CN103057605A - 高度和倾斜角度可调的扰流板控制装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高度和倾斜角度可调的扰流板控制装置及其控制方法，包括控制单元、开关单元、扰流板、升降驱动单元、升降单元、转角驱动单元、转角单元，其中升降驱动单元包括高度执行电机，转角驱动单元包括转角执行电机。控制单元分别与开关单元、升降驱动单元、转角驱动单元相电性连接，流板与升降单元相连接，升降单元与升降驱动单元相电性连接；扰流板与转角单元相连接，转角单元与角驱动单元相电性连接；高度执行电机驱动升降单元，使之带动扰流板实现升降，转角执行电机驱动转角单元，使之带动扰流板实现倾斜角度控制。提高了汽车在不同工况下，能适时保持整车的稳定性和燃油经济性。

Description

高度和倾斜角度可调的扰流板控制装置及其控制方法

技术领域   

本发明涉及汽车领域，具体来说涉及一种可调整高度和倾斜角度的扰流板控制装置及其控制方法。

背景技术

目前，随着科学技术的进步，人们消费水平的日益提高，工作环境的都市化，人们出行越来越依赖于汽车，汽车已成为人们生活中越来越重要的交通工具。现有的扰流板研究主要集中于顶扰流板空间结构的设计，这在一定程度上可以实现汽车行驶时的最小风阻和高速稳定性。但由于汽车行驶过程中车速变化复杂，不同车速所需要的车尾压力是不同的。现有的汽车后扰流板设计，不能实现随车速变化调整扰流板的高度和倾斜角度，对于高速行驶的车辆，无法适时调整车尾压力的大小；对于低速行驶的汽车，扰流板不但难以发挥实际作用，还会增大汽车行驶的风阻，使汽车的燃油经济性下降。因此，有必要发明一种可调节高度和倾斜角度的扰流板控制装置及控制方法。通过对扰流板的高度和倾斜度的调节，在风力作用下直接产生向下可调的压力，抵消汽车因高速行驶时汽车尾部产生的升力，增加汽车高速行驶时的稳定性和低速行驶时的燃油经济性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种可调节高度和倾斜角度的扰流板控制装置，并且提供该扰流板控制装置的控制方法，以提高汽车在不同工况下，能适时保持整车的稳定性和燃油经济性。

 为解决上述技术问题，本发明第一方面的内容可通过下列技术方案来实现：

一种高度和倾斜角度可调的扰流板控制装置，包括一控制单元、一开关单元、一扰流板、一升降驱动单元、一升降单元、一转角驱动单元、一转角单元，其中所述的升降驱动单元包括高度执行电机以及与高度执行电机相连接的驱动齿轮，所述的转角驱动单元包括转角执行电机以及与转角执行电机相连接的驱动齿轮；所述的控制单元分别与开关单元、升降驱动单元、转角驱动单元相电性连接，其特征在于：所述的汽车扰流控制装置还包括：所述的扰流板与升降单元相连接，升降单元与所述的升降驱动单元相电性连接；所述的扰流板与转角单元相连接，转角单元与所述的转角驱动单元相电性连接；所述的升降、转角单元分别包括一控制轴、一从动齿轮、二从动凸轮、二支撑顶杆、二固定底盖，所述的支撑顶杆上端与顶扰流板连接，下端与固定底盖连接，所述的控制轴一端与从动凸轮连接，从动凸轮与固定底盖点面接触；控制轴的相对端与从动齿轮和另一从动凸轮连接，从动轮齿与驱动轮齿相啮合，从动凸轮将其运动规律传递到顶扰流板；其中所述的控制单元包括中央控制ECU、车速传感器、齿轮齿数传感器和凸轮位置传感器，所述的中央控制ECU包括高、低速模块选择控制器、低速控制模块、高速控制模块、高度执行电机模块、转角执行电机模块、齿轮齿数跟踪控制器；所述的高度执行电机在高度执行电机模块控制下驱动所述升降单元，所述的升降单元带动扰流板能实现升降，所述的转角执行电机在转角执行电机模块控制下驱动所述的转角单元，所述的转角单元带动扰流板实现倾斜角度控制。

