CN109552435B - 用于机动车辆的可调节分流器系统 - Google Patents

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Abstract

用于具有车辆主体的车辆的分流器系统包括第一分流器部分以及第二分流器部分，其中车辆主体包括被配置成在车辆处于运动状态中时面向迎面而来的环境气流的第一车辆主体端。第一分流器部分被配置成固定至车辆主体。第二分流器部分安装至第一分流器部分。第一分流器部分和第二分流器部分共同被配置成在车辆处于运动状态中时在车辆主体上产生空气动力学下压力。分流器系统还包括布置在第一分流器部分与第二分流器部分之间的机构。该机构被配置成改变第二分流器部分相对于第一分流器部分的位置，由此控制迎面而来的环境气流相对于车辆主体的移动，并改变空气动力学下压力的大小。

Description

用于机动车辆的可调节分流器系统
引言
技术领域
本公开涉及一种用于增强机动车辆的空气动力学性能的可调节分流器系统。
背景技术
在车辆设计中(包括汽车)，空气动力学性能是一个重要的因素。汽车空气动力学是一门研究道路车辆的空气动力学性能的科学。该研究的主要目标在于降低阻力及风噪声、最大程度地减少噪声排放，以及在高速下防止产生不期望的升力并避免其他引起空气动力学不稳定性的因素。此外，空气动力学的研究还可用于在高性能车辆中实现下压力，以提高车辆的牵引力及转弯能力。该研究通常用于对车辆车身进行塑造，以针对特定车辆用途在上述特性之间达到期望平衡。
在某些情况下，分流器是一种用于增加汽车前部处的下压力的量的空气动力学装置。通常而言，在分流器上方，空气流因气坝的阻挡作用而滞留在车辆的前部处，进而形成高压区域。在分流器下方，空气流变向远离滞留区，并进行加速，进而导致压力下降。因此，分流器下方的低压与分流器上方的高压一起作用来在车辆主体的前端处形成下压力。通常而言，分流器的面积越大，在车辆前部处产生的向下力也就越大。
发明内容
用于具有车辆主体的车辆的分流器系统包括第一分流器部分以及第二分流器部分，其中车辆主体沿着纵向主体轴线布置在主体平面内，并包括被配置成在车辆相对于道路表面进行运动时面向迎面而来的环境气流的第一车辆主体端。第一分流器部分被配置成固定地安装至车辆主体，并包括沿着纵向主体轴线布置成平行于主体平面的第一分流器部分轴线。第二分流器部分安装至第一分流器部分。第一分流器部分和第二分流器部分共同被配置成在车辆处于运动状态中时在车辆主体上产生空气动力学下压力。分流器系统还包括布置在第一分流器部分与第二分流器部分之间的机构。该机构被配置成改变第二分流器部分相对于第一分流器部分的位置，由此控制迎面而来的环境气流相对于车辆主体的移动，并改变空气动力学下压力的大小。
分流器系统还可包括被配置成调节该机构的电子控制器。
车辆还可包括道路车轮。分流器系统还可包括被配置成检测道路车轮的转速并将道路车轮的检测转速传递至控制器的第一传感器。
分流器系统还可包括被配置成检测车辆主体的横摆率并将所检测到的横摆率传递至控制器的第二传感器。
分流器系统还可包括被配置成检测环境气流相对于车辆的速度并将环境气流的检测速度传递至控制器的第三传感器。
第二分流器部分可包括第二分流器部分轴线。机构还可被配置成使第二分流器部分相对于第一分流器部分进行旋转，以选择性地改变第二分流器部分轴线相对于纵向主体轴线的角度，由此调节车辆主体上的空气动力学下压力的大小。
控制器可被配置成响应于所检测到的横摆率以及道路车轮的检测转速和环境气流的速度中的至少一个而在车辆转弯期间经由机构改变第二分流器部分轴线相对于纵向主体轴线的角度，由此调节车辆主体上的空气动力学下压力的大小，并对所检测到的横摆率进行控制。
