CN107949496B - 改变车辆的空气动力学性能 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施方式提供一种用于车辆的气流设备，该气流设备包括：从所述车辆的前部区域向后延伸的气流管道，该气流管道具有气流入口和气流出口；与气流管道分离的冷却管道，该冷却管道具有冷却入口和冷却出口，其中，气流管道接近冷却管道使得：在使用中，通过所述气流出口的气流影响通过所述冷却出口的气流，冷却出口和/或气流出口位于车辆的发动机罩内；以及在使用中，气流基本上平行于所述发动机罩离开气流出口。

Description

改变车辆的空气动力学性能
技术领域
本公开内容涉及改变车辆的空气动力学性能。本发明的方面涉及气流设备、车辆、对车辆的一个或更多个部件进行冷却的方法以及改变空气动力学性能并同时对车辆的一个或更多个部件进行冷却的方法。
背景技术
空气动力学在车辆例如马达或道路车辆(汽车、货车、卡车等)的设计中扮演着重要角色。特别注意空气动力学阻力，因为它直接影响燃料消耗和温室气体排放(特别是CO2)。具体地，方形车头(bluff-fronted)的车辆例如SUV具有与其前表面相关联的相对较高的空气动力学阻力。相应地设计各种车辆部件以优化车辆的空气动力学性能。
本发明的实施方式的目的是至少减轻现有技术的问题中的一个或更多个问题。
发明内容
本发明的方面和实施方式提供如所附权利要求所要求保护的气流设备、车辆、对车辆的一个或更多个部件进行冷却的方法以及改变空气动力学性能并同时对车辆的一个或更多个部件进行冷却的方法。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于车辆的气流设备，包括：
从所述车辆的前部区域向后延伸的气流管道，所述气流管道具有气流入口和气流出口；
与所述气流管道分离的冷却管道，所述冷却管道具有冷却入口和冷却出口，
其中，所述气流出口接近所述冷却出口。
在一个实施方式中，所述气流出口与所述冷却出口的接近使得在使用中通过所述气流出口的气流影响通过所述冷却出口的气流。
所述气流出口与所述冷却出口的接近使得在使用中通过所述气流出口的气流能够通过减小所述冷却出口处的压力例如通过在所述冷却出口处产生低压区域来影响通过所述冷却出口的气流。通过所述冷却管道的气流可以借助于它们各自的出口的接近而与通过所述气流管道的气流耦合，使得通过所述冷却出口的气流增加。
所述气流出口与所述冷却出口的接近足够靠近，以使通过所述冷却管道离开所述冷却出口的气流受通过所述气流管道离开所述气流出口的气流的影响。接近可以使得所述气流出口邻近所述冷却出口。在一个实施方式中，接近使得所述气流出口与所述冷却出口重合，这意味着它们具有至少一个公共点。
在一个实施方式中，所述冷却入口和/或所述气流入口位于所述车辆的前缘处。
在一个实施方式中，所述冷却出口和/或所述气流出口位于所述车辆的发动机罩内。在一个实施方式中，气流基本上平行于所述发动机罩离开所述冷却出口和/或所述气流出口。这有助于发动机罩上的理想层状气流。
所述冷却管道可以包括用于对车辆的一个或更多个部件进行冷却的热交换器系统，并且热量可以被通过冷却管道的气流从热交换器系统移除。热交换器系统可以位于发动机舱中。
在一个实施方式中，所述冷却管道和/或所述气流管道包括可展开闭合装置，所述可展开闭合装置被适配和布置成当处于展开位置时关闭所述冷却管道和/或所述气流管道以及当处于收缩位置时打开所述冷却管道和/或所述气流管道。所述可展开闭合装置可以被适配和布置成关闭所述冷却入口和/或所述气流入口。
所述可展开闭合装置可以具有外表面，当所述可展开闭合装置处于所述展开位置时，所述外表面与一个或更多个车身面板的外表面对齐以形成基本上连续的外部表面。所述气流设备可以包括用于根据与车辆相关联的工作参数来控制可展开闭合装置的展开的控制系统。工作参数可以为车辆的当前速度、热交换器系统的温度或流动经过热交换器系统的流体的温度。
