CN207579981U - 一种可调节汽车四轮垂直载荷装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种可调节汽车四轮垂直载荷装置，包括前左翼板、前右翼板、后左翼板、后右翼板、翼板姿态调节机构和车载ECU；前左翼板、前右翼板设于车身前部且位于底盘下端面前轮前方处，前左翼板、前右翼板分别与左前轮、右前轮相邻；所述后左翼板、后右翼板分设于车身后部的左侧和右侧；翼板姿态调节机构与前左翼板、前右翼板相连以调节其攻角；车载ECU与翼板姿态调节机构相连；翼板姿态调节机构与后左翼板、后右翼板相连以调节其攻角及所在位置高度；当车辆行驶时，所述前左翼板、前右翼板、后左翼板、后右翼板把翼板所受气流力转化为对车身施加的压力和/或阻力；本实用新型能在车辆行驶时以空气动力对车辆施以压力或阻力以强化车辆的操控性。

Description

一种可调节汽车四轮垂直载荷装置

技术领域

本实用新型涉及汽车技术领域，尤其是一种可调节汽车四轮垂直载荷装置。

背景技术

汽车行驶时，由于汽车自身的形状结构特点，会产生向上的升力，导致四个车轮的垂直载荷减小，从而影响操纵稳定性。根据（：纵向驱动力；：路面附着系数；：单个轮胎垂直载荷），当路面附着系数不变时，单个轮胎垂直载荷发生变化时，纵向驱动力发生变化。当纵向驱动力变小时，影响汽车前进的驱动力。根据（：侧向力；：侧偏角；：侧偏刚度），而侧偏刚度随着垂直载荷增大而加大，反之亦然；所以当侧偏角不变时，侧偏刚度随着垂直载荷的变化而变化，从而侧向力随着垂直载荷的变化而变化。根据（：空气作用在汽车上产生的阻力；:空气阻力系数；：迎风面积；:空气密度；：相对速度，在无风时汽车的行驶速度），根据（：空气作用在汽车上产生的升力，作用在汽车上背向地面；:空气升力系数；：迎风面积；:空气密度；：相对速度，在无风时汽车的行驶速度），当空气升力系数、迎风面积和空气密度不变时，随着车速的增大，即相对速度增大，空气作用在汽车上产生的升力变大，从而使作用在四个车轮上的垂直载荷减小，进而使作用在轮胎上的纵向驱动力和侧向力减小，使车辆的操纵稳定性变差。当车速超过80km/h时, 这种影响越明显。为了减少升力对汽车操纵稳定性的不良影响，设计师往往会优化汽车外形。但这种优化产生的效果是有限的。另外，高性能的汽车、跑车或者赛车在车辆前部或尾部安装前翼板或者尾翼。这种前翼板或者尾翼的截面形状类似于飞机机翼的截面形状，但其安装方式和飞机机翼正好相反，上下表面的压力差将会产生向下作用的压力，抵消汽车外形产生的升力，增大车轮的垂直载荷，从而提高车辆的操纵稳定性。但这种前翼板或者尾翼都是采用一块整体翼板，只能同时控制前轴两个车轮，或者后轴两个车轮，不能单独控制每个车轮的垂直载荷，具有一定的局限性。

另外，汽车在高速过弯时，由于离心力的作用，使汽车位于弯道内侧的车轮的垂直载荷减小，而弯道外侧的车轮的垂直载荷增大，汽车容易出现较大的侧倾，极端情况下导致超过弯道外侧的车轮的附着极限而发生滑移的情况。但是，由于前翼板或者尾翼对于汽车左右两侧的下压力是一致的，因此不能减轻这种情况。

发明内容

本实用新型提出一种可调节汽车四轮垂直载荷装置，能在车辆行驶时以空气动力对车辆施以压力或阻力以强化车辆的操控性。

本实用新型采用以下技术方案。

一种可调节汽车四轮垂直载荷装置，所述装置包括前左翼板、前右翼板、后左翼板、后右翼板、翼板姿态调节机构和车载ECU；所述前左翼板、前右翼板设于车身前部且位于底盘下端面前轮前方处，前左翼板、前右翼板分别与左前轮、右前轮相邻；所述后左翼板、后右翼板分设于车身后部的左侧和右侧；所述翼板姿态调节机构与前左翼板、前右翼板相连以调节其攻角；车载ECU与翼板姿态调节机构相连；翼板姿态调节机构与后左翼板、后右翼板相连以调节其攻角及所在位置高度；当车辆行驶时，所述前左翼板、前右翼板、后左翼板、后右翼板把翼板所受气流力转化为对车身施加的压力和/或阻力。

