CN106467146A - 用于车辆的空气动力学控制系统 - Google Patents

Abstract

用于车辆的空气动力学控制系统，可改进车辆的空气动力学性能并且增强车辆的燃料效率和驾驶稳定性。该空气动力学控制系统包括：扩散器，该扩散器在上升位置处与后保险杠合并以便构成后保险杠的保险杠表面的一部分，并且该扩散器在下降位置处与后保险杠分离以便将从车辆的下部排出的空气沿着扩散器的上表面和下表面向车辆的后部传送；以及扩散器驱动单元，该扩散器驱动单元将后保险杠前方中的车架面板连接至扩散器，支撑位于车架面板上的扩散器，并且调整扩散器的向上和向下移动以及扩散器的角度。

Description

用于车辆的空气动力学控制系统

技术领域

本发明涉及用于车辆的空气动力学控制系统，更具体地，涉及这样一种用于车辆的空气动力学控制系统，即，该系统可改进行驶车辆的空气动力学性能并且增强车辆的燃料效率和驾驶稳定性。

背景技术

众所周知，当车辆运动时，车架(vehicle frame)的前部在上下左右方向上推动空气，并且受推动的空气移动至车架的后部并返回至其最初位置。

这种空气返回至其初始位置花费一段时间，并且随着时间增加，在车辆的后部处形成的真空区域增加。

本文中，所生成的真空在后面拉车架，并且因此，车辆遇到空气阻力。此外，由于由真空生成的涡流而生成升力，其中当车辆以高速行驶时，车辆升起。

为了防止该升力，需要通过改进空气动力学性能的尾流控制以及车辆后部处的涡流控制，来实现车辆高速行驶时的驾驶稳定性。

为了改进车辆的空气动力学性能，尾流控制是非常重要的。为了在车辆驾驶过程中制造有利于空气动力学性能的尾流状态，引入至车辆下部的空气应通过后保险杠的下部或后保险杠的下端而有效排出至车辆的后部。

为了控制车辆的尾流，后保险杠的下端的离地间隙可增加，狭缝孔可施加至后保险杠的下端，并且扩散器可施加至车架的后端以便改进流动扩散角度。

图1(相关技术)是示出车辆的下部的改进车辆的空气动力学性能的空气流动状态的视图。如在图1中示例性示出的，引入至车辆的下部的空气可通过增加后保险杠的下端的离地间隙而在向后方向上顺畅排出，并且车架的后端处的空气流动扩散角度可通过离地间隙的增加而增加，由此改进尾流。

然而，后保险杠的下端的离地间隙的增加导致车架的下部的较大区域从车辆的后面位置暴露，并且因此就车辆的下部的暴露(可见量)方面而言，这是不利的。

因此，如在图2(相关技术)中示例性示出的，车辆制造商设定一标准以便最小化车辆的下部在后面车辆的驾驶员眼睛高度H处的可见量，并且由于车辆的下部的可见量的增加以及设计限制，在改进车辆的空气动力学性能时，后保险杠的下端的离地间隙的增加受限。

图3(相关技术)是示出将狭缝状孔2施加至后保险杠的下端的实例的视图。如在图3中示例性示出的，如果狭缝状孔2形成在后保险杠1的下端处，则引入至车辆的下部的空气可通过孔2而顺畅排出至车辆后面的区域中。

相比较扩散器的安装，就车辆的下部的可见量而言，该孔2的施加是有利的，并且就生产成本而言，也是有利的。然而，由于孔2始终可见，所以就车辆设计而言，孔2的施加是不利的，并且由孔2生成的空气动力学性能的效果最小。

此外，在瓣式主动式后扩散器的情况下，当车辆高速行驶时，可根据后保险杠的下端处的扩散器瓣的操作来控制流动扩散角度，但是扩散器瓣基于传统保险杠的下端表面移动，并且因此，流动扩散角度的增加受限。

发明内容

本发明提供这样的用于车辆的空气动力学控制系统，即，该系统可改进车辆的空气动力学性能，而不增加车辆的下部的可见量或限制车辆的设计，并且可增强车辆的燃料效率和驾驶稳定性。

