CN203581155U - 车用空气动力装置 - Google Patents

Abstract

一种车用空气动力装置，属于增设在汽车上的附件。包括支座、空气动力部件、第一、第二传动单元及控制单元，支座有一对，安装在汽车后备箱盖的上方，空气动力部件通过连接轴安装在支座上，第一传动单元设在支座的型腔内，其输出轴与连接轴连接，第二传动单元设在汽车后备箱内，其输出轴与第一传动单元的输入轴连接，控制单元包括电机、微控制器、制动踏板传感器及车速传感器，电机轴与第二传动单元的输入轴连接、电机的输入端接微控制器的输出端，微控制器的两输入端接制动、车速传感器的信号输出端。能实时地监测出汽车行驶状态，准确及时地自动控制空气动力部件转动，达到最佳的行驶辅助效果，提高车辆行驶的稳定性和制动性；具有自锁功能。

Description

车用空气动力装置

技术领域

本实用新型属于增设在汽车上的附件技术领域，具体涉及一种车用空气动力装置。

背景技术

目前，汽车已经成为人们日常生活中普遍且重要的交通工具。由于世界能源危机，石油价格上涨，改善汽车的燃油经济性成为了汽车技术的重要课题。众所周知，随着汽车行驶速度的提高，空气对汽车产生的空气升力和空气阻力会越来越大。当气体流经车身到达车尾的时候，由于受到车体结构形状的影响，会在车尾部形成较大的涡流区域，使车的空气升力和空气阻力增加，空气升力的增加会导致车轮抓地力下降、高速稳定性变差等问题；而空气阻力的增加会降低汽车的燃油经济性。空气动力部件是安装在车身外部的零部件之一，对改善整车的风阻和升力起着至关重要的作用。常见的空气动力部件为扰流板，是指在车尾上方安装的附加板，也称为汽车尾翼，其主要作用是减少气流的阻力，并可产生负升力（下压力），用以提高汽车的高速稳定性。随着汽车技术的日益提高，关于汽车的速度和稳定性研究有了进一步的发展，实际上，负升力不是越大越好，过大的负升力会引起汽车悬架变形过大，最小离地间隙变小，转向操纵困难等缺点，而所述负升力的大小与扰流板攻角有密切关系。

在公开的中国专利文献中可见诸具有汽车空气动力部件或扰流板的技术信息，典型的如CN202449086U公开的“汽车扰流装置”，该专利申请提及的扰流板移动地设于汽车尾翼下方，受控制开关单元控制在汽车尾翼后方作伸缩动作，如此能有效减小车辆的风阻系数，同时提升车辆的行驶稳定性，降低燃油消耗；另外，通过控制开关单元的控制，还能使所述扰流板旋转，达到降低风阻的最佳效果。但该专利申请所述的扰流板在实际的使用过程中仍存在以下欠缺：1.无法实时地根据车速车况来自动地启动扰流板的伸缩和旋转，扰流板伸缩动作和旋转动作的启动时机依赖于驾驶人员的主观判断，另外，所述的扰流板由于结构限制，无法进行360度旋转，上述结构特点使得该扰流装置的调节作用具有一定的局限性；2.该申请中未公开任何有关扰流板的自锁技术，当汽车高速行驶时，空气对扰流板的作用力较大，当遭遇大风等恶劣情况时，调整至某一角度的扰流板极易受空气作用力的风力影响而发生角度变化，此时的风阻调节作用往往会适得其反。

鉴于上述已有技术，有必要加以改进，为此，本申请人作了有益的设计，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种车用空气动力装置，能实时而准确地根据汽车行驶状态自动调节扰流板攻角，产生合适的下压力和较小的空气阻力，在保证高速稳定性的同时，解决汽车悬架变形过大、最小离地间隙变小、转向操纵困难的问题，同时降低油耗；在汽车制动时，空气对车身产生最大的负升力，能有效缩短车辆的制动距离；另外，还具有自锁功能，且锁止可靠。

本实用新型的目的是这样来达到的，一种车用空气动力装置，其特征在于：包括支座、空气动力部件、第一传动单元、第二传动单元以及控制单元，所述的支座有一对，一对支座安装在汽车后备箱盖的上方且位于汽车后备箱盖宽度方向的两侧，所述的空气动力部件在长度方向的一端和另一端分别设置一连接轴，一对连接轴分别通过支撑轴承转动地安装在一对支座上，所述的第一传动单元设置在一对支座的其中一支座的型腔内，该第一传动单元的输出轴与对应支座中的连接轴传动连接，所述的第二传动单元设置在汽车后备箱内，第二传动单元的输出轴在穿过后备箱盖后进入对应的支座内，并且与支座内的第一传动单元的输入轴传动连接，所述的控制单元包括电机、微控制器、制动踏板传感器以及车速传感器，所述的电机的电机轴与第二传动单元的输入轴传动连接，电机的输入端连接所述的微控制器的输出端，微控制器的两输入端分别连接制动踏板传感器的信号输出端和车速传感器的信号输出端。

