多叶片气压型防止车辆侧翻装置技术领域
本发明涉及一种利用气压差来平衡自身的装置，属于机电一体化领域。
背景技术
侧翻可以定义为能够使车辆绕其纵轴旋转90度或更多以至于车身同地面接触的
任何一种操纵。车辆在凹凸不平的路面上行驶时，极其容易发生侧翻事故，严重危害到驾驶
者的生命安全。现在还没有对于此车侧翻有很好的防范措施。
目前用于车辆上的车载电源主要是蓄电池，其次是燃料电池，目前电池技术瓶颈
一直无法突破，车载电池的质量、体积过大、电容量不足等问题还未解决。
所以多数使用直流电动机。由于其转子惯性大，频繁起停不便，价格贵，限制了其
发展。随着生产技术的不断发展，直流拖动的薄弱环节逐步显示出来。已有的大多数电动机
在高速旋转时，噪音大等问题还需解决。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题。在不规则的路面上行驶的车辆发生侧翻时，提
供一种技术方案能够及时的防止车辆侧翻，回归正常行驶状态。本发明的主要技术方案如
下：
多叶片气压型防止车辆侧翻装置，主要用于在不规则路面上行驶时所用；包括:ECU、传
感器、陀螺仪、电动机、电源开关、吸气扇、引流板、变频器、螺钉、旋翼、车载电源、容器壳体;
其特征在于：三个陀螺仪呈规则的位于以车辆中心的重垂线为顶点的位置上，并始终不停
处于旋转工作状态，及时体现车辆自身的角度变化，传感器时刻感应陀螺仪的角度变化数
值，并将数值反馈给ECU，ECU获得传感器传出的数值后，取三个陀螺仪数值的平均值为最终
数值，判断出车辆发生侧翻的机率为多大，然后判定是否向电机通入电流；电源开关是一种
在不需要平衡车辆自身时采用的断开机制；需要此装置工作时，按下电源开关，保证电流能
随时通向电机；电机通电后，带动风扇旋转，使气体快速的流动与吸气扇叶上下侧，利用气
压差值的原理，完成防止车辆侧翻的目的；旋翼高速旋转后使旋翼上下侧的气体流速不同，
形成向上的升力，起辅助作用。ECU中控制装置，能够根据传感器所反馈的数值，自动调节是
否向电机供给电流；电机为串励电动机，转速快，可以瞬时吸入大量气体。安装变频器，改变
电源频率，提高电机转速。电机外壳与装置壳体的上底板焊接在一起，壳体焊接电机处留有
缺口，供导线连接电机，与容器壳体一起固定于车辆底盘之下；引流板表面光滑，流畅的曲
线形，两相对的吸气风扇引流板末端为向内突出，作用在减小气体对撞并引导空气向下流
动；引流板初始端位于叶片上侧约20cm处，并顺着电机的机身呈360度的焊接在机身上；变
频器安装在车载电源与电机之间，提高电源电压。
附图说明
图1为工作流程说明图
图2为装置结构说明图
图3是装置结构底视图说明图
图4是装置结构俯视图说明图
1.ECU、 2.陀螺仪、3.传感器、4.电源开关、5.变频器、6.电机、7.吸气扇叶、8车载电源、
9.旋翼、10.引流板、11.容器壳体。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
多叶片气压型防止车辆侧翻装置，主要用在不平路面上（如山上）行驶的车辆包括
ECU1、传感器2、陀螺仪3、电动机6、电源开关4、旋翼9、引流板10、容器壳体11、变频器5、吸气
扇叶7、车载电源8。
系统的具体工作过程如下：车辆在不规则路面上正常行驶时。在车辆中心点的重
锤线上，在车辆木板上安置一个圆柱体，圆柱体周边为平滑的流线型，陀螺仪2及其传感器3
安装在其中。圆柱体大小应比陀螺仪2要大的多，在圆柱体底部预留出以车辆中心点为顶点