本发明的另一目的是提供用于车辆的空气动力学控制系统，该系统设置在后保险杠的下端处，以便根据车辆的驾驶状态来控制排出空气的流动扩散角度以及空气流动排出量，并且因此可将引入至车辆的下部的空气有效排出至车辆的后部，并且最佳地控制行驶车辆的尾流。

在一个方面中，本发明提供用于车辆的空气动力学控制系统，该系统包括：扩散器，该扩散器是被构造为与车辆的后保险杠完全分离或与车辆的后保险杠合并的面板状构件，该扩散器在上升位置处与后保险杠合并以便构成后保险杠的保险杠表面的一部分，并且该扩散器在下降位置处与后保险杠分离以便将从车辆的下部排出的空气沿着扩散器的上表面和下表面向车辆的后部传送；以及扩散器驱动单元，被构造为将后保险杠前方中的车架面板连接至扩散器，支撑位于车架面板上的扩散器，并且调整扩散器的向上和向下移动以及扩散器的角度。

下文讨论了本发明的其它方面和优选实施方式。

附图说明

现将参考附图示出的本发明的某些示例性实施方式来详细描述本发明的上述特征和其他特征，它们在下文中仅通过示例给出，并且因此并非限制本发明，并且其中：

图1(相关技术)是示出车辆的下部的改进车辆的空气动力学性能的空气流动状态的示意图；

图2(相关技术)是示出车辆的下部的可见量的示意图；

图3(相关技术)是示出将狭缝状孔施加至后保险杠的下端的传统技术的实例的示意图；

图4A和图4B是示出根据本发明的示例性实施方式的在扩散器操作之前的用于车辆的空气动力学控制系统的状态的视图；

图4C和图4D是示出根据本发明的示例性实施方式的在扩散器操作之后的用于车辆的空气动力学控制系统的状态的视图；

图5是示出根据本发明的实施方式的用于车辆的空气动力学控制系统的构造的立体图；

图6A和图6B是示出根据本发明的实施方式的用于车辆的空气动力学控制系统中的双缸设备(dual cylinder device)的构造和操作状态的立体图；并且

图7A至图8C是示出根据本发明的实施方式的用于车辆的空气动力学控制系统的操作状态的视图。

应理解，附图不必按比例绘出，呈现了说明本发明的基本原理的各种优选特征的略微简化的表示。如本文所公开的本发明的具体设计特征(包括，例如，具体尺寸、方向、位置和形状)将部分由特定的预期应用和使用环境来确定。

在附图中，贯穿附图的一些图，参考标号指的是本发明的相同或等同部件。

具体实施方式

现在将在下文中详细参考本发明的各个实施方式，其实例在附图中示出并且描述如下。虽然将结合示例性实施方式描述本发明，但是将理解，本描述并非旨在将本发明限于那些示例性实施方式。相反，本发明旨在不仅涵盖示例性实施方式，而且还涵盖可包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内的各种替代、改变、等价物和其它实施方式。

本发明提供这样的用于车辆的空气动力学控制系统，即，该系统可改进行驶车辆的空气动力学性能并且增强车辆的燃料效率和驾驶稳定性。

为了该目的，根据本发明的空气动力学控制系统包括后扩散器，该后扩散器与后保险杠集成以形成保险杠表面，在车辆的停止或驾驶(低速或中速)过程中后扩散器在上升位置处形成保险杠表面，而在车辆高速驾驶时(此时，空气阻力增加)，该后扩散器下降，以便被控制为各种角度。

此外，在本发明中，扩散器驱动单元(包括将随后描述的双缸设备)被驱动，以便根据车辆的驾驶状态控制后扩散器的下降量及角度，由此优化车辆的后部处的空气流动扩散角度以及流动排出量，并且改进车辆的空气动力学性能。

图4A至图4D是示出根据本发明的示例性实施方式的在扩散器10的操作之前和之后的用于车辆的空气动力学控制系统的状态的视图。在图4A至图4D中，提供前视图以示出扩散器10和后保险杠1，并且提供立体图以示出扩散器10和后保险杠1。

首先，根据本发明的示例性实施方式的用于车辆的空气动力学控制系统包括后保险杠集成主动式扩散器10，该扩散器在操作之前在一位置处与后保险杠1集成，形成保险杠表面作为后保险杠1的一部分，并且根据车辆的驾驶状态下降使得扩散器10的竖直高度和角度被控制。

