现形式，此种布置良好利用了车底部分的空间来安置空气动力装置，进而确保空气流经其中时实现膨胀降压的效果，并最终形成负压而产生下压力。
可选地，所述空气动力装置沿纵向延伸经过的车体底部在40% - 60% 的轮距范围内，且/或具有1° - 5°的几何梯度。在此提供了一种与空气动力装置相匹配的车体底部设置，此部分车体底部所形成的几何梯度及长度能够使空气流过此段时更好地实现膨胀降压的效果，并最终形成负压而产生下压力。
可选地，所述空气动力装置沿纵向延伸经过的车体底部在55% 的轮距范围内，且/或具有3.5°的几何梯度。此种布置在前述方案的基础上提出了进一步的优化，实验表面，具有此参数设计的车体底部更有助于负压的产生与下压力的效果。
可选地，所述空气动力装置从所述动力车辆的防火墙所对应的车体底部处开始向后延伸。在此提供了一种空气动力装置的具体实现形式，此种布置兼顾考虑到了动力车辆其他已有元件与空气动力装置设置之间的兼容性。
可选地，在攻角不超过6°时，所述动力车辆在运动状态下经受的车顶流体压力与车底流体压力合力为下压力。在此提供了一种具有本构想的前翼元件及空气动力装置的赛车所能抵抗的极端恶劣工况，也即在攻角达到6°，对流空气依然会对动力车辆前轴产生足够的下压力，从而避免其离开地面。
可选地，前翼元件包括紧密连接的前部区段以及后部区段，所述后部区段固定在所述车头部分上，且所述前部区段能够相对于所述后部区段调整倾斜角度。在此提供了前翼元件的具体实现形式，在此种布置下，前翼元件具有一定的调整空间，通过旋转前翼元件的前部区段，可以改变流经前翼元件上侧与下侧的空气流量，进而调整所能产生的下压力。
可选地，还包括：速敏悬架系统，所述速敏悬架系统基于动力车辆运动时的实时车轮速度来调整轮轴与车体之间的竖向高度，并改变车体底部与地面之间的竖向高度。在此提供了一种改善动力车辆离地现象的辅助改进，通过速敏悬架系统来调整车体底部与地面之间的竖向高度，使得动力车辆离地更低，也即调整了经由车体底部流经空气动力装置的空气流量，进而也会影响到所述产生的下压力。
可选地，所述速敏悬架系统包括依次连接的减震元件、阻尼元件、摇臂、推杆、轮轴以及车轮；还包括促动元件，其用于促动所述减震元件；以及轮速传感器，其用于感测实时车轮速度。在此提供了速敏悬架系统的具体实现形式，在此种布置下，可以根据车轮速度来有效调整车体底部与地面之间的竖向高度。
可选地，所述空气动力装置包括用于供空气从车底通过空气膨胀通道；所述空气膨胀通道包括：由车体底部限定的顶壁，以及由鳍状元件限定的侧壁；其中，所述鳍状元件设置在车体底部并向下延伸。在此还提供了一种空气动力装置的具体实现形式，在此种布置下，所述空气膨胀通道具有类似文丘里管形式的构造，有利于流经其中的气流膨胀减压，进而产生负压与下压力。
可选地，该动力车辆为速度能够达到预定速度的动力车辆。这是因为在速度越高时，动力车辆遇到恶劣状况而发生后空翻现象的可能性越大，事故危险性也越大。此时，通过前述布置产生的下压力将动力车辆所压紧在地面上所能带来的作用尤为突出。
可选地，该动力车辆为赛车。这是因为在速度越高时，动力车辆遇到恶劣状况而发生后空翻现象的可能性越大，事故危险性也越大。而赛车则是一类通常处于高速行驶状态下的车辆。此时，通过前述布置产生的下压力将动力车辆所压紧在地面上所能带来的作用尤为突出。
附图说明
图1是本发明的赛车的一个实施例的侧面示意图。
图2是图1中的赛车的实施例的部分侧面剖视图。
图3是图1中的赛车的实施例的正面示意图。
图4是本发明的赛车的速敏悬架系统的前悬架的一个实施例的示意图。
图5是本发明的赛车的速敏悬架系统的后悬架的一个实施例的示意图。
图6是本发明的赛车在攻角为3°时的运动状态示意图。
图7是本发明的赛车在攻角为6°时的运动状态示意图。
具体实施方式
根据本发明的构想，提供动力车辆。在如下结合附图给出的非限制性示例中，该动力车辆为赛车。但需要特别说明的是，尽管下文是以赛车为例进行说明，但是其它速度能够达到预定速度的车辆亦可采用在此公开的技术方案，预定速度在此例如可以是一般赛车的行驶速度，或比赛车的速度低但也能够通过本发明的技术方案来改善空气动力学相关性能。
在此结合附图提供一种赛车的实施例。参见图1至图3，其示出一种赛车的实施例。该赛车100包括车体110，车体110由车头部分111、座舱（cockpit）部分112以及车尾部分113组成。本构想中对车体110所提及的三段式描述主要通过驾驶员座舱部分112来予以划分。具体而言，自座舱部分112往前的赛车车体110被定义为车头部分111，而从座舱部分112往后的赛车车体110被定义为车尾部分113。