的三个呈对称结构的长方体凹槽，长方体凹槽长宽为7~8cm左右，高为6cm左右。在车辆前端
的壳体和圆柱体外壳中间，安置一个可以保护导线的外壳。一个陀螺仪2的精度可能有时会
不够精确，并要预防陀螺仪2本身可能出现故障，影响此装置的正常运行，进而影响到驾驶
员。所以取三个陀螺仪2的平均值来得到最终数据。圆柱体因其暴露在外部，并可能会被驾
驶员踩踏等，所以其材质要坚固，持久不变形。所以此装置选取的材质为铝合金。电源开关4
具有开、关这两种工作状态。考虑到车辆驾驶人员身高等，方便使用等因素，电源开关4大小
为长4cm，宽8cm左右，镶嵌在方向盘右侧，右手方便触碰到的位置，材质选取塑料即可。当驾
驶员需要此装置工作时，按下电源开关4，让装置进入准备工作状态。陀螺仪2始终在不停的
旋转处于工作状态。陀螺仪2因其本身特性将随着车辆的倾斜而倾斜，并始终同步于车辆的
倾斜角度。传感器3感应出车载陀螺仪2处于工作过程中的角度变化和各个瞬间的角度数
值。用串口将传感器3的数值实时的传入车载ECU1中。在ECU1中会自行计算三个陀螺仪2的
平均数值，ECU1随即判断车辆是否会发生侧翻的可能。当ECU1判断出车辆可能发生侧翻时，
意即陀螺仪2的倾斜角度数值大于临界值时。考虑电流传输速度等因素，临界角度宜小不宜
大，因此设定数值为25~35左右，随着科技的不断发展，装置精度越来越高，反应越来越灵
敏，这个数值可以继续向上调整，以免造成能量的浪费。ECU1控制车载电源8进入放电工作
状态，电流通过导线流向电机6，电机6通过电流后进入工作状态。现有的电机6中，电机6最
好采用单相串励电动机驱动电机这种类型的，具有体积小，功率高等优点。电机6在高速旋
转时产生的噪音还未得到有效的解决，噪音也会对驾驶员造成一定影响。如果有体积更加
小巧的高功率低噪音电机则更加适合此装置，体积的减小对于汽车的速度，载荷量都具有
提高的意义。电流首先将通过变频器5，电流从车载电源8流出后，原理上会损耗小部分。所
以将变频器5安装离车载电源8较近的空闲处，但不能损失人的活动空间。有的车辆是将车
载电源8安装在车辆后侧，车载电源8用螺钉固定在车辆上，所以安装在座椅下抑或车载电
源8周边的空间能够安装变频器5的位置。目的在于提高电流电压和频率，使电机6处于接近
最大功率时的工作状态，使风扇处于高速工作状态。经过变频器5提高电压后的电流通过电
机6，电机6开始进入工作状态。电机6的外壳与这个平衡装置的壳体11的上底板焊接，被固
定在下方空间中，左右对称的安置6个电机6，导线从壳体11上方预留的洞口连接电机。车载
电源8与6个电机6之间的电路为并联式。边上的4个电机6安装的为吸气扇叶7，目的在于将
扇叶7下方的气体送入上方，中间的两个电机安装的为旋翼9，目的在于使流过的气体以旋
翼9为界限，流速不同。在旋翼9下方的气体流速小于上方的气体，形成向上的升力，在这个
装置中起辅助作用。这6个叶片之间要留有一定的安全空间。由于叶片7需要处于高速旋转
的工作状态下，与空气摩擦会产生大量热量，所以采用耐热铝合金材料。这个平衡装置的外
壳11为一个壳体11的上底板与电机6外壳焊接，中间四侧挡板为向外凸起的流线型曲线结
构，四侧的流线型挡板下端以下底板焊接。以扇叶7为界限，四周挡板下部分与下底板分部
有规则的密集小孔。由于底部安装有机械装置，需要配有体积更大的车轮，使车辆底部空余
出足够大的空间，但重心由此变高。这个平衡装置位于车辆底部，由于其密闭起来，其安全
