专利摘要

本发明涉及车辆控制技术领域，公开了一种基于FSAE赛车的车辆进气装置及方法，以改善进气性能。本发明方法包括：在进气管中设置电机驱动的转动叶片，在排气管中设置废气能量驱动的涡轮叶片，并将所述转动叶片和所述涡轮叶片同轴设置以联动形成工作方向一致的进气增压；以及在车辆发动机启动后，检测车辆的轮速，判断当前的实时轮速是否到达切换阈值，当实时轮速低于所述切换阈值时，由电机驱动所述转动叶片进行进气增压；当实时轮速等于或大于所述切换阈值时，使令所述电机停止动力输出并切换到废气能量驱动涡轮叶片进行进气增压。

权利要求

1.一种基于FSAE赛车的车辆进气方法，其特征在于，包括：

在进气管中设置电机驱动的转动叶片，在排气管中设置废气能量驱动的涡轮叶片，并将所述转动叶片和所述涡轮叶片同轴设置以联动形成工作方向一致的进气增压；

在车辆发动机启动后，检测车辆的轮速，判断当前的实时轮速是否到达切换阈值，当实时轮速低于所述切换阈值时，由电机驱动所述转动叶片进行进气增压；当实时轮速等于或大于所述切换阈值时，使令所述电机停止动力输出并切换到废气能量驱动涡轮叶片进行进气增压；

在切换到废气能量驱动涡轮叶片进行进气增压后，所述转动叶片经同轴连接的齿轮变速装置带动连接的所述电机发电并将电能存储在车载蓄电池中；

还设置两级谐振腔以提高进气终了压力，包括：

在所述转动叶片与节气门之间设置一级圆柱形谐振腔以提高进气压力，以及在所述节气门与发动机之间设置二级球形谐振腔以提高进气的均匀性；并将喷油器安装在与所述节气门关联的限流阀与所述二级球形谐振腔的接口中间；和/或

在所述二级球形谐振腔的壁面上均匀布置进气歧管以连接所述发动机。

2.根据权利要求1所述的基于FSAE赛车的车辆进气方法，其特征在于，还包括：

设置相应的传感器以获取进气压力、排气管中的氧浓度和节气门位置，并在电机驱动所述转动叶片进行进气增压时，根据所获取的进气压力、排气管中的氧浓度和节气门位置信息调节所述电机的驱动力输出。

3.根据权利要求1或2所述的基于FSAE赛车的车辆进气方法，其特征在于，还包括：

通过在所述转动叶片与所述圆柱形谐振腔之间设置的中冷器进行冷却处理以调节进气压力；和/或：

通过在所述转动叶片与所述圆柱形谐振腔之间设置的泄压排气阀以调节进气压力。

4.一种基于FSAE赛车的车辆进气装置，其特征在于，包括：

设置在进气管中的转动叶片；

设置在排气管中以废气能量驱动的涡轮叶片；

其中，所述转动叶片和所述涡轮叶片同轴设置以联动形成工作方向一致的进气增压；以及还包括：

与轮速传感器、电机及发动机连接的中控ECU，用于在所述发动机启动后，检测车辆的轮速，判断当前的实时轮速是否到达切换阈值，当实时轮速低于所述切换阈值时，由所述电机驱动所述转动叶片进行进气增压；当实时轮速等于或大于所述切换阈值时，使令所述电机停止动力输出并切换到废气能量驱动涡轮叶片进行进气增压；

所述电机连接有蓄电池，以用于在切换到废气能量驱动涡轮叶片进行进气增压后，所述转动叶片经同轴连接的齿轮变速装置带动连接的所述电机发电并将电能存储在蓄电池中；

设置两级谐振腔以提高进气终了压力，具体包括：

在所述转动叶片与节气门之间设置一级圆柱形谐振腔以提高进气压力，以及在所述节气门与发动机之间设置二级球形谐振腔以提高进气的均匀性；并将喷油器安装在与所述节气门关联的限流阀与所述二级球形谐振腔的接口中间；和/或

