Tesla:可變車底下壓力專利技術

US12377920B1
專利名稱
Adaptive vehicle aerodynamics for downforce
申請人
Tesla, Inc.
申請日
2025/04/29
布局國家/區域
已獲證:美國

技術問題及解決方案

車輛加速或轉彎時,需要輪胎與路面之間有足夠的抓地力。下壓力(downforce)利用空氣作用增加輪胎承受的垂直負載,有助於提升可用抓地力。依靠行進氣流的被動空氣動力裝置,在低速時作用較有限;若改用風扇抽走車底空氣,則需要同時處理車底密封、離地高度與路面起伏。

特斯拉(Tesla, Inc.)的這項設計,以風扇搭配可收放裙板形成車底低壓區。平整路面與低速加速時,裙板建立較完整的圍限區域,讓風扇集中降低區內壓力;面對較高車速或起伏路面時,則調整裙板位置與抽氣路徑,增加流經車底的氣流。再把低壓區分成左右或前後區域,就能隨駕駛狀態調整下壓力的分布。

技術實施方式

* 僅用於理解如何實施技術,並非專利範圍之解讀。

裙板圍住車底,風扇把空氣抽走

多模式主動空氣動力系統 100 的風扇組 102,透過中央氣流通道 104 抽取裙板圍住的車底空氣。當區內壓力降低,車體上下的壓力差便產生朝向路面的力。裙板的作用是限制外界空氣流入,讓風扇建立所需的低壓區。

側裙板 108 沿車身兩側延伸,前裙板 110 橫跨車底前方,圖中再分成前裙板區段 112 與前裙板區段 114。搭配後方裙板,便能形成較完整的圍限區域。裙板可透過鉸鏈或伸縮機構收放,也能停在中間位置,以配合離地高度與路面變化。

外側氣流通道 106 位於側裙板外側。切換模式時,中央與外側風扇可採不同組合,並調整轉速、葉片或通道配置,使抽氣方式配合車底邊界的變化。這項設計把「裙板圍住哪裡」與「風扇從哪裡抽氣」一起控制。

兩種代表性運作模式
情境裙板配置風扇與氣流
平整路面、低速加速側面及前後裙板展開,形成較完整的圍限區域主要由中央風扇抽氣,著重降低區內壓力
較高車速、起伏路面保留側裙板,調整或收起前後裙板可加入外側風扇,增加車底質量流率並配合行進氣流
風扇抽取車底空氣,前裙板與側裙板共同控制圍限區域。

左右分區,分別調整抽氣量

中央裙板 212 把車底分成圍限區域 208 與圍限區域 210。氣流通道 204、氣流通道 206 分別連接對應區域,風扇組 202 可依各區需求選擇啟動的風扇與轉速。

分隔板 214 位於風扇之間,協助把不同風扇的氣流導向各自區域。分隔板可以固定設置,也可以依運作模式收放。如此一來,左右區域便能採不同的抽氣設定,讓下壓力分布隨轉彎或車身側傾等狀態調整;直線加速時,也能改採較平均的配置。

中央裙板把車底分成左右區域,分隔板協助對應各區的抽氣路徑。

前後分配,改變下壓力作用的位置

除了左右分區,氣流通道 302 也能連到前方區域 308,其他氣流通道 304 則配合不同的車底區域。可收放裙板 310 與裙板 306 改變各區邊界,再由對應風扇抽氣,就能調整前後下壓力的比重。

在這種配置下,讓前方區域形成較低壓力,可增加作用於前輪的垂直負載;改變裙板與風扇組合,則可將下壓力分布往後移。控制系統依煞車、加速與轉彎等狀態,協調通道分流、風扇轉速和裙板位置,使氣動平衡配合當下需求。

氣流通道與可收放裙板配合,調整前後區域的下壓力分布。

持續量測,讓模式切換跟得上路況

控制系統 502 以處理器子系統 504 接收感測資料,模式選擇邏輯 512 再決定風扇與裙板的配置。決策演算法 516 比較感測值與設定門檻,預測模組 518 可利用 GPS 與地圖資料預先掌握接近的路況;狀態機 514 則以遲滯設定管理模式切換,讓進入與離開模式的判斷保留適當區間。

執行端分成風扇系統 520、氣流通道系統 526 與裙板收放系統 528。風扇系統調整中央風扇 522 與外側風扇 524;裙板系統控制側裙板 530、前後裙板 532 和中央裙板 534。裙板可全展開、收起或停在中間位置,配合風扇抽氣量共同調節。

監測與回饋系統 536 把實際狀態送回控制端。壓力監測器 538 觀察車底壓力,運作監測器 540 追蹤風扇馬達電流與裙板位置,故障偵測器 542 辨識感測器或機構異常。整個流程依序辨識路況、選擇裙板配置、啟動風扇,再持續量測與修正;駕駛也可先選定模式,由系統在該模式內調整。

控制系統依感測回饋選擇模式,協調風扇、氣流通道與裙板。

應用情境:Roadster 跑車的抓地力需求

以 Roadster 這類跑車的加速與轉彎情境來看,下壓力的作用是增加輪胎的垂直負載,協助車輛取得所需抓地力。本件設計以風扇、裙板與分區控制,依車速及路面狀態調整下壓力。

照片呈現 Tesla Roadster 原型車的外觀,作為跑車使用情境;風扇與裙板的配置及運作,以前述專利圖式為準。

紅色 Tesla Roadster 原型車的前側實拍,可見車頭、前後車輪與車身側面。
Tesla Roadster 原型車實拍(2019 年)。攝影:Steve Jurvetson,CC BY 2.0;沿用來源裁切版本。