CN104228553A - 由车辆速度控制的主动式进气栅遮板系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于移动的车辆的主动式进气栅遮板系统，其包括可在打开位置与关闭位置之间成角度地移动的至少一个叶片、施加有保持电流以将上述至少一个叶片保持在叶片位置的电机以及用于基于车速调节施加至电机的保持电流的大小的控制器。

Description

由车辆速度控制的主动式进气栅遮板系统

技术领域

本发明总的来说涉及用于车辆使用的主动式进气栅遮板系统，更具体地，涉及动力消耗可变的主动式进气栅遮板系统。

背景技术

如今，在一些车辆上使用主动式进气栅遮板系统。由于在决定是否购买一辆车时，车辆燃油经济性和车辆性能通常是重要因素，所以在设计主动式进气栅遮板系统时需要考虑这些性能标准。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种用于移动的车辆的主动式进气栅遮板系统，其包括可在打开位置与关闭位置之间成角度地移动的至少一个叶片、施加有保持电流以将上述至少一个叶片保持在选定叶片位置的电机以及用于基于车速调节施加至电机的保持电流的大小的控制器。

根据本发明的一个实施例，选定叶片位置包括打开位置、关闭位置以及至少一个中间命令位置。

根据本发明的一个实施例，上述至少一个叶片在每个选定叶片位置中定位成不同的叶片角度。

根据本发明的一个实施例，气压作用在上述至少一个叶片上的旋转力在车速增加时增加，其中，在更高的车速下作用在上述至少一个叶片上的旋转力的大小根据上述至少一个叶片的叶片角度而不同。

根据本发明的一个实施例，施加至电机的保持电流的大小使得作用在上述至少一个叶片上的旋转力不能引起上述至少一个叶片的角位移。

根据本发明的一个实施例，控制器接收包括车速信息的信号并且信号经由车辆动力系统控制模块(PCM)提供至控制器。

根据本发明的一个实施例，控制器在车速增加时增加施加至电机的保持电流的大小，并且在车速减小时减小施加至电机的保持电流的大小。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于移动的车辆的主动式进气栅遮板系统，其包括至少一个叶片、用于将上述至少一个叶片保持在叶片位置的致动器以及配置成基于车辆条件调节施加至致动器的动力的大小的控制器。

根据本发明的一个实施例，上述至少一个叶片可在打开位置、关闭位置以及至少一个中间命令位置之间成角度地移动。

根据本发明的一个实施例，叶片位置选自打开位置、关闭位置以及上述至少一个中间命令位置。

根据本发明的一个实施例，上述至少一个叶片在打开位置设置在第一角度位置，在关闭位置设置在第二角度位置，以及在上述至少一个中间命令位置设置在第三角度位置。

根据本发明的一个实施例，气压作用在上述至少一个叶片上的旋转力在车速增加时增加，其中，在更高的车速下作用在上述至少一个叶片上的旋转力的大小根据上述至少一个叶片的角度位置而不同。

根据本发明的一个实施例，施加至致动器的动力的大小使得作用在上述至少一个叶片上的旋转力不能引起上述至少一个叶片的角位移。

根据本发明的一个实施例，致动器为电动机。

根据本发明的一个实施例，控制器通过改变施加至致动器的保持电流的大小来进行动力调节。

根据本发明的一个实施例，车辆条件包括车速的改变。

根据本发明的一个实施例，控制器从车辆动力系统控制模块(PCM)接收包含车速信息的信号。

根据本发明的一个实施例，控制器在车速增加时增加施加至电机的保持电流的大小，并且在车速减小时减小施加至电机的保持电流的大小。

根据本发明的又另一方面，提供了一种用于在车辆移动时将至少一个叶片保持在选定叶片位置的方法，该方法包括步骤：感测车速；向致动器施加动力以将上述至少一个叶片保持在该选定叶片位置；以及基于感测的车速调节施加至致动器的动力的大小。

