汽車機(jī)械控制系統(tǒng)中穩(wěn)定性的DRS 設(shè)計(jì)與分析

曾宣霖

(吉林大學(xué)汽車工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130000)

1 研究目的

空氣動(dòng)力學(xué)套件作為賽車不可缺少的部件，在氣動(dòng)性方面發(fā)揮重要作用。車輛在直線行駛的工況下需要盡量減小阻力以提高車輛加速的效率。而在過彎的工況下要求車輛增加負(fù)升力以提高車輛過彎的穩(wěn)定性。尾翼作為空套中的一部分，主要作用是產(chǎn)生可觀的負(fù)升力。本項(xiàng)目研究如何通過連接傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及電控部分實(shí)現(xiàn)對(duì)尾翼上襟翼的攻角調(diào)整實(shí)現(xiàn)車輛直線工況減小阻力，在過彎工況下增加負(fù)升力的要求。同時(shí)研究不同造型的翼片對(duì)負(fù)升力的影響，進(jìn)而在小阻力的情況下產(chǎn)生更多的負(fù)升力。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，自動(dòng)化技術(shù)也得到了前所未有的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)在汽車機(jī)械控制系統(tǒng)中也起到了至關(guān)重要的功能。

2 具體設(shè)計(jì)方案

本文的概念設(shè)計(jì)方案如圖1 所示，該方案設(shè)計(jì)的是基于提高車輛穩(wěn)定性的的DRS 系統(tǒng)。該項(xiàng)目的思路是；通過角度傳感器判斷車輛當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)態(tài)度，配合加速度傳感器、速度傳感器和車身姿態(tài)傳感器，判斷車輛是直線加速狀態(tài)還是過彎狀態(tài)，并收集信號(hào)傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)通過蓄電池供電，且信號(hào)線連接舵機(jī)，控制舵機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，舵機(jī)通過桿件與襟翼1 和襟翼2 相連，舵機(jī)做動(dòng)力輸出，推動(dòng)桿件做周期運(yùn)動(dòng)，繼而調(diào)整攻角，并且根據(jù)不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)做出響應(yīng)。在直線加速狀態(tài)下舵機(jī)通過桿件將力傳遞到襟翼上，使襟翼達(dá)到合適的大攻角狀態(tài)，在過彎狀態(tài)時(shí)，角度傳感器將判斷結(jié)果以信號(hào)形式傳到單片機(jī)，單片機(jī)做出響應(yīng)，控制舵機(jī)輸出，進(jìn)而控制襟翼攻角調(diào)整為小攻角狀態(tài)。

圖1 原理示意圖

其技術(shù)路線如圖2 所示。

圖2 技術(shù)路線圖

翼片造型分析部分，主要是對(duì)翼片造型“下”方向和“前”方向進(jìn)行研究，選定某一弦長(zhǎng)百分比值(如1%弦長(zhǎng))為一單位增量，對(duì)S1223 翼型進(jìn)行概念建模。再使用分析軟件ANSYS 中fluid flow(fluent)模塊，對(duì)模型進(jìn)行分析，監(jiān)控并記錄翼型的負(fù)升力和阻力，匯總并總結(jié)。分析數(shù)據(jù)，對(duì)模型進(jìn)行再次修改，二次論證仿真結(jié)果。以最終得到仿真結(jié)果最優(yōu)為結(jié)束點(diǎn)，綜合考慮兩個(gè)方向上的仿真結(jié)果，對(duì)造型綜合建模，并分析得到最優(yōu)結(jié)果。

如圖3 所示，連接傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要工作原理：通過電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，作為動(dòng)力輸出，進(jìn)而帶動(dòng)接近電機(jī)的第一個(gè)吊耳，該吊耳通過桿件與襟翼上的吊耳相連，以控制翼片的轉(zhuǎn)動(dòng)。兩片襟翼同樣通過桿件相連，舵機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，控制兩片襟翼同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)根據(jù)單片機(jī)來協(xié)調(diào)控制。襟翼轉(zhuǎn)動(dòng)的攻角通過角度傳感器來收集，并傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)再做出相應(yīng)響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)控制調(diào)整攻角。

圖3 連接機(jī)構(gòu)概念完成調(diào)整攻角建模

利用keil 軟件，進(jìn)行程序編程，由前期收集的數(shù)據(jù)，編寫不同的程序，以車輛不同運(yùn)動(dòng)狀況下的回饋，設(shè)定不同的響應(yīng)，以單片機(jī)STM32F103 為控制元件，使用PWM輸出，即控制一個(gè)周期內(nèi)的高電平的長(zhǎng)度，將此輸出作為信號(hào)，控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。預(yù)期會(huì)在方向盤上裝一個(gè)角度傳感器，通過感應(yīng)方向盤轉(zhuǎn)角變化判斷車輛行駛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或是過彎還是直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)配合速度和加速度傳感器，將信號(hào)傳給單片機(jī)，單片機(jī)做出判斷，控制舵機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，進(jìn)而控制襟翼的轉(zhuǎn)角。

3 結(jié)論

由于自動(dòng)化技術(shù)水平的不斷提高，機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)在汽車機(jī)械控制系統(tǒng)中的地位也越來越重要，自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)逐漸成為汽車行業(yè)進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)的一大利器。促進(jìn)汽車機(jī)械控制系統(tǒng)朝著自動(dòng)化方向發(fā)展成為了不可避免的討論話題，先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)能夠推動(dòng)整個(gè)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展。本文通過一系列傳感器收集車輛當(dāng)前行駛狀況，將信號(hào)傳遞到單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)收集的信號(hào)做出反饋，控制舵機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，進(jìn)而帶動(dòng)襟翼轉(zhuǎn)動(dòng)，使得車輛在直線工況下盡可能減小阻力，在過彎工況下盡可能產(chǎn)生更多的負(fù)升力。達(dá)到直線減阻，彎道加壓的目的，進(jìn)而提高車輛的穩(wěn)定性。