在上述的扰流板控制装置中，包括了系统控制的箱体，所述的升降、转角单元还包括弹性部件，所述的弹性部件下端连接固定底盖，上端与控制系统的箱体连接。

所述的顶扰流板与固定底盖通过支撑顶杆两端的螺纹连接，所述的弹性部件套在支撑顶杆。

本发明第一方面关于汽车扰流控制装置的工作原理是：高度执行电机和转角执行电机驱动与之相连的齿轮，同时分别与高度控制轴和转角控制轴上的齿轮啮合，进行传动。借助高度控制轴和转角控制轴上的凸轮将其运动规律传递到顶扰流板。通过高度控制轴和转角控制轴的旋转，实现了顶扰流板的规律性运动。凸轮的设计尺寸，高度调节轴上的凸轮尺寸要求，依据凸轮近心点的距离控制低速时扰流板实现折合，尽量减小扰流板的影响，转角控制轴上的凸轮近心点距离需保证低速时顶扰流板可实现折合；高速时，通过将高度控制轴上的凸轮转到远心点，此时扰流板的高度即使扰流板的工作高度，通过转角传递轴上的凸轮旋转来调节扰流板的倾斜角度。

在汽车高速行驶时，使用者可通过按下开关单元，开关单元发出控制单元启动信号后，中央控制ECU开始工作。中央控制ECU依据接收到的车速信号，通过控制单元内部进行分析处理，发出指控信号，此时扰流板升高处于工作位置，扰流板的倾斜角度较小。如此则能减小车辆后方涡流的长度和强度，增加汽车尾部的压力，增加了汽车行驶的稳定性，降低燃油消耗。

当汽车低速行驶时，在保证汽车稳定行驶的前提下，使用者根据自己的判断可以选择不启动开关控制器，此时扰流板处于最低位置，如此便可减小汽车的风阻系数，降低车辆的油耗。

当汽车低速行驶，路况较差时，使用者可以根据自己的判断启动开关控制器，此时扰流板升高处于工作位置，此时的扰流板的倾斜角度较大，如此便减小汽车的风阻，降低油耗，同时保证行驶的稳定性汽车。

同时由于升降、转角单元中还设置了弹性部件，这样就增加了扰流板装置的稳定性；顶扰流板与固定底盖通过支撑顶杆两端的螺纹连接，弹性部件套在支撑顶杆，则使顶扰流板与车身可活动拆卸，改变了传统的后扰流板固定于车身的常规。

按照本发明的第二方面的内容，即用于所述的具有可调节高度和倾斜角度的扰流板控制装置的控制方法，包括以下步骤：

第一步：高、低速模块选择控制器23接收车速传感器信号39，判断此时属于高速行驶还是低速行驶；

第二步：高、低速选择控制器23发出速度控制执行信号到速度控制模块，同时速度控制模块接收车速传感器信号39，通过模块内预先设定低速 情况下的车速和最佳倾斜角度的函数关系，函数关系式：                                                

，式中，为扰流板的最佳倾斜角度，

为车速，得到此车速下的最佳倾斜角度；

第三步：速度控制模块向高度执行电机模块26发出高度执行电机控制信号31，高度执行电机模块26接收到高度电机控制信号31，指令高度执行电机旋转一定的角度，达到扰流板高度的工作位置，使所述的升降单元带动扰流板能实现有规律的升降；

第四步：高度执行电机模块26完成高度位置的调节后，发出34高度控制信号到27转角控制模块，转角控制模块开始执行命令；

第五步：速度控制模块向转角执行电机模块27发出转角执行电机控制信号32，同时转角执行电机模块27接收到来自于凸轮轴位置传感器的信号33，通过对转角电机控制信号32和凸轮位置传感器信号33的分析，函数关系式：