在此基础上，该赛车100还包括用于改善空气动力性能的前翼元件120以及空气动力装置130。其中，前翼元件120沿纵向设置在车头部分111，其具有类似于机翼的轮廓。具体而言，前翼元件120具有向上弯曲的上侧弧面120a以及向上弯曲的下侧弧面120b，此种构造在经由空气流过两面时将会出现上侧气压高于下侧气压的情形，从而能够产生下压力。而空气动力装置130则沿纵向设置在车体底部110b，并被构造成使流经其中的空气膨胀并产生负压。根据前述构造，在赛车100运动时，从前翼元件120的下侧弧面120b经由空气动力装置130流过车体底部110b的车底流体压力低于经由前翼元件120的上侧弧面120a流过车体上部110a的车顶流体压力。因此，通过前翼元件120与空气动力装置130的配合，使得车体底部110b产生负压，并且这些下压力的压力中心在一定纵倾角范围内都保持稳定的前后分布比例，从而对流空气可以将赛车100推压至保持与地面接触，在很大的纵倾角范围内都有效避免了车头离地乃至后空翻的状况发生。
前文提出的构想主要在于通过前翼元件120与空气动力装置130的结合使用来实现相应的技术效果。此外，为进一步优化本构想的赛车的空气动力性能，提高适于实用的下压力并避免赛车后空翻事故的发生。将在前述实施例的基础上对前翼元件及空气动力装置继续做出若干改进或细化，下文将逐一而述。
对于空气动力装置而言，参见图1至图3，可以将其设置成沿纵向延伸过一部分车头部分111、全部座舱部分112以及一部分车尾部分113。由此提供了一种空气动力装置130的具体实现形式，此种布置良好利用了车底部分的空间来安置空气动力装置130，进而确保空气流经其中时实现膨胀降压的效果，并最终形成负压而产生下压力。
更具体而言，可以使空气动力装置130沿纵向延伸经过的车体底部110b在40% -60% 的轮距范围内，且/或具有1° - 5°的几何梯度。其中，轮距是指前轮轴至后轮轴之间的距离，而几何梯度是指车体底部相对于车身纵向基准线之间的夹角。在此种布置下，在从车体前侧朝向后侧的视角上，空气动力装置与车体底部配合形成了一段车底通道，该部分通道的前侧具有车前轴前的最低点，并以逐渐变大的曲率朝向车体后侧延伸，在此延伸过程中，几何梯度在1° - 5°之间逐渐增大。此部分车体底部110b所形成的几何梯度及长度能够使空气流过此段时更好地实现膨胀降压的效果，并最终形成负压而产生下压力。
作为前述设计参数范围内的进一步优化，可以使空气动力装置130沿纵向延伸经过的车体底部110b在55% 的轮距范围内，且/或具有3.5°的几何梯度。此种布置在前述方案的基础上提出了进一步的优化，实验表面，具有此参数设计的车体底部110b更有助于负压的产生与下压力的效果。
再者，可以使空气动力装置130从赛车100的防火墙112a所对应的车体底部110b处开始向后延伸。在此提供了一种空气动力装置130的具体实现形式，此种布置兼顾考虑到了赛车100其他已有元件与空气动力装置130设置之间的兼容性。
应当知道的是，有多种空气动力装置形式可以应用于赛车底部来提供对气流的膨胀及减压作用。为便于描述，在此提出空气动力装置130的一种具体实现形式，空气动力装置130包括用于供空气从车底通过空气膨胀通道131；空气膨胀通道131包括：由车体底部110b限定的顶壁132，以及由鳍状元件限定的侧壁133；其中，鳍状元件设置在车体底部110b并向下延伸。在此种布置下，空气膨胀通道131具有类似文丘里管形式的构造，有利于流经其中的气流膨胀减压，进而产生负压与下压力。
另一方面，对于前翼元件而言，参见图1至图3，可以将其设置成可调整的结构形式。例如，该前翼元件120包括紧密连接的前部区段121以及后部区段122。其中，后部区段122固定在车头部分111上，且前部区段121能够相对于后部区段122发生旋转。在此种布置下，前翼元件120具有一定的调整空间，通过旋转前翼元件120的前部区段121，可以改变流经前翼元件120上侧与下侧的空气流量，进而调整所能产生的下压力。通过此种可调整设计，使得即便车头部分前端已经处于空中，赛车仍可通过其车体的空气动力设置而返回至稳定的抓地状态。
根据前述布置，在高攻角的情形下，赛车100在运动状态下经受的车顶流体压力与车底流体压力合力为下压力，也即车辆仍将产生来自空气动力的倾斜力矩，以向下推动车头，且在向前的方向上稳固车辆。具体将结合参见图6及图7来阐述。
在图6中，赛车100的车身纵向基准线a与上游气流方向c之间具有3°的攻角，且车身纵向基准线a与车轮接触点所限定的地平面之间具有3°的纵倾角。此时，车身上游气流会对赛车100产生足够的下压力，从而避免其离开地面。
