◉ 简介和目标:
在所有汽车中,底盘设计尤为重要,因为它决定了压力中心和其他部件的位置,是汽车工程中的关键组成部分之一。事实上,底盘是汽车整体结构的骨架,承担着承载各种重量并在车辆行驶或停止时分配力的重要任务。这个关键部件在保护各种类型汽车的空气动力学平衡和稳定性方面发挥着重要作用,并确保安装在底盘上的其他部件的强度和长期支撑。底盘的工程设计和合理布局使汽车重量分布均匀,从而更容易在不同的驾驶条件下控制车辆。
从结构上看,底盘分为六类:车架式底盘、承载式车身底盘、空间框架式底盘、混合式底盘、梯形底盘和脊柱式底盘。在车架式底盘设计中,独立的框架是车身连接点,通常用于重型车辆。承载式车身底盘通常用于轻型车辆,其车身和底盘设计制造为一个整体。在一些高档汽车中,空间框架式底盘的管状结构通常采用铝合金和碳纤维材料。混合式底盘用于需要兼顾公路和越野性能的车辆。梯形底盘适用于需要高强度、抗冲击性和承载大载荷的车辆。最后是产量较低的脊柱式底盘,它由直径较小的混凝土柱组成,仅少量生产用于矿用卡车。
虽然每种类型的底盘在维护汽车平衡方面都起着基础性作用,但根据在恶劣条件下进行的技术测试,由于其高灵活性,非承载式车身底盘通常具有更好的动态和空气动力学性能。在底盘性能方面,底盘材料的合金成分也起着重要作用,例如,钢制底盘强度更高但重量更重,而铝制底盘则更轻但价格更高。显然,优质的底盘可以提高乘客的安全性和保护性,同时保持车辆平衡并延长悬架系统组件的使用寿命。然而,尽管底盘具有所有这些优点和益处,但由于其复杂的设计和较高的重量,它们被认为是导致汽车燃油消耗增加的主要因素之一。这促使我萌生了设计一种独特底盘的想法,以降低所有类型车辆的燃油消耗。
在设计这一理念时,我力求利用重力产生的强大前向牵引力,同时确保这种新型底盘在各种特殊路况或越野条件下仍能保持其工程强度和灵活性。基于这一理念,我们将使所有类型车辆的燃油消耗降低约 40%,因为消除了发动机推动车辆前进所需的额外压力,车辆将始终处于持续的前向牵引状态。根据车辆各部件的总重量,这种新型底盘的前向牵引力会有所不同,这意味着车辆总重量(不包括底盘重量)越大,前向牵引力就越大,底盘所受的重力也随之增加。有关这项发明的更多细节将在技术说明部分进行阐述。
我致力于创造各种创新性的清洁能源科学理念,其中一个主要目标是倡导一种保护环境和人类健康的责任文化。显然,目前全球只有一小部分人关注清洁能源的使用,这远远不够。我们仍然需要制定有针对性的计划,全面推广各种节能方法。我希望我的想法也能被采纳和发展,成为一项富有创意且环保的举措,利用强大的重力这一清洁能源,减少燃料和能源消耗(尤其是在汽车行业)。
◉ 发明技术描述:
在"科学星球"概念车中,我们面临着两种阻力。第一种阻力与重力对悬挂式底盘的影响有关,第二种阻力则与阻力系数以及车辆行驶时产生的空气动力有关,这种空气动力与车辆的运动方向相反。在"科学星球"的车身设计理念中,我运用了流畅的线条、光滑的表面和饱满的造型,旨在打造一种独特而宏伟的美感,同时也有助于提升车辆的空气动力学性能。车辆行驶时,实际上是在切割空气,空气阻力的大小取决于车身设计和车速。因此,"科学星球"车身流畅的空气动力学设计和倾斜的造型使其具有极低的阻力系数,从而实现平稳行驶,并有效节省电能或化石燃料。
正如文章末尾的视频和本文附图所示,"科学星球车"的车身设计带有一定的倾斜角度。这种刻意的倾斜设计是由两个因素造成的:首先是车辆底盘的特殊倾斜设计,其次是后轮相对于前轮的尺寸。这两个因素都是我"重力底盘"设计理念的关键,因为它们都能有效地增加车辆的前向阻力。"科学星球车"车身的阻力系数估计在0.30到0.40之间。此外,由于车身末端设计的两个气流通道和后扰流板的作用,车辆产生了所需的下压力,考虑到"科学星球车"的车身设计理念,这种下压力处于标准水平。
总体而言,"科学星球"车身倾斜设计考虑到了诸多重要因素,例如:更低的燃油消耗、更高的加速性能和速度、更坚固的车身、更节能的电力发电机系统、更高的高速行驶控制性和抓地力、更佳的电池组冷却系统、独特且极具未来感的外观设计,以及由于空气阻力大大降低而减少了易损件的磨损。在解释后轮尺寸较大的工程原理时,我需要指出,后轮轮辋半径越大,车身与后轮之间的连接部分(即后桥)的高度就越高。这款车的后桥连接到两个底盘悬架导轨,这使得我们无需在底盘上增加额外的结构重量,即可实现"科学星球"汽车底盘前倾的理想角度。