根据本发明的一个实施例，该方法还包括步骤：在车速增加时增加施加至致动器的动力的大小，并且在车速减小时减小施加至致动器的动力的大小。

本领域技术人员在研究了下面的说明书、权利要求和附图后将理解本发明的这些和其他方面、目标和特征。

附图说明

在附图中：

图1是在车辆前端提供有进气栅的车辆的立体图；

图2是沿着图1的线II-II截取的车辆前端的局部截面图，其中示出了主动式进气栅遮板系统的叶片组件；

图3是主动式进气栅遮板系统的示意图，其中，叶片组件示出为处于打开位置；

图4是主动式进气栅遮板系统的示意图，其中，叶片组件示出为处于关闭位置；以及

图5是主动式进气栅遮板系统的示意图，其中，叶片组件示出为处于两个不同的命令位置。

具体实施方式

根据需要，本发明的详细实施例在此公开。然而，应当理解，所公开的实施例仅仅是本发明的示例，其可以以多种替代方式体现。附图不一定针对具体设计，并且一些视图可被放大或最小化以示出功能概况。因此，本文公开的具体的结构和功能细节不应解释为限制，而仅仅作为用于教导本领域技术人员多样地实施本发明的代表性基础。

正如本文中使用的，术语“和/或”当用在一系列的两个或多个项目时，指可单独采用所列项目中的任何一个，或者可采用所列项目中的两个或多个的任意组合。例如，如果一种组成被描述为包含部件A、B和/或C，则该组成可以只包含A、只包含B、只包含C、包含A和B的组合、包含A和C的组合、包含B和C的组合或者包含A、B和C的组合。

参照图1，车辆2通常示出为具有限定了开口6的前端4和与开口6接合的进气栅8。虽然本文大致提供了进气栅8，然而进气栅8可以根据车辆而呈现多种结构性和/或装饰性构造，其通常的作用是使气流通过并防止大件物体进入进气栅8并对内部部件造成损害。为了更好地理解本发明，将在下面关于进气栅8详细描述主动式进气栅遮板系统。然而，本领域的技术人员应当理解，一些车辆可以具有不止一个进气栅，并且下面描述的主动式进气栅遮板系统能够适用于具有单个或多个进气栅构造的车辆。

参照图2，示出了车辆2的前端4的局部截面图以说明主动式进气栅遮板系统10的一个实施例，主动式进气栅遮板系统10包括叶片组件12，叶片组件12在本领域中还通常被称为主动式进气栅遮板(AGS)。叶片组件12可以是传统的类型并且通常设置在车辆2的发动机室14中。叶片组件12包括一个或多个叶片，在此示例性示出为彼此之间平行设置且保持在位于进气栅8附近的外壳16中的叶片12a至12f。叶片12a至12f通常连接在一起，每个叶片12a至12f均可绕其纵轴成角度地移动，其中叶片12a至12f以同步的方式产生角位移，以使叶片12a至12f能够呈现打开位置和关闭位置之间的选定叶片位置(包括打开位置和关闭位置)。

参照图3至图5，示出了主动式进气栅遮板系统10的一个实施例，其中，叶片组件12被示例性地示出为处于若干个叶片位置，包括图3中的打开位置18、图4中的关闭位置20以及图5中的命令位置，其中命令位置对应于打开位置18和关闭位置20之间的一个或多个预定中间位置，并且在图5中示例性地示出为分别以实线和虚线表示的命令位置22a和22b。

在图3所示的打开位置18中，叶片组件12的叶片12a至12f成角度地移动至基本水平的配置，以使移动中的车辆能够通过进气栅8和叶片组件12将空气吸入发动机室14。吸入的空气可以用于为位于发动机室14内的多种部件(诸如，车辆发动机)提供冷却。然而，在一些情况下，进入发动机室14的空气多于冷却目的所需的空气。此外，在高速下，进入发动机室14的空气流增加了对移动中的车辆的气动阻力，导致使车辆向前移动会消耗更多能源，从而降低了燃油经济性。

为了降低气动阻力并增加燃油经济性，可以相对于图3所示的打开位置沿逆时针方向成角度地移动叶片组件12的叶片12a至12f，直到它们到达图4所示的关闭位置20，其中，在关闭位置20，叶片12a至12f基本垂直，以防止空气进入发动机室14，相反，其将空气绕着车辆引开。可选地，叶片组件12的叶片12a至12f可以相对于图3所示的打开位置18沿逆时针方向成角度地移动，直到它们到达选定的命令位置，如图5所示的命令位置22a或22b，其中，在命令位置22a或22b，叶片12a至12f定位在与叶片12a至12f的打开位置18与关闭位置20之间的角度位置相对应的叶片角度，以允许一些气流进入发动机室14，同时相对于打开位置18，也减小了气动阻力并增加了燃油经济性。然而，应当理解，命令位置22a和22b用于说明性目的，并且可以类似地采用本文未示出的其他命令位置以增加或减小气流，从而满足车辆2的冷却需要。

