CN113715922A - 一种汽车主动空气动力学装置 - Google Patents

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邓召文
易强
高伟
余伟
余思家
孔昕昕
石振
金家琛
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Abstract

本发明提出了一种汽车主动空气动力学装置，主要包括括前翼部件、尾翼部件、尾翼左右内部螺旋导流道设计、ECU控制器，前翼部件，尾翼部件分别安装在车身的车头、车尾，由电控单元ECU。基于汽车不同的行驶工况设计出了前翼可控进气系统和左右尾翼进气系统，由舵机分别驱动前翼运动以及左右两侧尾翼进气阀门的运动实现左、右尾翼进气阀门的开关，使汽车左右两侧尾翼在不同工况下形成不同的阻力以及下压力，从而使尾翼达到失速效果。本发明专利性能稳定，工作可靠，提高了汽车的空气动力学性能及高速过弯的操纵稳定性，减小了空气阻力，降低油耗，创新程度较高，具有较好的应用价值。

Description

一种汽车主动空气动力学装置
技术领域
本发明涉及空气动力学系统，具体为一种汽车主动空气动力学装置。
背景技术
随着保护环境的意识越来越强烈，减低汽车油耗大势所趋。因此采用合适的主动空气动力学套件是提升现代汽车包括汽车安全性和经济性的措施之一，汽车在高速行驶时主要阻力为空气阻力，汽车有一半左右的油耗是用来克服空气阻力，空气阻力对汽车的动力性和燃油经济性产生显著的影响。此外，汽车在路面上行驶时，一般有直线加速、制动和高速过弯三种基本工况，汽车直道加速行驶时，空气阻力对汽车加速性能和最高车速影响最大，减少空气阻力是提高加速性能和最高车速的有效措施。汽车在制动过程中，为了缩短制动时间，减小制动距离，需要为汽车提供额外的气动阻力，从而提升汽车的制动性能。特别在汽车高速过弯时，左右车轮受到的正压力不一致和离心力作用会发生侧倾，使汽车发生侧滑和跑偏等危险工况。
因此，在汽车上安装合理的空气动力学套件可以有效降低汽车高速行驶时遇到的气动阻力和气动升力，增大下压力，提升汽车的空气动力学性能和高速时的操纵稳定性以及燃油经济性。
发明内容
本发明的目的是针对上述汽车行驶过程中不同工况下遇到的问题而提出一种汽车主动空气动力学装置，可以分别对汽车尾部两侧下压力和空气阻力进行调节，并能提升汽车的空气动力学性能、附着性能以及高速过弯时操纵稳定性的空气动力学套件，对提高和改善赛车乃至普通汽车综合性能具有很好的使用价值。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种汽车主动空气动力学装置，包括前翼部件、尾翼部件，前翼部件，尾翼部件分别安装在车身的车头、车尾，其特征在于：
前翼部件的结构：前翼本体安装在汽车前保险杠上方，发动机进气格栅下方，前翼左、右进气道以及前翼左、右进气阀门安装在汽车左右前轮前方，前翼本体左侧通过前翼旋转轴与前翼舵机相连，由汽车ECU将传感器采集到的信号进行逻辑计算和判断，进而控制前翼舵机输出轴旋转，控制前翼左右进气阀门的开闭；
尾翼部件的结构：尾翼本体是通过左支架进气板、右支架进气板支撑在汽车的尾部，左、右支架进气板与车身尾部固定为一体，尾翼左、右进气道分别固定在左、右支架进气板的前下方，左、右尾翼进气道进气阀门分别安装在各进气道内，进气阀门旋转轴与舵机输出轴相连接，
尾翼左、右进气道与前翼左、右进气道连接，由汽车ECU将传感器采集的信号进行逻辑计算和判断，根据汽车当前的行驶工况，驱动舵机输出轴的旋转，从而带动尾翼进气道进气阀门的开闭。
进一步地，其中前翼以及尾翼进气阀门旋转轴分别处在各自的中心位置，且尾翼左右进气道内部光滑，采用对称布置，可以使得汽车在各种工况下气流能迅速流经尾翼主进气道再经过支架进气板到达尾翼左右导流腔中，进入进气道的大部分气流流入左右螺旋气道内，通过螺旋气道的导流作用，螺旋气道出口上切面与尾翼下表面为同一表面，大部分气流沿着螺旋气道出口的切线流出，此时出口处气流压力和流量大幅增加，流出的气流经过出口后破坏了尾翼下方气流原本的轨迹，形成涡流，使得尾翼失速；此时，气流流经螺旋气道左右尾翼后下压力生成量骤减，行驶阻力随之下降，提高汽车直线行驶时的速度和弯道行驶时的操纵稳定性。
本发明的有益效果是：本发明对前翼以及前翼进气阀门和左右尾翼进气阀门的开闭控制，实现了根据汽车行驶工况对空气阻力和下压力等空气动力学参数的改变，有效地提高了汽车的空气动力学性能，对汽车的操纵稳定性、动力性、燃油经济性起到了重要作用。同时，该控制系统工作可靠、控制精度搞、系统响应速度快，对汽车改善空气动力学性能具有较高的使用价值。
附图说明
图1 尾翼部件的主视图。