在所述二级球形谐振腔的壁面上均匀布置进气歧管以连接所述发动机。

5.根据权利要求4所述的基于FSAE赛车的车辆进气装置，其特征在于，还包括：

设置相应的传感器以获取进气压力、排气管中的氧浓度和节气门位置；

所述中控ECU，还用于在电机驱动所述转动叶片进行进气增压时，根据所获取的进气压力、排气管中的氧浓度和节气门位置信息调节所述电机的驱动力输出。

6.根据权利要求4或5所述的基于FSAE赛车的车辆进气装置，其特征在于，还包括：

在所述转动叶片与所述圆柱形谐振腔之间设置中冷器进行冷却处理以调节进气压力；和/或：

在所述转动叶片与所述圆柱形谐振腔之间设置泄压排气阀以调节进气压力。

说明书

技术领域

本发明涉及车辆控制技术领域，尤其涉及一种基于FSAE赛车的车辆进气装置及方法。

背景技术

大学生方程式赛车比赛(FSAE，Formula SAE)现在已经吸引了国内众多高校加入研究、设计、制造与调试。其比赛规则包括：针对发动机要求包括发动机排量小于或等于750cc排量，进气系统均需通过一个直径为20mm的圆形进气限流阀，且进气限流阀安装在发动机进气系统节气门和发动机之间。进气限流阀一方面为实现大学生方程式赛车设计、制造、比赛带来安全、平衡作用。但另一方面，影响了发动机低中高转速情况下的进气充量系数，设计时，在FSAE赛车规则前提下，如果不合理设计进气系统，将严重影响赛车低中高转速情况的下的扭矩、功率输出，从而影响比赛成绩。

针对FSAE特别设定的进气限流阀装置，常规情况下，发动机在低速起步时，将明显感觉进气不足，因为限流阀带来的进气终了压力减小，进气效果降低，发动机燃烧不完全，动力不足，造成起步驱动比较滞后。如果采用常规的废气涡轮机械增压方式，因为废气涡轮增压方式，主要依靠废气带动涡轮旋转从而使和涡轮机同轴的压缩机工作，进而吸入更多的新鲜空气，但是，当FSAE处于起步低速阶段，废气能量比较低，不足以推动涡轮高速旋转，从而导致压缩机工作效率低下，进气效果差，起步改进效果不明显，而因为废气涡轮增压，致使FSAE赛车将出现起步涡轮增压迟滞的现象，对于FSAE赛车比赛以秒来计算成绩的赛事，将有重大的不利影响。

发明内容

本发明目的在于公开一种基于FSAE赛车的车辆进气装置及方法，以改善进气性能。

为实现上述目的，本发明公开了一种基于FSAE赛车的车辆进气方法，包括：

在进气管中设置电机驱动的转动叶片，在排气管中设置废气能量驱动的涡轮叶片，并将所述转动叶片和所述涡轮叶片同轴设置以联动形成工作方向一致的进气增压；

在车辆发动机启动后，检测车辆的轮速，判断当前的实时轮速是否到达切换阈值，当实时轮速低于所述切换阈值时，由电机驱动所述转动叶片进行进气增压；当实时轮速等于或大于所述切换阈值时，使令所述电机停止动力输出并切换到废气能量驱动涡轮叶片进行进气增压。

为实现上述目的，本发明还公开了一种基于FSAE赛车的车辆进气装置，包括：

设置在进气管中的转动叶片；

设置在排气管中以废气能量驱动的涡轮叶片；

其中，所述转动叶片和所述涡轮叶片同轴设置以联动形成工作方向一致的进气增压；以及还包括：

与轮速传感器、电机及发动机连接的中控ECU，用于在所述发动机启动后，检测车辆的轮速，判断当前的实时轮速是否到达切换阈值，当实时轮速低于所述切换阈值时，由所述电机驱动所述转动叶片进行进气增压；当实时轮速等于或大于所述切换阈值时，使令所述电机停止动力输出并切换到废气能量驱动涡轮叶片进行进气增压。

优选地，本发明设置两级谐振腔以提高进气终了压力，具体包括：在所述转动叶片与节气门之间设置一级圆柱形谐振腔以提高进气压力，以及在所述节气门与发动机之间设置二级球形谐振腔以提高进气的均匀性；并将喷油器安装在与所述节气门关联的限流阀与所述二级球形谐振腔的接口中间。

进一步地，为改善进气性能，还包括：

在所述转动叶片与所述圆柱形谐振腔之间设置中冷器进行冷却处理以调节进气压力；

在所述转动叶片与所述圆柱形谐振腔之间设置泄压排气阀以调节进气压力；和/或：

在所述二级球形谐振腔的壁面上均匀布置进气歧管以连接所述发动机。

本发明具有以下有益效果：

可以根据轮速变化在电机驱动进气增压和废气涡轮驱动增压两种方式下的融合和切换，而且基于电机驱动进气增压的方式，有利于提高低速的进气终了压力，改善发动机燃烧，增强发动机动力响应特性；从而解决了低转速进气不足、中高转速扭矩输出较小的难题。