，式中：

为扰流板的最佳倾斜角度，

为凸轮位置，

转角电机的旋转角度，得到转角电机旋转的角度，通过齿轮的传动比的关系，函数关系式：

式中：

转角电机的旋转角度，

为与转角电机相连的齿轮的齿数，

为转角控制轴上的齿轮齿数，

为与转角电机相连的齿轮的齿数旋转的齿数，转角控制轴上的齿轮旋转的齿数齿数，得到转角控制轴上的齿轮旋转齿数；

第六步：转角执行电机模块27通过控制转角电机的旋转，达到转角控制轴上齿轮的旋转，同时将转角控制轴上的齿轮旋转的角度信号即倾斜角度控制信号35传递到齿轮齿数跟踪控制器28，同时接受来自齿轮齿数传感器信号37的实时齿轮齿数信号；

第七步：当齿轮齿数传感器信号37和转角控制轴上的齿轮旋转的齿数信号即倾斜角度控制信号35匹配后，28齿轮齿数跟踪控制器对高、低速选择控制器做出反馈信号38；若齿轮齿数传感器信号37和转角控制轴上的齿轮旋转的齿数信号即倾斜角控制信号35不匹配，则转角电机继续驱动转角控制轴旋转，直到齿轮齿数传感器信号37和转角控制轴上的齿轮旋转的齿数信号即倾斜角度控制信号35匹配；

第八步：高、低速选择控制器28接收到反馈信号38后，高、低速选择控制器28停止工作，扰流板达到了最佳倾斜角度，所述的转角单元带动扰流板实现了倾斜角度的适时控制。

本发明第二方面关于汽车扰流控制装置的工作原理：控制单元由中央控制ECU和车速传感器、齿轮齿数传感器、凸轮位置传感器构成。执行电机根据汽车车速信号，通过扰流板在一定高度时，倾斜角度与车速之间理想的函数关系，确定出某车速情况下，当汽车扰流板在这一高度时理想的倾斜角度，并将该理想倾斜角度信号反馈到中央控制ECU，中央控制ECU通过凸轮位置传感器信号和理想倾斜角度信号，确定转角控制轴需要升降的距离，即转角调节轴上的齿轮需要旋转的齿数。当齿轮旋转了该齿数，齿轮齿数传感器信号反馈到ECU，控制转角执行电机和高度执行电机的工作。从而实现不同车速下，扰流板的高度和倾斜角度的适时随车速控制。

与现有技术相比，本发明可响应车辆的行驶状态，根据不同时刻的车速可适时调整扰流板高度和倾斜角度，实现汽车扰流板在工作高度时扰流板的倾斜角度随车速的适时控制，适时调整整车风阻，保证汽车高速行驶的稳定性，节约燃油。

附图说明

图1为本发明中调节高度和倾斜角度的凸轮结构图。

图2为根据本发明的具有适时调整扰流板角度的控制系统结构框图。

图3为根据本发明的扰流板控制单元ECU实施控制的原理框图。

在图1中：1-控制机构的箱体、2-回位弹簧、3-凸轮、4-固定底盖、5-支撑顶杆、6-顶扰流板。

在图2中：7-中央控制模块ECU、8-固定于转角调节轴上的齿轮、9-与转角电机连接的齿轮、12-高度执行电机、10-转角执行电机、11-与高度电机连接的齿轮、13-固定于高度调节轴上的齿轮、14-高度控制轴、15-角度控制轴、39-车速信号、38-齿轮齿数信号、33-凸轮轴位置信号、32-转角电机执行信号、30-高度执行电机执行信号、22-高度调节轴上的齿轮齿数反馈信号、39-车速传感器信号、45-扰流板控制开关、46-扰流板ECU启动信号。

