CN109421828A - 用于机动车辆的主动式混合式扰流器 - Google Patents

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Abstract

一种车辆，其包括沿着车身平面中的纵向车身轴线布置的车身，并且具有第一车身端部，该第一车身端部构造成当车辆相对于路面运动时面向迎面而来的环境气流。该车辆还包括主动式混合扰流器组件，该主动式混合动力扰流器组件安装到车身并且构造成控制环境气流沿着纵向车身轴线的运动。扰流器组件包括安装到车身的至少一个支柱和可移动地连接至支柱的第一和第二翼形侧截面。扰流器组件还包括机构，该机构构造成相对于至少一个支柱选择性地和单独地移动第一翼形侧截面和第二翼形侧截面中的每一个，从而调节由车身上的第一翼形侧截面和第二翼形侧截面中的每一个产生的空气动力学下压力的大小。

Description

用于机动车辆的主动式混合式扰流器
引言
本发明涉及一种用于增强机动车辆的空气动力学的主动式混合扰流器。
汽车空气动力学是对公路车辆的空气动力学的研究。该研究的主要目标是减少阻力和风噪声、最大限度地减少噪声排放，并防止不希望的升力和高速时空气动力学不稳定的其他原因。此外，空气动力学的研究还可用于实现高性能车辆的下压力以提高车辆牵引力和转弯能力。该研究通常用于塑造车辆车身以及采用专用的空气动力学装置，从而在特定车辆使用的上述特征中实现期望的折衷。
扰流器是一种汽车空气动力学装置，其旨在“破坏”运动中穿过车辆的车身的不利的、通常被描述为湍流或阻力的空气运动。扰流器可以安装在车身的前部和/或后部。车辆前部的扰流器通常被称为阻风板。当车辆运动时，除了引导空气流动之外，这种阻风板还减少了在车辆下方流动的空气量，这通常降低了空气动力学的升力和阻力。
此外，当车辆运动时，车辆后部的空气流动变得紊乱并且产生低压区，从而增加了阻力和不稳定性。在车身后部添加扰流器可有助于延迟与车身的流动分离，并且在扰流器前方形成的较高的压力区域可通过产生下压力来帮助减小车身上的升力。结果，在某些情况下，由于后部升力减小，可以减小空气动力学的阻力并且通常会增加高速稳定性。
发明内容
一种车辆，其包括沿着车身平面中的纵向车身轴线布置的车身，并且具有第一车身端部，该第一车身端部构造成当车辆相对于路面运动时面向迎面而来的环境气流。该车辆还包括主动式混合扰流器组件，该主动式混合扰流器组件安装到车身并且构造成控制环境气流沿着纵向车身轴线的运动。扰流器组件包括安装到车身的至少一个支柱。扰流器组件还包括可移动地连接至至少一个支柱的第一翼形侧截面。附加地，扰流器组件包括可移动地连接至至少一个支柱的第二翼形侧截面。扰流器组件还包括机构，该机构构造成相对于至少一个支柱选择性地和单独地移动第一翼形侧截面和第二翼形侧截面中的每一个，从而调节由车身上的第一翼形侧截面和第二翼形侧截面中的每一个产生的空气动力学下压力的大小。
车辆还可以包括配置成调节机构的电子控制器。
车辆可以附加地包括车轮和第一传感器，该第一传感器被配置为检测车轮的旋转速度并将检测到的车轮的旋转速度传送到控制器。
车辆还可以包括第二传感器，该第二传感器被配置为检测车身的偏航速率并将检测到的偏航速率传送给控制器。
车辆可以附加地包括第三传感器，该第三传感器被配置为检测环境气流相对于车辆的速度并且将检测到的环境气流的速度传送到控制器。
车辆还可以包括方向盘，并且扰流器组件可以附加地包括第四传感器，该第四传感器被配置为检测方向盘的角度。
控制器可以被配置成响应于检测到的偏航速率、检测到的方向盘的角度，以及检测到的车轮的旋转速度和环境气流的速度中的至少一个，在车辆转弯期间经由机构相对于车身选择性地移动第一翼形侧截面和第二翼形侧截面中的至少一个，从而改变车身上的空气动力学下压力并控制检测到的偏航速率。
