CN204368123U - 一种基于空气动力学的车辆制动辅助装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于空气动力学的车辆制动辅助装置，其包括，ECU、至少两连杆机构、一固定轴、一前扰流板、一后扰流板、至少两步进电机、至少三液压缸、一车速传感器、一转角传感器、至少两位置传感器和至少三压力传感器；车速传感器、转角传感器、位置传感器和压力传感器均与ECU的输入端相连，各步进电机和各液压缸与ECU的输出端相连，各连杆机构一端分别对应与一步进电机的输出轴连接，另一端与前扰流板后侧传动连接，前扰流板能绕着固定轴转动，且固定轴设于前扰流板前侧，各液压缸的活塞杆均与后扰流板连接。本实用新型能瞬间下降一定车速，加大车辆对地面的附着力，使车辆在高速紧急制动时能保持平稳，减少制动距离，提高安全。

Description

一种基于空气动力学的车辆制动辅助装置

【技术领域】

本实用新型涉及车载汽车电子控制领域，更具体地说，涉及一种用于车辆制动辅助装置。

【背景技术】

在空气动力学上，有法国物理学家贝尔努依证明的一条理论：空气流速的速度与压力成反比。也就是说，空气流速越快，压力越小；空气流速越慢，压力越大。例如飞机的机翼是上面呈正抛物形，气流较快；下面平滑，气流较慢，形成了机翼下压力大于上压力，产生了升力。

汽车在行驶过程中会遇到空气阻力，这种阻力可分为纵向、侧向和垂直上升3个方面的作用力，并且空气阻力与车速平方成正比，所以车速越快，空气阻力就越大。一般情况，当车速超过60km/h时，空气阻力对汽车的影响表现得就非常明显了。如果轿车外型与机翼横截面形状相似，在高速行驶中由于车身上下两面的气流压力不同，下面大上面小，这种压力差必然会产生一种上升力，车速越快压力差越大，上升力也就越大。这种上升力也是空气阻力的一种，汽车工程界称为诱导阻力，约占整车空气阻力的7％，虽然比例较小，但危害很大。其它空气阻力只是消耗轿车的动力，这个阻力不但消耗动力，还会产生承托力危害轿车的行驶安全，因为当轿车时速达到一定的数值时，升力就会克服车重而将车子向上托起，减少了车轮与地面的附着力，使车子发飘，造成行驶稳定性变差。

为了减少轿车在高速行驶时所产生的升力，汽车设计师除了在轿车外型方面做了改进，将车身整体向前下方倾斜而在前轮上产生向下的压力，将车尾改为短平，减少从车顶向后部作用的负气压而防止后轮飘浮外，还在轿车前端的保险杠下方装上向下倾斜的连接板。连接板与车身前裙板联成一体，中间开有合适的进风口加大气流度，减低车底气压，这种连接板称为导流板。在轿车行李箱盖上后端做成像鸭尾似的突出物，将从车顶冲下来的气流阻滞一下形成向下的作用力，这种突出物称为扰流板。还有一种扰流板是人们受到飞机机翼的启发而产生的，就是在轿车的尾端上安装一个与水平方向呈一定角度的平行板，这个平行板的横截面与机翼的横截面相同，只是反过来安装，平滑面在上，抛物面在下，这样车子在行驶中会产生与升力同样性质的作用力，只是方向相反，利用这个向下的力来抵消车身上的升力，从而保障了行车的安全。

车辆在高速行驶时遇到突发状况紧急制动时，车辆制动距离过长，车身稳定性不足，容易发生侧翻等一系列问题。现有的制动辅助技术主要是ABS(Anti-lock Braking System)防抱死制动系统，通过安装在车轮上的传感器发出车轮将被抱死的信号，控制器指令调节器降低该车轮制动缸的油压，减小制动力矩，经一定时间后，再恢复原有的油压，不断的这样循环(每秒可达5～10次)，始终使车轮处于转动状态而又有最大的制动力矩。这样的制动辅助装置成本高，虽然能够使车轮不发生打滑，但制动距离长时间久，如果前方有物体，不易躲过危险。