所述前左翼板、前右翼板、后左翼板、后右翼板的截面形状呈倒置的飞机机翼截面形，当车辆行进且翼板攻角为零时，翼板把所受气流力转化为对车身施加的压力。

所述前左翼板、前右翼板、后左翼板、后右翼板的最大攻角为90度，当车辆行进且翼板攻角为90度时，翼板把所受气流力转化为对车身施加的阻力。

所述车载ECU与方向盘、油门踏板、制动缸处的传感器相连，还与车辆姿态检测装置相连，车载ECU根据方向盘角度、油门踏板位置、制动缸压力值判断驾驶意图；车载ECU根据车辆横摆角速度、纵向加速度、侧向加速度判断车辆行驶情况。

车载ECU根据驾驶意图、车辆行驶情况，对翼板姿态调节机构进行控制。

所述前左、前右翼板以螺栓紧固件铰接固定于车身处；所述后左、后右翼板以基座、连杆、电动推杆与车身连接；所述翼板姿态调节机构经伺服电机、传动齿轮调整前左、前右翼板攻角；翼板姿态调节机构经电动推杆调整后左、后右翼板的攻角与所在位置高度。

当后左、后右翼板的位置高度低于驾驶室高度时，后左、后右翼板在车辆前进方向上的迎风面被驾驶室遮挡。

所述载荷调节装置的载荷调节包括以下方式；

A1、在车辆直线行驶或者弯道行驶且车速较低时，两个后翼板的高度均低于驾驶室高度，两个前翼板也处于提供最小负升力的状态。减少翼板产生额外的阻力，减少发动机能耗、提高车辆的加速能力；

A2、当车辆车速大于等于80km/h行驶时，根据驾驶员输入的转向盘角度、油门踏板位置和制动缸压力信号判断驾驶员的驾驶意图，再根据横摆角速度、纵向加速度、侧向加速度，判断车辆的真实行驶情况，通过伺服电机和电动推杆分别控制改变每个翼板的攻角，可以改变每个翼板作用在汽车的下压力和阻力；通过下压力的改变，导致每个车轮的垂直载荷发生变化，从而影响车辆的纵向驱动力和侧向力，进而主动影响车辆的操纵稳定性；

A3、当紧急制动时，四个翼板的攻角均为90度，作用在翼板上空气阻力达到最大值，起到辅助制动的效果，减少制动距离，提高车辆的行驶安全性。

在方式A2中，通过加大纵向驱动力和侧向力来增强轮胎与地面的摩擦力，使车辆能在更大的侧向加速度、大侧偏角的极限工况下工作。

当车辆转弯时，各翼板产生的空气阻力在车辆质心处以产生有助车辆转向的附加横摆力矩。

本实用新型比较现有技术的优点在于：1、本实用新型可以单独控制四个翼板，通过每个翼板的攻角不同，单独控制车辆的四个车轮的垂直载荷，抑制车身侧倾，辅助车辆高速顺利转弯，提高车辆过弯速度和操纵稳定性；2、本实用新型中的四个翼板产生的空气阻力，作用在车辆质心，产生附加横摆力矩，可以辅助转向；3、汽车制动时，四个翼板攻角均可达到90度，翼板的空气阻力系数达到最大值，提供额外的制动力，减少刹车距离，有助于提高车辆安全性；4、直道低速行驶时，四个翼板攻角均控制在最小攻角，翼板阻力最小，有助于提高车辆直道加速和极速表现。

本实用新型均采用伺服电机作为执行器，具有及时性（响应时间短）、舒适性、运行稳定和控制精度高等优点；

本实用新型中，前翼板始终具有迎风面，而后翼板的迎风面则可在后翼板下降后被车体遮蔽，这符合现代轿车的常规的“前低后高”设计，能更好地从空气动力学角度改善车身操控性，而且在后翼板处的压力、阻力调节范围也能更大。

