CN114454972A - 一种主动压差式发电尾翼 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种主动压差式发电尾翼，设于车辆主体上，包括左尾翼支架、右尾翼支架以及固定于所述左尾翼支架和所述右尾翼支架顶端的尾翼平面，所述左尾翼支架和所述右尾翼支架的底端分别固定于车辆主体表面的左、右两侧，所述尾翼平面上设有多个左右对称形状结构完全相同的导流风扇。与现有技术相比，该发明能够保证车辆在行驶过程中的稳定性，提高车辆的弯道操控能力和车辆续航能力，同时降低车辆的正常行驶阻力。

Description

一种主动压差式发电尾翼
技术领域
本发明涉及汽车尾翼技术领域，尤其是涉及一种主动压差式发电尾翼。
背景技术
汽车在正常行驶过程中会受到纵向、侧向以及垂直上升三个方向的空气作用力。一般情况下，车速越快，空气阻力对汽车的影响越明显，汽车尾翼能够使汽车产生第四种作用力，即汽车对地面的附着力，该力能抵消一部分由汽车表面和车底气体流速不同导致的车辆升力，有效抑制汽车上浮。为达到尾翼实际的作用效果，汽车往往需要达到较高的速度。但在汽车日常使用中或无需过大的车辆下压力时，尾翼的存在会增大汽车行驶阻力。
现有的主动可调尾翼结构主要通过在汽车尾部加装伺服机构实现尾翼高度以及迎风角度的自动调节，这种方式可以在汽车速度较低时关闭尾翼，降低风阻，在汽车达到一定速度需要下压力时升起尾翼，发挥作用。该方法基本解决了汽车低速行驶状态下由于尾翼导致的风阻增大问题，但依旧存在以下问题：
(1)相应伺服设备的增加导致车辆增重，影响车辆的燃油经济性；
(2)任何伺服机构均需要相应时间以到达指定尾翼位置才能发挥作用，当汽车以需要尾翼提供下压力的车速行驶时，主动尾翼的延迟效应会对车辆行驶特性甚至安全性产生较大影响；
(3)现有的尾翼调节范围仅限于车辆整体下压力调节，其无法针对车辆左右两侧的下压力需求进行特定调节；
(4)汽车尾翼需要达到相应速度才能发挥作用，当汽车以相对较低的速度行驶时，尾翼的作用会受到大大削弱，如若车辆低速行驶时有较大的下压力需求，例如低速加速或湿滑路面，则会受限于车辆附近的空气流速较慢，而无法发挥尾翼的作用。
(5)以降低风阻实现车辆节能，未能实现车辆风能再利用。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提出一种主动压差式发电尾翼，该发明能够保证车辆在行驶过程中的稳定性，提高车辆的弯道操控能力和车辆续航能力，同时降低车辆的正常行驶阻力。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明提供一种主动压差式发电尾翼，设于车辆主体上，包括左尾翼支架、右尾翼支架以及固定于所述左尾翼支架和所述右尾翼支架顶端的尾翼平面，所述左尾翼支架和所述右尾翼支架的底端分别固定于车辆主体表面的左、右两侧，所述尾翼平面上设有多个左右对称形状结构完全相同的导流风扇。
优选地，所述尾翼平面上设有用于安装所述导流风扇的安装孔。
优选地，每个所述导流风扇均包括设于所述安装孔内的导流风扇扇叶和尾翼电机，所述导流风扇扇叶的底部与所述尾翼电机的转轴固定连接。
优选地，所述尾翼电机连接有控制模块。