在命令位置，气流基于叶片12a至12f的叶片角度增加或减小。在图5所示的实施例中，气流随着叶片角度接近关闭位置20的角度而减小并随着叶片角度接近打开位置18的角度而增加。因此，参照命令位置22a和22b，可以看出，相对于命令位置22b，在命令位置22a中产生更多的气流和更大的气动阻力。根据车辆的冷却需要，叶片组件12的叶片12a至12f可以从命令位置(即，命令位置22a和22b)或关闭位置20沿顺时针方向成角度地移动至再次呈现打开位置18或位于其间的不同的命令位置。

为了使叶片组件12移动，诸如电动机26的致动器可操作地连接至叶片组件12并可包括齿轮组件28，齿轮组件28配置成在电机26接通电源时将叶片12a至12f成角度地移动至选定的叶片位置。齿轮组件28包括诸如行星齿轮组件的任意传统的齿轮组件或能够反向驱动的其他齿轮组件，以允许将叶片组件12成角度地移动至打开位置18、关闭位置20或打开位置18与关闭位置20之间的任意多个命令位置，以及从上述这些位置移动开。电机26可以包括能够将电能转化为旋转运动的任意电动机，诸如步进电机。在本实施例中，电机26包括步进电机，电机26的每一步引起叶片12a至12f成角度地移动至打开位置18与关闭位置20之间(包括打开位置18与关闭位置20)的不同的叶片位置。通过这种方式，明显地，根据步数可以在打开位置18与关闭位置20之间获得可变数量的命令位置，这些命令位置各自具有不同的叶片角度。此外，使用步进电机给叶片组件12的叶片12a至12f的定位提供了一种简单的方法，而不需要替代的直流(DC)电机通常会涉及的位置传感器。

在图3至图5所示的实施例中，电机26与确定叶片位置的车辆动力系统控制模块30(此后称为“PCM”)电通信。如本领域所知，PCM30基于多个输入确定叶片位置，这些输入包括车辆速度、发动机冷却剂温度和/或环境空气温度。一旦确定了叶片位置，PCM30就会促使电机26将叶片组件12的叶片12a至12f定位在从打开位置18、关闭位置20以及中间命令位置中选择的选定叶片位置。

电机26可以使用车辆上的传统电源系统供电并可操作地连接至对提供给电机26的电量进行控制的控制器32。控制器32可以在电机26外部或者可以合并到电机26的设计中，从而使电机能够表现为能够内在地调节动力消耗的“智能电机”。无论在何种情况下，通过使施加至电机26的动力可变，可以实现燃油效率的进一步增加，下面将更加详细地描述。

当移动中的车辆上的叶片组件12呈现选定的叶片位置时，气压会作用在其上并通常会随车速的增加而增加。在低速时，气压不太可能对叶片组件12产生足够的旋转力，所以不会引起叶片12a至12f产生不期望的角位移。然而，在高速下，气压会对叶片组件12产生足够的旋转力以迫使叶片12a至12f到达不期望的叶片位置，同时也会迫使电机26(即，步进电机)离开基本位置。因此，车辆将空气吸入发动机室14用于冷却目的的能力会受到影响。

根据图3所示的叶片组件12的打开位置18，可以看出，由于叶片12a至12f具有大致水平的构型，所以每个叶片12a至12f均提供了相对较小的受到气压作用的表面面积。因此，叶片12a至12f的定向对气流几乎不产生阻力，并且当流入发动机室14时，空气在叶片12a至12f的上方和下方轻易地通过。因此，参照图3所示的打开位置18，以更高速度作用在叶片组件12上的气压不能产生使叶片12a至12f产生不期望的角位移所必需的旋转力。

尽管图4所示的关闭位置20由于叶片12a至12f具有大致垂直的构型而提供了大得多的表面面积，但是在本领域众所周知，外壳16包括与处于关闭位置20的一个或多个叶片12a至12f对接的结构(未示出)，以在物理上阻碍叶片12a至12f在较高车速下沿气压作用的方向的角位移。因此，当叶片12a至12f处于关闭位置时，气压并不是需要担心的问题。

