CN110431065B - 用于机动车辆车轮的空气动力学偏转装置 - Google Patents

用于机动车辆车轮的空气动力学偏转装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车辆车轮的空气动力学偏转装置，包括：偏转板(5)，其被安装为能够相对于固定框架(39)在缩回位置和伸出位置之间移动，在缩回位置中偏转板(5)升高，在伸出位置中偏转板(5)相对于固定框架(39)降低。根据本发明，偏转装置还包括可弹性变形的弹性模块(13)，该弹性模块布置成当偏转板(5)不再处于伸出位置时将偏转板(5)移动到伸出位置。

Description

用于机动车辆车轮的空气动力学偏转装置
技术领域
本发明涉及用于机动车辆车轮的空气动力学偏转装置。
背景技术
作为降低燃料消耗，并且因此减少车辆排放的温室气体(CO2)或污染物(NOx)的一部分，已知在车辆的车轮前方布置空气动力学偏转器。
通过控制车体中车轮和车轮拱上的空气流动，在理论上，在计算空气中的阻力或流体摩擦力Fx时，可以将车辆的阻力降低多达30％(由系数Cx表示，称为车辆的特定阻力系数)，Fx表示为：
Fx＝q.S.Cx
其中q表示动态压力(q＝1/2ρV2，其中ρ是空气密度，V是相对于车辆的空气速度)，S表示车辆的参考面积。
用于控制车轮上的空气流动的空气动力学偏转器通常采用柔性挡板或可伸缩塑料或金属偏转器的形式。可伸缩的偏转器通常采用平坦或弯曲的表面的形式，朝向后部倾斜，其宽度与它们放置的前面的车轮相当。它们可以选择性地在至少两个位置之间移动，缩回位置和伸出位置，在缩回位置中偏转表面包含在凹部中，在伸出位置中偏转表面从车身延伸并使气流在车轮上偏转。
可伸缩的偏转器通常被配置成在低速时采用缩回位置，例如低于速度限制，例如50或60km/h(城市区域中通常采用的速度)，并且当车辆到达和超过速度限制时采用伸出位置。
可伸缩的偏转器通常比柔性挡板更有效，比柔性挡板尺寸更小，以避免与道路上的任何障碍物(石块，树枝，碎片)接触，但是尺寸较大的可伸缩偏转器靠近道路并且当汽车越过这样的障碍物时可能被损坏。
在这种情况下，偏转器可能会变形、脱离安装或断裂。靠近车轮导致进一步事故的风险，因为当车辆高速行驶时，变形、脱离或断裂的偏转器的碎片或末端可能损坏车轮并且特别是刺穿轮胎。
发明内容
为了至少部分地解决上述问题，本发明涉及一种用于机动车辆车轮的空气动力学偏转装置，包括：
·偏转板，其被安装为能够相对于固定框架在缩回位置和伸出位置之间移动，在缩回位置中偏转板升高，在伸出位置中偏转板相对于固定框架降低，
·致动器，配置为在缩回和伸出位置之间移动偏转板。
根据本发明，偏转装置还包括可弹性变形的弹性模块，该弹性模块布置成当偏转板不再处于伸出位置时将偏转板移动到伸出位置。
换句话说，所述偏转装置还包括弹性模块，所述弹性模块在较小变形状态和变形状态之间可弹性变形，并且构造成使得，在弹性模块的变形状态下，偏转板至少部分地升高或者缩回。换句话说，弹性模块能够在偏转板从一个变形状态转换到另一个变形状态时移动偏转板。
所生产的偏转装置使得可以避免在与道路上的障碍物碰撞的情况下损坏偏转板。弹性模块能够在将偏转板返回到其初始完全伸出位置的同时吸收来自冲击的能量。
所述控制模块可以具有一个或多个以下特征，单独地或组合地采用。