控制器可被配置成经由机构使第二分流器部分与第一分流器部分分隔开一段距离。此外，机构可被配置成选择性地使第二分流器部分相对于第一分流器部分沿着横向于纵向主体轴线的方向进行位移，由此调节车辆主体上由分流器产生的空气动力学下压力的大小。
机构还可包括至少一个使第二分流器部分可移动地连接至第一分流器部分的支柱。
机构还可包括线性致动器以及电动机中的至少一个。
车辆主体可包括与第一端相对的第二车辆主体端，且至少一个支柱可在第一车辆主体端或第二车辆主体端处将翼状主体连接至车辆主体。
第一分流器部分以及第二分流器部分中的至少一个可具有沿着分流器轴线进行布置的翼状主体。
还公开了具有这种分流器系统的机动车辆。
通过以下结合附图以及所附权利要求书对用于实施所描述的公开内容的实施例和最佳方式进行的详细描述，本公开的上述特征和优点以及其他特征和优点将变得显而易见。
附图说明
图1是示出了根据本公开的具有沿着纵向轴线布置在主体平面内的车辆主体以及分流器系统的车辆的示意性俯视图。
图2是示出了图1的具有分流器系统的车辆的示意性局部侧视图。
图3是示出了图1和2的具有分流器系统的车辆的示意性前视图。
具体实施方式
参照附图，其中相同的附图标记表示相同的部件。图1是示出了相对于道路表面12进行定位的机动车辆10的示意图。车辆10包括布置在大体上平行于道路表面12的主体平面P内的车辆主体14。车辆主体14限定六个主体侧面。该六个主体侧面包括第一主体端或前端16、相对的第二主体端或后端18、第一横向主体侧或左侧20、第二横向主体侧或右侧22、顶侧主体部分24(其可包括车顶)以及底部部分26(示出在图2中)。
左侧20与右侧22相对于车辆10的虚拟纵向车辆主体轴线X设置成大体上平行于彼此，并横跨前端16与后端18之间的距离。主体平面P被限定成包括纵向车辆主体轴线X。车辆10的乘客舱室(未示出)通常由主体14的前端16和后端18以及左侧20和右侧22进行限定。如本领域技术人员所理解的，前端16被配置成在车辆10相对于道路表面12进行运动时面向迎面而来的环境气流27。当车辆10处于运动状态中时，迎面而来的环境气流27沿着纵向车辆主体轴线X以大体上平行于主体平面P的方式进行移动。
当车辆10相对于道路表面12进行移动时，环境气流27在车辆主体 14的周围经过，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以及第四气流部分27-4，这些气流部分最终在紧邻后端 18的尾流区域或再循环气流区域27-6中汇合。具体地，如图1所示，第一气流部分27-1经过顶侧主体部分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，且第四气流部分27-4(示出在图2中) 在车辆主体14下方于底部部分26与道路表面12之间经过。如本领域技术人员所理解的，再循环气流区域27-6通常由车辆主体14的六个主体侧面周围的环境空气流在较高的车辆速度下形成。
如图1-3所示，车辆10还包括分流器系统28。如图2和3所示，分流器系统28包括第一分流器部分30-1，该第一分流器部分被配置成固定地安装至车辆主体14，并包括沿着纵向车辆主体轴线X布置成平行于主体平面P的第一分流器部分轴线Y1。分流器系统28还包括具有第二分流器部分轴线Y2的第二分流器部分30-2。第二分流器部分30-2可移动地安装至第一分流器部分30-1。第一分流器部分30-1和第二分流器部分30-2共同被配置成在车辆10处于运动状态中时通过环境气流27在车辆主体14 的前端16上产生空气动力学下压力FD。
第一分流器部分30-1以及第二分流器部分30-2中的每一个可具有翼状横截面，该翼状横截面被布置成横向于相应的第一分流器部分轴线Y1 和第二分流器部分轴线Y2，并被配置成控制环境气流27相对于纵向车辆主体轴线X的移动。“翼状”在本文中被定义为翼片，该翼片具有机翼形状或通过流体产生用于飞行或推进的升力的流线形横截面形状。