下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例公开的基于FSAE赛车的车辆的部分结构框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1

本实施例公开一种基于FSAE赛车的车辆。参见图1，包括：

1-车轮，2-空滤装置，3-转动叶片，4-齿轮变速装置，5-变压保护装置，6-电机，7-蓄电池，8-节气门，9-节气门踏板，10-进气歧管，11-发动机，12-二级球形谐振腔，13-喷油器，14-限流阀，15-节气门位置传感器，16-进气管，17-一级圆柱形谐振腔，18-进气压力传感器，19-氧传感器，20-排气管，21-泄压排气阀，22-中冷器，23-涡轮叶片，24-中控ECU,25-轮速传感器。

其中：轮速传感器25用于检测赛车实际行车速度，为中控ECU24提供修正反馈信号，以控制进气增压方式；空滤装置2用于过滤空气；发动机进气口，迎风而设计，充分利用进气惯性效应，提高进气充量系数。转动叶片3位于进气管16中，且同轴连接于涡轮叶片23，且在中控ECU24的监控下，可控制电机6和排气管20的废气能量交替提供转动的动力来源，从而实现不同转速的进气增压效果。

本实施例所公开的电机驱动进气增压的方式，具体工作过程例如：

当轮速传感器25检测到赛车车轮1速度低于60km/h(当然可以设置其它某一个切换阈值)时，中控ECU24根据进气压力传感器18的进气压力信号、氧传感器19的排气氧浓度信号、以及节气门位置传感器15的节气门位置信号，综合反馈上述电信号参数，输出电机6执行工作的信号以调节电机的驱动力输出，进而确保进气增压的平稳性。电机6启动后，开始高转速工作，通过齿轮变速装置4连接转动叶片3的转动轴；可选的，图1的齿轮变速装置4是一套两端小齿轮，中间大齿轮的串联变速装置；藉此，电机6开始工作带动一个小齿轮转动，该小齿轮连接大齿轮，转速降低，转矩增大，然后大齿轮作为中间传递齿轮，连接另一小齿轮，将动力与转动叶片3的转动轴相连，实现高速旋转，从而将电机6的高速旋转同步传递到转动叶片3上；从而使得转动叶片3的高速旋转与发动机低转速没有任何干涉，即使在赛车手通过节气门踏板9控制节气门8开度较小情况下，也可获得较大的进气量，实现快速响应的同时还实现了低转速情况下较高的功率和扭矩，也实现了FSAE赛车低转速情况下进气增压的效果。与此同时，转动叶片3的转动轴是连接这涡轮叶片23的转动轴，这和废气推动涡轮叶片23的转动方向一致，不影响涡轮叶片23工作。

本实施例为保证FSAE赛车在低中高转速情况下的燃油经济性和比赛驾驶时动力的平顺性，本发明中控ECU24设定当轮速传感器25检测轮速超过60km/h时(或同前面叙述，对应设置其他某一转速)，中控ECU24向电机6发出相关指令以终止动力输出，此时，发动机排气管20的废气能量驱动涡轮叶片23工作，涡轮叶片23同轴连接进气管中的转动叶片3，转动叶片3实现高于电机6通过齿轮变速装置4带来的转速。因为电机6本身的结构限制和蓄电池7电压的影响，驱动电机6的转速受到一定限制，因此本实施例在中高转速情况下切换采用废气涡轮增压方式，巧妙切换，充分利用废气能量，结构无干涉，工作过程无矛盾，进气过程平顺。

而且，由排气管20带来的废气能量驱动涡轮叶片23转动，涡轮叶片23同轴连接转动叶片3，在涡轮叶片介入作为驱动动力源之前，转动叶片3的转动方向和涡轮叶片23转动方向一致，因此，排气管20的废气能量驱动涡轮叶片23工作，转动叶片3工作没有方向冲突，保证进气增压方向一致性，工作平顺。而且在废气能量不足以干涉电机6通过齿轮变速装置4带来转动叶片3的转速时，二者工作也互不影响。优选地，电机6驱动转动叶片3带来的进气增压方式，其进气增压比可设定在1.5-2.5之间，中控ECU24接收发动机进气系统各个的传感器信号并通过逻辑程序和数据处理，向电机6发出执行命令以调节电机6的驱动力输出。

