CN106809289B - 车辆空气动力学的选择性控制 - Google Patents

Abstract

一种配置成控制车辆的空气动力学的系统。车辆包括沿纵向轴线布置的车辆主体，所述车辆主体具有配置成面向入射周围气流的第一车辆主体端。系统包括安装到车辆主体并配置成经由控制入射周围气流而在其上产生下压力的空气动力辅助元件。系统还包括布置在空气动力辅助元件处的可调整翼片。可调整翼片配置成相对于空气动力辅助元件移位并由此控制入射周围气流相对于空气动力辅助元件的移动。系统另外包括机构，该机构配置成改变可调整翼片相对于空气动力辅助元件的位置并由此改变由空气动力辅助元件产生的下压力的量值。

Description

车辆空气动力学的选择性控制

技术领域

本公开涉及车辆空气动力学的选择性控制。

背景技术

空气动力学是车辆设计(包括汽车)中的重要因素。汽车空气动力学是对道路车辆的空气动力学的研究。研究的主要目的在于减小阻力和风噪、最小化噪音排放和防止出现不想要的升力和高速下的空气动力不稳定性的其它原因。

研究通常用来成形车辆车身，同时还采用用于在特定车辆用途的以上特征中实现所需协调的专用空气动力装置。另外，空气动力学的研究还可用于在车辆中实现下压力，以便提高车辆牵引力、高速稳定性和转弯能力。

发明内容

一种系统配置成控制车辆的空气动力学。车辆包括沿纵向轴线布置的车辆主体，该车辆主体具有配置成面向入射周围气流的第一车辆主体端。系统包括安装到车辆主体并配置成通过控制入射周围气流而在其上产生下压力的空气动力辅助元件。系统还包括布置在空气动力辅助元件处的可调整翼片。可调整翼片配置成相对于空气动力辅助元件移位并由此控制入射周围气流相对于空气动力辅助元件的移动。系统另外包括配置成改变可调整翼片相对于空气动力辅助元件的位置并由此改变由空气动力辅助元件产生的下压力的量值的机构。

机构可配置成经由使可调整翼片绕轴线枢转来改变可调整翼片的位置。另外，机构可包括配置成施加力来使翼片回到预定位置的偏置弹簧。

机构可配置成使可调整翼片相对于空气动力辅助元件选择性地展开和缩回。在这种情况下，展开的可调整翼片可配置成中断入射周围空气流相对于空气动力辅助元件的移动并由此减小由空气动力辅助元件产生的下压力的量值。另一方面，缩回的可调整翼片可增大由空气动力辅助元件产生的下压力的量值。

系统还可包括布置在车辆主体上并配置成检测车辆动态参数的至少一个传感器。系统可另外包括电子控制器，该电子控制器与至少一个传感器通信并经过编程来响应于所检测的车辆动态参数对机构进行调节。

至少一个传感器可包括第一传感器，该第一传感器配置成检测作为第一车辆动态参数的车辆的行驶速度并将所检测的车辆行驶速度传送到电子控制器。另外，至少一个传感器可包括第二传感器，该第二传感器配置成检测作为第二车辆动态参数的车辆主体的横摆角速度并将所检测的横摆角速度传送到电子控制器。

车辆可包括行走车轮。此外，第一传感器可以是配置成检测行走车轮的旋转速度的车轮速度传感器和配置成检测入射周围气流的速率的皮托管中的其中一个。

电子控制器可配置成在车辆转弯期间响应于车辆的所检测的横摆角速度和所检测的行驶速度来调节机构，并且由此改变车辆主体上的空气动力下压力的量值并控制所检测的横摆角速度。这种对机构的调节可用于实现车辆的目标动态响应。