如图2-3所示，分流器系统28还包括布置在第一分流器部分30-1与第二分流器部分30-2之间的机构32。机构32被配置成在车辆10处于运动状态中时改变第二分流器部分30-2相对于第一分流器部分30-1的位置，由此控制迎面而来的环境气流27相对于车辆主体14的移动，并改变空气动力学下压力FD的大小。具体地，机构32可被配置成选择性地使第二分流器部分30-2相对于第一分流器部分30-1沿着横向于纵向车辆主体轴线 X的方向Z进行位移，并由此使第二分流器部分30-2与第一分流器部分 30-1分离。使第二分流器部分30-2与第一分流器部分30-1分离的目的在于调节车辆主体14上由分流器系统28产生的总空气动力学下压力FD的大小。此外，如在图3中经由字母R示出的，机构32可被配置成使第二分流器部分30-2相对于第一分流器部分30-1进行旋转，并由此选择性地改变第二分流器部分轴线Y2相对于纵向车辆主体轴线X的角度θ。使第二分流器部分30-2相对于第一分流器部分30-1进行旋转的目的在于进一步调节车辆主体14的前端16上的空气动力学下压力FD的大小。
分流器系统28可包括一个或多个使第二分流器部分30-2可移动地连接至第一分流器部分30-1的支柱34。机构32可定位在第一分流器部分30-1 与支柱34之间，或可定位在支柱与第二分流器部分30-2之间。如图2所示，机构32可包括用于使第二分流器部分30-2进行移动的合适装置，例如，一个或多个线性致动器32A和/或电动机32B。机构32还可包括齿轮传动机构，例如，减速齿轮组32C，该齿轮传动机构可联接至装置(例如，线性致动器32A或电动机32B)，以实现期望移动，包括第二分流器部分 30-2相对于第一分流器部分30-1的分离及旋转。当第二分流器部分30-2 与第一分流器部分30-1分离，并相对于其沿着横向于纵向车辆主体轴线X 的方向进行位移时，第一分流器部分将产生空气动力学下压力FD的第一部分FD1，而第二分流器部分则将产生空气动力学下压力的第二部分FD2。如图3所示，机构32还可被配置成施加用于使第二分流器部分30-2在一个方向上进行旋转的扭矩T1以及用于使第二分流器部分沿着相反的方向进行旋转的相反扭矩T2。
如图1-3所示，车辆10还包括被配置成(即被构造并编程成)调节机构32的电子控制器38。控制器38可被配置为中央处理单元(CPU)或专用控制器，该中央处理单元被配置成调节内燃机40(示出在图1中)、混合动力电动传动系统(未示出)或其他可选类型的动力装置以及车辆10 的其他系统的操作。为了适当地控制机构32的操作，控制器38包括存储器，该存储器的至少一部分是有形且非瞬变的。存储器可为任何参与提供计算机可读数据或过程指令的可记录介质。这种介质可采用多种形式，包括但不限于：非易失性介质以及易失性介质。
例如，用于控制器38的非易失性介质可包括光盘或磁盘以及其他持久性存储器。例如，易失性介质可包括动态随机存取存储器(DRAM)，其可构成主存储器。这种指令可通过一种或多种传输介质进行传输，该一种或多种传输介质包括同轴电缆、铜线以及光纤，包括包含联接至计算机处理器的系统总线的线缆。控制器38的存储器还可包括软盘、硬盘、磁带、任何其他磁性介质、CD-ROM、DVD、任何其他光学介质等。控制器 38可配置有或配备有其他所需的计算机硬件，例如，高速时钟、必需的模拟-数字(A/D)和/或数字-模拟(D/A)电路、任何必要的输入/输出电路及装置(I/O)以及合适的信号调节和/或缓冲电路。控制器38所需或可由其进行访问的任何算法可储存在存储器中，并可自动执行来提供所需功能。
