汽車機械控制系統中穩定性的DRS 設計與分析

曾宣霖

(吉林大學汽車工程學院，吉林 長春 130000)

1 研究目的

空氣動力學套件作為賽車不可缺少的部件，在氣動性方面發揮重要作用。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升力以提高車輛過彎的穩定性。尾翼作為空套中的一部分，主要作用是產生可觀的負升力。本項目研究如何通過連接傳動機構以及電控部分實現對尾翼上襟翼的攻角調整實現車輛直線工況減小阻力，在過彎工況下增加負升力的要求。同時研究不同造型的翼片對負升力的影響，進而在小阻力的情況下產生更多的負升力。隨著計算機技術的不斷進步，自動化技術也得到了前所未有的發展，計算機技術在汽車機械控制系統中也起到了至關重要的功能。

2 具體設計方案

本文的概念設計方案如圖1 所示，該方案設計的是基于提高車輛穩定性的的DRS 系統。該項目的思路是；通過角度傳感器判斷車輛當前的運動轉態度，配合加速度傳感器、速度傳感器和車身姿態傳感器，判斷車輛是直線加速狀態還是過彎狀態，并收集信號傳遞給單片機，單片機通過蓄電池供電，且信號線連接舵機，控制舵機輸出轉矩，舵機通過桿件與襟翼1 和襟翼2 相連，舵機做動力輸出，推動桿件做周期運動，繼而調整攻角，并且根據不同的運動狀態做出響應。在直線加速狀態下舵機通過桿件將力傳遞到襟翼上，使襟翼達到合適的大攻角狀態，在過彎狀態時，角度傳感器將判斷結果以信號形式傳到單片機，單片機做出響應，控制舵機輸出，進而控制襟翼攻角調整為小攻角狀態。

圖1 原理示意圖

其技術路線如圖2 所示。

圖2 技術路線圖

翼片造型分析部分，主要是對翼片造型“下”方向和“前”方向進行研究，選定某一弦長百分比值(如1%弦長)為一單位增量，對S1223 翼型進行概念建模。再使用分析軟件ANSYS 中fluid flow(fluent)模塊，對模型進行分析，監控并記錄翼型的負升力和阻力，匯總并總結。分析數據，對模型進行再次修改，二次論證仿真結果。以最終得到仿真結果最優為結束點，綜合考慮兩個方向上的仿真結果，對造型綜合建模，并分析得到最優結果。

如圖3 所示，連接傳動機構主要工作原理：通過電機轉動，作為動力輸出，進而帶動接近電機的第一個吊耳，該吊耳通過桿件與襟翼上的吊耳相連，以控制翼片的轉動。兩片襟翼同樣通過桿件相連，舵機輸出轉矩，控制兩片襟翼同時轉動。電機的轉動根據單片機來協調控制。襟翼轉動的攻角通過角度傳感器來收集，并傳遞給單片機，單片機再做出相應響應，實現控制調整攻角。

圖3 連接機構概念完成調整攻角建模

利用keil 軟件，進行程序編程，由前期收集的數據，編寫不同的程序，以車輛不同運動狀況下的回饋，設定不同的響應，以單片機STM32F103 為控制元件，使用PWM輸出，即控制一個周期內的高電平的長度，將此輸出作為信號，控制舵機的轉動角度。預期會在方向盤上裝一個角度傳感器，通過感應方向盤轉角變化判斷車輛行駛運動狀態或是過彎還是直線運動狀態，同時配合速度和加速度傳感器，將信號傳給單片機，單片機做出判斷，控制舵機輸出轉矩，進而控制襟翼的轉角。

3 結論

由于自動化技術水平的不斷提高，機械自動化技術在汽車機械控制系統中的地位也越來越重要，自動化技術已經逐漸成為汽車行業進行競爭的一大利器。促進汽車機械控制系統朝著自動化方向發展成為了不可避免的討論話題，先進的自動化技術能夠推動整個汽車產業發展。本文通過一系列傳感器收集車輛當前行駛狀況，將信號傳遞到單片機，單片機根據收集的信號做出反饋，控制舵機輸出轉矩，進而帶動襟翼轉動，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生更多的負升力。達到直線減阻，彎道加壓的目的，進而提高車輛的穩定性。