在本实用新型的一个具体的实施例中，所述的第一传动单元包括蜗轮和蜗杆，所述的蜗轮套设在蜗轮轴上，所述的蜗轮轴长度方向的一端通过蜗轮轴承转动地安装在所述的支座上，蜗轮轴长度方向的另一端作为第一传动单元的输出轴与对应支座中的空气动力部件的一连接轴传动连接；所述的蜗杆与蜗轮相啮合，蜗杆在高度方向的上端和下端分别通过蜗杆上轴承和蜗杆下轴承转动地安装在对应的支座上，蜗杆高度方向的下端作为第一传动单元的输入轴与第二传动单元的输出轴传动连接。

在本实用新型的另一个具体的实施例中，所述的第二传动单元包括主动锥齿轮和从动锥齿轮，所述的主动锥齿轮和从动锥齿轮相互啮合，主动锥齿轮安装在主动锥齿轮轴上，主动锥齿轮轴作为第二传动单元的输入轴与电机的电机轴传动连接，从动锥齿轮安装在从动锥齿轮轴上，从动锥齿轮轴作为第二传动单元的输出轴与第一传动单元的输入轴连接，所述的主动锥齿轮轴、从动锥齿轮轴分别通过主动锥齿轮轴承、从动锥齿轮轴承转动地安装在汽车后备箱内。

在本实用新型的又一个具体的实施例中，所述的空气动力部件为扰流板。

在本实用新型的再一个具体的实施例中，所述的空气动力部件为长条形板状，且横截面形状为两头小中间大的纺锤形。

本实用新型由于采用了上述结构，在车辆行驶过程中，当车速传感器监测到车速发生一定数值的改变时，控制单元驱动电机运转，电机通过第二传动单元和第一传动单元带动空气动力部件转动，使其攻角大小发生改变，产生合适的负升力和较小的空气阻力；当制动踏板传感器监测到驾驶员踩下制动踏板对车辆进行制动时，控制单元驱动电机运转，电机通过第二传动单元和第一传动单元带动空气动力部件转动，使其与车辆行驶方向的空气流垂直，产生最大的空气阻力和负升力，由此可缩短制动距离，其与现有技术相比，具有的有益效果：通过制动踏板传感器和车速传感器能实时地监测出汽车行驶状态，从而能准确及时地自动控制空气动力部件转动，又由于空气动力部件可进行360°的旋转，因此可达到最佳的行驶辅助效果，能进一步提高车辆行驶的稳定性和制动性；另外，利用所述的蜗轮和蜗杆之间的自锁性，能防止空气动力部件在外力作用下发生反方向转动。

附图说明

图1为本实用新型的一实施例的结构示意图。

图2为本实用新型的控制单元5的原理框图。

图3为本实用新型的一实施例的安装应用图。

图中：1.支座；2.空气动力部件、21.连接轴、211.支撑轴承；3.第一传动单元、31.蜗轮、311.蜗轮轴、312.蜗轮轴承、32.蜗杆、321.蜗杆上轴承、322.蜗杆下轴承、33.第一联轴器、34.第三联轴器；4.第二传动单元、41.主动锥齿轮、411.主动锥齿轮轴、412.主动锥齿轮轴承、42.从动锥齿轮、421.从动锥齿轮轴、422.从动锥齿轮轴承、43.第二联轴器；5.控制单元、51.电机、511.电机轴、52.微控制器、53.制动踏板传感器、54.车速传感器。

具体实施方式

为了使公众能充分了解本实用新型的技术实质和有益效果，申请人将在下面结合附图对本实用新型的具体实施方式详细描述，但申请人对实施例的描述不是对技术方案的限制，任何依据本实用新型构思作形式而非实质的变化都应当视为本实用新型的保护范围。