图2 尾翼部件的俯视图。
图3 尾翼部件安装在车尾时的侧视图。
图4 尾翼进气道进气阀门主视图。
图5 前翼模型主视图。
图6前翼进气道进气阀门主视图。
图7 进气系统示意图。
图8 本发明的侧视图。
图中所示，1.左端尾翼，2.左端尾翼导流腔，3.左支架进气板，4.左进气道，5.尾翼本体连接体，6.右进气道，7.右支架进气板，8.右端尾翼导流腔，9.右端尾翼，10.尾翼左进气道进气阀门，11.尾翼右进气道进气阀门，12.前轮，13.后轮，14.尾翼螺旋气道，15.尾翼进气阀门上门，16.尾翼进气阀门本体，17.尾翼进气阀门旋转轴，18.尾翼进气阀门下门，19.前翼舵机 ，20.前翼旋转轴 ，21.前翼本体2，2.前翼进气阀门旋转轴，23.前翼进气阀门本体，24.前进风隔板，25.前翼右进气道，26.尾翼右进气道，27.后进风隔板，28.汽车底部气流流动方向，29.尾翼右舵机输出轴，30.汽车前保险杠，31.发动机进气格栅。
具体实施方式
根据图1-图8,对本发明专利的具体实施方式进行完整的描述，如图1—8所示，一种汽车主动空气动力学装置，包括前翼部件、尾翼部件，前翼部件，尾翼部件分别安装在车身的车头、车尾，（前翼部件和尾翼部件均与汽车中轴线垂直且左右尾翼呈对称布置），前翼部件的结构：前翼本体21安装在汽车前保险杠上方，发动机进气格栅下方，且前翼进风系统与发动机进气格栅工作互不影响；前翼左、右进气道25以及前翼左、右进气阀门23安装在汽车左右前轮前方，前翼本体21左侧通过前翼旋转轴20与前翼舵机19相连，由汽车ECU将传感器采集到的信号进行逻辑计算和判断，进而控制前翼舵机19输出轴旋转，控制前翼左、右23进气阀门的开闭；
尾翼部件的结构：尾翼是通过左支架进气板和右支架进气板支撑在汽车的尾部，左、右支架进气板3、7与车身尾部固定为一体，尾翼左、右进气道26与前翼左、右进气道25连接分别固定在左右支架进气板的前下方，左右尾翼进气道进气阀门分别安装在各进气道内，进气阀门旋转轴与舵机输出轴相连接，由汽车ECU将传感器采集的信号进行逻辑计算和判断，根据汽车当前的行驶工况，驱动舵机输出轴的旋转，从而带动尾翼进气道进气阀门的开闭，使汽车的空气动力学性能达到最佳；
尾翼左、右进气道与前翼左、右进气道连接，由汽车ECU将传感器采集的信号进行逻辑计算和判断，根据汽车当前的行驶工况，驱动舵机输出轴的旋转，从而带动尾翼进气道进气阀门的开闭。
直线加速工况：
当汽车处于直线加速工况时，传感器将采集到的车速信号、加速踏板开度信号、挡位信号、制动踏板信号、方向盘转角信号及侧倾角等信号传递给汽车ECU进行逻辑计算和判断，进而控制前翼舵机19输出轴转动，带动前翼左、右进气阀门22旋转轴转动，控制前翼左、右23进气阀门开启，使得大部分气流从前翼左、右25进气道迅速流进尾翼左、右26进气道，同时控制尾翼左、右29舵机输出轴同时旋转，尾翼左、右29舵机输出轴直接与左、右17进气道进气阀门旋转轴相连接，此时，左、右进气阀门10、11全部打开，使得气流通过尾翼左、右进气道26再经过与尾翼相连的左、右支架进气板3、7迅速进入尾翼左、右导流腔2、8中，进入进气道的大部分气流流入左右螺旋气道14，通过螺旋气道14的导流作用，螺旋气道出口上切面与尾翼下表面为同一表面，大部分气流沿着螺旋气道出口的切线流出，此时出口处气流压力和流量大幅增加，流出的气流经过出口后破坏了尾翼下方气流原本的轨迹，形成涡流，使得尾翼失速。此时，气流流经螺旋气道左右尾翼后下压力生成量骤减，行驶阻力随之下降，缩短加速时间和提高汽车直线行驶时的速度。
高速转弯工况：
当汽车高速转弯时，传感器将采集的车速信号、加速踏板开度信号、挡位信号、制动踏板信号、方向盘转角信号及侧倾角等信号传递给电控单元ECU进行逻辑计算和判断，判断前翼21以及前翼左、右23进气阀门和左10、右11尾翼进气道进气阀门均关闭，进而控制前翼舵机19的旋转，带动前翼21以及前翼进气阀门旋转轴22的转动，控制前翼21以及前翼左、右23进气阀门关闭；同时，控制尾翼左、右侧舵机输出轴旋转，带动左、右进气阀门旋转轴旋转，控制左、右29侧尾翼进气阀门关闭；此时，前翼21与尾翼进气阀门均关闭。汽车高速转弯时，气流从汽车上方流过，经过尾翼上表面后流走，此时汽车的下压力达到最大，稳定性最佳，避免汽车在高速转弯时出现侧滑以及翻车等危险现象，提高了汽车高速转弯时的操纵稳定性、行驶安全性。
本发明对前翼以及前翼进气阀门和左右尾翼进气阀门的开闭控制，实现了根据汽车行驶工况对空气阻力和下压力等空气动力学参数的改变，有效地提高了汽车的空气动力学性能，对汽车的操纵稳定性、动力性、燃油经济性起到了重要作用。同时，该控制系统工作可靠、控制精度搞、系统响应速度快，对汽车改善空气动力学性能具有较高的使用价值。