根据本发明的另一方面，提供了一种车辆，其包括根据前述段落中的任一段落所述的气流设备。
根据本发明的另一方面，提供了一种对车辆的一个或更多个部件进行冷却的方法，包括：
使空气通过从所述车辆的前部区域(10)向后延伸的气流管道；
使空气通过与所述气流管道分离的冷却管道，
其中，所述气流管道的气流出口位于接近所述冷却管道的冷却出口，使得通过所述气流出口的气流影响通过所述冷却出口的气流。
根据本发明的另一方面，提供了一种使用根据前述段落中的任一段落所述的气流设备来改变空气动力学性能并同时对车辆的一个或更多个部件进行冷却的方法，所述方法包括：
根据与所述车辆相关联的工作参数已经满足至少一个预定标准的判定，将至少其中一个所述可展开闭合装置移动至展开位置和收缩位置中的一个位置，在所述展开位置中所述闭合装置或每个闭合装置定位成关闭所述气流管道和所述冷却管道中的至少一者，在所述收缩位置中所述闭合装置或每个闭合装置移动以打开所述气流管道和所述冷却管道中的所述至少一者。在一个实施方式中，通过所述气流出口的气流影响通过所述冷却出口的气流。
根据本发明的另一方面，提供了一种改变空气动力学性能并同时对车辆的一个或更多个部件进行冷却的方法，包括：
根据与所述车辆相关联的工作参数已经满足至少一个预定标准的判定，将至少一个可展开闭合装置移动至展开位置和收缩位置中的一个位置，在所述展开位置中所述闭合装置或每个闭合装置定位成关闭气流管道和冷却管道中的至少一者，在所述收缩位置中所述闭合装置或每个闭合装置移动以打开所述气流管道和所述冷却管道中的至少一者；
其中，具有气流入口和气流出口的所述气流管道以及与所述气流管道分离的具有冷却入口和冷却出口的所述冷却管道定位成使得通过所述气流出口的气流影响通过所述冷却出口的气流。
在一个实施方式中，当所述闭合装置处于所述展开位置时，所述闭合装置或每个闭合装置的外表面与一个或更多个车身面板的外表面对齐以形成基本上连续的外部表面。
在一个实施方式中，该方法包括根据所述工作参数逐渐地展开所述可展开闭合装置或每个可展开闭合装置。在一个实施方式中，工作参数为车辆的当前速度、热交换器系统的温度或流动经过热交换器系统的流体的温度。
在本申请的范围内，明确地意图是，在前述段落、权利要求书和/或下面的描述和附图中阐述的各个方面、实施方式、示例和替代方案以及具体地其各个特征可以单独地或以任何组合来获得。也就是说，所有实施方式和/或任何实施方式的特征可以以任何方式和/或组合被组合，除非这些特征不兼容。申请人保留更改任何原始提交的权利要求或相应地提交任何新的权利要求的权利，包括修改任何原始提交的权利要求以依赖于和/或合并任何其他权利要求的任何特征的权利，尽管最初并未以这种方式要求权利。
附图说明
现在将参照附图仅借助于示例来描述本发明的一个或更多个实施方式，其中：
图1是根据本发明的实施方式的车辆的前视立体图；
图2是根据本发明的实施方式的车辆的前部部分的截面图；
图3是根据本发明的实施方式的车辆的前部部分周围的气流的示意图；以及
图4是根据本发明的实施方式的包括可展开闭合面板的车辆的前视立体图。
具体实施方式
在图1中示出了车辆1。车辆1包括前部区域(front region)10、前缘11、气流入口2、冷却入口5和发动机罩9。在图2中以截面示出了车辆1的前部部分(front part)(包括前部区域10)。图3示出了车辆1的前部部分周围的气流。
冷却入口5用于容纳气流以冷却车辆1的一个或更多个部件。冷却入口5由车辆1的前部区域10中的开口限定，该开口允许车辆1外部的空气被导引到车辆1的前部部分中的部件舱(component bay)(未示出)。冷却入口5可以位于车辆1的前缘11处。空气被引导通过包含热交换器系统7的冷却管道6，并且在车辆1的发动机罩9内的冷却出口8处离开冷却管道6，热量可以被所导引的空气从热交换器系统7移除。格栅(未示出)可以定位在冷却管道6内靠近冷却入口5处并且起作用以过滤不需要的物体例如树叶和石块以免进入部件舱。