弹性模块包括螺旋弹簧，或弹簧片，或流体筒，或弹性带，或由弹性材料制成的可压缩或可伸出的主体。
弹性模块布置成与所述偏转板和伸出机构通过受力接合，并且所述伸出机构由致动器致动以使所述偏转板在所述缩回位置和所述伸出位置之间移动。
偏转装置包括底板、杆和顶板，并且在于，弹性元件是在压缩或伸出时可变形的螺旋弹簧。
弹性模块与伸出机构的齿条的底端接合，并与偏转板的后端接合。
齿条包括弯曲的底端部，在该底端部中形成孔，孔的形状和尺寸对应于弹性模块的杆。
所述弹性模块布置成与移动框架通过受力接合，该移动框架保持用于伸出偏转板的机构。
偏转装置包括横向轴，偏转板围绕该横向轴旋转，在移动框架和固定框架之间形成铰链，并且，弹性模块围绕横向轴布置并与移动框架和固定框架接合。
弹性模块包括可扭转变形的螺旋弹簧，并且，扭转弹簧围绕横向轴，并且，所述螺旋弹簧包括分别与固定框架和移动框架接合的两个端。
偏转装置包括多个弹性模块，该多个弹性模块在垂直平移中可变形并且布置在移动框架的边缘上。
偏转板绕围绕固定主轴的轴可旋转地移动，包括构造成在偏转板上施加恢复扭矩的弹性返回元件，并且，弹性模块包括弹性扭转元件，弹性扭转元件连接到由马达移动到致动小齿轮和偏转板，以便施加对抗随着致动小齿轮的旋转而增加的恢复扭矩的扭矩。
将弹性模块置于变形状态所需的力小于导致偏转板的不可逆变形或断裂的最小力的70％。
附图说明
通过阅读作为非限制性的说明并参考附图给出的以下描述，本发明的其它特征和优点将变得显而易见，其中：
图1是具有空气动力学偏转装置的车辆的示意性侧视图，
图2是图1中的偏转装置的示意性横截面侧视图，
图3示出了与障碍物撞击时图1和图2中的装置，
图4a，4b更详细地示出了图1至3中的装置的弹性模块，
图5是根据本发明的空气动力学偏转装置的替代实施例的示意后视图，图6是根据本发明的空气动力学偏转装置的替代实施例的示意横截面侧视图，
图7是根据本发明的空气动力学偏转装置的另一替代实施例的分解示意横截面侧视图，
图8和9是具有固定框架和移动框架的空气动力学偏转装置的又一实施例的示意横截面侧视图。
在所有附图中，相同的附图标记表示相同的元件。
具体实施方式
参考附图描述的实施例是示例。尽管描述涉及一个或多个实施例，但这并不一定意味着每个参考涉及相同的实施例，或者特征仅适用于单个实施例。还可以组合不同实施例的单个特征以提供其他实施例。
图1是根据本发明的空气动力学偏转装置1的车辆100的示意图。车辆100部分地且从侧面以其前部为中心与一个前轮3的水平示出。
图1中所示的车辆100从右向左行进，因此在地面参考系中被认为是静止的空气在图1中从左向右流动。气流F的取向使得可以分别在气流的行进方向和相反方向上限定“下游”和“上游”。诸如“之前”，“之后”，“前方”，“后方”的术语是使用汽车100的行进路线和行进方向定义的。
在下文中使用的术语，例如“顶部”，“底部”，“上方”，“下方”是使用局部垂直来定义的，该局部垂直由车辆在平坦地面上的正常行驶条件下定义，由重力定向。
横向方向由车轮3的旋转轴线以直线给出。
空气动力学偏转装置1布置在车轮3的上游，在车辆100前部的车身下方。空气动力学装置1构造成在缩回位置和伸出位置之间切换。在图1中，示出了处于伸出位置的空气动力学偏转装置1，其中可以看到其偏转板5。
在图2中更详细地示出了空气动力学偏转装置1。