性得到明显的改善，可以防止其他物体进入转置内部，以免造成意外和装置损坏。由于四周
密布小孔，所以气体的流通完全不受影响，并且更加接近于密闭空间。电机6开始工作后，首
先带动吸气扇叶7工作，车辆侧翻通常是由于一侧远离地面引起的，所以并不是4个吸气扇
叶7同时工作，而是位于车辆的哪一侧抬起，则哪一侧的吸气扇叶7开始工作，同时另一侧的
旋翼9开始进入工作状态。旋翼9做出类似直升机旋翼的特殊处理，使旋翼9上下侧的气体流
速不同。材料上选用复合材料。吸气扇叶7上方有引流板，引流板10厚度为2mm左右，材质选
用铝合金，质轻且硬度高。引流板10初始端位于叶片7上侧约20cm处，并顺着电机6的机身呈
360度的焊接在机身上。在相对两个吸气扇叶7的内部空间，引流板10首先呈流线型的向上
延伸，随即呈流线型的曲线向外延伸，其末端向下方弧形弯曲，目的在于减少两个吸气扇叶
7流出的气流对撞，并将两股不同方向的气流尽量的合并成方向为向下的气流。其末端向另
一侧延伸时，向下的弯曲角度不断变小，并最终达到相对的另一侧时，向上方弧形弯曲，平
滑的和这个平衡装置的上底板焊接。位于这个平衡装置上底板的内侧焊接处呈微微向上凸
起的曲线型结构与装置的四侧挡板连接。流畅的曲线形结构能够快速引导气流向目标方向
流通，加快空气流速，加剧空气震荡。将吸气扇叶7上方的气体送于吸气扇叶7下方和装置外
部，完成气体沟通与交换。高速旋转的叶片7旋转可以使大量的空气瞬间将被吸入，然后极
快速的流入风扇扇叶7上方，随后流出，流出的空气顺着引流板10又将流向容器外部和下
方，来回循环。在容器11内部和周围的一些空间构成的相对封闭空间内，空气流速剧烈，空
气流动迅速，气压值明显小于车辆其他方向的气压，形成气压差。且车辆哪一侧抬起就哪一
侧旋转吸气风扇7的设置，可以使由气压差造成的力作用更精确的作用于车辆抬起的那一
侧，同时另一侧的辅助旋翼9形成的容器内部向上的升力。完成车辆的防侧翻。
陀螺仪的精度越高越好，机械陀螺仪具有有转动部分，精度较高，不易受电磁影响
的优点，所以本装置采用机械陀螺仪，但机械陀螺仪价格昂贵，随着技术的不断发展，这一
缺点会得到有效解决。一般汽车在45度时横向倾斜会侧翻，车辆从正常行驶到侧翻需要经
过一段时间，但这段时间非常短暂，在此装置中可以设置成车辆倾斜20度左右自动启动本
装置。这可以明显的提高完全系数。目前已有的陀螺仪大都可以满足此装置的要求。但精度
的提高亦可以减小增大初始设置角度，减小车载电源的浪费和提高驾驶员的舒适性。所以
推荐的有陀螺仪LISY300AL等。
本装置中的传感器实质为角度传感器，传感器的精确、灵敏与否，对于此装置是否
会及时启动起到至关重要的作用。TILTIX 倾角仪具有高精度：误差为 0.1°，分辨率为
0.01°；度量范围：±80°（双轴）或 360°（单轴），可以用于此装置。传感器关系到本装置能否
完成既定目标，所以传感器的精度与灵敏度越高越好。确保传输出的数据精确，快速。
本装置采用的电机要求具有体积小、功率大等优点，单相串励电动机属于单相交
流异步电动机，是交直流两用的，所以又称为交直流两用串励电动机。由于它转速高、体积
小、启动转矩大、转速可调，既可在直流电源上使用，又可在单相交流电源上使用。符合轻便
高功率和低噪音的电机皆可适用于本装置。
装置的壳体上的密集小孔需要经常有大量的气体高速的流通于容器内外，高速的
气体流动会造成剧烈的气体摩擦，所以容器外壳最好取用复合材料。