本文中，后保险杠集成不意味着扩散器10与后保险杠1机械式和物理式合并，而是意味着上升位置处的扩散器10放置在后保险杠1的保险杠表面的位置处，并且因此，形成保险杠表面的一部分。

即，在本发明中，扩散器10可变成后保险杠1的一部分，更具体地，保险杠外罩的一部分。在扩散器10在操作之前的状态(扩散器10的最大上升状态)下，扩散器10变成保险杠外罩的一部分，并且因此形成保险杠表面，并且此时，后保险杠1的保险杠外罩的外表面与扩散器10的外表面在车架的后部处形成一个保险杠表面。

此外，扩散器10是面板构件，该面板构件在这种上升位置处形成后保险杠1的保险杠表面的一部分，但是，在下降状态时，该面板构件可与后保险杠1在结构上隔开并且与后保险杠1完全分离。

扩散器10具有在后保险杠1的长度方向上向左和向右延伸的长面板形状，并且在最大上升位置处，扩散器与后保险杠1合并并形成后保险杠1的下表面。

扩散器10不直接安装在后保险杠1或车架上，而是由后保险杠1内的车架面板3(即，车架的后端处的面板)支撑(在图5中)，后保险杠1经由扩散器驱动单元20(在图5中)的双缸设备21(在图5中)布置在车架的后端的后方中，并且由双缸设备21的操作控制扩散器10的竖直位置和角度。

例如，当车辆停止或以作为基准速度的低速或更低速度或中间速度行驶时，如在示出扩散器10在操作之前的状态的图4A和图4B中示例性示出的，上升位置处的扩散器10形成保险杠表面，并且当车辆以超过基准速度的高速行驶时，如在图4C和图4D中示例性示出的，扩散器10通过扩散器驱动单元下降，以便确保最佳流动扩散角度和流动排出量以便朝向车辆的后部将引入至车辆的下部的空气有效排出并且优化车辆的空气动力学性能。

如上所述，在操作之前，扩散器形成后保险杠的保险杠表面，并且因此不产生由于扩散器而造成的车辆的设计及外观的劣化，并且不需要用于优化车辆的尾流和空气动力学性能的后保险杠的下端的离地间隙的不必要增加，并且因此，不产生车辆的下部的可见量的增加以及车辆的商业价值的劣化。

此外，由于扩散器用作保险杠构件以构成后保险杠的保险杠表面的一部分并且用作控制车辆的尾流的设备，所以相比较使用单独的下外罩，使用该扩散器具有诸如重量和生产成本降低的优点。

此外，由于形成后保险杠的保险杠表面的一部分的扩散器不能可旋转地直接铰接至后保险杠或车架面板，而是安装成作为独立于后保险杠和车架面板的操作构件以便依据角度而竖直地可移动和可控制，所以扩散器可确保大范围位置和角度控制。此外，由于引入至车架的下部的空气穿过扩散器的上表面和下表面，所以相对于穿过扩散器的流量而言，流动扩散增加(优异的空气动力学性能改进效果)。

图5是示出根据本发明的实施方式的用于车辆的空气动力学控制系统的构造的立体图，并且图6A和图6B是示出根据本发明的实施方式的用于车辆的空气动力学控制系统中的双缸设备的构造和操作状态的立体图。

图6A示出扩散器在操作之前的状态，并且图6B示出扩散器在操作之后的状态。

此外，图7A至图8C是示出根据本发明的实施方式的用于车辆的空气动力学控制系统的操作状态的视图。图7A至图7C是示出当车辆停止或通常行驶(以作为基准速度的低速或更低速度或中间速度)时，扩散器在操作之前的状态的视图，并且图8A至图8C是示出当车辆以高速(超过基准速度)行驶时，扩散器在操作之后的状态的视图。

在这些图中，扩散器在操作之前的状态指的是扩散器10最大上升并且形成后保险杠1的保险杠表面的一部分的状态，并且在这种状态下，保险杠外罩的外表面与扩散器10的外表面形成一个保险杠表面。

此外，在这些图中，扩散器在操作之后的状态指的是操作扩散器驱动单元20的双缸设备21a和21b使得扩散器10下降至预定高度并被控制为预定角度的状态，并且在扩散器10受到操作的高速条件下，扩散器10的高度(即，竖直位置和下降量)和角度可根据车辆速度由控制器(未示出)区别控制。