2012年8月8日公开的公开号为102627099A的中国发明《一种汽车制动辅助系统》，包括微控制器以及为整个系统供电的电源，还包括车速传感器、制动踏板位置传感器、制动踏板角加速传感器、驱动电路、电动机、空气阻流板以及霍尔传感器；其连接方式为：微控制器的输入端分别连接车速传感器、制动踏板位置传感器、制动踏板角加速度传感器以及霍尔传感器，微控制器的输出端依次通过驱动电路、电动机与空气阻流板相连，电动机的输出端连接霍尔传感器。该发明采用车顶上的空气阻流板来进行辅助制动，能有效地减少轮胎与路面之间的摩擦，对路面不产生破坏且延长了轮胎的使用寿命。但是该发明的空气阻流板是直接与电动机连接，由电动机来控制车顶的空气阻流板实现开启或闭合，这样状态下的空气阻流板受力面积更小，在气流的作用下产生的阻力也更小，辅助汽车制动的效果也就不够理想。而本实用新型是通过步进电机和液压缸来分别控制前后两个扰流板升起并转动一定角度，受力面积更大，使得气流作用在扰流板上产生的阻力也更大，能更好地使车辆制动。

【发明内容】

本实用新型要解决的技术问题，在于提供一种基于空气动力学的车辆制动辅助装置，通过高速制动时，强大的气流作用在前、后扰流板，在两个扰流板上产生向下和向后的阻力，使车辆瞬间下降一定的速度，加大车辆对地面的附着力，解决了现有技术用于车辆制动时距离长、时间久、稳定性差的问题。

为达成上述目的，本实用新型是这样实现的：

一种基于空气动力学的车辆制动辅助装置，所述装置包括，ECU(车载电脑)、至少两连杆机构、一固定轴、一前扰流板、一后扰流板、至少两步进电机、至少三液压缸，一车速传感器、一用于采集轮胎转角的转角传感器、至少两用于采集步进电机转动角度的位置传感器和至少三用于采集液压缸升起高度的压力传感器；

其连接方式为：所述车速传感器、转角传感器、位置传感器和压力传感器均与所述ECU的输入端相连，各所述步进电机和各所述液压缸均与所述ECU的输出端相连，各所述连杆机构一端分别对应与一所述步进电机的输出轴连接，另一端与所述前扰流板后侧传动连接，所述前扰流板能绕着所述固定轴转动，且所述固定轴设于所述前扰流板前侧，各所述液压缸的活塞杆均与所述后扰流板连接。

进一步的，所述车速传感器置于发动机的飞轮盘上，所述转角传感器置于方向盘一侧。

进一步的，所述前扰流板设于车身前部，且作为引擎盖的一部分与引擎盖拼接为一体，所述固定轴两端固定在发动机舱前端，各所述步进电机与各所述连杆机构均位于发动机舱内。

进一步的，在各所述步进电机的输出轴上均安装一齿轮盘，且各所述步进电机上均设置一所述位置传感器，所述步进电机与所述位置传感器一一对应设置。

进一步的，所述后扰流板设于车身后部，且作为后备箱盖的一部分与后备箱盖拼接为一体，各所述液压缸位于后备箱内。

进一步的，各所述压力传感器分别置于一所述液压缸一侧，所述压力传感器和所述液压缸一一对应设置。

进一步的，所述前扰流板与所述后扰流板均是能弯曲的柔性扰流板。

进一步的，所述装置还包括一用于采集汽车载人重量的重量传感器和一风速传感器，所述重量传感器和风速传感器均与所述ECU的输入端相连；这样可以方便车辆载人在风力较强的地区行驶时采集信号。

采用上述方案后，本实用新型，当车辆在高速行驶(车速超过60km/h)，驾驶人员遇到紧急情况踩下制动踏板的瞬间，车速传感器、转角传感器、重量传感器和风速传感器将会把采集到的信号通过输入端传递给ECU，ECU由此输出脉冲信号来控制各步进电机的步进角和各液压缸的活塞杆，通过各步进电机输出不同的步进角带动输出轴转动，进而带动对应的连杆机构将前扰流板升起并绕着固定轴转动相应的角度(各输出轴转动的角度与前扰流板转动的角度之间的关系由试验获得)，使前扰流板可以弯曲变形，而各步进电机上的位置传感器会采集随输出轴转动的齿轮盘所转过的圈数，并反馈给ECU，由ECU来判断前扰流板是否达到目标高度；同时，通过各液压缸的活塞杆升起不同的高度，使得后扰流板也升起不同的高度并转过一定角度(各活塞杆升起的高度与后扰流板转动的角度之间的关系由试验获得)，而各液压缸上的压力传感器会采集活塞杆的升起高度，并反馈给ECU，由ECU来判断后扰流板升起的高度是否达标。此时强大的气流作用在前、后扰流板上，两个扰流板上均产生向后和向下的阻力，使车辆瞬间下降一定程度的速度并增大车辆对地面的附着力，车速传感器监测此时的车速再反馈给ECU计算，最后通过车辆本身的制动系统，使车辆停下。与现有技术相比，本实用新型通过前、后扰流板升起并转动一定角度，在气流的作用下增大了受力面积，从而产生更大的阻力，能让车辆在保持稳定的情况下，瞬间下降一定的车速，减小了制动距离，缩短了制动时间，对车辆原本的制动系统起到一个很好的辅助效果，避免紧急刹车时因制动距离长、时间久而易产生的危险，提高了汽车的安全性能。