本实用新型中，前翼板贴近地面，能减少汽车行驶时从车底处通过的空气流量，也有助于从空气动力学角度改善车身操控性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步详细的说明：

图1是本实用新型的一种结构示意图；

图2是本实用新型的后翼板升起且前翼板有一定攻角的正视图；

图3是本实用新型的后翼板未升起且前翼板有一定攻角的正视图；

图4是本实用新型的后翼板未升起时的结构示意图；

图5是本实用新型的后翼板升起时的结构示意图；

图6是本实用新型的前翼板的结构的局部放大视图；

图7是本实用新型的前翼板控制机构的局部放大视图；

图8是本实用新型的四个翼板攻角的控制系统的示意图。

图中：车身1；前左翼板2；前右翼板3；后左翼板4；后右翼板5；后翼板6；连杆7；电动推杆8；基座9；伺服电机10；传动齿轮11；螺栓紧固件12。

具体实施方式

如图1-8所示，一种可调节汽车四轮垂直载荷装置，所述装置包括前左翼板2、前右翼板3、后左翼板4、后右翼板5、翼板姿态调节机构和车载ECU；所述前左翼板、前右翼板设于车身1前部且位于底盘下端面前轮前方处，前左翼板、前右翼板分别与左前轮、右前轮相邻；所述后左翼板、后右翼板分设于车身后部的左侧和右侧；所述翼板姿态调节机构与前左翼板、前右翼板相连以调节其攻角；车载ECU与翼板姿态调节机构相连；翼板姿态调节机构与后左翼板、后右翼板相连以调节其攻角及所在位置高度；当车辆行驶时，所述前左翼板、前右翼板、后左翼板、后右翼板把翼板所受气流力转化为对车身施加的压力和/或阻力。

所述前左翼板、前右翼板、后左翼板、后右翼板的截面形状呈倒置的飞机机翼截面形，当车辆行进且翼板攻角为零时，翼板把所受气流力转化为对车身施加的压力。

所述前左翼板、前右翼板、后左翼板、后右翼板的最大攻角为90度，当车辆行进且翼板攻角为90度时，翼板把所受气流力转化为对车身施加的阻力。

所述车载ECU与方向盘、油门踏板、制动缸处的传感器相连，还与车辆姿态检测装置相连，车载ECU根据方向盘角度、油门踏板位置、制动缸压力值判断驾驶意图；车载ECU根据车辆横摆角速度、纵向加速度、侧向加速度判断车辆行驶情况。

车载ECU根据驾驶意图、车辆行驶情况，对翼板姿态调节机构进行控制。

所述前左、前右翼板2和3以螺栓紧固件12铰接固定于车身1处；所述后左、后右翼板4和5以基座9、连杆7、电动推杆8与车身连接；所述翼板姿态调节机构经伺服电机10、传动齿轮11调整前左、前右翼板攻角；翼板姿态调节机构经电动推杆8调整后左、后右翼板的攻角与所在位置高度。

当后左、后右翼板的位置高度低于驾驶室高度时，后左、后右翼板在车辆前进方向上的迎风面被驾驶室遮挡。

所述载荷调节装置的载荷调节包括以下方式；

A1、在车辆直线行驶或者弯道行驶且车速较低时，两个后翼板的高度均低于驾驶室高度，两个前翼板也处于提供最小负升力的状态。减少翼板产生额外的阻力，减少发动机能耗、提高车辆的加速能力；

A2、当车辆车速大于等于80km/h行驶时，根据驾驶员输入的转向盘角度、油门踏板位置和制动缸压力信号判断驾驶员的驾驶意图，再根据横摆角速度、纵向加速度、侧向加速度，判断车辆的真实行驶情况，通过伺服电机和电动推杆分别控制改变每个翼板的攻角，可以改变每个翼板作用在汽车的下压力和阻力；通过下压力的改变，导致每个车轮的垂直载荷发生变化，从而影响车辆的纵向驱动力和侧向力，进而主动影响车辆的操纵稳定性；