除了增加后轴高度并在底盘上形成倾斜角度之外,大尺寸后轮还能在这款车的特定车身上实现空气动力学平衡,因为倾斜的设计使气流能够更好地沿着车身平面流动和滑过。另一方面,大尺寸后轮还有助于增强底盘、衬套和轴承的抗冲击能力,最终带来更平稳、抓地力更强、更安全的驾驶体验。大尺寸后轮不仅能提高车辆在高速行驶时的抓地力,还能提升"科学星球"概念车的美感。值得注意的是,如果不使用更大的车轮来增加这款车后轴的高度,就无法实现"重力底盘"的效率和正常运行,我将在下文更详细地解释其工作原理。
正如本文末尾的视频所示,"科学星球"号拥有两个底盘:一个固定底盘连接车轮,另一个悬挂底盘连接发动机、驾驶室和车身。固定底盘由两条平行导轨组成,共有24个滚轮,其中12个安装在其中一条导轨的凹槽内。固定底盘的前端和后端分别设有两根粗壮的支撑臂,两侧还设有六个自动液压锁,用于与悬挂底盘连接。在"科学星球"号的设计中,由于该车采用电力驱动,因此前后车轴均安装并固定在固定底盘上。
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两个悬架导轨前后端的支撑臂负责稳定固定底盘。这样,位于固定底盘上方的悬架底盘在放置后会向前滚动并移动,这是由于后轴高度的倾斜和地球重力的作用造成的。但当它撞到并被固定在支撑臂的腔体中时,就会停止移动。悬架系统产生的强大重力牵引力以及上部底盘(悬架底盘)在下部底盘(固定底盘)上的滚动持续不断。在没有障碍物(自动智能制动)的情况下,两个底盘都会被向前拉动,从而使车辆移动,因为两个底盘都安装在车辆的车轮上。
正如本文末尾的视频所示,悬挂式底盘上安装着电池组、前后两个电动机、辅助装置和转向机构,这些部件的重量远大于下方固定式底盘的重量。这种重量差异导致悬挂式底盘在固定式底盘的斜面上产生更强劲的牵引力。在固定式底盘的斜面上,所需的牵引力和重力作用力会随着内部车身结构和外部车身结构的重量增加而显著增加。换句话说,根据固有的物理定律,我们需要固定式底盘和悬挂式底盘之间的这种重量差异,才能利用牵引力和斜坡原理,在不使用发动机或任何辅助推进装置的情况下使车辆向前行驶。
乘客舱的内部设备以及车身的所有附件都安装在悬挂式底盘上。我们通过将乘客舱和车身的重量以及其他设备(例如电池组和发动机)的重量都加到悬挂式底盘上,从而使上部底盘(悬挂式底盘)和下部底盘(固定式底盘)之间产生重量差。这意味着悬挂式底盘的重量将远大于固定式底盘的重量,而这正是利用重力牵引和拉动较重质量的关键。由于所有固定在悬挂式底盘上的设备在悬挂式底盘的两条导轨上具有相似的重心,因此,由于悬挂式底盘上的物品重量非常大,上部(悬挂式)底盘会在重力的作用下沿着下部底盘导轨(固定式底盘)上的滚轮向下滚动,直至到达较低位置。
在这种情况下,如果滚动路径上没有障碍物,带有载荷的悬挂式底盘会越过固定底盘并撞击地面。但如前所述,为了利用这一物理定律产生向前的驱动力,在固定底盘的前端安装了两个支架(用于固定底盘的障碍物),以防止悬挂式底盘滑落。有了这个系统,由于悬挂式底盘内载荷的重力作用,车辆会持续向前移动。这种向前的重力牵引和持续的运动减少了发动机扭矩输出的负荷,使车辆无需消耗更多能量或燃料即可向前行驶。车辆在高速行驶时,向前的重力牵引力会增大,从而显著降低发动机的能量消耗。
在静止状态下,车轮上安装了一个独立的制动系统,类似于自动挡汽车的手刹系统和P挡功能。有了这个系统,当车辆静止时,自动传感器会启动"重力制动器",锁定车轮轴,防止车辆因重力作用而滑动。这样,车辆的重量就由安装在车轮轴上的"重力制动器"控制并使其停止,而不是将车辆的重量全部压在变速箱锁止系统上。 "重力制动器"系统的启动与刹车踏板系统同步联动,因此在长时间停车时,只要松开刹车踏板,"重力制动器"系统也会随之解除,车辆即可向前行驶。当驾驶员离开车辆并关闭发动机时,"重力制动器"系统会自动启动,使车辆保持静止状态。
与其他发明一样,这项发明也具有进一步发展和优化的潜力,可以更好地利用免费清洁能源。通过将其商业化,我们可以为降低能源消耗做出重大贡献,从而减少地球平流层中二氧化碳的浓度。
◉ 本视频动画创作者:Ali Pourahmad
◉ 本视频的音乐作曲家:Ali Pourahmad
◉ 叙述者:阿里·普拉哈迈德
◉ 语言:英语
◉ 字幕:无
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