在图2中，所示的空气动力学偏转装置1包括可围绕轴7移动的偏转板5，与用于移动偏转板5的齿条11接合的小齿轮9，以及弹性模块13。
偏转板5围绕轴7可旋转地在伸出位置(以实线示出)和缩回位置(以虚线示出)之间移动。在伸出位置，偏转板5下降并且其大部分延伸超出车辆100的车身。在缩回位置，偏转板5在车辆100的车身的凹部中升高，其中偏转板至少部分地缩回。偏转装置还包括用作安装件的固定框架39，如图9所示，其中偏转板5可根据相对于该固定框架39的缩回或伸出位置移动。
偏转板5的位置由缩回位置(θ＝0)和采用位置之间的旋转角θ识别。特别地，当偏转板5处于伸出位置时，旋转角度θ具有最大值θ0。
偏转板5具有从轴7朝向车辆100的车轮3到位于后部和下游的后缘的倾斜或半拱形空气动力学轮廓。偏转板5由坚硬、轻质、抗冲击的材料制成，例如模制塑料，特别是注塑成型的塑料。使用的塑料可以具有额外的纤维，例如玻璃纤维或碳纤维。
偏转板5具有U形横截面，其垂直臂在接近轴7时缩短，并且在后缘处的宽度对应于待覆盖的车轮3的宽度。
通过借助于由车辆100的控制单元控制的致动器，特别是电动的，例如借助于电动机，使小齿轮9旋转，偏转板5在伸出位置和缩回位置之间移动。这种控制单元通常包括电子存储器和计算装置，它们专用于或分布在车辆100的电子网络中。控制单元配置为控制车辆100的一个或多个功能，特别是通过诸如晶体管的电子开关。
在伸出位置，偏转板5下降，并且位于定位在车辆100的车身中的凹部的外侧，并且位于在没有偏转板5的情况下进入图1中的轮拱3的气流F的路径上。当它进入轮拱时，空气会产生湍流，从而增加阻力。
小齿轮9与齿条11啮合，齿条11根据小齿轮9的旋转方向垂直向下或向上平移。齿条11特别地以与偏转板5的长度相对应的曲率半径在轴7与偏转板5的后端之间弯曲，在该后端处，偏转板5连接到齿条11。这里，齿条11特别地具有矩形横截面，其中车辆100的纵向方向上的长边和脊部设置在其前表面上。
通过将脊部(和小齿轮9)放置在齿条11的后表面或一侧上，可以获得其他实施例。
齿条11的下端连接到弹性模块13。弹性模块13的另一端连接到偏转板5的后端(在后缘上)。弹性模块13可在两种状态之间弹性变形：在没有外部作用时采用的较小变形状态，和在障碍物在偏转板5上施加力特别是垂直力时采用的变形状态。
这里，“较小变形状态”是指在正常操作中采用的状态，其中弹性变形能量最小。特别地，在存在机械止动件的情况下，较小变形状态可以与所讨论的弹性元件的空转构造不同。
与障碍物O发生碰撞事件如图3所示。在图3中，障碍物O的高度大于地面和偏转表面5的底部边缘之间的垂直空间。结果，当车辆100越过所述障碍物O时，障碍物O在接触点处施加垂直于偏转表面5的力。特别地，由障碍物O施加的力包括显着向上的垂直分量。
障碍物O例如可以是从树上落到行车道上的树枝，从边缘滚落的石头，从前方行驶的车辆遗弃的物体。障碍物O以接近或等于车辆速度的速度撞击偏转板5。如上所述，偏转板5仅在速度足够高时降低，特别是高于市区的通常速度(大约50至60km/h)。
特定实施例提供偏转板5在超过60km/h的速度时伸出，即高于市区的合法速度限制(50km/h)的速度。当车辆的速度回落到40km/h以下时，偏转板5缩回，该速度略高于通常的速度，在该速度下通常会经过固定的标记障碍物，例如减速带。伸出速度和缩回速度之间的差异使得通过滞后可以避免当速度围绕伸出速度振荡时用于伸出偏转板5的机构的重复和不需要的致动。