该机构可以被配置为围绕平行于车身平面的扰流器轴线选择性地且单独地旋转第一翼形侧截面和第二翼形侧截面中的每一个，并且选择性地且单独地枢转第一翼形侧截面以改变第一翼形侧截面角度，并且选择性地且单独地枢转第二翼形侧截面以相对于扰流器轴线改变第二翼形侧截面角度。
所述至少一个支柱可包括第一侧支柱、第二侧支柱和布置在第一侧支柱和第二侧支柱之间的中心支柱。在这样的实施例中，第一翼形侧截面可以可移动地连接至第一侧支柱和中心支柱中的每一个，并且第二翼形侧截面可以可移动地连接至第二侧支柱和中心支柱中的每一个。
该机构可以被配置成相对于第一侧支柱和中心支柱选择性地并且单独地旋转和枢转第一翼形侧截面，并且相对于第二侧支柱和中心支柱选择性地并且单独地旋转和枢转第二翼形侧截面。
该机构可包括线性致动器、旋转致动器、电动马达和操作性的连接或接头中的至少一个，该操作性的连接或接头构造成便于第一翼形侧截面和第二翼形侧截面的相对于车身和相应的支柱的同时的枢转和旋转。
车身可包括与第一端部相对的第二车身端部。在这样的实施例中，支柱将第一翼形侧截面和第二翼形侧截面中的每一个在第一车身端部或第二车身端部处连接至车身。
当结合附图和所附权利要求，本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点将从以下对实施例的详细描述和用于执行所描述的公开内容的最佳模式中变得显而易见。
附图说明
图1是具有车身的车辆的示意性俯视图，该车身沿纵向轴线布置在车身平面中并且具有根据本发明的实施例的扰流器组件。
图2是图1中所示的车辆的示意性仰视图并且具有根据本发明的另一个实施例的扰流器组件。
图3是用于图1和2中所示的每个实施例的代表性扰流器组件的示意性透视图。
具体实施方式
参考附图，其中相同的附图标记表示相同的组件，图1示出了相对于路面12定位的机动车辆10的示意图。车辆10包括车身14，该车身沿着纵向车身轴线X布置在基本平行于路面12的车身平面P中。车身14限定六个车身侧面。六个车身侧面包括第一车身端或前端16、相对的第二车身端或后端18、第一横向车身侧或左侧20，以及第二横向车身侧或右侧22、可以包括车顶的顶部车身部分24和车身底部26。
左侧20和右侧22大致彼此平行地并且相对于车辆10的虚拟纵向轴线X设置，并且跨越前端16和后端18之间的距离。车身平面P被定义为包括纵向轴线X。车辆10的乘客舱(未示出)通常由车身14的前端16和后端18以及左侧和右侧限定。如图1所示，前端16构造成在车辆10相对于路面12运动时面向迎面而来的环境气流27。当车辆10运动时，迎面而来的环境气流27基本上平行于车身平面P并沿纵向轴线X移动。
当车辆10相对于路面12移动时，环境气流27绕过车身14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，其最终重新加入尾流区域或紧接在后端18后面的再循环气流区域27-6。具体而言，如图1所示，第一气流部分27-1越过顶部车身部分24，第二气流部分27-2越过左侧20，第三气流部分27-3越过右侧22，并且第四气流部分27-4在车身底部26和路面12之间越过(在图2中示出)车身14下方。再循环气流区域27-6通常通过围绕车身14的六个车身侧面的周围空气的流动在升高的车辆速度下引起。