车辆还可包括与第一主体端相对的第二车辆主体端。因此，空气动力辅助元件可定位在第一主体端与第二主体端中的其中一个的附近。

在空气动力辅助元件定位在第一主体端附近的实施例中，空气动力辅助元件可配置成车身底部翼部。

在空气动力辅助元件定位在第二主体端附近的实施例中，空气动力辅助元件可配置成扩散器。

还公开了一种采用上述系统的车辆。

结合附图和所附权利要求书，根据以下对用于实施所描述公开内容的实施例和最佳模式的详细描述，本公开的以上特征和优点以及其它特征和优点将容易变得显而易见。

附图说明

图1为根据本公开的具有空气动力辅助元件和可调整翼片的车辆的示意性顶视图。

图2为图1中所示车辆的示意性前视图，其示出了根据本公开的在车辆的前端处的特定空气动力辅助元件和在展开位置的相应可调整翼片。

图3为图2中所示车辆的示意性前视图，其示出了根据本公开的空气动力辅助元件和在缩回位置的相应可调整翼片。

图4为图1至图3中所示车辆的示意性局部侧视图，其示出了根据本公开的在车辆的前端处的空气动力辅助元件以及在展开位置的相应可调整翼片。

图5为图1中所示车辆的示意性局部侧视图，其示出了根据本公开的在车辆的后端处的特定空气动力辅助元件以及在展开位置的相应可调整翼片。

图6为根据本公开的图2至图4中所示的可调整翼片的示意性特写透视图。

具体实施方式

参考附图，其中相同的附图标记指代相同的部件，图1示出了相对于道路表面12定位的机动车辆10的示意图。车辆10包括沿主体平面P中的虚拟纵向轴线X布置的车辆主体14，该主体平面P基本上平行于道路表面12。车辆主体14限定六个主体侧。六个主体侧包括第一主体端或前端16、与前端相对布置的第二主体端或后端18、第一横向主体侧或左侧20和第二横向主体侧或右侧22、可包括车辆顶棚的主体顶部24(全部在图1中示出)和车身底部部分26(在图4中示出)。

左侧20和右侧22大体上平行于彼此并相对于纵向轴线X轴设置并横跨前端16与后端18之间的距离。主体平面P被限定为包括纵向轴线X。车辆10的车厢(未示出)大体上由主体14的前端16和后端18以及左侧20和右侧22限定出。如本领域技术人员所理解，前端16配置成当车辆10相对于道路表面12运动时面向迎面而来的或入射的(即，正在接近的和接触的)周围气流27。当车辆10运动时，迎面而来的周围气流27基本上平行于主体平面P并沿纵向轴线X移动。

如图所示，车辆10还包括发动机28，例如内燃机、混合电力动力系(未示出)或其它可选类型的推进系统。当车辆10(例如)在来自发动机28的扭矩输入下相对于道路表面12移动时，周围气流27经过车辆主体14周围并分成相应的第一气流部分27-1、第二气流部分27-2、第三气流部分27-3和第四气流部分27-4，所述部分最终重新聚合在紧接在后端18后的尾流区或再循环气流区域27-6中。具体地，如图1所示，第一气流部分27-1经过主体顶部24，第二气流部分27-2经过左侧20，第三气流部分27-3经过右侧22，并且第四气流部分27-4(在图1中以虚线示出)在车身底部部分26与道路表面12之间经过车辆主体14下方。如本领域技术人员所理解，再循环气流区域27-6大体上是由在升高的车辆速度下由车辆主体14的六个主体侧周围的周围空气流所引起的。

车辆10还包括多个行走车轮，所述行走车轮包括前轮30和后轮32。车辆10可配置成使得驱动任何或每一个行走车轮30、32(即接收来自发动机28的扭矩输入)以便推进车辆。如图所示，每一个行走车轮30、32可具有安装在其上的充气轮胎。具体地，在所示的四个轮胎的车辆10的情况下，一对前轮30布置在前端16附近并且一对后轮32布置在后端18附近。尽管在图1中示出了四个车轮(即一对前轮30和一对后轮32)，但还可预想具有更少或更多数量的车轮的车辆。尽管未具体示出，但是，车辆10通常包括悬架系统，所述悬架系统将主体14可操作地连接到前轮30和后轮32，以维持车轮与道路表面12之间的接触并维持对车辆的操纵。

车辆10还包括通常由图5中的数字36示出和表示的空气动力辅助元件。空气动力辅助元件36安装到车辆主体14。空气动力辅助元件36可例如采取如图1所示的在前端16处的单个车身底部翼部或分流器36A的形式，或者如图2所示，空气动力辅助元件36可具有布置在前端处分别在左侧20和右侧22附近的单独的分流器元件36A-1和36A-2。空气动力辅助元件36还可采取如图1所示的布置在后端18处的扰流器或翼部36B或车身底部扩散器36C的形式。如此，一般来说，预想的空气动力辅助元件36可定位为在车辆10的前端16或后端18的附近。