部件舱至少部分地被发动机罩9覆盖并且可以容置车辆的原动机(未示出)。原动机可以是任何合适的原动机，包括电机、内燃机或者内燃机与电机的组合。可替代地，在发动机位于车辆后部的车辆中，部件舱不包含原动机，但可以例如包括用于接纳行李或其他可移除部件的行李空间。在部件舱包含用于容置原动机的发动机舱的情况下，部件舱可以用于冷却管道的一部分。因此，在一个实施方式中，来自车辆1外部的空气经由冷却入口5到部件舱的导引允许例如容置在部件舱内的部件的冷却。可替代地，原动机可以与冷却管道隔离并且用于从车辆移除热量的热交换器可以定位在冷却管道中。
气流入口2允许来自车辆1外部的空气被导引至气流管道3中。气流管道3是与冷却管道6分离的管道。
除了进气口和挡风玻璃之间的发动机罩的部分成比例地缩短之外，图2中的实施方式类似于图1的实施方式。图2是沿着车辆的中心线获得的截面图。
在如图2所示的实施方式中，气流管道3的气流入口2位于发动机罩的上部部段9a和下部部段9b之间，使得入口完全由发动机罩限定。气流管道3将空气从车辆的正面导引至车辆的发动机罩，并且提供纵向截面轮廓，该纵向截面轮廓在空气动力学上比发动机罩的A表面更有利。在其他实施方式中，入口2可以至少部分地由车辆车身限定。在这样的情况下，管道3仍然可以成形(profiled)使得其提供在空气动力学上比发动机罩的A表面更有利的纵向截面轮廓。
气流在车辆1的发动机罩9内的气流出口4处离开气流管道3。图1和2中的箭头通常指示气流管道3和冷却管道6中的每一个中的气流。气流管道3的存在减小车辆1的前表面上的停滞压力，期望地减小空气动力学阻力。可以根据气流入口2和出口4的相对横截面面积来控制气流。例如，气流入口2的横截面面积可以小于气流出口4的横截面面积，从而给出发散的气流管道轮廓。这可以通过以下来实现：如图3所示，气流入口的高度hin<气流出口的高度hout，或者轮廓的宽度在入口和出口之间变化，或者高度和宽度两者变化的组合，或者整体形状变化。发散的气流管道轮廓提供分散的流动，这提高了管道的效率，降低了空气动力学阻力。
可替代地，气流入口的横截面面积可以大于气流出口的横截面面积Aout，导致会聚的气流管道轮廓。
气流入口2和冷却入口5中的一个或两个可以设置有能够在打开相应入口的收缩位置和关闭相应入口的展开位置之间移动的可展开闭合装置(12，13)。闭合装置可以是闭合装置例如闭合面板的形式。闭合面板的运动由控制装置(未示出)控制，并取决于与车辆1相关联的工作参数，例如当前速度、发动机温度、热交换器温度或流动经过热交换器的流体的温度。控制装置可以是控制系统或控制器的形式。当面板如图4所示处于展开位置时，该闭合面板或每个闭合面板可以具有与车辆的一个或更多个车身面板的外表面对齐的外表面，以形成基本连续的外部表面。冷却入口5处的可展开闭合面板可以是格栅百叶窗系统的形式。
虽然气流管道3和冷却管道6彼此分离，但是它们的出口(气流出口4和冷却出口8)彼此接近，使得通过气流出口4的空气的流动影响通过冷却出口8的空气的流动。气流出口4可以与冷却出口8重合，使得出口具有至少一个公共点，但是气流管道3和冷却管道6在其他方面分离。可替代地，气流出口4可以邻近冷却出口8或者甚至与冷却出口8分离，只要它们足够靠近以使来自气流出口4的气流影响通过冷却出口8的气流即可。通常，通过气流出口4的高速流动将在冷却出口8附近产生低压区域，由于通过冷却管道6的有利压力梯度而导致通过冷却出口8的流动增加。图3示出了通过气流管道和冷却管道的典型流动线。