在图5中，示出双缸设备21a、21b，但是省略了后保险杠，该双缸设备将位于前方区域处的车架面板3与位于后方区域处的扩散器10连接并且支撑和操作车架面板3上的扩散器10。

如在图5中示例性示出的，在双缸设备21a、21b与车架面板3组装完成状态中，可通过将保险杠后梁安装在车架面板3上以便位于双缸设备21a、21b的后方中并且随后将保险杠外罩与保险杠后梁组装，来形成后保险杠。

双缸设备21a、21b中的每一个包括两个缸单元，即，提升和降低扩散器10的第一缸单元23，以及调整扩散器10的角度的第二缸单元25。

更详细地，扩散器驱动单元20包括一个双缸设备或多个双缸设备21a和21b，该双缸设备布置在车架面板3与扩散器10之间，支撑车架面板3上的扩散器10，提升和降低扩散器10，并且旋转扩散器10以控制其角度。

参考图5，为了提升和降低扩散器10并且控制扩散器10的角度，缸设备21a和21b分别安装在扩散器10的左侧和右侧上，并且扩散器驱动单元20可包括布置在后保险杠1的长度方向上(即，在扩散器10的长度方向上)的多个双缸设备21a和21b。

构成扩散器驱动单元20的双缸设备21a、21b的数量可进行各种修改，只要这些数量的双缸设备可稳定支撑扩散器10、顺畅提升和降低扩散器10并且调整扩散器10的角度即可。

考虑到扩散器10的形状，可安装布置在扩散器10的长度方向上的多个双缸设备(例如，两个双缸设备21a和21b)。

双缸设备21a和21b中的每一个安装在固定至车架面板3的安装部22中的每一个中，第一缸单元23安装在安装部22上并且控制扩散器10的上升和下降，第二缸单元25旋转扩散器10以控制扩散器10的角度，并且缸支柱24将第一缸单元23的活塞杆23b连接至第二缸单元25。

安装部22可通过螺栓连接或焊接固定至车架面板3，并且双缸设备21a和21b安装在安装部22中的每一个中。

第一缸单元23和第二缸单元25可分别具有在缸主体23a和缸主体25a中向前和向后移动的活塞杆23b和活塞杆25b。第一缸单元23和第二缸单元25可以是液压缸或气压缸。

第一缸单元23经由安装部22安装在车架面板3上以便竖直延伸，并且因此第一缸单元23的活塞杆23b在竖直方向上在缸主体23a中向前和向后移动。

本文中，第一缸单元23的缸主体23a固定至安装部22，并且缸支柱24固定至第一缸单元23的活塞杆23b的前端。

第二缸单元25的缸主体25a铰接至缸支柱24的上端。

第二缸单元25安装在缸支柱24上以便竖直延伸，缸主体25a的上端铰接至缸支柱24的上端，并且活塞杆25b的前端铰接至扩散器10。

本文中，第二缸单元25的活塞杆25b大致在竖直方向上在缸主体25a中向前和向后移动。

此外，缸支柱24的下端也铰接至扩散器10。

相比较第一缸单元23，第二缸单元25可安装在更倾斜的方向上，并且相比较缸支柱24与扩散器10之间的铰接接合部J1，第二缸单元25的活塞杆25b与扩散器10之间的铰接接合部J2可被设为位于后方位置。

因此，当第一缸单元23通过来自控制器的控制信号而操作时，如在图6A至图8C中示例性示出的，活塞杆23b向前和向后移动，并且经由缸支柱24连接至第一缸单元23的活塞杆23b的前端的扩散器10向上和向下移动。

即，扩散器10上升或下降，并且因此，控制扩散器10的竖直位置(高度)。

本文中，如果活塞杆23b向前移动，则扩散器10从后保险杠下降，并且如果活塞杆23b向后移动，则扩散器10朝向后保险杠上升。

在扩散器10的操作之前的状态中，扩散器10上升以便与后保险杠的保险杠外罩一起形成保险杠表面(在图6A以及图7A至图7C中示出的状态)，并且当扩散器10被操作时，第一缸单元23被操作并且扩散器10下降(在图6B以及图8A至图8C中示出的状态)。

