一种利用车辆尾气降低空气阻力的控制系统的制作方法

2021-02-03 12:02:54|

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[0001]
本发明涉及汽车空气动力学技术领域，特别涉及一种利用车辆尾气降低空气阻力的控制系统。

背景技术：

[0002]
空气阻力，指空气对运动物体的阻碍力，是运动物体受到空气的弹力而产生的。汽车、船舶、铁路机车等在运行时，由于前面的空气被压缩，两侧表面与空气的摩擦，以及尾部后面的空间成为部分真空，这些作用所引起的阻力。
[0003]
目前车辆高速行驶时，在汽车后风窗两侧会形成很强的拖拽涡，在车顶后缘也会形成较大的分离涡，这将形成很大的空气阻力，车辆行驶过程中克服空气阻力，增加车辆行驶过程中的油耗，产生大量尾气，这些尾气中带有很高的热能和动能，大部分的能量通过排气管道被尾气带走，释放到空气中，造成很大的能源浪费。
[0004]
目前一般通过在车顶后缘及后风窗两侧增加扰流板对拖拽涡进行控制，实现减阻效果，但扰流板形状突兀，造型不美观；并且此控制方法固定、不灵活、无法根据风阻大小提供不同的控制，减阻效果有待提高。

技术实现要素：

[0005]
本发明要解决是无法自动减阻控制和车辆尾气无法充分利用的技术问题。
[0006]
为解决上述技术问题，本发明公开了一种利用车辆尾气降低空气阻力的控制系统，包括车速检测装置、减阻排气装置和控制器，
[0007]
车速检测装置，用于测量车辆行进过程中的速度；
[0008]
减阻排气装置，所述减阻排气装置包括第一路管道、第二路管道、减阻排气口结构、阀门组件和气泵组件，所述第一路管道的侧壁处连通所述第二路管道，所述第一路管道的一端与所述减阻排气口结构连通，所述第一路管道用于通车辆尾气，所述第二路管道的内部间隔设置有阀门组件和气泵组件，所述阀门组件开启时，所述第一管道和所述第二管道之间的通路连通，所述阀门组件关闭时，所述第一路管道和所述第二路管道之间的通路断开，所述气泵组件能够将抽取的外界空气通过所述第二路管道和所述第一路管道后经所述减阻排气口结构排出；
[0009]
控制器，所述控制器分别与所述车速检测装置、阀门组件和气泵组件电信号连接，所述控制器用于根据接收到的所述速度控制所述阀门组件和所述气泵组件的开启和关闭所述气泵组件中气泵的转速。
[0010]
优选的，所述控制器中设置有车速基准值，所述车速检测装置将检测到的车辆的实际车速传递给所述控制器，所述控制器判断所述实际车速和所述车速基准值的大小关系控制所述阀门组件和所述气泵组件的开启和关闭。
[0011]
优选的，在汽车后风窗四周的车身边缘设有至少两个减阻排气口结构。
[0012]
优选的，所述减阻排气口结构呈狭长型。
[0013]
优选的，在每个所述减阻排气口结构处均设置格栅。
[0014]
优选的，所述减阻排气口结构的排气口内壁为从内往外的斜面结构。
[0015]
优选的，所述第一路管道包括排尾气管道和公共管道，所述公共管道的第一端与所述减阻排气口结构连通，所述公共管道的第二端与所述排气尾管连通，所述公共管道的第三端与所述第二路管道连通。
[0016]
优选的，所述排尾气管道和所述公共管道为一体化结构。
[0017]
优选的，所述排尾气管道和所述公共管道为可拆分结构。
[0018]
优选的，所述公共管道和所述减阻排气口结构之间有个缓冲的弧形结构，所述弧形结构连通所述公共管道和所述减阻排气口结构。
[0019]
采用上述技术方案，本发明所述的具有如下有益效果：
[0020]
控制器，所述控制器分别与所述车速检测装置、阀门组件和气泵组件电信号连接，所述控制器用于根据接收到的所述速度控制所述阀门组件和所述气泵组件的开启和关闭。本发明主要通过车辆尾气和空气，使得车辆尾气与尾涡处的分离气流和拖拽涡相混合，延缓气流分离现象和拖拽涡低压高阻现象，并达到控制器自动控制和充分利用车辆尾气的效果。
附图说明
[0021]
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]
图1为本发明一实施例中利用车辆尾气降低空气阻力的控制系统示意图；
[0023]
图2为本发明一实施例中减阻排气装置结构示意图；
[0024]
图3为本发明一实施例中减阻排气口结构在车上得分布示意图；
[0025]
图4为本发明一实施例中带有缓冲结构的减阻排气装置结构示意图；
[0026]
以下对附图作补充说明：
[0027]
