Tesla:可收折的主動式尾翼如何兼顧外型與下壓力?
技術問題
尾翼能為車輛提供下壓力,但固定尾翼會增加風阻、打斷車尾線條,伸出車外的翼面在追撞時也可能傷及自行車或機車騎士;車輛需要能依行駛狀況收放、調整角度,又兼顧外型與安全的尾翼。
技術方案
* 僅用於理解如何實施技術,並非專利範圍之解讀。
收折時怎麼藏住雙片式尾翼?
尾翼總成 102 採多元件翼 104,由主翼 106 與位在前方的前緣縫翼 108組成,兩片翼之間留有導流間隙 302。收折時,主翼頂面的小階差對齊尾蓋 904,翼面融入車輛 118 後車身板 206 的輪廓;前緣縫翼則藏在後車身板下方,主翼前緣 144 也由向後延伸的尾門玻璃遮住。道路行駛時車尾維持平順外型,看不到整片尾翼與縫翼的分割線。
四連桿怎麼把尾翼推出並轉動?
尾翼展開機構 110 在左右各設一組四連桿機構 122:第一連桿 120 與第二連桿 308 透過連桿支座 312 樞接在車架 310 上,另一端連到托住翼面的翼支撐臂 124。展開致動器 304 伸長時,連桿帶動整片翼由收折位置 202 向上、向後移出車尾。
翼旋轉機構 314 的旋轉致動器 306 藏在翼支撐臂內,伸長即可轉動整片翼、改變攻角,轉動時主翼 106 與前緣縫翼 108 之間的導流間隙 302 維持不變。尾翼控制器 316 依車輛感測器 318 提供的車速、加速度、GPS 位置與駕駛模式,同時指揮展開與轉動;設計目標為 3 秒內完成展開、0.25 秒內轉完整個角度範圍。致動器採不可反驅設計,翼面承受風壓時不會被推回,停在定位時也不必持續供電。

Tesla 官方 Roadster 車尾特寫呈現抬升的翼面與下方支撐構件。Tesla 同時是產品開發者與本件專利申請人,依翼面位置、支撐配置及收放方向,可合理推估兩者的構造關聯。產品圖呈抬升狀態,專利圖呈收折狀態,可搭配本節的連桿及致動器解說理解尾翼如何離開車身並調整角度。
收折、低阻力與高下壓力怎麼切換?
另一種做法以線性滑軌取代四連桿。收折時展開線性致動器 402 伸長,經銷接連桿 406 把第一框架 408 沿第一線性滑軌 404 與第二線性滑軌 414 留在收折位置 202;致動器縮回時,多元件翼 104 隨框架向上、向後移到展開位置 204,翼面接近水平。多元件翼經樞軸 410 連到第二框架 412,滑軌旋轉致動器 416 伸長時把翼的後緣往上轉、提高攻角。
| 模式 | 尾翼位置 | 空氣動力作用與用途 |
|---|---|---|
| 道路模式 | 收折,主翼與尾蓋齊平 | 維持車尾外型與效率;高速巡航時可部分展開以增加穩定 |
| 賽道低阻力(DRS) | 展開,翼面接近水平 | 縫翼與主翼之間的間隙失速,縫翼作用減弱,降低阻力,用於直線加速 |
| 賽道高下壓力 | 展開,後緣上轉、攻角加大 | 縫翼先引導氣流轉向,主翼的吸力支撐縫翼表面的邊界層,高攻角下氣流仍附著,用於煞車與過彎 |
DRS 是 Drag Reduction System(阻力降低系統)的縮寫。兩片翼的間距多設在 3–15 毫米。開發時以計算流體力學(CFD)及 50% 縮尺與全尺寸風洞試驗驗證:由收折到展開,阻力係數增加約 350 counts、升力係數變化約 −1000 counts(負升力即下壓力);展開後由高下壓力轉到低阻力位置,阻力係數約減少 250 counts。
後方撞擊時尾翼怎麼避免傷人?
完全展開的尾翼會伸出車尾,因此另設撞擊保護系統。車尾的近接、雷達、攝影機與壓力感測器偵測到即將發生或已經發生的後方撞擊時,系統經尾翼控制器啟動緊急回縮,直到尾翼後緣 602 對齊車尾最外緣 604,翼面不再突出車尾。遇到正後方撞擊 608 時尾翼保持水平直接回縮;側後方撞擊 606 時則邊回縮邊傾斜翼面,減少受撞一側的突出。先縮到這個安全位置,比完全收折更快,縮短行人或自行車騎士面對翼面的時間;另一種做法以機械閂鎖做被動保護,撞擊力超過設定門檻時自動鬆脫回縮,不依賴電子感測。