【附图说明】

下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的说明。

图1是本实用新型的结构连接示意图(前、后扰流板均升起)

图2是本实用新型一较佳实施例的前扰流板连接结构主视图(虚线为前扰流板转动前状态，实线为前扰流板转动后状态)。

图3是本实用新型一较佳实施例的前扰流板连接结构侧视图(虚线为前扰流板转动前状态，实线为前扰流板转动后状态)。

图4是本实用新型一较佳实施例的后扰流板连接结构主视图(后扰流板升起)。

图5是本实用新型的工作原理框图。

附图标注

1-ECU           2-连杆机构      3-固定轴

4-前扰流板      5-后扰流板      6-步进电机

7-液压缸        11-车速传感器   12-转角传感器

13-位置传感器   14-压力传感器   61-输出轴

71-活塞杆       8-车身          81-引擎盖

62-齿轮盘       82-后备箱盖     15-重量传感器

16-风速传感器

【具体实施方式】

请参阅图1到图5所示，对本实用新型的实施例进行详细的说明:

本实用新型，一种基于空气动力学的车辆制动辅助装置，包括，ECU1、至少两连杆机构2、一固定轴3、前扰流板4、后扰流板5、至少两步进电机6、至少三液压缸7、一车速传感器11、一用于采集轮胎转动角度的转角传感器12、至少两用于采集步进电机转动角度的位置传感器13和至少三用于采集液压缸升起高度的压力传感器14；

其连接方式为：所述车速传感器11、转角传感器12、位置传感器13和压力传感器14均与所述ECU1的输入端相连，各所述步进电机6均与各所述液压缸7与所述ECU1的输出端相连，各所述连杆机构2一端分别对应与一所述步进电机6的输出轴61连接，另一端与所述前扰流板4后侧传动连接，所述前扰流板4能绕着所述固定轴3转动，且所述固定轴3设于所述前扰流板4前侧，各所述液压缸7的活塞杆71均与所述后扰流板5连接。

本实用新型一较佳实施例为：

如图1和2所示，所述车速传感器11置于发动机(未图示)的飞轮盘(未图示)上，所述转角传感器12置于方向盘(未图示)一侧，所述前扰流板4设于车身8前部，且组成引擎盖81的一部分(例如，可以截取引擎盖的前半部分用前扰流板替代后，共同作为引擎盖)，所述固定轴两端3固定在发动机舱(未图示)前端，各所述步进电机6与各所述连杆机构2均位于发动机舱(未图示)内；在各所述步进电机6的输出轴61上均安装一齿轮盘62，且各所述位置传感器13分别置于一所述步进电机6上，所述步进电机与所述位置传感器一一对应设置；

如图3所示：所述后扰流板5设于车身8后部，且作为后备箱盖82的一部分与后备箱盖82拼接为一体(例如，可以截取后备箱盖的中间部分用后扰流板替代后，共同作为后备箱盖)，各所述液压缸7位于后备箱(未图示)内；各所述压力传感器14分别置于一所述液压缸7一侧。

所述前扰流板4与所述后扰流板5均能弯曲的柔性扰流板。

所述装置还包括一用于采集汽车载人重量的重量传感器15和一风速传感器16，所述重量传感器15和风速传感器16均与所述ECU1的输入端相连；这样可以方便车辆载人在风力较强的地区行驶时采集信号。