在图3中：23-高、低速模块选择控制器、24-低速控制模块、25-高速控制模块、26-高度电机执行控制模块、27-转角电机控制模块、28-齿轮齿数跟踪控制器、29-低速控制执行信号、30-高速控制执行信号、31-高度执行电机控制信号、32-转角电机控制信号、33-凸轮轴位置传感器信号、34-高度控制型号、35-倾斜角度控制信号、37-齿轮齿数信号、38-齿轮齿数反馈信号、39-车速传感器信号。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明具有依据汽车行驶时的工况，调节扰流板高度和倾斜角度的扰流板控制装置及其控制方法。箱体1通过螺丝固定于车身，固定底盖4通过螺纹和支撑顶杆5连接，回位弹簧2夹持于固定底盖4和控制机构壳体1之间，凸轮5的形状描述凸轮随时间的运动规律，同时通过与之点面接触的的固定顶盖4和支撑顶杆5将运动规律传递到顶扰流板6。高度控制轴14和转角控制轴15通过键槽与凸轮5、齿轮8与控制轴14、15连接，转角控制轴15和高度调节轴14通过轴承固定于控制箱箱体1。与电机相连的齿轮9与传递轴上的齿轮8啮合，并且电机10、12以及与电机相连的齿轮9通过螺栓连接固定于控制机构箱体1。

使用者根据自己的判断，启动45开关控制器（开关控制器课位于仪表盘处），开关控制器45发出中央控制ECU启动信号46,到中央控制ECU7，中央控制ECU开始工作。

一方面中央控制ECU7发出高度执行电机执行信号30，到高度执行电机12。高度执行电机12工作，带动与之相连的齿轮11旋转一定的角度，高度调节轴上的齿轮13通过与高度执行电机相连的齿轮11的啮合将该旋转角度传递到高度调节轴14，带动高度调节轴14上通过键连接于高度调节轴上的凸轮旋转一定的角度，让高度调节轴上的凸轮旋转到由近心点旋转到远心点时，转角电机停止工作，此时即扰流板的工作高度。 

另一方面，中央控制ECU7通过接收来自于车速信号39，通过车速和扰流板理想倾斜角度的函数关系，确定最佳扰流板倾斜角度。同时ECU通过接收来自凸轮轴位置传感器的凸轮位置信号33，ECU通过对最佳倾斜角度和凸轮位置信号的分析、计算，确定出转角电机10的旋转角度。通过与转角电机相连的齿轮9，将该旋转角度通过固定于转角调节轴上的齿轮8的啮合传递到转角调节轴15，同时转角调节轴15带动凸轮旋转该角度。通过，转角电机的旋转角度和固定于转角调节轴上的齿轮齿数之间的对应关系，齿轮齿数传感器22不断将齿轮所旋转的齿数发回到ECU，齿轮所旋转的齿数和理想齿数匹配时，ECU发出控制指令，转角执行电机10停止工作，此时的扰流板倾斜角度即为理想的倾斜角

具有随车速调节高度和角度的扰流板控制装置以及控制系统ECU的原理框图如图3所示，由车速信号39发送给高、低速模块选择控制器23。当此时车速为低速行驶时，高、低速选择控制器23发出低速控制执行信号29到低速控制模块24，车速信号39也发送给低速控制模块24，低速控制模块24分别向高度执行电机模块26和转角执行电机模块27发出控制信号31、32，同时转角执行电机模块27接收到来自于凸轮轴位置传感器的信号33，高度执行电机模块26和转角执行电机模块27分别向齿轮齿数跟踪控制器28发出控制信号，通过根据执行器接收到的齿轮齿数传感器的信号37，对23高、低速选择控制器做出反馈信号38，达到了低速行驶，降低扰流板影响的功能；当此时车速为高速行驶时，高、低速选择控制器23发出高速控制执行信号30到高速控制模块25，车速信号39也发送给高速控制模块25，高速控制模块25分别向高度执行电机模块26和转角执行电机模块27发出控制信号31、32，同时转角执行电机模块27接收到来自于凸轮轴位置传感器的信号33，高度执行电机模块26和转角执行电机模块27分别向齿轮齿数跟踪控制器28发出控制信号，通过根据执行器接收到的齿轮齿数传感器的信号37和理想倾斜角信号36，对高、低速选择控制器23做出反馈信号38，达到了高速行驶时，根据车速适时调整扰流板的倾斜角度的功能。

Claims (4)