请参阅图1并结合图2，本实用新型涉及一种车用空气动力装置，包括一对支座1、空气动力部件2、第一传动单元3、第二传动单元4以及控制单元5。所述的空气动力部件2为扰流板，其形状不受任何限制，在本实施例中优选为长条形板状，且横截面形状为两头小中间大的纺锤形，有利于分割空气流，从而减小空气动力部件2上的空气阻力。所述的一对支座1固定安装在汽车后备箱盖的上方且位于汽车后备箱盖宽度方向的两侧。所述的空气动力部件2在长度方向的一端和另一端分别设置一连接轴21，一对连接轴21分别通过支撑轴承211转动地安装在一对支座1上。所述的第一传动单元3设置在一对支座1的其中一支座的型腔内，该第一传动单元3包括蜗轮31和蜗杆32，该蜗轮31套设在蜗轮轴311上，所述的蜗轮轴311长度方向的一端通过蜗轮轴承312转动地安装在所述的支座1上，蜗轮轴312长度方向的另一端作为第一传动单元3的输出轴通过第一联轴器33与对应支座1中的空气动力部件2的一连接轴21传动连接。所述的蜗杆32与蜗轮31相啮合，蜗杆32在高度方向的上端和下端分别通过蜗杆上轴承321和蜗杆下轴承322转动地安装在对应的支座1上；蜗杆32高度方向的下端作为第一传动单元3的输入轴与第二传动单元4的输出轴连接。此处，当蜗杆32的展开螺旋角小于蜗轮31和蜗杆32接触的摩擦角时，蜗轮31和蜗杆32之间的传动会发生自锁，即蜗杆32可以带动蜗轮31转动，而蜗轮31不能带动蜗杆32转动，这样就能防止空气动力部件2在外力作用下发生反方向转动。所述的第二传动单元4设置在汽车后备箱内，第二传动单元4包括主动锥齿轮41和从动锥齿轮42，所述的主动锥齿轮41和从动锥齿轮42相互啮合，主动锥齿轮41安装在主动锥齿轮轴411上，主动锥齿轮轴411通过主动锥齿轮轴承412由轴承座转动地安装在汽车后备箱内，主动锥齿轮轴411作为第二传动单元4的输入轴通过第二联轴器43与电机51的电机轴511传动连接；从动锥齿轮42安装在从动锥齿轮轴421上，从动锥齿轮轴421通过从动锥齿轮轴承422同样由轴承座转动地安装在汽车后备箱内，从动锥齿轮轴421作为第二传动单元4的输出轴在穿过后备箱盖后进入对应的支座1内，并且与支座1内的蜗杆32高度方向的下端通过第三联轴器34传动连接。所述的控制单元5包括电机51、微控制器52、制动踏板传感器53以及车速传感器54，所述的微控制器52为Bosch EDC17C41/11/P746，为目前市场上的现有产品，其根据所接收的信号进行相关控制操作为常规技术，此处不再赘述，微控制器52可安装于后备箱内，也可安装于驾驶室中；所述的制动踏板传感器53和车速传感器54为车辆自带的传感器；所述的电机51固定安装在后备箱内。电机51的输入端连接所述的微控制器52的输出端，微控制器52的两输入端分别连接制动踏板传感器53的信号输出端和车速传感器54的信号输出端。

请参阅图3，并结合图1和图2，对本实用新型的工作原理进行说明。在图3中，S表示空气流，α为空气动力部件2与空气流S的夹角，即扰流板攻角，β为空气流S与水平面的夹角。当汽车正常行驶时，空气流S流经车顶后，撞击空气动力部件2，空气流S对空气动力部件2产生力的作用。具体地，空气流S对空气动力部件2施加的是一个面力。以集中力F代替空气流S对空气动力部件2的作用力，集中力F可被分解为水平方向的空气阻力F_X和垂直方向的负升力F_Y。又设空气流S的流速为u,空气密度为ρ，空气动力部件2的迎风面面积为A₀，则根据公式（1）、（2）、（3）可分别计算集中力F、空气阻力F_X和负升力F_Y：

$F=\frac{1}{2}{A}_0{\mathrm{\ρu}}^2\sin a---\left(1\right)$

$F_x=\frac{1}{2}{A}_0{\mathrm{\ρu}}^2\sin \mathrm{\α}\cos \mathrm{\β}---\left(2\right)$

$F_y=\frac{1}{2}{A}_0{\mathrm{\ρu}}^2\sin \mathrm{\α}\sin \mathrm{\β}---\left(3\right)$