如图4所示，当车辆在高速行驶(车速超过60km/h)，驾驶人员遇到紧急情况踩下制动踏板的瞬间，车速传感器11、转角传感器12、重量传感器15和风速传感器16将会把采集到的信号通过输入端传递给ECU1进行计算，ECU1由此输出脉冲信号来控制各步进电机6的步进角和各液压缸7的活塞杆71，通过各步进电机6输出不同的步进角带动输出轴61转动(例如，正转、反转、加速、减速等)，进而带动对应的连杆机构2将前扰流板4升起并绕着固定轴3转动相应的角度(各步进电机6的输出轴61转动的角度与前扰流板4转动的角度之间的关系由试验获得)，使前扰流板4可以弯曲变形，而各步进电机6上的位置传感器13会采集随输出轴61转动的齿轮盘62所转过的圈数，并反馈给ECU1，由ECU1计算后判断前扰流板4是否达到目标高度或角度，若没有则ECU1继续控制各步进电机6的步进角来对前扰流板4进行调节；同时，通过各液压缸7的活塞杆71升起不同的高度，使得后扰流板5也升起不同的高度并转过一定角度(各液压缸7的活塞杆71升起的高度与后扰流板5转动的角度之间的关系由试验获得)，而各液压缸7上的压力传感器14会采集活塞杆71的升起高度，并反馈给ECU1，由ECU1计算后判断后扰流板5升起的高度或转过的角度是否达标，若没有则ECU1继续控制各液压缸7的活塞杆71来对后扰流板5进行调节。此时强大的气流作用在前扰流板4和后扰流板5上，两个扰流板上均产生向后和向下的阻力，使车辆瞬间下降一定程度的速度并增大车辆对地面的附着力，车速传感器11监测此时的车速再反馈给ECU1计算，最后通过车辆本身的制动系统，使车辆停下。

本实用新型，通过车辆高速制动时，前、后扰流板升起并转动一定角度，在气流的作用下增大了受力面积，能让在两个扰流板上产生向下和向后的阻力更大。不仅能使得车辆在制动时保持稳定，且能更大限度地降低车速，减小了制动距离，缩短了制动时间，对车辆原本的制动系统起到一个很好的辅助效果，避免在高速紧急刹车时因制动距离长、时间久而易产生的危险，提高了汽车的安全性能。

以上所述，仅为本实用新型较佳实施例而已，故不能依此限定本实用新型实施的范围，即依本实用新型专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本实用新型涵盖的范围内。

Claims (8)

1.一种基于空气动力学的车辆制动辅助装置，其特征在于：所述装置包括，ECU、至少两连杆机构、一固定轴、一前扰流板、一后扰流板、至少两步进电机、至少三液压缸，一车速传感器、一用于采集轮胎转角的转角传感器、至少两用于采集步进电机转动角度的位置传感器和至少三用于采集液压缸升起高度的压力传感器；

其连接方式为：所述车速传感器、转角传感器、位置传感器和压力传感器均与所述ECU的输入端相连，各所述步进电机和各所述液压缸均与所述ECU的输出端相连，各所述连杆机构一端分别对应与一所述步进电机的输出轴连接，另一端与所述前扰流板后侧传动连接，所述前扰流板能绕着所述固定轴转动，且所述固定轴设于所述前扰流板前侧，各所述液压缸的活塞杆均与所述后扰流板连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于空气动力学的车辆制动辅助装置，其特征在于：所述车速传感器置于发动机的飞轮盘上，所述转角传感器置于方向盘一侧。

3.根据权利要求1所述的一种基于空气动力学的车辆制动辅助装置，其特征在于：所述前扰流板设于车身前部，且作为引擎盖的一部分与引擎盖拼接为一体，所述固定轴两端固定在发动机舱前端，各所述步进电机与各所述连杆机构均位于发动机舱内。

4.根据权利要求1或3所述的一种基于空气动力学的车辆制动辅助装置，其特征在于：在各所述步进电机的输出轴上均安装一齿轮盘，且各所述步进电机上均设置一所述位置传感器，所述步进电机与所述位置传感器一一对应设置。

5.根据权利要求1所述的一种基于空气动力学的车辆制动辅助装置，其特征在于：所述后扰流板设于车身后部，且作为后备箱盖的一部分与后备箱盖拼接为一体，各所述液压缸位于后备箱内。

6.根据权利要求1或5所述的一种基于空气动力学的车辆制动辅助装置，其特征在于：各所述压力传感器分别置于一所述液压缸一侧，所述压力传感器和所述液压缸一一对应设置。

7.根据权利要求1所述的一种基于空气动力学的车辆制动辅助装置，其特征在于：所述前扰流板与所述后扰流板均是能弯曲的柔性扰流板。

8.根据权利要求1所述的一种基于空气动力学的车辆制动辅助装置，其特征在于：所述装置还包括一用于采集汽车载人重量的重量传感器和一风速传感器，所述重量传感器和风速传感器均与所述ECU的输入端相连。