CN106379426A - 纯电动汽车前舱减阻装置及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了纯电动汽车前舱减阻装置及其工作方法，属于纯电动汽车减阻领域。减阻装置的通风道安装在汽车的前舱内，通风道的出、入口处分别安装有格栅片；格栅片与步进电机相连，温、湿度传感器和步进电机通过导线与控制器相连。控制器根据接收到的温度、湿度及车速判断减阻装置的工作模式，当车速大于60km/h且天气状况良好时，减阻装置开始工作，控制器向步进电机发送转角信号，步进电机带动格栅片旋转不同角度，随着车速的增加旋转角度逐渐增大。本发明基于汽车不同行驶车速和天气条件，通过格栅片旋转不同角度，将进入前舱内的气流引导至汽车底部，在降低整车气动阻力的同时降低了气动升力，改善了汽车的操纵性能，提高了纯电动汽车的行驶里程。

Description

纯电动汽车前舱减阻装置及其工作方法
技术领域
本发明属于纯电动汽车减阻领域，特别涉及纯电动汽车前舱减阻装置及其工作方法。
背景技术
车辆空气动力学特性直接影响车辆的燃油经济性和操纵稳定性。车辆的气动阻力与车速的平方成正比，且气动阻力所消耗的功率和燃油又与车速的立方成正比。因此，通过空气动力学研究降低气动阻力、提高发动机燃烧效率，不仅能提高车辆的空气动力学特性，还可以改善车辆的燃油经济性。
车辆行驶的气动阻力由五部分组成，以前主要通过改进车身局部造型改善近车体气流流动状况降低压差阻力。
中国专利(CN101941469A)公开了安装在厢式货车或者集装箱货运卡车箱体尾部的减阻罩体，该减阻罩体安装在厢式货车或者集装箱货运卡车箱体的尾部,用于降低行驶中的厢式货车或者集装箱货运卡车的压差阻力。中国专利(CN104554493A)公开了具有射流减阻导流结构的车辆，该发明所述车辆通过设置导流结构和射流结构可以有效地引导高速气流沿着车辆外侧向后流动,改变车辆周围的气体流向,从而减小车辆的气动阻力系数。上述专利目前已经难以大幅降低车辆的阻力。
但随着研究的深入，对汽车局部细节的改型已日趋成熟，大幅度的降低压差阻力变得相当困难。研究表明，内流阻力约占汽车总气动阻力的10％～18％，主要是由于气流通过车辆的冷却系统引起的。因此，改善发动机舱内部流场结构作为减阻的方案是合理可行的。
目前，智能格栅作为一种降低内流阻力的方法在一些中高档的乘用车上逐渐得到使用，智能格栅是汽车进气格栅装置的一种，安装在散热器前方的格栅口位置，智能格栅具有可以旋转90°的电动叶片，可以根据发动机水温的高低及时调整进气格栅的进气角度，具有降低汽车风阻系数、降低油耗、提高汽车动力性能等特点。如在拥堵路况下低速行驶时，进气格栅会主动开启；当车辆在高速道路保持稳定速度行驶时，进气格栅会自动关闭以获得更好的空气动力表现，提高燃油经济性。而随着纯电动汽车的快速发展，汽车内部结构发生了重大改变。纯电动汽车的前舱内不再有发动机、变速器等部件，取而代之的是电机和大量的电池包。又由于电池通过导线将电能传输给电机，这就使得纯电动汽车的零部件布置更加柔性、灵活。例如奇瑞瑞麒、特斯拉等车型的前舱空间非常大，被用作行李舱，这也为降低汽车内流阻力提供新的方法。如果利用前舱的空间设置一条通风道，将从汽车格栅进入前舱内的气流引导到汽车底部，相对于智能格栅系统，这会使得内流阻力降低地更多，同时还会降低汽车的气动升力，提高汽车的操纵稳定性。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种纯电动汽车前舱减阻装置及其工作方法，在通风道的入口和出口设置格栅片，根据不同行驶环境和行驶车速灵活调节入口和出口开度，将内流阻力将至最低。此装置结构简单、减阻效果好，并且可以降低汽车气动升力，提高了车辆的操纵稳定性。
本发明通过以下技术方案实现上述技术目的的。
纯电动汽车前舱减阻装置，包括通风道、格栅片、步进电机、温度传感器、湿度传感器及控制器；所述通风道为入口宽、出口窄的管道，所述通风道的入口和出口处分别安装有一定数量的格栅片；所述格栅片可绕其中心轴旋转；所述格栅片的中心轴与步进电机的电机轴相连，实现格栅片与步进电机的连接；所述步进电机通过导线与控制器相连，所述控制器向步进电机发送转角信号；所述控制器通过导线与温度传感器和湿度传感器相连，接收通风道内的温度和湿度信号，所述温度传感器和湿度传感器安装在所述通风道的外侧；所述通风道安装在纯电动汽车的汽车前舱内，入口位于汽车进气格栅的后方，出口位于汽车前舱底部。