1-车速检测装置；2-控制器；3-减阻排气装置；31-减阻排气口结构；32-第二路管道；33-第一路管道；34-阀门组件；35-气泵组件；321-公共管道；322-排尾气管道；36-缓冲结构。
具体实施方式
[0028]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0029]
此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和
操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
[0030]
一种利用车辆尾气降低空气阻力的控制系统，其特征在于：包括车速检测装置1、减阻排气装置3和控制器2，
[0031]
车速检测装置1，用于测量车辆行进过程中的速度；
[0032]
减阻排气装置3，所述减阻排气装置3包括第一路管道33、第二路管道32、减阻排气口结构31、阀门组件34和气泵组件35，所述第一路管道33的侧壁处连通所述第二路管道32，所述第一路管道33的一端与所述减阻排气口结构31连通，所述第一路管道33用于通车辆尾气，所述第二路管道32的内部间隔设置有阀门组件34和气泵组件35，所述阀门组件34开启时，所述气泵组件35能够将抽取的外界空气通过所述第二路管道32和所述第一路管道33后经所述减阻排气口结构31排出。
[0033]
控制器2，所述控制器2分别与所述车速检测装置1、阀门组件34和气泵组件35电信号连接，所述控制器2用于根据接收到的所述速度控制所述阀门组件34和所述气泵组件35的开启和关闭所述气泵组件35中气泵的转速；
[0034]
所述阀门组件34和所述气泵组件35的开启时，尾气靠自身动能经所述第一路管道33从所述减阻排气口结构31排出，同时所述气泵组件35将抽吸的外界空气经所述第二路管道32和所述第一路管道33从所述减阻排气口结构31排出；
[0035]
所述阀门组件34和所述气泵组件35的关闭时，尾气靠自身动能经所述第一路管道33从所述减阻排气口结构31排出。
[0036]
本发明主要通过车辆尾气和空气，使得车辆尾气与尾涡处的分离气流和拖拽涡相混合，延缓气流分离现象和减轻拖拽涡低压高阻现象，并达到控制器2自动控制和充分利用车辆尾气的效果。同时，所述尾气和空气可以通过减阻排气口结构31排出，降低了升力，增大了下压力，增强了车辆操纵的稳定性。所述控制器2用于根据接收到的所述速度控制所述阀门组件34和所述气泵组件35的开启和关闭所述气泵组件35中气泵的转速，实现不同的排气速度；经仿真验证，采用所述利用车辆尾气降低空气阻力的控制系统的车的风阻系数为0.624时，当车辆以速度v0＝100kph行驶时，减阻排气口结构31的宽度d＝10mm，排气速度v＝15m/s时，汽车风阻系数降低34个count，0.001即1个count，降幅为10％，减阻效果明显。
[0037]
在一些实施例中，如图2所示，一种利用车辆尾气降低空气阻力的控制系统包括车速检测装置1，减阻排气装置3和控制器2，
[0038]
车速检测装置1，用于测量车辆行进过程中的速度；
[0039]
减阻排气装置3，所述减阻排气装置3包括排尾气管道322、第二路管道32、公共管道321、减阻排气口结构31、阀门组件34和气泵组件35，
[0040]
所述公共管道321的第一端与减阻排气口结构31连通，所述公共管道321的第二端与所述排气尾管连通，所述公共管道321的第三端与所述第二路管道32连通；其中所述排尾气管道322与车辆的排气系统连通，这样汽车发动机燃烧产生的高温气体即尾气流经排气
系统，然后再流经所述排尾气管道322；其中，所述公共管道321与所述排气尾管为一体化结构或者为可拆分结构，但不限于此；
[0041]
所述排尾气管道322、所述公用管道和所述减阻排气口结构31之间形成第一通路，用于车辆尾气通过所述第一通路经所述减阻排气口结构31排出，破坏涡流，以减小汽车风阻；汽车发动机燃烧产生的高温气体即尾气流经汽车的排气系统，从所述减阻排气口结构31排除，该尾气与汽车尾涡处的分离气流相混合后，可延缓气流分离现象，降低汽车尾涡的强度和大小，从而减少压差阻力，进而降低汽车的气动阻力，实现节能减耗。
[0042]
所述第二路管道32、所述公共管道321和所述减阻排气口结构31之间形成第二通路，用于将所述气泵组件35抽吸的外界空气通过所述第一通路经所述减阻排气口结构31排出。
[0043]