如图1-3所示，车辆10还包括气流控制系统28。气流控制系统28包括主动式混合扰流器组件30，其安装到车身14并且构造成控制环境气流27沿纵向车身轴线X的运动。扰流器组件30包括安装到车身14上的至少一个支柱，所述支柱通常通过标记32表示。扰流器组件30还包括靠近左侧20布置的铰接的第一翼形侧截面34-1和靠近车身14的右侧22布置的铰接的第二翼形侧截面34-2。“翼形”在本文中定义为具有翼型形状、或流线型横截面形状的翅片，从而产生用于穿过流体的飞行或推进的升力。扰流器组件30由于可用于第一和第二翼形侧截面34-1、34-2的多个铰接自由度而被识别为“主动式混合”组件。如图3中可见，扰流器轴线Y可以最初定位并且作为横向于纵向车身轴线X并且平行于车身平面P的默认轴线。第一和第二翼形侧截面34-1、34-2中的每一个可以由适当刚性但质量轻的材料形成以用于结构稳定性，例如工程塑料、碳纤维或铝。
第一翼形侧截面34-1和第二翼形侧截面34-2中的每一个可移动地连接至至少一个支柱32。支柱32可以在前端16处将第一和第二翼形侧截面34-1、34-2连接至车身14。类似地，支柱32可以在后端18处将第一和第二翼形侧截面34-1、34-2连接至车身14。当安装在前端16上时(如图2所示)，扰流器组件30用作阻风板，该阻风板改变由车辆10的前部处的环境气流27施加的下压力。另一方面，当扰流器组件30安装在车身14的后端18上时(如图1所示)，扰流器组件改变由车辆10的后部处的环境气流27施加的下压力。因此，为了增加车辆牵引力，安装在前端16上的扰流器组件30可以用于增加车辆的前部处的下压力，而安装在后端18上的扰流器组件可以用于增加车辆的后部处的下压力。支柱32构造成相对于车身14支撑第一和第二翼形侧截面34-1、34-2，以便在车辆10运动时将相应的前部的或后部的下压力施加到车身。
扰流器组件30包括虚拟的扰流器轴线Y，其与车身平面P平行并且垂直于纵向车身轴线X。扰流器组件30还包括机构36，该机构构造成相对于支柱32选择性地和单独地移动第一翼形侧截面34-1和第二翼形侧截面34-2中的每一个。第一和第二翼形侧截面34-1、34-2经由机构36的移位被配置为调节由车身14上的第一和第二翼形侧截面中的每一个产生的空气动力学下压力的大小、特别是当车辆10运动时，车身14的左侧20上的下压力Fd1和右侧22上的下压力Fd2。机构36可包括用于产生第一翼形侧截面34-1和第二翼形侧截面34-2的单独运动的合适的组件、例如线性致动器36-1和/或电动马达36-2。机构36还可包括齿轮传动装置36-3、例如减速齿轮组以将线性致动器或电动马达联接到相应的第一和第二翼形侧截面34-1、34-2并且构造成影响目标侧截面相对于车身14的期望的运动。
还如图1-3所示，气流控制系统28附加地包括电子控制器38，该电子控制器被配置、即被构造和编程用于调节机构36。控制器38可以配置为中央处理单元(CPU)，其配置成调节内燃机40(图1中示出)、混合动力电动力系(未示出)或其他替代类型的动力装置，以及其他车辆系统或专用控制器的运行。为了适当地控制机构36的运行，控制器38包括存储器，其中至少一些存储器是有形的和非暂时的。存储器可以是参与提供计算机可读数据或处理指令的可记录介质。这种介质可以采用许多形式，包括但不限于非易失性介质和易失性介质。
用于控制器38的非易失性介质可以包括例如光盘或磁盘以及其他永久存储器。易失性介质可以包括例如动态随机存取存储器(DRAM)，其可以构成主存储器。这些指令可以由一个或多个传输介质传输，其包括同轴电缆、铜线和光纤并且包括包含联接至计算机的处理器的系统总线的电线。控制器38的存储器还可以包括软盘、硬盘、磁带、磁介质、CD-ROM、DVD、光学介质等。控制器38可以配置或配备有其他所需的计算机硬件，例如高速时钟、必需的模数(A/D)和/或数模(D/A)电路、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38所需的或可由其访问的算法因此可以存储在存储器中并自动执行以提供所需的功能。