上述方案中，所述格栅片的材料为碳纤维，所述格栅片为中间厚、两端薄的薄板，所述格栅片可绕其中心轴在0°-180°范围内逆时针旋转。
纯电动汽车前舱减阻装置的工作方法，电动汽车行驶时，控制器根据接收到的温度、湿度及车速信号判断纯电动汽车前舱减阻装置的工作模式；当汽车车速大于60km/h且天气状况良好时，纯电动汽车前舱减阻装置开始工作；当汽车车速大于60km/h且小于90km/h时，控制器控制步进电机旋转，步进电机带动格栅片旋转，从而将通风道的入口和出口打开，打开角度在0°-90°之间，且随着车速的增加打开角度逐渐增大；从汽车进气格栅进入前舱内的气流经过通风道的引导，流至汽车前舱底部；当车速大于90km/h时，格栅片的旋转角度为90°，即通风道的入口和出口全部打开；当汽车停止行驶时，控制器控制步进电机旋转，带动格栅片旋转至180°处并关闭纯电动汽车前舱减阻装置。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过通风道将进入电动汽车前舱内的气流引导至汽车底部前舱，降低了电动汽车行驶时的气动阻力，减小了电池的能量消耗，提高了纯电动汽车的行驶里程。
2、汽车在不同车速下行驶时，本发明通过格栅片旋转不同角度，将进入通风道的气流增速后引导至汽车底部，降低了汽车底部的气流压力，在降低整车气动阻力的同时降低了气动升力，提高了汽车的抓地力，改善了汽车的操纵性能。
附图说明
图1为纯电动汽车前舱减阻装置的结构示意图；
图2为通风道的结构示意图，图2(a)为通风道的轴测图，图2(b)为通风道的主视图，图2(c)为通风道的左视图，图2(d)为通风道的俯视图；
图3为格栅片的结构示意图，图3(a)为格栅片的轴测图，图3(b)为格栅片的主视图，图3(c)为格栅片的左视图，图3(d)为格栅片的俯视图；
图4为纯电动汽车前舱减阻装置在纯电动汽车前舱内的安装示意图。
图中：1-通风道；101-入口；102-出口；2-格栅片；201-中心轴；3-步进电机；301-电机轴；4-温度传感器；5-湿度传感器；6-控制器；7-汽车前舱；701-进气格栅；702-汽车前舱底部。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步详细描述。
如图1所示，纯电动汽车前舱减阻装置包括通风道1、格栅片2、步进电机3、温度传感器4、湿度传感器5及控制器6；
如图2所示，通风道1为入口宽、出口窄的管道(起到增加气流流速、降低气流压力作用)通风道1的入口101处安装三片格栅片2、出口102处安装两片格栅片2；如图3所示，格栅片2为中间厚、两端薄的薄板，其材料为碳纤维(具有重量轻、强度好、耐用耐腐蚀的特点)；格栅片2可绕其中心轴201在0°-180°范围内逆时针旋转；格栅片2的中心轴201与步进电机3的电机轴301相连，实现格栅片2与步进电机3的连接，步进电机3有五个，分别对应一片格栅片2；步进电机3通过导线与控制器6相连，控制器6向步进电机3发送转角信号；控制器6通过导线与温度传感器4和湿度传感器5相连，温度传感器4和湿度传感器5安装在通风道1的外侧，用于测量通风道1内的温度和湿度，并发送给控制器6；
通风道1安装在纯电动汽车的汽车前舱7内，入口101位于汽车进气格栅701的后方，出口102位于汽车前舱底部702，如图4所示。
纯电动汽车前舱减阻装置在本发明具体实施例中的参数为：奇瑞瑞麒M1EV纯电动汽车前舱内可利用空间高度约为560mm，长度约为600mm(如图4所示)；为了最大限度利用前舱空间，并且保证通风道1增速降压的功用，通风道1入口101的宽度为420mm，出口102的宽度为280mm，通风道1总高度为508mm(如图2(b)所示)，通风道总长度为700mm(如图2(c)所示)；为了调节进入和流出通风道1气流的流向，在通风道1入口101和出口102分别设置三片格栅片2和两片格栅片2，格栅片2的宽度为140mm(如图3(b)所示)，长度为700mm(如图3(c)所示)。
纯电动汽车前舱减阻装置的工作过程为：
电动汽车行驶时，气流从汽车进气格栅701进入汽车前舱7内，大部分气流进入通风道1中；温度传感器4和湿度传感器5测量通风道1内的温度和湿度，控制器6接收温度和湿度信息，控制器6根据温度、湿度信息以及车速信息向步进电机3发送转角指令；步进电机3带动通风道1入口101和出口102处的格栅片2旋转至特定角度，将通风道1中的气流引导至汽车前舱底部702处，从而将气流导出纯电动汽车前舱7。