优选地，所述控制模块包括蓄电池、逆变器、整流调压器、控制器以及由控制器控制开闭方向的单刀双掷开关K1和单刀双掷开关K2，所述控制器与所述尾翼电机连接，控制所述尾翼电机的旋转方向，所述单刀双掷开关K1的不动端连接蓄电池，所述单刀双掷开关K2的不动端连接尾翼电机；
当所述单刀双掷开关K1和所述单刀双掷开关K2的动端分别与整流调压器的两端连接时，尾翼电机、整流调压器和蓄电池形成回路；当所述单刀双掷开关K1 和所述单刀双掷开关K2的动端分别与逆变器的两端连接时，尾翼电机、逆变器和蓄电池形成回路。
优选地，当汽车需要尾翼提供下压力时，所述单刀双掷开关K1和所述单刀双掷开关K2的动端分别与逆变器的两端连接，使得尾翼电机、逆变器和蓄电池形成回路，且控制器控制所述尾翼电机带动导流风扇旋转，使得所述尾翼平面的上表面出风，所述尾翼平面的下表面进风，增大所述尾翼平面的上、下压差，进而增大汽车的下压力。
优选地，当汽车需要尾翼提供下压力，且汽车转向时，控制器控制靠近转向中心一侧的导流风扇旋转，使得靠近转向中心一侧的导流风扇处的尾翼平面的上、下表面的压差增大，进而增大汽车靠近转向中心一侧的车轮的下压力。
优选地，当汽车不需要尾翼提供下压力，且汽车处于行驶状态下，所述控制器控制所有尾翼电机带动所有导流风扇旋转，减小所述尾翼平面的上、下表面的空气压差，减少车辆行驶阻力。
优选地，设置蓄电池电量下阈值，当汽车不需要尾翼提供下压力，且汽车处于行驶状态下，蓄电池电量低于下阈值时，所述控制器控制单刀双掷开关K1的动端和单刀双掷开关K2的动端分别连接整流调压器的两端，使得尾翼电机、整流调压器和蓄电池形成回路，利用车辆行驶气流为蓄电池充电；
当汽车不需要尾翼提供下压力，且汽车处于行驶状态下，蓄电池电量大于上阈值时，所述控制器控制单刀双掷开关K1的动端和单刀双掷开关K2的动端分别连接逆变器的两端，使得尾翼电机、逆变器和蓄电池形成回路。
优选地，当汽车停止，且蓄电池电量低于下阈值时，所述控制器控制单刀双掷开关K1的动端和单刀双掷开关K2的动端分别连接整流调压器的两端，使得尾翼电机、整流调压器和蓄电池形成回路。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明通过设置控制模块以及由控制模块控制的尾翼电机，通过调节导流风扇扇叶的旋转以及尾翼电机的工作模式，对车辆行驶过程中甚至停车时吹过尾翼的风能进行利用，实现对蓄电池的电能补充，降低汽车行驶过程中发动机的负载。
2、本发明通过设置控制模块以及由控制模块控制的尾翼电机，通过调节所有导流风扇扇叶旋转，可以针对车辆不同的工况实现车辆两侧的下压力的单独调节。
3、本发明通过调节导流风扇的转速，能在车辆低速行驶时发挥尾翼作用。
4、本发明通过设置导流风扇，能在实现现阶段主动尾翼功能的同时，避免现有技术中安装主动尾翼伺服机构而导致的重量增加问题。
附图说明
图1为本实施例的一种主动压差式发电尾翼的结构示意图；
图2为图1所示实施例的导流风扇的结构示意图；
图3为利用图1所示实施例的导流风扇进行引流时的空气流向图；
图4为利用图1所示实施例的导流风扇进行疏通时的空气流向图；
图5为图1所示实施例的控制模块的结构示意图；
图中标记为：1、左尾翼支架，2、右尾翼支架，3、第一导流风扇，4、第二导流风扇，5、第三导流风扇，6、尾翼平面，7、导流风扇扇叶和8、尾翼电机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