所述通气管道内间隔设置有阀门组件34和气泵组件35，用于在所述阀门组件34和所述气泵组件35打开时，所述气泵抽吸进来的空气通过所述第二路管道32、所述公用管道后经所述减阻排气口结构31排出；优选的，所述阀门组件34设置在所述第二路管道32和所述公共管道321的连接处；
[0044]
控制器2，所述控制器2分别与所述车速检测装置1、阀门组件34和气泵组件35电信号连接，所述控制器2用于根据接收到的所述速度控制所述阀门组件34和所述气泵组件35的开启和关闭；
[0045]
所述阀门组件34和所述气泵组件35的开启时，尾气靠自身动能经所述第一路管道33从所述减阻排气口结构31排出，同时所述气泵组件35将抽吸的外界空气经所述第二路管道32和所述第一路管道33从所述减阻排气口结构31排出；
[0046]
所述阀门组件34和所述气泵组件35的关闭时，尾气靠自身动能经所述第一路管道33从所述减阻排气口结构31排出；
[0047]
在一个仿真模拟研究中数据统计表明，如下表1所示为车尾各个部分和前后轮的气动阻力各个部分和前后轮的气动阻力，明显可以看出后风窗和车尾处所占比例较大，整个尾部阻力(后风窗、车尾和离去角)几乎占整车阻力的50％，其中后风窗阻力占了整车阻力的25％。
[0048]
表1
[0049][0050]
于是，在一些实施例中，在汽车后风窗四周的车身边缘设有至少两个减阻排气口结构31，在一个实施例中，如图2所示，两个所述减阻排气口结构31分别设置在汽车后风窗左右车身边缘处，所述减阻排气口结构31呈狭长型，且沿车身边缘的长度方向延伸，这样，当所述减阻排气口结构设置在车后窗对应的车身左右边缘时，使得车辆尾气与拖拽涡相混合，减轻气流拖拽涡低压高阻现象，当所述减阻排气口结构设置在车后窗对应的车身上下
边缘时，可使汽车尾气排除后迅速与汽车后风窗处的c柱涡气流混合，使得延缓气流分离的效果更明显，可更高效地降低压差阻力。
[0051]
统计了最佳工况下车尾部各个部分以及车轮的气动阻力，表2所示在设置减阻排气装置3工况下车身各重要部件气动阻力统计。
[0052]
表2
[0053][0054]
相比原模型，射流工况下各个部位的空气阻力均得以降低。气动阻力变化情况为：(1)后风窗风阻降低16n；(2)车尾风阻降低10n；(3)离去角风阻降低4n；(4)前轮风阻降低7n；(5)后轮风阻降低6n。可以看出，后风窗处空气阻力下降幅度较大。
[0055]
在后风窗两侧设置减阻排气口结构31进行吹气，能有效破坏原来流场的低压高阻状态，使尾部气流分离减小、尾涡减弱，后风窗处负压均得到很大程度的改善(即负压增大)，这就使得沿车身表面的压力积分大大减小，降低压差阻力随之降低。
[0056]
在一些实施例中，在每个所述减阻排气口结构31处均设置格栅，通过设计不同尺寸地格栅可使每个位置的气体排出量不同，实现所述减阻排气口结构31排气量的合理分配。
[0057]
在一些实施例中，所述减阻排气口结构31的排气口内壁为从内往外的斜面结构，增大气体排出的扩散面积，这样，使得车辆尾气快速与尾涡处的分离气流和拖拽涡相混合，延缓气流分离现象和减轻拖拽涡低压高阻现象。
[0058]
在一些实施例中，参见图4，所述公共管道321和所述减阻排气口结构31之间有个缓冲结构36，所述弧形结构连通所述公共管道321和所述减阻排气口结构31，所述缓冲结构36的侧面可以为弧形。
[0059]
在一些实施例中，所述控制器2中设置有车速基准值，所述车速检测装置1将检测到的车辆的实际车速传递给所述控制器2，所述控制器2判断所述实际车速和所述车速基准值的大小关系，当所述实际车速低于所述车速基准值时，所述第一阀门组件34关闭，所述排尾气管道322中的尾气靠自身动能进入所述公共管道321，通过所述减阻射流口将尾气排出，当所述实际车速不低于所述车速基准值时，所述第一阀门组件34打开，一方面，所述排尾气管道322中的尾气靠自身动能进入所述公共管道321，通过所述减阻射流口将尾气排出，另一方面，所述第二路管道32内得气泵抽吸外界得空气，通过所述空气管道进入所述公共管道321，从而将空气通过所述减阻射流口将尾气排出；进一步的，于一实施例中，所述气泵组件35包括气泵和气泵速度控制器2，所述气泵调速控制器2可以根据所述车速控制所述气泵吸气口抽吸外界空气的速度、排气口释放空气的速度和抽吸和排气的频率。
[0060]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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