如图1-3所示，车辆10还包括车轮42。多个第一传感器44可以布置在车身14上以检测每个车轮42的旋转速度(如图2所示)。每个第一传感器44还可以被配置为将检测到的相应的车轮42的旋转速度传送到控制器38，而控制器可以被配置为将从相应的第一传感器接收的数据与车辆10的道路速度相关联。车辆10还可以包括第二传感器46(图2中示出)，其被配置为检测相对于路面12的车身14上的偏航力矩或速率，并将检测到的偏航速率传送至控制器38。车辆可附加地包括第三传感器48(图1中示出)，其配置成检测环境气流27相对于车辆10的速度并将检测到的环境气流的速度传送到控制器38。第三传感器48可以是皮托管，其配置成检测环境气流27在相对于车身14的特定位置处的压力，并且控制器38可以将测量到的压力与气流速度相关联。
机构36可以构造成围绕扰流器轴线Y选择性地和单独地旋转第一翼形侧截面34-1和第二翼形侧截面34-2中的每一个。如图3所示，机构36可以被配置为施加扭矩T1以使第一或第二翼形侧截面34-1、34-2在一个方向上旋转并且施加相反的扭矩T2以使目标翼形侧截面在相反的方向旋转。第一翼形侧截面34-1围绕扰流器轴线X的这种旋转改变第一旋转角度θR1，该第一旋转角度限定第一翼形侧截面相对于迎面而来的环境气流27的攻击的安装角。类似地，第二翼形侧截面34-2围绕扰流器轴线Y的旋转改变第二旋转角度θR2，该第二旋转角度限定第二翼形侧截面相对于迎面而来的环境气流27的攻击的安装角。如图1和3所示，至少一个支柱32可包括第一或左侧支柱32-1、第二或右侧支柱32-2，以及布置在第一侧支柱和第二侧支柱之间的中心支柱32-3。
具体如图3所示，第一翼形侧截面34-1和第二翼形侧截面34-2中的每一个由相应的第一端部34-1A、34-2A和相应的第二端部34-1B、34-2B限定。还如图3所示，第一翼形侧截面34-1在第一端部34-1A处可移动地连接至第一侧支柱32-1并且在第二端部34-1B处可移动地连接至中心支柱32-3。类似地，第二翼形侧截面34-2在第一端部34-2A处可移动地连接至第二侧支柱32-2并且在第二端部34-2B处可移动地连接至中心支柱32-3。如图所示，机构36可以配置成相对于车身平面P选择性地和单独地枢转第一翼形侧截面34-1和第二翼形侧截面34-2。第一翼形侧截面34-1的这种枢转动作相对于中心支柱32-3和扰流器轴线Y改变第一枢转角度θP1。类似地，第二翼形侧截面34-2的枢转动作相对于中心支柱32-3和扰流器轴线Y改变第二枢转角度θP2。
为了便于第一翼形侧截面34-1和第二翼形侧截面34-2的上述旋转和枢转，机构36可以附加地包括在目标侧截面和支柱32(例如，第一侧、第二侧和中心支柱32-1、32-2、32-3)之间的单独的操作性的连接36-4。这种操作性的连接36-4可以例如包括用于第一和第二翼形侧截面34-1、34-2之间的每个铰接的接口的万向接头(在图3中示出)或等速万向节(未示出)，以及构造成能够同时旋转和枢转目标侧截面的相应的支柱32-1、32-2、32-3。
控制器38可以被配置为在车辆10的转弯期间响应于由第二传感器46检测到的偏航速率改变相应的第一翼形侧截面34-1和第二翼形侧截面34-2中的至少一个的特定的角度θR1、θR2、θP2、θP2。此外，控制器38可以被配置为响应于经由第一传感器44检测到的车轮42的旋转速度和/或经由第三传感器48检测到的环境气流27的速度而改变角度θR1、θR2、θP2、θP2。因此，可以相对于纵向车身轴线X、车身平面P，以及在车辆10的转弯期间通过转动目标翼形侧截面产生的与扰流器轴线Y成比例的偏航速率来控制相应的第一翼形侧截面34-1和第二翼形侧截面34-2的角度θR1、θR2、θP2、θP2中的一个或多个。控制器38可以利用查找表39编程，该查找表建立车辆偏航速率、车辆路面速度和/或气流的速度与相应的第一翼形侧截面34-1和第二翼形侧截面34-2的适当的角度θR1、θR2、θP2、θP2之间的对应关系，从而影响机构36的适当的调节。查找表39可以在车辆10的验证和测试期间凭经验开发。