参考图1所示，本实施例提供一种主动压差式发电尾翼，包括左尾翼支架1、右尾翼支架2、第一导流风扇3、第二导流风扇4、第三导流风扇5、尾翼平面6 和控制模块。
左尾翼支架1和右尾翼支架2的底端分别固定于车辆主体表面的左、右两侧，左尾翼支架1和右尾翼支架2的顶端固定有尾翼平面6，尾翼平面6上设有多个左右对称且形状结构完全相同的多个导流风扇，尾翼平面6上设有多个用以安装导流风扇的安装孔。
具体地，当车为带有后备箱的汽车时，所有尾翼支架安装于汽车后备箱的表面，当车为不带有后备箱的车，例如赛车时，所有尾翼支架安装于赛车后车体的表面。
参考图2所示，每个导流风扇均包括设于安装孔内的导流风扇扇叶7和尾翼电机8，导流风扇扇叶7的底部与尾翼电机8的转轴固定连接，由尾翼电机8控制导流风扇扇叶7的旋转。
当汽车行驶时，尾翼平面6上表面的空气流速低于尾翼平面6下表面的空气流速，使得尾翼平面6上表面的压强大于尾翼平面6下表面的压强，进而产生对车辆的阻力以及下压力。当尾翼电机8沿某一方向旋转时，如顺时针旋转时，带动导流风扇顺时针旋转，此时空气流动参考图3所示，导流风扇处的尾翼平面6的下表面进风，导流风扇处的尾翼平面6的上表面出风，增大导流风扇处的尾翼平面6的上、下表面的空气压差，进而增大空气下压力，实现空气引流；当尾翼电机8逆时针旋转时，带动导流风扇逆时针旋转，此时空气流动参考图4所示，导流风扇处的尾翼平面6的上表面进风，导流风扇处的尾翼平面6的下表面出风，减弱导流风扇处的尾翼平面6的上、下表面的空气压差，进而减弱空气下压力，实现空气疏通。
值得注意的是，尾翼电机8的旋转方向根据导流风扇扇叶7的安装朝向设定。本实施例以尾翼电机8顺时针旋转带动导流风扇顺时针旋转实现空气引流为例。
参考图5所示，控制模块包括蓄电池、逆变器、整流调压器、控制器以及由控制器控制开闭方向的单刀双掷开关K1和单刀双掷开关K2，且控制器连接尾翼电机8并控制尾翼电机8的旋转方向。单刀双掷开关K1的不动端连接蓄电池，单刀双掷开关K2的不动端连接尾翼电机8。当控制器控制单刀双掷开关K1的动端和单刀双掷开关K2的动端分别连接整流调压器的两端时，使得尾翼电机8、整流调压器和蓄电池形成回路，利用车辆行驶形成的气流发电，供蓄电池使用；当控制器控制单刀双掷开关K1的动端和单刀双掷开关K2的动端分别连接逆变器的两端时，使得尾翼电机8、逆变器和蓄电池形成回路，并根据车辆实际运行下的压力需求调整导流风扇的转速，确保车辆行驶的稳定性。
本实施例提供的一种主动压差式发电尾翼的工作原理如下所示：
分别设置蓄电池电量的上阈值和下阈值，作为一种可选的实施方式，蓄电池电量的上阈值为蓄电池容量的90％，蓄电池的下阈值为蓄电池容量的15％。
当汽车不需要尾翼提供下压力时，
工况1：当汽车处于行驶状态下，且蓄电池电量低于下阈值时，控制器控制单刀双掷开关K1的动端和单刀双掷开关K2的动端分别连接整流调压器的两端，使得尾翼电机8、整流调压器和蓄电池形成回路。利用车辆行驶过程中产生的气流带动尾翼电机8产生电能并向蓄电池充电。