在命令位置，诸如图5所示的命令位置22a和22b，叶片12a至12f通常会悬挂在相应的叶片位置，并因此易于在车辆以较高速度行驶的情况下产生角位移。此外，根据命令位置的相应的叶片角度，气压区别地对每个命令位置产生作用。例如，由于具有更大的抵抗气流的表面面积，所以当以相同速度行驶时，命令位置22b将可能比命令位置22a受到更大的气压。因此，在命令位置22b，气压对叶片组件12产生比在命令位置22a更大的旋转力。

鉴于以上，控制器32配置成调节提供给电机26的电量以将叶片组件12维持在任意给定的命令位置，使得气压引起的施加在叶片组件12上的旋转力不能引起叶片组件12的叶片12a至12f的角位移。如前所述，参照图3和图4的实施例所示的打开位置18和关闭位置20，气压不太可能产生足够的旋转力而引起叶片组件12的叶片12a至12f的角位移。因此，不需要向电机26提供动力以将叶片12a至12f维持在这些位置。然而，本领域的技术人员应理解，叶片组件可以以多种其他方式构造，以产生其他实施例，在这些实施例中，需要向电机提供动力以维持打开和/或关闭位置。对于这些情况，可以类似地使用下面的方法且几乎不做修改。

一旦叶片12a至12f成角度地移动至命令位置(即，命令位置22a和22b)，则PCM30向控制器32提供叶片位置信号和车速信号，其中，叶片位置信号包括与叶片组件12的当前叶片位置相关的信息，且车速信号包括与行驶的车辆的当前速度相关的信息。基于这些信号，控制器32向电机26连续地施加预定量的动力以在当前车速下将叶片12a至12f保持在选定的命令位置，使得作用在叶片组件12上的由气压产生的旋转力不能引起叶片12a至12f的角位移。

如果车速改变，则控制器32从PCM30接收新的车速信号并根据新的车速信息和先前获得的叶片位置信息通过根据车速的增加或减小分别增加或减小连续提供给电机26的保持电流的大小来调节提供给电机26的电量。例如，如果叶片组件12保持在命令位置22a且车辆加速，则控制器32会增加连续提供给电机26的保持电流的大小，从而增加其保持力，以抵抗由于车辆加速和产生的速度的增加引起的作用在叶片组件12上的由气压产生的旋转力的增加。因此，旋转力的增加不能引起叶片12a至12f的不期望的角位移。

如果叶片组件12移动至不同的命令位置，则控制器32从PCM30接收新的叶片位置信号并根据新的叶片位置信息和先前获得的车速信息通过响应于叶片12a至12f的叶片角度的改变而增加或减小连续提供给电机26的保持电流的大小来调节提供给电机26的电量。例如，如果叶片组件12从命令位置22a移动至命令位置22b，则叶片角度的改变导致由作用在叶片组件12上的气压产生的旋转力的增加。作为回应，控制器32会增加连续提供给电机26的保持电流以增加其保持力，从而防止叶片12a至12f的不期望的角位移。

在这种方式中，电机26必要时消耗动力以将叶片组件12保持在期望命令位置。在处于更高的车速和/或与气压增加相关的叶片角度时，电机26具有必要的保持力以克服气压引起的作用在叶片组件12上的旋转力，而在车速减小和与气压减小相关的叶片角度时，电机26受到的工作载荷减小，这可增加车辆燃油效率和电机26的寿命。根据主动式进气栅遮板系统10的所需的复杂性，如前所述，动力的调节可以立即响应于车速和/或叶片角度的改变，或者可以仅响应于车速或叶片角度的改变。例如，在一个简化系统中，控制器可以配置成向电机施加相同大小的保持电流而不考虑叶片位置，并且仅基于车速做出后续的调节。

虽然不同类型的叶片组件和电机组件可能需要不同大小的保持电流来进行力量调节，但是将特定叶片组件保持在任意给定叶片位置所必需的保持电流的大小可以简单地通过观察在不同车速下气压作用在特定叶片组件上的效果来确定。这种观察可以通过驾驶配备有该特定叶片组件的车辆来执行，或者通过本领域技术人员已知的仿真方法来执行。此外，风和/或其他驾驶条件的影响也可能是确定最终的保持电流的因素。

因此，在此有利地提供了一种主动式进气栅遮板系统。该主动式进气栅遮板系统响应于车辆条件的改变根据需要消耗能量，以将至少一个叶片保持在命令位置，从而提供增加的车辆燃油经济性。