当在转弯事件期间改变第一翼形侧截面34-1和第二翼形侧截面34-2的特定角度θR1、θR2、θP2、θP2时，定位于前端16处的扰流器组件30能够更有效地使用环境气流27，以便单独地使车身14的前端处的左侧20上的下压力FD1和右侧22上的下压力Fd2最大化。类似地，定位于后端18处的扰流器组件30能够在转弯事件期间更有效地使用环境气流27，以便最大化车身14的后端处的左侧20上的下压力FD1和右侧22上的下压力FD2。因此，扰流器组件30可以用作前端16处的方向舵或舵柄以抵消转向不足，即，在转弯期间，车辆10的前端16处的车轮42遵循相对于角落的顶点比后端18处的车轮42更宽的路径。类似地，扰流器组件30可以用作后端18处的方向舵以抵消过度转向，即，在转弯期间，车辆10的后端18处的车轮42遵循相对于角落的顶点比前端16处的车轮42更宽的路径。
为了在转弯期间适当地控制扰流器组件30，可以附加地对控制器38进行编程以确定车辆10相对于路面12的滑动。车辆10的滑动可以包括每个车轮42在大致垂直于纵向车辆轴线X的方向上滑动了多少的量度，其识别出车辆已经沿路面12偏离了预期的方向或路径。车辆10的预期方向可以通过方向盘角度来识别，该方向盘角度可以由可操作地连接至方向盘52(图1中示出)并传送到控制器38的第四传感器50检测。此外，控制器38可以被编程为比较所确定的方向盘角度和偏航速率以确定车辆已经偏离其预期方向或路径的程度。
控制器38还可以被编程为通过根据需要影响旋转和枢转来控制车辆10相对于路面12的滑动以经由机构36、响应于车辆已经偏离其预期的路径的程度控制相应的第一翼形侧截面34-1和/或第二翼形侧截面34-2的特定的角度θR1、θR2、θP2、θP2。所采用的相应的第一翼形侧截面34-1和/或第二翼形侧截面34-2的旋转和/或枢转然后促使车辆10返回到由方向盘52处的车辆的操作者所命令的前进到期望的航向的实际的车辆航向。此外，两个第三传感器48可以布置在扰流器组件30上，一个布置在第一翼形侧截面34-1和第二翼形侧截面34-2(未示出)上。然后，控制器38可以被配置为响应于在当车辆10进入并成功越过角落时每个第三传感器48处的空气速度测量值之间确定的差异，相对于纵向车身轴线X、车身平面P和扰流器轴线Y改变特定的角度θR1、θR2、θP2、θP2以改变车身14的左侧20上的下压力FD1和右侧22上的下压力Fd2。
因此，可以采用通过第一和/或第二翼形侧截面34-1、34-2的单独的旋转来控制主动式混合扰流器组件30，从而通过响应于由第三传感器48检测到的环境气流27的速度来抵消车身14的空气动力学升力来保持车辆10在提高的速度时与路面12的接触。此外，可以采用对第一和/或第二翼形侧截面34-1、34-2的旋转和/或枢转的单独控制来辅助车辆10的操纵，从而通过抵消由第二传感器46检测到的作用在车身14上的偏航力矩以将车辆保持在其预期的路径上。结果，采用扰流器组件30的气流控制系统28可以作为用于车辆10的基于气流的稳定性控制系统进行运动。
详细描述和附图或图是对本公开的支持和描述，但是本公开的范围仅由权利要求限定。虽然已经详细描述了用于执行所要求保护的公开内容的一些最佳模式和其他实施例，但是存在用于实践所附权利要求中限定的本公开的各种替代设计和实施例。此外，附图中示出的实施例或本说明书中提到的各种实施例的特征不必被理解为彼此独立的实施例。而是，可以将实施例的一个示例中描述的每个特征与来自其他实施例的一个或多个其他期望特征组合，从而得到未在文字中或通过参考附图描述的其他实施例。因此，这些其他实施例落在所附权利要求的框架范围内。