进一步地，转动叶片3同轴连接齿轮变速装置4，齿轮变速装置4和电机6连接，电机6此时处于断电非工作状态，由排气管20的能量，通过中间的转动叶片3的同轴连接，齿轮变速装置4传动，电机6将发电，发电电压通过变压保护装置5，转换成安全电压，将电能安全储存在蓄电池7中，以在车轮转速较低时，为电机驱动进气增压提供电能。藉此可将废气能量充分利用，提高了废气热能的利用率，起到高效节能作用。

优选地，废气涡轮增压的增压比可设置在2.5-3.5之间，将有效提高FSAE赛车在中高转速情况的扭矩和功率输出和热效率。

进一步地，增压后的进气将处于温升状态，不利于最终的进气终了压力提升，因此增压后设置有中冷器22，中冷器将使高压高温的气体低于一定温度，空气冷却状态下，进气终了压力更好，进气效果更佳。进气压力由进气压力传感器18检测，如果增压后的进气压力过高，中控ECU24将通过执行命令打开泄压排气阀21。从而使进气压力处于发动机进气需要状态，泄压排气阀21尤其在废气涡轮增压工作过程作用明显，发动机转速高，增压比大。

为提高进气终了压力，本发明还特别设计两级谐振腔结构装置，一级圆柱形谐振腔17在增压装置后，通过该圆柱形谐振腔改善进气状态，通过圆柱形谐振腔调节进气压力波，提高进气压力。二级球形谐振腔12安装在限流阀14和发动机进气歧管10中间，进气歧管10连接发动机11，且二级球形谐振腔12设计成球形结构，喷油器13安装在限流阀14与二级球形谐振腔12的接口中间，喷油器的高压喷雾充分借助球面的光滑无凸起结构内壁表面特征，与增压后的空气充分混合雾化，形成涡流，提高了混合气的雾化效果，进气歧管10根据发动机结构，合理均匀的布局在二级球型谐振腔12的壁面上，和其他的谐振腔结构相比，该二级球形谐振腔结构对进气的均匀性有很大的提高，进气效果均匀，发动机动力平顺，响应快，为FSAE赛车比赛成绩的提高，起到了明显改进作用。

实施例2

与上述装置相对应的，本实施例公开一种基于FSAE赛车的车辆进气方法，包括：

步骤S1、在进气管中设置电机驱动的转动叶片，在排气管中设置废气能量驱动的涡轮叶片，并将所述转动叶片和所述涡轮叶片同轴设置以联动形成工作方向一致的进气增压。

步骤S2、在车辆发动机启动后，检测车辆的轮速，判断当前的实时轮速是否到达切换阈值，当实时轮速低于所述切换阈值时，由电机驱动所述转动叶片进行进气增压；当实时轮速等于或大于所述切换阈值时，使令所述电机停止动力输出并切换到废气能量驱动涡轮叶片进行进气增压。

优选地，本实施例还包括：

设置相应的传感器以获取进气压力、排气管中的氧浓度和节气门位置，并在电机驱动所述转动叶片进行进气增压时，根据所获取的进气压力、排气管中的氧浓度和节气门位置信息调节所述电机的驱动力输出。

优选地，本实施例还设置两级谐振腔以提高进气终了压力，具体包括：

在所述转动叶片与节气门之间设置一级圆柱形谐振腔以提高进气压力，以及在所述节气门与发动机之间设置二级球形谐振腔以提高进气的均匀性；并将喷油器安装在与所述节气门关联的限流阀与所述二级球形谐振腔的接口中间。

进一步的，本实施例还在所述二级球形谐振腔的壁面上均匀布置进气歧管以连接所述发动机。

优选地，本实施例方法还包括：

通过在所述转动叶片与所述圆柱形谐振腔之间设置的中冷器进行冷却处理以调节进气压力；和/或通过在所述转动叶片与所述圆柱形谐振腔之间设置的泄压排气阀以调节进气压力。

进一步的，本实施例还在切换到废气能量驱动涡轮叶片进行进气增压后，所述转动叶片经同轴连接的齿轮变速装置带动连接的所述电机发电并将电能存储在车载蓄电池中。

综上，本发明以上各实施例所公开的基于FSAE赛车的车辆进气方法，具有以下有益效果：

可以根据轮速变化在电机驱动进气增压和废气涡轮驱动增压两种方式下的融合和切换，而且基于电机驱动进气增压的方式，有利于提高低速的进气终了压力，改善发动机燃烧，增强发动机动力响应特性；从而解决了低转速进气不足、中高转速扭矩输出较小的难题。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。

基于FSAE赛车的车辆进气装置及方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。