由上述公式（1）、（2）、（3）可知，在β为一定的前提下，若α等于90°，即空气动力部件2与空气流S垂直时，空气阻力F_X和负升力F_Y都达到最大值；若α等于0°，即空气动力部件2与空气流S平行时，空气阻力F_X和负升力F_Y都达到最小值。因此，当车速变化超过一定数值时，改变空气动力部件2与空气流S之间的角度，可产生合适的负升力，从而能得到最佳的汽车行驶辅助效果；当驾驶员踩下制动踏板实施制动时，空气动力部件2与空气流S垂直，产生最大的空气阻力F_X和负升力F_Y，从而可以缩短制动距离。

具体而言，在车辆的正常行驶过程中，当车速变化超过一定数值时，车速传感器54将车速信号传给微控制器52，微控制器52控制电机51转动。电机51带动主动锥齿轮41转动，主动锥齿轮41与从动锥齿轮42相互啮合，从动锥齿轮42带动蜗杆32旋转，蜗轮31与蜗杆32相啮合发生转动，蜗轮31通过蜗轮轴311带动空气动力部件2旋转，使空气动力部件2与空气流S之间的角度发生改变，从而改变负升力的大小；当驾驶员踩制动踏板实施制动时，制动踏板位置传感器53将制动信号传给微控制器52，微控制器52控制电机51转动，使空气动力部件2与空气流S垂直，达到缩短制动距离的目的。

Claims (5)

1.一种车用空气动力装置，其特征在于包括支座(1)、空气动力部件(2)、第一传动单元(3)、第二传动单元(4)以及控制单元(5)，所述的支座(1)有一对，一对支座(1)安装在汽车后备箱盖的上方且位于汽车后备箱盖宽度方向的两侧，所述的空气动力部件(2)在长度方向的一端和另一端分别设置一连接轴(21)，一对连接轴(21)分别通过支撑轴承(211)转动地安装在一对支座(1)上，所述的第一传动单元(3)设置在一对支座(1)的其中一支座的型腔内，该第一传动单元(3)的输出轴与对应支座(1)中的连接轴21传动连接，所述的第二传动单元(4)设置在汽车后备箱内，第二传动单元(4)的输出轴在穿过后备箱盖后进入对应的支座(1)内，并且与支座(1)内的第一传动单元(3)的输入轴传动连接，所述的控制单元(5)包括电机(51)、微控制器(52)、制动踏板传感器(53)以及车速传感器(54)，所述的电机(51)的电机轴(511)与第二传动单元(4)的输入轴传动连接，电机(51)的输入端连接所述的微控制器(52)的输出端，微控制器(52)的两输入端分别连接制动踏板传感器(53)的信号输出端和车速传感器(54)的信号输出端。

2.根据权利要求1所述的车用空气动力装置，其特征在于所述的第一传动单元(3)包括蜗轮(31)和蜗杆(32)，所述的蜗轮(31)套设在蜗轮轴(311)上，所述的蜗轮轴(311)长度方向的一端通过蜗轮轴承(312)转动地安装在所述的支座(1)上，蜗轮轴(311)长度方向的另一端作为第一传动单元(3)的输出轴与对应支座(1)中的空气动力部件(2)的一连接轴(21)传动连接；所述的蜗杆(32)与蜗轮(31)相啮合，蜗杆(32)在高度方向的上端和下端分别通过蜗杆上轴承(321)和蜗杆下轴承(322)转动地安装在对应的支座(1)上，蜗杆(32)高度方向的下端作为第一传动单元(3)的输入轴与第二传动单元(4)的输出轴传动连接。

3.根据权利要求1所述的车用空气动力装置，其特征在于所述的第二传动单元(4)包括主动锥齿轮(41)和从动锥齿轮(42)，所述的主动锥齿轮(41)和从动锥齿轮(42)相互啮合，主动锥齿轮(41)安装在主动锥齿轮轴(411)上，主动锥齿轮轴(411)作为第二传动单元(4)的输入轴与电机(51)的电机轴(511)传动连接，从动锥齿轮(42)安装在从动锥齿轮轴(421)上，从动锥齿轮轴(421)作为第二传动单元(4)的输出轴与第一传动单元(3)的输入轴连接，所述的主动锥齿轮轴(411)、从动锥齿轮轴(412)分别通过主动锥齿轮轴承(412)、从动锥齿轮轴承(422)转动地安装在汽车后备箱内。

4.根据权利要求1所述的车用空气动力装置，其特征在于所述的空气动力部件(2)为扰流板。

5.根据权利要求1或4所述的车用空气动力装置，其特征在于所述的空气动力部件(2)为长条形板状，且横截面形状为两头小中间大的纺锤形。

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