由于汽车发电机是汽车的主要电源，且汽车发电机由汽车发动机带动，因此在车辆正常行驶过程中，由汽车发电机向蓄电池充电。而该工况利用尾翼平面6上、下表面的压差带动导流风扇逆时针转动，疏通尾翼平面6的上、下表面的空气压差，减少由尾翼造型引起的车辆行驶阻力，进而有利于汽车的续航里程的增加。同时，产生的电能代替汽车发电机向蓄电池充电，代替汽车发电机向蓄电池充电，降低汽车发动机的运行负载。
工况2：当汽车处于行驶状态下，且蓄电池电量高于上阈值时，控制器控制单刀双掷开关K1的动端和单刀双掷开关K2的动端分别连接逆变器的两端，使得尾翼电机8、逆变器和蓄电池形成回路，且控制器控制所有尾翼电机8逆时针旋转，带动所有导流风扇逆时针旋转，进而疏通尾翼平面6的上、下表面的气流压差，尽可能降低由于固定尾翼造型引起的行驶阻力，增大车辆的续航里程。
工况3：当汽车停止时，且蓄电池电量低于下阈值时，控制器控制单刀双掷开关K1的动端和单刀双掷开关K2的动端分别连接整流调压器的两端，使得尾翼电机8、整流调压器和蓄电池形成回路，将周围车辆产生的风能甚至自然风能转化为电能，维持蓄电池电量，避免车辆因长时间停靠而导致的蓄电池亏电现象。
工况4：当汽车处于行驶状态下，且无转向需求时，在确保车辆稳定性的前提下，控制器控制所有尾翼电机8逆时针旋转，带动所有导流风扇逆时针旋转，进而疏通尾翼平面6的上、下表面的气流压差，尽可能减小车辆的行驶阻力，满足车辆节能需求的同时增加车辆的极速性能。
当汽车需要尾翼提供下压力时，控制器控制单刀双掷开关K1的动端和单刀双掷开关K2的动端分别连接逆变器的两端，使得尾翼电机8、逆变器和蓄电池形成回路。
工况5：当汽车处于行驶状态下，且车辆左转时，车辆由于重心偏移，左侧的轮胎抓地力下降，控制模块控制第一导流风扇3顺时针旋转，进而增大尾翼平面6 左侧的上、下表面的压差以增大左侧车轮的下压力，同时第二导流风扇4和第三导流风扇5根据实际情况旋转，维持车辆右侧的下压力，进而增加车辆的转向稳定性，协助车辆左转。
工况6：当汽车处于行驶状态下，且车辆右转时，车辆由于重心偏移，右侧的轮胎抓地力下降，控制模块控制第三导流风扇3顺时针旋转，进而增大尾翼平面6 右侧的上、下表面的压差以增大右侧车轮的下压力，同时第二导流风扇4和第一导流风扇3根据实际情况旋转，维持车辆左侧的下压力，进而增加车辆的转向稳定性，协助车辆右转。
工况7：当汽车处于行驶状态下，且车辆有刹车需求时，控制模块通过控制所有尾翼电机8顺时针旋转，进而带动所有导流风扇顺时针旋转，增大尾翼平面6 的上、下表面的压差，给车辆提供足够大的下压力和刹车力度。
工况8：当汽车有急加速需求时，控制模块根据车辆驱动形式、轮胎是否滑移等指标，通过控制所有尾翼电机8顺时针旋转，带动所有导流风扇顺时针旋转，增大尾翼平面6的上、下表面的压差，最大限度给车辆提供抓地力。
具体地，控制模块根据车辆驱动形式、轮胎是否滑移等指标，控制尾翼电机8 旋转为现有技术。
工况9：当汽车在恶劣天气下行驶时，此时车辆行驶路面附着力较低，控制模块通过控制所有尾翼电机8顺时针旋转，带动所有导流风扇顺时针旋转，增大尾翼平面6的上、下表面的压差，增加车辆的下压力，保持车辆稳定。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种主动压差式发电尾翼，设于车辆主体上，其特征在于，包括左尾翼支架(1)、右尾翼支架(2)以及固定于所述左尾翼支架(1)和所述右尾翼支架(2)顶端的尾翼平面(6)，所述左尾翼支架(1)和所述右尾翼支架(2)的底端分别固定于车辆主体表面的左、右两侧，所述尾翼平面(6)上设有多个左右对称形状结构完全相同的导流风扇。