Claims (10)

1.一种用于机动车辆的气流控制系统，所述机动车辆具有沿着车身平面中的纵向车身轴线布置的车身并且具有第一车身端部，所述第一车身端部构造成当所述车辆相对于路面运动时面向迎面而来的环境气流，所述气流控制系统包括：
主动式混合扰流器组件，其安装在车身上并且构造成控制所述环境气流沿所述纵向车身轴线的运动，所述扰流器组件具有：
安装在所述车身上的至少一个支柱；
第一翼形侧截面，其可移动地连接至所述至少一个支柱；
第二翼形侧截面，其可移动地连接至所述至少一个支柱；以及
机构，其构造成相对于所述至少一个支柱选择性地和单独地移动所述第一翼形侧截面和所述第二翼形侧截面中的每一个，从而调节由所述车身上的所述第一翼形侧截面和所述第二翼形侧面中的每一个产生的空气动力学下压力的大小。以及
电子控制器，其配置用于调节所述机构。
2.根据权利要求1所述的系统，还包括：车轮和第一传感器，所述第一传感器被配置为检测所述车轮的旋转速度并将所检测到的所述车轮的旋转速度传送到所述控制器。
3.根据权利要求2所述的系统，还包括第二传感器，所述第二传感器被配置为检测所述车身的偏航速率并将所检测的偏航速率传送到所述控制器。
4.根据权利要求3所述的系统，还包括第三传感器，所述第三传感器被配置为检测环境气流相对于所述车辆的速度，并将检测到的所述环境气流的速度传送到所述控制器。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述车辆包括方向盘，所述扰流器组件还包括第四传感器，所述第四传感器配置成检测所述方向盘的角度。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述控制器构造成在响应于检测到的偏航速率、检测到的所述方向盘的角度，以及检测到的所述车轮的旋转速度和所述环境气流的速度中的至少一个的车辆转弯期间经由所述机构选择性地相对于所述车身移动所述第一翼形侧截面和所述第二翼形侧截面中的至少一个，从而改变所述车身上的所述空气动力学下压力并控制所检测到的偏航速率。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述机构被配置为围绕与所述车身平面平行的扰流器轴线选择性地且单独地旋转所述第一翼形侧截面和所述第二翼形侧截面中的每一个，并且选择性地和单独地枢转所述第一翼形侧截面以改变第一翼形侧截面角度并且枢转所述第二翼形侧截面以相对于所述扰流器轴线改变第二翼形侧截面角度。
8.根据权利要求7所述的系统，其中：
至少一个支柱包括第一侧支柱、第二侧支柱和布置在所述第一侧支柱和所述第二侧支柱之间的中心支柱；
所述第一翼形侧截面可移动地连接至所述第一侧支柱和所述中心支柱中的每一个；并且
所述第二翼形侧截面可移动地连接至所述第二侧支柱和所述中心支柱中的每一个。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述机构被配置为相对于所述第一支柱和所述中心支柱选择性地且单独地旋转和枢转所述第一翼形侧截面，并且相对于所述第二支柱和所述中心支柱选择性地且单独地旋转和枢转所述第二翼形侧截面。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述车身包括与所述第一端部相对的第二车身端部，并且其中所述至少一个支柱将所述第一翼形侧截面和所述第二翼形侧截面中的每一个连接至所述第一车身端部和所述第二车身端部中的一个处的所述车身。
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