如图1-3所示，车辆10还包括道路车轮42。多个第一传感器44(示出在图1中)可布置在车辆主体14上，以检测各道路车轮42的转速。各第一传感器44还可被配置成将相应的道路车轮42的检测转速传递至控制器38，而控制器可被配置成使从相应的第一传感器接收到的数据与车辆 10的道路速度相互关联。车辆10还可包括被配置成检测车辆主体14相对于道路表面12的横摆力矩或横摆率并将所检测到的横摆率传递至控制器 38的第二传感器46(示出在图1中)。车辆10还可包括被配置成检测环境气流27相对于车辆10的速度并将环境气流27的检测速度传递至控制器38的第三传感器48(示出在图1中)。第三传感器48可为被配置成检测环境气流27在相对于车辆主体14的特定位置处的压力的皮托管，且控制器38可使所测得的压力与气流27的速度相互关联。
如图3所示，控制器38可被配置成在车辆10的转弯期间经由机构32 改变第二分流器部分轴线Y2相对于纵向车辆主体轴线X的角度θ。具体地，在车辆10的转弯期间，在传感器44、46和48的辅助下，第二分流器部分轴线Y2的角度θ可响应于所检测到的横摆率而相对于纵向车辆主体轴线X经由机构32进行改变。换言之，控制器38被配置成控制第二传感器46所检测到的横摆率、第一传感器44所检测到的道路车轮42的转速和/或第三传感器48所检测到的环境气流27的速度，由此调节车辆主体 14上的空气动力学下压力FD，并控制所检测到的横摆率。因此，第二分流器部分轴线Y2的角度θ可针对在车辆10的转弯期间生成的横摆率相对于纵向车辆主体轴线X通过使第二分流器部分30-2相对于第一分流器部分30-1进行转动来成比例地进行控制。控制器38可编程有查找表49，该查找表在车辆10的横摆率、车辆10的道路速度和/或气流速度与第二分流器部分轴线Y2的适当角度θ之间建立对应关系，以实现机构32的适当调节。查找表49可在车辆10的验证及测试期间通过经验进行确定。当第二分流器部分轴线Y2的角度θ在转弯事件期间发生改变时，分流器系统28 能够更有效地利用环境气流27以在车辆主体14的前端16处获得最大下压力FD。
控制器38还可被编程成确定车辆10相对于道路表面12的滑移。车辆10的滑移可包括针对各道路车轮42在大体上垂直于纵向车辆主体轴线 X的方向上的滑移量的测量，该测量可确定车辆已沿着道路表面12偏离预期方向或路线。车辆10的预期方向可由车辆10所采用的方向盘52(示出在图1中)的角度进行确定。方向盘52的角度可通过可操作地连接至方向盘并与控制器38进行通信的第四传感器50进行检测。此外，控制器38 可被编程成将方向盘52的确定角度与横摆率进行比较，以确定车辆10偏离预期方向或路线的程度。
控制器38还可被编程成通过如下方式控制车辆10相对于道路表面12 的滑移：响应于车辆10偏离其预期路线的程度而经由机构32控制第二分流器部分轴线Y2的旋转。随后，所采用的第二分流器部分轴线Y2的旋转迫使车辆10从实际车辆航向返回至车辆10的操作员通过方向盘52给出的期望航向。此外，虽然未示出，但两个第三传感器48可布置在第二分流器部分30-2上，其中一个靠近第二分流器部分的左侧，而另一个则靠近第二分流器部分的右侧。控制器38随后可被配置成在车辆10进入弯道并进行转弯时，响应于气流27在各第三传感器48处的速度测量值之间的确定差值而改变第二分流器部分轴线Y2相对于纵向车辆主体轴线X的角度θ，以改变车辆主体14上的下压力FD。
因此，可响应于第三传感器48所检测到的环境气流27的速度而对第二分流器部分轴线Y2的旋转进行控制，以通过抵消车辆主体14的空气动力学升力来在较高的速度下维持车辆10与道路表面12之间的接触。此外，可对第二分流器部分30-2的旋转进行控制以辅助车辆10的操作，从而通过抵消第二传感器46所检测到的作用在车辆主体14上的横摆力矩来将车辆10维持在其预期路线上。