Claims (2)

1.一种汽车主动空气动力学装置，包括前翼部件、尾翼部件，前翼部件，尾翼部件分别安装在车身的车头、车尾，其特征在于：
前翼部件的结构：前翼本体安装在汽车前保险杠上方，发动机进气格栅下方，前翼左、右进气道以及前翼左、右进气阀门安装在汽车左右前轮前方，前翼本体左侧通过前翼旋转轴与前翼舵机相连，由汽车ECU将传感器采集到的信号进行逻辑计算和判断，进而控制前翼舵机输出轴旋转，控制前翼左右进气阀门的开闭；
尾翼部件的结构：尾翼本体是通过左支架进气板、右支架进气板支撑在汽车的尾部，左、右支架进气板与车身尾部固定为一体，尾翼左、右进气道分别固定在左、右支架进气板的前下方，左、右尾翼进气道进气阀门分别安装在各进气道内，进气阀门旋转轴与舵机输出轴相连接，
尾翼左、右进气道与前翼左、右进气道连接，由汽车ECU将传感器采集的信号进行逻辑计算和判断，根据汽车当前的行驶工况，驱动舵机输出轴的旋转，从而带动尾翼进气道进气阀门的开闭。
2.根据权利要求1所述的一种汽车主动空气动力学装置，其特征在于： 其中前翼以及尾翼进气阀门旋转轴分别处在各自的中心位置，且尾翼左右进气道内部光滑，采用对称布置，可以使得汽车在各种工况下气流能迅速流经尾翼主进气道再经过支架进气板到达尾翼左右导流腔中，进入进气道的大部分气流流入左右螺旋气道内，通过螺旋气道的导流作用，螺旋气道出口上切面与尾翼下表面为同一表面，大部分气流沿着螺旋气道出口的切线流出，此时出口处气流压力和流量大幅增加，流出的气流经过出口后破坏了尾翼下方气流原本的轨迹，形成涡流，使得尾翼失速；此时，气流流经螺旋气道左右尾翼后下压力生成量骤减，行驶阻力随之下降，提高汽车直线行驶时的速度和弯道行驶时的操纵稳定性。
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