此外，当通过来自控制器的控制信号操作第二缸单元25和第一缸单元23时，活塞杆25b向前和向后移动，第二缸单元25的缸主体25a围绕缸支柱24的铰接接合部J1旋转，并且同时，扩散器10围绕第二缸单元25的活塞杆25b的铰接接合部J2旋转。因此，扩散器10的角度被调整。

如果第二缸单元25的活塞杆25b向前移动，则扩散器10在向后放下的方向上旋转，并且因此扩散器10的角度被调整(参考图8A至图8C)并且此后，如果第二缸单元25的活塞杆25b向后移动，则扩散器10在直立方向上旋转，并且因此扩散器10的角度被调整(参考图7A至图7C)。

此外，在扩散器10的操作之前的状态中，扩散器10直立以便与保险杠外罩一起形成保险杠表面(在图6A以及图7A至图7C中示出的状态)，并且当扩散器10通过第一缸单元23下降并且随后第二缸单元25被操作以调整扩散器10的角度时，扩散器10旋转以便向后放下，并且因此扩散器10的角度被调整(在图6B以及图8A至图8C中示出的状态)。

第一缸单元23和第二缸单元25可由控制器控制以便被依次操作。例如，控制器可被设为首先操作第一缸单元23并且随后操作第二缸单元25。

此外，当控制器从车辆速度检测单元接收车辆的当前驾驶速度时，控制器根据车辆速度控制包括双缸设备21a和21b的扩散器驱动单元20的操作，由此调整扩散器10的竖直位置和角度。

如上所述，根据本发明的用于车辆的空气动力学控制系统可根据车辆的驾驶状态来操作与后保险杠集成并形成保险杠表面的扩散器，并且因此最佳控制向车辆的后部的空气流动扩散角度以及流动排出量。

因此，车辆的空气阻力可降低，并且由于空气阻力的降低以及阻力系数的降低，车辆可实现燃料效率的增强。

此外，当操作扩散器时，可获取升力平衡改进效果。不是后轮升力大于前轮升力的负平衡状态(不稳定驾驶状态)，而是后轮升力相比前轮升力降低的正平衡状态，使得车辆可被稳定驾驶。

后轮的升力系数减小并且后轮的下压力增加，由此实现空气动力学平衡改进效果。

此外，相比较未应用空气动力学控制系统的车辆，如果将根据本发明的用于车辆的空气动力学控制系统应用至车辆，则车辆可在相同的侧风条件下降低升力(降低升力系数)，并且改进前轮和后轮平衡和俯仰力矩，由此改进驾驶稳定性。

例如，根据本发明，可获取车辆的阻力和升力都改进的空气动力学改进效果。

此外，双缸设备可仅通过螺栓与车架面板组装，并且因此根据本发明的用于车辆的空气动力学控制系统可易于组装和模块化，并且用于车辆的空气动力学控制系统可安装在车架面板与保险杠后梁之间的空间中，并且因此不需要单独的空间。

此外，由于使用缸设备通过扩散器的平移运动，来控制扩散器的位置并且调整空气流动角度和流动速率，所以相比较直接铰接至车架或后保险杠从而仅通过扩散器的旋转来控制空气流动角度和流动速率的传统扩散器，根据本发明的用于车辆的空气动力学控制系统具有优异的耐用性和稳健性。

从以上描述明显的是，在根据本发明的用于车辆的空气动力学控制系统中，在扩散器的操作之前，扩散器形成后保险杠的保险杠表面，并且因此防止车辆的设计和外观的劣化，并且不需要后保险杠的下端的离地间隙的不必要增加，并且因此，防止车辆的下部的可见量的增加以及车辆的商业价值的劣化。

此外，由于扩散器用作保险杠构件以构成后保险杠的保险杠表面的一部分并且用作控制车辆的尾流的设备，所以相比较使用单独的下外罩，使用该扩散器具有诸如重量和生产成本降低的优点。

此外，由于形成后保险杠的保险杠表面的一部分的扩散器不直接铰接至后保险杠或车架面板以便可旋转，而是安装成作为独立于后保险杠和车架面板的操作构件以便依据角度而竖直地可移动和可控制，所以扩散器可确保大范围位置和角度控制。此外，由于引入至车架的下部的空气穿过扩散器的上表面和下表面，所以相对于穿过扩散器的流量而言，流动扩散增加(优异的空气动力学性能改进效果)。