每一个相应的空气动力辅助元件26配置成(即，成形和定位成)控制周围气流27相对于车辆主体14的移动并改变其上由气流产生的下压力F_D。下压力F_D也被本领域技术人员称为施加到车辆主体14的空气动力，所述空气动力在垂直于主体平面P的Z方向(图2中所示)上起作用并且对抗升高的行驶速度下车辆主体的升力。具体地，单个分离器36A和单独的分流器元件36A-1、36A-2的相应实施例配置成在前端16处控制经过主体顶部24的第一气流部分27-1、经过左侧20和右侧22的第二气流部分27-2和第三气流部分27-3以及经过车辆主体14下方的第四气流部分27-4的移动。此外，在后端18处，翼部36B通常配置成控制第一气流部分27-1的移动，并且扩散器36C通常配置成控制第四气流部分27-4的移动。

车辆10另外包括可调整翼片38，所述可调整翼片布置在相应的空气动力辅助元件36处并配置成相对于其移位。如图2和图3所示，可调整翼片38可安装在车辆主体14上的空气动力辅助元件36附近，或者直接安装到空气动力辅助元件，如图4所示。可调整翼片38的移位配置成控制由其相应的第一、第二、第三和第四气流部分27-1、27-2、27-3和27-4限定的入射周围气流27相对于特定空气动力辅助元件36的移动。车辆10另外包括单独的机构40，所述机构配置成改变每一个可调整翼片38相对于特定空气动力辅助元件36的位置并由此控制周围气流27相对于车辆主体14的移动。因此，特定可调整翼片38的位置的这种改变配置成在相应空气动力辅助元件36处改变由气流产生的下压力F_D的量值。

具体地，机构40可配置成选择性地将可调整翼片38展开到周围气流27中，从而选择性地阻止空气动力辅助元件36与气流产生接触和被气流穿过。机构40还可将翼片38从周围气流27中缩回，从而露出空气动力辅助元件36以让周围气流接近。因此，展开的可调整翼片38中断了入射周围气流27相对于空气动力辅助元件36的移动，以减小由空气动力辅助元件36产生的下压力F_D的量值，并且缩回的可调整翼片增大了由空气动力辅助元件产生的下压力的量值。

机构40可配置成经由使翼片绕轴线Y枢转来改变可调整翼片38的位置，其中轴线Y基本上垂直于车辆纵向轴线X，如图2、图3和图6所示。可选地，机构40可配置成经由在垂直于主体平面P的线性方向上选择性地展开翼片来改变可调整翼片38的位置。每一个机构40可包括用于产生可调整翼片38的移动的合适装置，例如线性致动器42和/或电动机43。如图6所示，机构40可包括配置成施加力F的偏置弹簧44，所述力F旨在使翼片38回到或预加载到预定位置。可调整翼片38的目标预定位置可以是用数字46A表示的位置，在这个位置，翼片被展开到周围气流27中以便减小由空气动力辅助元件36产生的下压力F_D的量值。目标预定位置还可以是相对位置46B，在这个位置，可调整翼片38从周围气流中缩回以增大由空气动力辅助元件36产生的下压力F_D的量值。因此，翼片38的位置46A或位置46B可用作车辆10中翼片的预定起始或默认状态，因而确立由空气动力辅助元件36产生的下压力F_D的初始量。

尽管未示出，但机构40还可包括齿轮传动装置，例如减速齿轮组，所述齿轮传动装置可耦合到例如线性致动器或电动机的装置，从而影响特定可调整翼片38相对于相应的空气动力辅助元件36的所需移动。例如，如图6所示，特定机构40可配置成施加与由偏置弹簧44施加的力F相对的扭矩T，以便展开可调整翼片38，或者在另一个实施例中，机构40可配置成施加类似扭矩T以缩回可调整翼片38。