应当理解，可以在不背离本发明的内容的情况下对上述结构做出变化和修改，还应当理解，除非另有明确声明，这些内容旨在由下面的权利要求覆盖。

Claims (20)

1.一种用于移动的车辆的主动式进气栅遮板系统，包括：

可在打开位置与关闭位置之间成角度地移动的至少一个叶片；

施加有保持电流以将所述至少一个叶片保持在叶片位置的电机；以及

用于基于车速调节施加至所述电机的保持电流的大小的控制器。

2.根据权利要求1所述的主动式进气栅遮板系统，其中，所述选定叶片位置包括打开位置、关闭位置以及至少一个中间命令位置。

3.根据权利要求2所述的主动式进气栅遮板系统，其中，所述至少一个叶片在每个选定叶片位置中定位成不同的叶片角度。

4.根据权利要求3所述的主动式进气栅遮板系统，其中，气压作用在所述至少一个叶片上的旋转力在车速增加时增加，其中，在更高的车速下作用在所述至少一个叶片上的旋转力的大小根据所述至少一个叶片的叶片角度而不同。

5.根据权利要求4所述的主动式进气栅遮板系统，其中，施加至所述电机的保持电流的大小使得作用在所述至少一个叶片上的旋转力不能引起所述至少一个叶片的角位移。

6.根据权利要求1所述的主动式进气栅遮板系统，其中，所述控制器接收包括车速信息的信号并且所述信号经由车辆动力系统控制模块(PCM)提供至所述控制器。

7.根据权利要求1所述的主动式进气栅遮板系统，其中，所述控制器在车速增加时增加施加至所述电机的保持电流的大小，并且在车速减小时减小施加至所述电机的保持电流的大小。

8.一种用于移动的车辆的主动式进气栅遮板系统，包括：

至少一个叶片；

用于将所述至少一个叶片保持在叶片位置的致动器；以及

配置成基于车辆条件调节施加至所述致动器的动力的大小的控制器。

9.根据权利要求8所述的主动式进气栅遮板系统，其中，所述至少一个叶片可在打开位置、关闭位置以及至少一个中间命令位置之间成角度地移动。

10.根据权利要求9所述的主动式进气栅遮板系统，其中，所述叶片位置选自所述打开位置、所述关闭位置以及所述至少一个中间命令位置。

11.根据权利要求10所述的主动式进气栅遮板系统，其中，所述至少一个叶片在所述打开位置设置在第一角度位置，在所述关闭位置设置在第二角度位置，以及在所述至少一个中间命令位置设置在第三角度位置。

12.根据权利要求11所述的主动式进气栅遮板系统，其中，气压作用在所述至少一个叶片上的旋转力在车速增加时增加，其中，在更高的车速下作用在所述至少一个叶片上的旋转力的大小根据所述至少一个叶片的角度位置而不同。

13.根据权利要求12所述的主动式进气栅遮板系统，其中，施加至所述电机的动力的大小使得作用在所述至少一个叶片上的旋转力不能引起所述至少一个叶片的角位移。

14.根据权利要求8所述的主动式进气栅遮板系统，其中，所述致动器为电动机。

15.根据权利要求8所述的主动式进气栅遮板系统，其中，所述控制器通过改变施加至所述致动器的保持电流的大小来进行动力调节。

16.根据权利要求8所述的主动式进气栅遮板系统，其中，所述车辆条件包括车速的改变。

17.根据权利要求16所述的主动式进气栅遮板系统，其中，所述控制器从车辆动力系统控制模块(PCM)接收包含车速信息的信号。

18.根据权利要求16所述的主动式进气栅遮板系统，其中，所述控制器在车速增加时增加施加至所述电机的保持电流的大小，并且在车速减小时减小施加至所述电机的保持电流的大小。

19.一种用于在车辆移动时将至少一个叶片保持在选定叶片位置的方法，包括以下步骤：

感测车速；

向致动器施加动力以将所述至少一个叶片保持在所述选定叶片位置；以及

基于感测的车速调节施加至所述致动器的动力的大小。

20.根据权利要求19所述的方法，还包括以下步骤：

在车速增加时增加施加至所述致动器的动力的大小，并且在车速减小时减小施加至所述致动器的动力的大小。