纯电动汽车前舱减阻装置的工作方法：
电动汽车行驶时，气流从汽车进气格栅701进入汽车前舱7时，少部分气流未进入通风道1中，被用于汽车前舱7内零部件的风冷散热。
当汽车车速小于60km/h时，格栅片2不旋转，此时通风道1的入口101和出口102关闭，纯电动汽车前舱减阻装置不工作。
当汽车车速大于60km/h时，温度传感器4和湿度传感器5测量通风道1内的温度和湿度，控制器6根据接收的温度和湿度信号判断此时车外的天气情况；若天气状况良好，纯电动汽车前舱减阻装置开始工作；若天气状况恶劣，纯电动汽车前舱减阻装置不工作，以保护通风道1不被雨水、雾霾等侵蚀污染。
只有满足汽车车速大于60km/h且天气状况良好这两个条件时，纯电动汽车前舱减阻装置才开始工作。
当汽车车速大于60km/h且小于90km/h时，控制器6控制步进电机3旋转，步进电机3带动格栅片2旋转，从而将通风道1的入口101和出口102打开，打开角度在0°-90°之间，且随着车速的增加打开角度逐渐增大。大部分气流经过入口101被引入到通风道1中，利用通风道1增加气流流速、降低气流压力的功用，将气流引导至汽车底部702处，从而将气流引导出纯电动汽车前舱7。
当车速大于90km/h时，控制器6控制步进电机3旋转，步进电机3带动格栅片2旋转，此时格栅片2的旋转角度为90°，即通风道1的入口101和出口102全部打开；这样才能在汽车高速行驶时最大限度地降低气动阻力和气动升力，提高纯电动汽车的续航里程和操纵稳定性。
当汽车停止行驶时，控制器6控制步进电机3旋转，带动格栅片2旋转至180°处并关闭纯电动汽车前舱减阻装置；停车时将格栅片2旋转180°可以将格栅片2内外交替使用，提高格栅片2的使用寿命。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.纯电动汽车前舱减阻装置，其特征在于，包括通风道(1)、格栅片(2)、步进电机(3)、温度传感器(4)、湿度传感器(5)及控制器(6)；
所述通风道(1)为入口宽、出口窄的管道，所述通风道(1)的入口(101)和出口(102)处分别安装有一定数量的格栅片(2)；所述格栅片(2)可绕其中心轴(201)旋转；所述格栅片(2)的中心轴(201)与步进电机(3)的电机轴(301)相连，实现格栅片(2)与步进电机(3)的连接；所述步进电机(3)通过导线与控制器(6)相连，所述控制器(6)向步进电机(3)发送转角信号；所述控制器(6)通过导线与温度传感器(4)和湿度传感器(5)相连，接收通风道(1)内的温度和湿度信号，所述温度传感器(4)和湿度传感器(5)安装在所述通风道(1)的外侧；
所述通风道(1)安装在纯电动汽车的汽车前舱(7)内，入口(101)位于汽车进气格栅(701)的后方，出口(102)位于汽车前舱底部(702)。
2.根据权利要求1所述的纯电动汽车前舱减阻装置，其特征在于，所述格栅片(2)的材料为碳纤维。
3.根据权利要求1所述的纯电动汽车前舱减阻装置，其特征在于，所述格栅片(2)为中间厚、两端薄的薄板。
4.根据权利要求1所述的纯电动汽车前舱减阻装置，其特征在于，所述格栅片(2)可绕其中心轴(201)在0°-180°范围内逆时针旋转。
5.纯电动汽车前舱减阻装置的工作方法，其特征在于，电动汽车行驶时，控制器(6)根据接收到的温度、湿度及车速信号判断纯电动汽车前舱减阻装置的工作模式；当汽车车速大于60km/h且天气状况良好时，纯电动汽车前舱减阻装置开始工作；
当汽车车速大于60km/h且小于90km/h时，控制器(6)控制步进电机(3)旋转，步进电机(3)带动格栅片(2)旋转，从而将通风道(1)的入口(101)和出口(102)打开，打开角度在0°-90°之间，且随着车速的增加打开角度逐渐增大；从汽车进气格栅(701)进入前舱内的气流经过通风道(1)的引导，流至汽车前舱底部(702)；
当车速大于90km/h时，格栅片(2)的旋转角度为90°，即通风道(1)的入口(101)和出口(102)全部打开；
当汽车停止行驶时，控制器(6)控制步进电机(3)旋转，带动格栅片(2)旋转至180°处并关闭纯电动汽车前舱减阻装置。
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