以这种方式，通过气流管道3的气流(其通过降低车辆前部的停滞压力而与空气动力学阻力有关)与通过冷却管道的气流6(其与冷却车辆的部件有关)耦合。可以选择气流入口2的横截面面积，以相对于通过冷却入口5的气流来平衡通过气流入口2的气流，从而不会“饿死”空气的冷却管道6。增加气流入口的横截面面积，例如，通过增加气流管道3的高度hin来减少进入冷却管道的气流；减小气流入口的横截面面积，例如，通过减小气流管道的高度hin来增加进入冷却管道6的气流。
规定所有气流入口2和出口4以及冷却入口5和出口8仅在车辆1的前部部分以保持车辆1的侧面轮廓。
本文描述的任一控制器或多个控制器可以适当地包括具有一个或更多个电子处理器的控制单元或计算装置。因此，该系统可以包括单个控制单元或电子控制器，或者可替代地，控制器的不同功能可以体现在或驻留在不同的控制单元或控制器中。如本文所使用的，术语“控制器”或“控制单元”应当被理解为包括单个控制单元或控制器以及共同操作以提供任何规定的控制功能的多个控制单元或控制器两者。为了配置控制器，可以提供合适的一组指令，该组指令在被执行时使所述控制单元或计算装置实现本文指定的控制技术。该组指令可以适当地嵌入在所述一个或更多个电子处理器中。可替代地，可以将该组指令提供为要在所述计算装置上执行的软件。控制器可以以在一个或更多个处理器上运行的软件来实现。也可以使用其他合适的布置。
除了这样的特征和/或步骤中的至少一些相互排斥的组合之外，本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征和/或这样公开的任何方法或过程的所有步骤可以以任何组合来组合。
除非另有明确说明，否则本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以被用于相同、等同或相似目的的替代特征替换。因此，除非另有明确说明，否则所公开的每个特征仅是一通用系列等同或相似特征的一个示例。
本发明不限于任何前述实施方式的细节。本发明扩展到本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的特征的任何新颖特征或任何新颖组合，或者这样公开的任何方法或过程的步骤的任何新颖步骤或任何新颖组合。权利要求不应被解释为仅涵盖前述实施方式，而是还涵盖落入权利要求的范围内的任何实施方式。

Claims (19)

1.一种用于车辆的气流设备，包括：
从所述车辆的前部区域向后延伸的气流管道，所述气流管道位于所述车辆的发动机罩的上部部段和所述发动机罩的下部部段之间并且具有位于所述车辆的正面内的气流入口和位于所述发动机罩内的气流出口；
与所述气流管道分离的冷却管道，所述冷却管道具有位于所述车辆的所述正面内的冷却入口和位于所述发动机罩内的冷却出口，其中：
所述气流出口接近所述冷却出口；以及
在使用中，所述气流管道将空气从所述车辆的所述正面引导至所述发动机罩，气流基本上平行于所述发动机罩离开所述气流出口。
2.根据权利要求1所述的气流设备，其中，所述气流出口邻近所述冷却出口。
3.根据权利要求1所述的气流设备，其中，所述气流出口与所述冷却出口重合。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的气流设备，其中，所述气流出口与所述冷却出口的接近使得在使用中通过所述气流出口的气流减小所述冷却出口处的压力。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的气流设备，其中，所述气流出口与所述冷却出口的接近使得在使用中通过所述气流出口的气流使通过所述冷却出口的气流增加。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的气流设备，其中，所述冷却入口和/或所述气流入口位于所述车辆的前缘处。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的气流设备，其中，所述冷却管道包括热交换器系统，热量能够被通过所述冷却管道的气流从所述热交换器系统移除。