详细描述以及附图或图支持并描述本公开，但本公开的范围仅由所附权利要求书进行限定。虽然已详细地描述了用于实施要求保护的公开内容的一些最佳方式以及其他实施例，但存在有各种用于实践所附权利要求书所限定的公开内容的可选设计及实施例。此外，在附图中示出的实施例或在本说明书中提及的各种实施例的特性不一定被理解为彼此独立的实施例。相反，在实施例的各种示例中的一个示例中描述的各特性可与来自其他实施例的一个或多个其他期望特性相结合，从而导致其他实施例不通过言语或参照附图进行描述。因此，此类其他实施例落入所附权利要求书的范围的架构内。

Claims (9)

1.一种用于具有车辆主体的车辆的分流器系统，其中所述车辆主体沿着纵向主体轴线布置在主体平面内，并包括被配置成在所述车辆相对于道路表面进行运动时面向迎面而来的环境气流的第一车辆主体端，所述分流器系统包括：
第一分流器部分，所述第一分流器部分被配置成固定地安装至所述车辆主体，并包括垂直于所述纵向主体轴线并布置成平行于所述主体平面的第一分流器部分轴线；
第二分流器部分，所述第二分流器部分相对于所述第一分流器部分进行安装，其中所述第一分流器部分和所述第二分流器部分共同被配置成在所述车辆处于运动状态中时在所述车辆主体上产生空气动力学下压力；以及
机构，所述机构布置在所述第一分流器部分与所述第二分流器部分之间，并被配置成改变所述第二分流器部分相对于所述第一分流器部分的位置，由此控制所述迎面而来的环境气流相对于所述车辆主体的移动，并改变所述空气动力学下压力的大小；
其中：
所述第一分流器部分产生空气动力学下压力的第一部分；
所述第二分流器部分在迎面而来的环境气流中与所述第一分流器部分相邻地安装，以产生空气动力下压力的第二部分；和
所述机构被配置为选择性地将第二分流器部分相对于第一分流器部分沿着横向于纵向车辆主体轴线的方向进行位移，其中所述横向于纵向车辆主体轴线的方向与所述第一分流器部分的轴线垂直，由此使第二分流器部分与第一分流器部分分离并调节由分流器产生作用在车身上的空气动力下压力的大小。
2.根据权利要求1所述的分流器系统，其进一步包括被配置成调节所述机构的电子控制器。
3.根据权利要求2所述的分流器系统，其中所述车辆还包括道路车轮，且其中所述分流器系统进一步包括被配置成检测所述道路车轮的转速并将所述道路车轮的所述检测转速传递至所述控制器的第一传感器。
4.根据权利要求3所述的分流器系统，其进一步包括被配置成检测所述车辆主体的横摆率并将所述检测到的横摆率传递至所述控制器的第二传感器。
5.根据权利要求4所述的分流器系统，其进一步包括被配置成检测所述环境气流相对于所述车辆的速度并将所述环境气流的所述检测速度传递至所述控制器的第三传感器。
6.根据权利要求5所述的分流器系统，其中所述第二分流器部分包括第二分流器部分轴线，且其中所述机构被配置成使所述第二分流器部分相对于所述第一分流器部分进行旋转，以选择性地改变所述第二分流器部分轴线相对于所述纵向主体轴线的角度，由此调节所述车辆主体上的所述空气动力学下压力的所述大小。
7.根据权利要求6所述的分流器系统，其中所述控制器被配置成响应于所述检测到的横摆率以及所述道路车轮的所述检测转速和所述环境气流的所述速度中的至少一个而在车辆转弯期间经由所述机构改变所述第二分流器部分轴线相对于所述纵向主体轴线的角度，由此调节所述车辆主体上的所述空气动力学下压力的所述大小，并对所述检测到的横摆率进行控制。
8.根据权利要求1所述的分流器系统，其中所述机构包括使所述第二分流器部分可移动地连接至所述第一分流器部分的至少一个支柱。
9.根据权利要求1所述的分流器系统，其中所述机构包括线性致动器以及电动机中的至少一个。
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