在图7中，赛车100的车身纵向基准线a与上游气流方向c之间具有6°的攻角，且车身纵向基准线a与车轮接触点所限定的地平面之间具有3°的纵倾角。此时，车身上游气流依然会对赛车100产生足够的下压力，从而避免其离开地面。
此外，还可以从赛车的其他结构上做出若干辅助性改型，以便进一步改善赛车车底的负压情况及所经受的下压力效果，避免事故发生。如下将选择部分示例进行说明。
例如，本构想的赛车还可包括速敏悬架系统140。其中，该速敏悬架系统140基于赛车100运动时的实时车轮速度来调整轮轴145a、145b与车体之间的竖向高度，并改变车体底部110b与地面之间的竖向高度。而该轴高与速度之间的控制对应关系，可以通过查找相应的参数表来获取。在此种布置下，通过速敏悬架系统140来调整车体底部110b与地面之间的竖向高度，使得赛车100离地更低，也即调整了经由车体底部110b流经空气动力装置130的空气流量，进而也会影响到产生的下压力。
更具体而言，参见图4，速敏悬架系统140中的前悬架系统的一个实施例包括依次连接的减震元件141a、阻尼元件142a、摇臂143a、推杆144a、轮轴145a以及车轮；还包括用于促动减震元件141a的促动元件；以及用于感测实时车轮速度的轮速传感器。在此种布置下，可以根据车轮速度来有效调整车体底部前侧与地面之间的竖向高度。
继续参见图5，速敏悬架系统140中的后悬架系统的一个实施例包括依次连接的减震元件141b、阻尼元件142b、摇臂143b、推杆144b、轮轴145b以及车轮；还包括用于促动减震元件141b的促动元件；以及用于感测实时车轮速度的轮速传感器。在此种布置下，可以根据车轮速度来有效调整车体底部后侧与地面之间的竖向高度。
以上例子主要说明了赛车。尽管只对其中一些本发明的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。

Claims (11)

1.一种动力车辆，其特征在于，包括：
车体，其包括车头部分、座舱部分以及车尾部分；
前翼元件，其沿车体侧向设置在车头部分，所述前翼元件具有向上弯曲的上侧弧面以及向上弯曲的下侧弧面；以及
空气动力装置，其沿车体纵向设置在车底底部，并被构造成使流经其中的空气膨胀并产生负压；
其中，在所述动力车辆运动时，从所述前翼元件的下侧弧面经由所述空气动力装置流过车体底部的车底流体压力低于经由所述前翼元件的上侧弧面流过车体上部的车顶流体压力；
其中，前翼元件包括紧密连接的前部区段以及后部区段，所述后部区段固定在所述车头部分上，且所述前部区段能够相对于所述后部区段调整倾斜角度。
2.根据权利要求1所述的动力车辆，其特征在于，所述空气动力装置沿纵向延伸过一部分车头部分、全部座舱部分以及一部分车尾部分。
3.根据权利要求1所述的动力车辆，其特征在于，所述空气动力装置沿纵向延伸经过的车体底部在40%-60% 的轮距范围内，且/或具有1°-5°的几何梯度。
4.根据权利要求3所述的动力车辆，其特征在于，所述空气动力装置沿纵向延伸经过的车体底部在55% 的轮距范围内，且/或具有3.5°的几何梯度。
5.根据权利要求3所述的动力车辆，其特征在于，所述空气动力装置从所述动力车辆的防火墙所对应的车体底部处开始向后延伸。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的动力车辆，其特征在于：在攻角不超过6°时，所述动力车辆在运动状态下经受的车顶流体压力与车底流体压力合力在前轴处为下压力。
7.根据权利要求1至5任意一项所述的动力车辆，其特征在于，还包括：速敏悬架系统，所述速敏悬架系统基于动力车辆运动时的实时车轮速度来调整轮轴与车体之间的竖向高度，并改变车体底部与地面之间的竖向高度。
8.根据权利要求7所述的动力车辆，其特征在于，所述速敏悬架系统包括依次连接的减震元件、阻尼元件、摇臂、推杆、轮轴以及车轮；还包括促动元件，其用于促动所述减震元件；以及轮速传感器，其用于感测实时车轮速度。
9.根据权利要求1至5任意一项所述的动力车辆，其特征在于，所述空气动力装置包括用于供空气从车底通过的空气膨胀通道；所述空气膨胀通道包括：由车体底部限定的顶壁，以及由鳍状元件限定的侧壁；其中，所述鳍状元件设置在车体底部并向下延伸。
10.根据权利要求1至5任意一项所述的动力车辆，其特征在于，该动力车辆为速度能够达到预定速度的动力车辆。
11.根据权利要求1至5任意一项所述的动力车辆，其特征在于，该动力车辆为赛车。
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