8.根据权利要求1所述的气流设备，其中，所述冷却管道包括可展开闭合装置，所述可展开闭合装置被适配和布置成当处于展开位置时关闭所述冷却管道以及当处于收缩位置时打开所述冷却管道。
9.根据权利要求8所述的气流设备，其中，所述气流管道包括可展开闭合装置，所述可展开闭合装置被适配和布置成当处于展开位置时关闭所述气流管道以及当处于收缩位置时打开所述气流管道。
10.根据权利要求9所述的气流设备，其中，所述可展开闭合装置被适配和布置成关闭所述冷却入口和/或所述气流入口。
11.根据权利要求10所述的气流设备，其中，所述可展开闭合装置具有外表面，当所述可展开闭合装置处于所述展开位置时，所述外表面与一个或更多个车身面板的外表面对齐以形成基本上连续的外部表面。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的气流设备，包括用于根据与所述车辆相关联的工作参数来控制所述可展开闭合装置的展开的控制装置。
13.根据权利要求12所述的气流设备，其中，所述工作参数为以下各项中的一者或更多者：所述车辆的当前速度、热交换器系统的温度和流动通过热交换器系统的流体的温度。
14.根据权利要求1至3中任一项所述的气流设备，其中，所述气流入口的横截面面积小于所述气流出口的横截面面积。
15.一种车辆，其包括根据权利要求1至14中任一项所述的气流设备。
16.一种对车辆的一个或更多个部件进行冷却的方法，包括：
使空气通过从所述车辆的前部区域向后延伸的气流管道，所述气流管道位于所述车辆的发动机罩的上部部段和所述发动机罩的下部部段之间并且具有位于所述车辆的正面内的气流入口和位于所述发动机罩内的气流出口；
使空气通过与所述气流管道分离的冷却管道，所述冷却管道具有位于所述车辆的所述正面内的冷却入口和位于所述发动机罩内的冷却出口；
其中，所述气流管道的所述气流出口定位成接近所述冷却管道的所述冷却出口，使得通过所述气流出口的气流在所述冷却出口附近产生低压区域而影响通过所述冷却出口的气流：以及
其中，在使用中，所述气流管道将空气从所述车辆的所述正面引导至所述发动机罩，气流基本上平行于所述发动机罩离开所述气流出口。
17.一种改变车辆的空气动力学性能并同时对车辆的一个或更多个部件进行冷却的方法，包括：
根据与所述车辆相关联的工作参数已经满足至少一个预定标准的判定，将至少一个可展开闭合装置移动至展开位置和收缩位置中的一个位置，在所述展开位置中所述至少一个可展开闭合装置定位成关闭气流管道和冷却管道中的至少一者，在所述收缩位置中所述至少一个可展开闭合装置移动以打开所述气流管道和所述冷却管道中的至少一者；
其中，所述气流管道位于所述车辆的发动机罩的上部部段和所述发动机罩的下部部段之间并且具有位于所述车辆的正面内的气流入口和位于所述发动机罩内的气流出口；
其中所述冷却管道与所述气流管道分离，所述冷却管道具有位于所述车辆的所述正面内的冷却入口和位于所述发动机罩内的冷却出口；
其中所述气流出口和所述冷却出口定位成使得通过所述气流出口的气流在所述冷却出口附近产生低压区域而影响通过所述冷却出口的气流，以及
其中通过所述气流管道的气流通过降低所述车辆的前部的停滞压力来改变所述车辆的空气动力学性能。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述方法包括根据所述工作参数逐渐地展开所述至少一个可展开闭合装置。
19.根据权利要求17或权利要求18所述的方法，其中，所述工作参数为所述车辆的当前速度、热交换器系统的温度或流动通过热交换器系统的流体的温度。
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