车辆10还可包括电子控制器48。根据本公开，控制器48可经过编程来响应于所检测的车辆动态参数来调节机构40。控制器48可包括配置成调节发动机28或专用控制器的操作的中央处理单元(CPU)。为了适当地控制机构40的操作，控制器48包括存储器，至少一些存储器是有形的和非暂时性的。存储器可以是参与提供计算机可读数据或过程指令的任何可记录介质。这种介质可采取许多形式，包括但不限于非易失性介质和易失性介质。

用于控制器48的非易失性介质可包括(例如)光盘或磁盘以及其它持久存储器。易失性介质可包括(例如)可构成主存储器的动态随机存取存储器(DRAM)。这类指令可由一个或多个传输介质传输，所述传输介质包括同轴电缆、铜线和光纤，其中包括了包括耦合到计算机的处理器的系统总线的线缆。控制器48的存储器还可包括软盘、软碟、硬盘、磁带、任何其它磁性介质、CD-ROM、DVD、任何其它光学介质等。控制器48可配置有或配备有其他所需计算机硬件，例如高速时钟、必要的模数(A/D)和/或数模(D/A)电路、任何必需的输入/输出电路和装置(I/O)以及适当的信号调节和/或缓冲电路。控制器48所需的或由控制器48可存取的任何算法可存储在存储器中并自动执行以提供所需功能性。

再次参考图1，车辆10还可包括至少一个传感器，所述传感器布置在车辆主体14上并配置成检测先前描述的车辆动态参数且与控制器48通信。这种车辆动态参数的实例可为车辆10的行驶速度，在本文中表示为第一车辆动态参数50-1。另一个代表性车辆动态参数还可为车辆主体14的横摆角速度，在本文中表示为第二车辆动态参数50-2。第一传感器52-1可配置成检测车辆10的行驶速度并因而将所检测的行驶速度传达到控制器48。类似地，第二传感器52-2可配置成检测车辆主体14的横摆角速度并将所检测的横摆角速度传达到控制器48。

第一传感器52-1可实际上包括多个这种传感器，所述传感器布置在车辆主体14上以用于检测每一个行走车轮30、32的旋转速度(如图1所示)。每一个这种第一传感器52-1还可配置成将相应行走车轮30、32的所检测的旋转速度传达到控制器48，同时控制器可配置成使从相应第一传感器接收的信号与车辆10的行驶速度相关。可选地，第一传感器52-1可为皮托管，所述皮托管配置成检测入射周围气流27在特定位置相对于车辆主体14的速率，并且控制器48可使所检测的周围气流的速率与车辆10的行驶速度相关。另外，配置成检测纵向力(例如，在加速或制动操作期间遇到的)以及作用于车辆10上的横向g力的其它传感器(例如加速度计(未示出))可用于将这类反馈参数传达到控制器48以用于可调整翼片38的调节。

控制器48可配置成改变可调整翼片38的位置，以便在车辆10的转弯期间响应于第二传感器52-2所检测的横摆角速度影响由空气动力辅助元件36产生的下压力F_D的量值。此外，控制器48可配置成响应于经由第一传感器52-1的特定实施例检测到的行走车轮30、32的旋转速度和/或周围气流27的速率来改变可调整翼片38的位置。因此，通过启用机构40，可以以与在车辆10的转弯期间产生的横摆角速度成比例的方式相对于主体平面P控制可调整翼片38的位置。控制器48可编程有查找表56，所述查找表确立车辆横摆角速度、车辆行驶速度和/或气流速率和可调整翼片38的适当位置之间的对应关系，以便影响机构40的适当调节。查找表56可在车辆10的验证和测试期间通过经验来产生。由于可调整翼片38的位置在转弯事件期间是变化的，因此，定位在前端16和/或后端18处的空气动力辅助元件36能够使用周围气流27来在车辆主体14的相应端施加适当量值的下压力F_D。

控制器48可另外经过编程来确定车辆10相对于道路表面12的滑动。车辆10的滑动可包括对每一个行走车轮30、32在大体上垂直于车辆纵向轴线X的方向上滑动的程度的度量，所述度量表明了车辆已沿道路表面12与预期方向或路径发生了偏离。车辆10的预期方向可由方向盘角度表示，所述方向盘角度可由可操作地连接到方向盘58(图1中所示)的第三传感器52-3检测并传达到控制器48。此外，控制器48可经过编程来比较所确定的方向盘角度和横摆角速度，以确定车辆与其预期方向或路径发生偏离的程度。