A3、当紧急制动时，四个翼板的攻角均为90度，作用在翼板上空气阻力达到最大值，起到辅助制动的效果，减少制动距离，提高车辆的行驶安全性。

在方式A2中，通过加大纵向驱动力和侧向力来增强轮胎与地面的摩擦力，使车辆能在更大的侧向加速度、大侧偏角的极限工况下工作。

本例在调节各翼板时，根据进行（：空气作用在翼板上产生的阻力；:空气阻力系数；：迎风面积；:空气密度；：相对速度，在无风时汽车的行驶速度）。

本实用新型中采用的翼板的空气阻力系数随着翼板攻角（0~90度）的增大而变大，当迎风面积、空气密度和相对速度不变时，改变翼板的攻角可以改变空气作用在翼板上产生的阻力。

根据（：空气作用在翼板上产生的下压力，作用在汽车上指向地面；:空气负升力系数；：迎风面积；:空气密度；：相对速度，在无风时汽车的行驶速度），本实用新型中采用的翼板的空气负升力系数的绝对值随着翼板攻角（0~80度）的增大而变大、翼板攻角（80~90度）的增大而减小；当迎风面积、空气密度和相对速度不变时，改变翼板的攻角可以改变空气作用在汽车上产生的下压力。

Claims (7)

1.一种可调节汽车四轮垂直载荷装置，其特征在于：所述装置包括前左翼板、前右翼板、后左翼板、后右翼板、翼板姿态调节机构和车载ECU；所述前左翼板、前右翼板设于车身前部且位于底盘下端面前轮前方处，前左翼板、前右翼板分别与左前轮、右前轮相邻；所述后左翼板、后右翼板分设于车身后部的左侧和右侧；所述翼板姿态调节机构与前左翼板、前右翼板相连以调节其攻角；车载ECU与翼板姿态调节机构相连；翼板姿态调节机构与后左翼板、后右翼板相连以调节其攻角及所在位置高度；当车辆行驶时，所述前左翼板、前右翼板、后左翼板、后右翼板把翼板所受气流力转化为对车身施加的压力和/或阻力。

2.根据权利要求1所述的一种可调节汽车四轮垂直载荷装置，其特征在于：所述前左翼板、前右翼板、后左翼板、后右翼板的截面形状呈倒置的飞机机翼截面形，当车辆行进且翼板攻角为零时，翼板把所受气流力转化为对车身施加的压力；

所述前左翼板、前右翼板、后左翼板、后右翼板的最大攻角为90度，当车辆行进且翼板攻角为90度时，翼板把所受气流力转化为对车身施加的阻力。

3.根据权利要求2所述的一种可调节汽车四轮垂直载荷装置，其特征在于：所述车载ECU与方向盘、油门踏板、制动缸处的传感器相连，还与车辆姿态检测装置相连，车载ECU根据方向盘角度、油门踏板位置、制动缸压力值判断驾驶意图；车载ECU根据车辆横摆角速度、纵向加速度、侧向加速度判断车辆行驶情况。

4.根据权利要求3所述的一种可调节汽车四轮垂直载荷装置，其特征在于：车载ECU根据驾驶意图、车辆行驶情况，对翼板姿态调节机构进行控制。

5.根据权利要求4所述的一种可调节汽车四轮垂直载荷装置，其特征在于：所述前左、前右翼板以螺栓紧固件铰接固定于车身处；所述后左、后右翼板以基座、连杆、电动推杆与车身连接；所述翼板姿态调节机构经伺服电机、传动齿轮调整前左、前右翼板攻角；翼板姿态调节机构经电动推杆调整后左、后右翼板的攻角与所在位置高度。

6.根据权利要求5所述的一种可调节汽车四轮垂直载荷装置，其特征在于：当后左、后右翼板的位置高度低于驾驶室高度时，后左、后右翼板在车辆前进方向上的迎风面被驾驶室遮挡。

7.根据权利要求6所述的一种可调节汽车四轮垂直载荷装置，其特征在于：当车辆转弯时，各翼板产生的空气阻力在车辆质心处以产生有助车辆转向的附加横摆力矩。