2.根据权利要求1所述的一种主动压差式发电尾翼，其特征在于，所述尾翼平面(6)上设有用于安装所述导流风扇的安装孔。
3.根据权利要求2所述的一种主动压差式发电尾翼，其特征在于，每个所述导流风扇均包括设于所述安装孔内的导流风扇扇叶(7)和尾翼电机(8)，所述导流风扇扇叶(7)的底部与所述尾翼电机(8)的转轴固定连接。
4.根据权利要求3所述的一种主动压差式发电尾翼，其特征在于，所述尾翼电机(8)连接有控制模块。
5.根据权利要求4所述的一种主动压差式发电尾翼，其特征在于，所述控制模块包括蓄电池、逆变器、整流调压器、控制器以及由控制器控制开闭方向的单刀双掷开关K1和单刀双掷开关K2，所述控制器与所述尾翼电机(8)连接，控制所述尾翼电机(8)的旋转方向，所述单刀双掷开关K1的不动端连接蓄电池，所述单刀双掷开关K2的不动端连接尾翼电机(8)；
当所述单刀双掷开关K1和所述单刀双掷开关K2的动端分别与整流调压器的两端连接时，尾翼电机(8)、整流调压器和蓄电池形成回路；当所述单刀双掷开关K1和所述单刀双掷开关K2的动端分别与逆变器的两端连接时，尾翼电机(8)、逆变器和蓄电池形成回路。
6.根据权利要求5所述的一种主动压差式发电尾翼，其特征在于，当汽车需要尾翼提供下压力时，所述单刀双掷开关K1和所述单刀双掷开关K2的动端分别与逆变器的两端连接，使得尾翼电机(8)、逆变器和蓄电池形成回路，且控制器控制所述尾翼电机(8)带动导流风扇旋转，使得所述尾翼平面(6)的上表面出风，所述尾翼平面(6)的下表面进风，增大所述尾翼平面(6)的上、下压差，进而增大汽车的下压力。
7.根据权利要求6所述的一种主动压差式发电尾翼，其特征在于，当汽车需要尾翼提供下压力，且汽车转向时，控制器控制靠近转向中心一侧的导流风扇旋转，使得靠近转向中心一侧的导流风扇处的尾翼平面(6)的上、下表面的压差增大，进而增大汽车靠近转向中心一侧的车轮的下压力。
8.根据权利要求5所述的一种主动压差式发电尾翼，其特征在于，当汽车不需要尾翼提供下压力，且汽车处于行驶状态下，所述控制器控制所有尾翼电机(8)带动所有导流风扇旋转，减小所述尾翼平面(6)的上、下表面的空气压差，减少车辆行驶阻力。
9.根据权利要求8所述的一种主动压差式发电尾翼，其特征在于，设置蓄电池电量下阈值，当汽车不需要尾翼提供下压力，且汽车处于行驶状态下，蓄电池电量低于下阈值时，所述控制器控制单刀双掷开关K1的动端和单刀双掷开关K2的动端分别连接整流调压器的两端，使得尾翼电机(8)、整流调压器和蓄电池形成回路，利用车辆行驶气流为蓄电池充电；
当汽车不需要尾翼提供下压力，且汽车处于行驶状态下，蓄电池电量大于上阈值时，所述控制器控制单刀双掷开关K1的动端和单刀双掷开关K2的动端分别连接逆变器的两端，使得尾翼电机(8)、逆变器和蓄电池形成回路。
10.根据权利要求5所述的一种主动压差式发电尾翼，其特征在于，当汽车停止，且蓄电池电量低于下阈值时，所述控制器控制单刀双掷开关K1的动端和单刀双掷开关K2的动端分别连接整流调压器的两端，使得尾翼电机(8)、整流调压器和蓄电池形成回路。
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