另外，对可调整翼片38的控制可以用于响应于第一传感器52-1检测的周围气流27的速率，通过对抗车辆主体14的空气动力升力来维持升高的行驶速度下车辆10与道路表面12在前端16和/或后端18的接触。因此，对可调整翼片38的控制可以用于通过改变车辆主体14上的下压力F_D的量值来辅助车辆10的稳定性和操纵性。

详细描述和附图或图式是对本公开的支持和描述，但本公开的范围仅由权利要求书限定。虽然已详细描述了用于实施所请求保护的公开内容的一些最佳模式和其它实施例，但仍然存在有用于实践所附权利要求书中所限定的本公开的各种可选设计和实施例。此外，附图中所示的实施例或本说明书中提及的各种实施例的特征不一定应理解为彼此独立的实施例。相对，可能的是，在实施例的一个实例中描述的每一个特征可与来自其它实施例的一个或多个其它所需特征相结合，进而产生未用文字或未参考附图描述的其它实施例。因此，这些其它实施例落入所附权利要求书的范围框架内。

Claims (9)

1.一种用于控制车辆的空气动力学的系统，所述车辆具有沿纵向轴线布置的车辆主体，所述车辆主体具有配置成面向入射周围气流的第一车辆主体端，所述系统包括：

空气动力辅助元件，所述空气动力辅助元件安装到所述车辆主体并配置成经由控制所述入射周围气流而在其上产生下压力；

可调整翼片，所述可调整翼片安装到所述空气动力辅助元件并配置成相对于所述空气动力辅助元件枢转并由此控制所述入射周围气流相对于所述空气动力辅助元件的移动；以及

机构，所述机构配置成改变所述可调整翼片相对于所述空气动力辅助元件的位置并由此改变由所述空气动力辅助元件产生的所述下压力的量值；

其中所述机构配置成相对于所述空气动力辅助元件选择性地展开和缩回所述可调整翼片，并且其中展开的可调整翼片减小由所述空气动力辅助元件产生的所述下压力的所述量值，而缩回的可调整翼片增大由所述空气动力辅助元件产生的所述下压力的所述量值。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述机构配置成经由使所述可调整翼片绕轴线枢转来改变所述翼片的位置，并且其中所述机构包括偏置弹簧，所述偏置弹簧配置成施加力以使所述可调整翼片回到预定位置。

3.如权利要求1所述的系统，其进一步包括：

至少一个传感器，其布置在所述车辆主体上并配置成检测车辆动态参数；以及

电子控制器，所述电子控制器与所述至少一个传感器通信并编程来响应于所检测的车辆动态参数对所述机构进行调节。

4.如权利要求3所述的系统，其中所述至少一个传感器包括：

第一传感器，所述第一传感器配置成检测作为第一车辆动态参数的所述车辆的行驶速度并将所述车辆的所述所检测的行驶速度传达到所述电子控制器；以及

第二传感器，所述第二传感器配置成检测作为第二车辆动态参数的所述车辆主体的横摆角速度并将所述所检测的横摆角速度传送到所述电子控制器。

5.如权利要求4所述的系统，其中所述车辆包括行走车轮，并且其中所述第一传感器配置成检测所述行走车轮的旋转速度的车辆速度传感器和配置成检测所述入射周围气流的速率的皮托管中的其中一个。

6.如权利要求4所述的系统，其中所述电子控制器配置成在车辆转弯期间响应于所述车辆的所述所检测的横摆角速度和所述所检测的行驶速度来调节所述机构，从而改变所述车辆主体上的空气动力下压力的量值并控制所述所检测的横摆角速度。

7.如权利要求1所述的系统，其中所述车辆包括与所述第一车辆主体端相对的第二车辆主体端，并且其中所述空气动力辅助元件定位在所述第一车辆主体端与所述第二车辆主体端中的其中一个附近。

8.如权利要求7所述的系统，其中所述空气动力辅助元件定位在所述第一车辆主体端附近，并且所述空气动力辅助元件配置成车身底部翼部。

9.如权利要求7所述的系统，其中所述空气动力辅助元件定位在所述第二车辆主体端附近，并且所述空气动力辅助元件配置成扩散器。