1.一种高度和倾斜角度可调的扰流板控制装置，包括一控制单元、一开关单元、一扰流板、一升降驱动单元、一升降单元、一转角驱动单元、一转角单元，其中所述的升降驱动单元包括高度执行电机以及与高度执行电机相连接的驱动齿轮，所述的转角驱动单元包括转角执行电机以及与转角执行电机相连接的驱动齿轮；所述的控制单元分别与开关单元、升降驱动单元、转角驱动单元相电性连接，其特征在于：所述的汽车扰流控制装置还包括：所述的扰流板与升降单元相连接，升降单元与所述的升降驱动单元相电性连接；所述的扰流板与转角单元相连接，转角单元与所述的转角驱动单元相电性连接；所述的升降、转角单元分别包括一控制轴、一从动齿轮、二凸轮、二支撑顶杆、二固定底盖，所述的支撑顶杆上端与顶扰流板连接，下端与固定底盖连接，所述的控制轴一端与从动凸轮连接，从动凸轮与固定底盖点面接触；控制轴的相对端与从动齿轮和另一从动凸轮连接，从动轮齿与驱动轮齿相啮合，凸轮将其运动规律传递到顶扰流板；其中所述的控制单元包括中央控制ECU、车速传感器、齿轮齿数传感器和凸轮位置传感器，所述的中央控制ECU包括高、低速模块选择控制器、低速控制模块、高速控制模块、高度执行电机模块、转角执行电机模块、齿轮齿数跟踪控制器；所述的高度执行电机在高度执行电机模块控制下驱动所述升降单元，所述的升降单元带动扰流板能实现升降，所述的转角执行电机在转角执行电机模块控制下驱动所述的转角单元，所述的转角单元带动扰流板实现倾斜角度控制。

2.依权利要求1所述的一种具有可调节高度和倾斜角度的扰流板控制装置，,其特征在于：所述的扰流板控制装置包括了系统控制的箱体，所述的升降、转角单元还包括弹性部件，所述的弹性部件下端连接固定底盖，上端与控制系统的箱体连接。

3.依权利要求2所述的一种具有可调节高度和倾斜角度的扰流板控制装置，其特征在于：所述的顶扰流板与固定底盖通过支撑顶杆两端的螺纹连接，所述的弹性部件套在支撑顶杆。

4.一种用于依权利要求1所述的具有可调节高度和倾斜角度的扰流板控制装置的控制方法，包括以下步骤：

第一步：高、低速模块选择控制器接收车速传感器信号，判断此时属车速状态；

第二步：高、低速选择控制器发出速度控制执行信号到速度控制模块，同时速度控制模块接收车速传感器信号，通过模块内预先设定车速和扰流板的最佳倾斜角度的函数关系，得到此车速下的最佳倾斜角度；

第三步：速度控制模块向高度执行电机模块发出高度执行电机控制信号，高度执行电机模块接收到高度电机控制信号，指令高度执行电机旋转一定的角度，达到扰流板高度的工作位置，使所述的升降单元带动扰流板实现有规律的升降；

第四步：高度执行电机模块完成高度位置的调节后，发出高度控制信号到转角控制模块，转角控制模块开始执行命令；

第五步：速度控制模块向转角执行电机模块发出转角执行电机控制信号，同时转角执行电机模块接收到来自于凸轮轴位置传感器的信号，通过对转角电机控制信号和凸轮位置传感器信号的分析，得到转角电机旋转的角度，通过齿轮的传动比的关系，得到转角控制轴上的齿轮旋转齿数；

第六步：转角执行电机模块通过控制转角电机的旋转，达到转角控制轴上齿轮的旋转，同时将转角控制轴上的齿轮旋转的角度信号即倾斜角度控制信号传递到齿轮齿数跟踪控制器，同时接受来自齿轮齿数传感器信号的实时齿轮齿数信号；

第七步：当齿轮齿数传感器信号和转角控制轴上的齿轮旋转的齿数信号即倾斜角度控制信号匹配后，齿轮齿数跟踪控制器对高、低速选择控制器做出反馈信号； 

第八步：高、低速选择控制器接收到反馈信号后，高、低速选择控制器停止工作，扰流板达到了最佳倾斜角度，所述的转角单元带动扰流板实现了倾斜角度的适时控制。