此外，根据本发明的用于车辆的空气动力学控制系统提供车辆的阻力和升力都改进的空气动力学改进效果。

已参考本发明的优选实施方式详细描述了本发明。然而，本领域的技术人员应理解的是，在不背离本发明的原理和精神的情况下，可对这些实施方式中做出变化，在所附权利要求及其等同物内限定本发明的范围。

Claims (12)

1.一种用于车辆的空气动力学控制系统，包括：

扩散器，所述扩散器是被构造为与所述车辆的后保险杠完全分离或与所述车辆的后保险杠合并的面板状构件，所述扩散器在上升位置处与所述后保险杠合并以便构成所述后保险杠的保险杠表面的一部分，并且所述扩散器在下降位置处与所述后保险杠分离以便将从所述车辆的下部排出的空气沿着所述扩散器的上表面和下表面向所述车辆的后部传送；以及

扩散器驱动单元，所述扩散器驱动单元被构造为将位于所述后保险杠的前方中的车架面板连接至所述扩散器，支撑位于所述车架面板上的所述扩散器，并且调整所述扩散器的向上移动和向下移动以及所述扩散器的角度。

2.根据权利要求1所述的空气动力学控制系统，其中，所述扩散器具有在所述后保险杠的长度方向上向左和向右延伸的长面板形状。

3.根据权利要求1所述的空气动力学控制系统，其中，所述扩散器是在所述上升位置处与所述后保险杠合并以形成所述后保险杠的下表面的面板状构件。

4.根据权利要求1所述的空气动力学控制系统，其中，所述扩散器驱动单元包括双缸设备，所述双缸设备布置在所述车架面板与所述扩散器之间，所述双缸设备包括第一缸单元和第二缸单元，所述第一缸单元被构造为使所述扩散器向上和向下移动，并且所述第二缸单元被构造为使所述扩散器旋转以调整所述扩散器的角度。

5.根据权利要求4所述的空气动力学控制系统，其中，所述双缸设备包括：

所述第一缸单元，所述第一缸单元包括安装在所述车架面板上以便被固定至所述车架面板的缸主体以及在竖直方向上向前和向后移动的活塞杆；

缸支柱，连接至所述第一缸单元的活塞杆并铰接至所述扩散器；以及

所述第二缸单元，包括铰接至所述缸支柱的缸主体以及向前和向后移动并铰接至所述扩散器的活塞杆。

6.根据权利要求5所述的空气动力学控制系统，其中，所述双缸设备进一步包括安装部，所述安装部固定至所述车架面板并且所述第一缸单元的缸主体固定至所述安装部。

7.根据权利要求5所述的空气动力学控制系统，其中，在所述第二缸单元中，所述活塞杆在所述缸主体中在所述竖直方向上向前和向后移动，并且相比较所述缸支柱与所述扩散器之间的铰接接合部，所述第二缸单元的活塞杆与所述扩散器之间的铰接接合部位于后方位置处。

8.根据权利要求4所述的空气动力学控制系统，其中：

所述扩散器具有布置在所述后保险杠的长度方向上的长面板形状；并且

所述扩散器驱动单元包括布置在所述扩散器的长度方向上的多个双缸设备。

9.根据权利要求8所述的空气动力学控制系统，其中，在所述扩散器的长度方向上布置有两个双缸设备。

10.根据权利要求4所述的空气动力学控制系统，其中，所述双缸设备布置在所述车架面板与所述后保险杠的后梁之间的空间中。

11.根据权利要求4所述的空气动力学控制系统，其中，在所述车辆的向后方向上，所述扩散器在直立方向上旋转或在放下方向上旋转，使得所述扩散器的角度被调整。

12.根据权利要求1所述的空气动力学控制系统，进一步包括控制器，所述控制器被配置为输出信号以便根据所述车辆的速度控制所述扩散器驱动单元的操作，其中，所述控制器被设置为：

如果所述车辆的速度是基准速度或更低速度，则输出提升所述扩散器的控制信号以便所述扩散器形成所述后保险杠的保险杠表面的一部分；并且

如果所述车辆的速度超过所述基准速度，则输出降低所述扩散器并调整所述扩散器的角度的控制信号。