障碍物O和偏转板5之间的冲击产生力、扭矩和振动，其可以在没有弹性模块13的情况下导致偏转板5的变形或断裂。
在图3中，障碍物O向上推动偏转板5，这使弹性模块13处于变形状态。在变形状态下，弹性模块13在此被压缩，然后偏转板5的位置角θ小于θ0，偏转板5至少部分地升高，从而移开并让障碍物O经过。
图4a示出了可以在图1、2和3的示例中使用的弹性模块13的实施例的进一步细节。
在图4a中，弹性模块13示出为与偏转板5的后部和齿条11的底端接合。弹性模块13基本上包括弹性元件15，底板17，杆19和顶板21。
底板17刚性地连接到偏转板5的后部。所述底板17包括扁平金属部件，该扁平金属部件胶合、螺纹连接或铆接到偏转板5的后部。在图4a的示例中，在底板17和偏转板5之间实施橡胶或柔性塑料垫23。该垫23使得可以吸收由偏转板5的后缘处的流线的不连续性产生的一些小振幅振动。如果适用的话，这些振动在不存在吸收元件的情况下可能对底板17的粘合有害。
杆19从底板17延伸，沿着法线向上延伸到底板17。杆19和底板17可以由单件构成并且可以在单个共同的加工步骤中制造，例如通过模制车削或铣削。
杆19的顶端与顶板21接合，杆19垂直地部分地通过顶板21。顶板21是扁平的金属，并且在其中心钻有孔(见图4b)。
销25在顶板21上方在杆的顶端处横向插入杆19中。销25通过将杆19的一部分保持在顶板21上方来防止杆19与顶板21脱离。销25可以是β形，开口形，环形或简单的圆柱形销。
弹性元件15，这里是螺旋压缩弹簧，围绕杆19。当弹性模块13因应力而变形时，杆19被推入顶板21的孔中，弹性元件13在底板17和顶板19之间被压缩，底板17和顶板19移动靠近在一起。
选择弹性元件15，使得压缩弹性模块13所需的应力大于正常行程(50至130km/h)期间预期的速度范围内在偏转板5的表面上由空气压力产生的应力，但小于偏转板5的变形或断裂应力。特别地，弹性模块13的变形应力低于导致偏转板5的不可逆变形或断裂的最小应力(特别是力)的理论值的预定分数，例如该值的70％。
替代实施例可以用弹簧片，弹性带，流体筒或由弹性材料制成的可压缩或可伸出的主体代替弹性元件15的螺旋弹簧。
图4b示出了顶板21的特定实施例。图4b是空气动力学偏转装置1的齿条11的底端的示意图。
这里，顶板21是齿条11的弯曲端部，其中形成有孔27，孔27的形状和尺寸对应于杆19。因此，简单地通过钻孔然后横向弯曲齿条11的底端部来获得顶板21。因此，不需要单独的部件或额外的紧固件。
图5是用于本发明其他实施例的弹性模块13的替代实施例的示意图。在图5中，从车轮3的位置从后方观察空气动力学偏转装置1。因此，从偏转板5后缘，朝向轴7的纵向方向上观察偏转板5。这里，偏转板5的轴7围绕固定主轴29。固定主轴29尤其由金属制成，并且在其端部处连接到刚性连接到车辆100的框架。
空气动力学偏转装置1包括弹性返回元件，这里是复位弹簧31。复位弹簧31是围绕固定主轴29的端部的螺旋扭转弹簧。它连接到刚性连接到车辆100的框架和偏转板5。复位弹簧31构造成在没有其他应力的情况下通过返回到较小变形构造而使偏转板5返回到缩回位置。
同样有助于偏转板5伸出的弹性模块13布置在固定主轴29的另一端。这里，弹性模块13包括致动小齿轮33，致动小齿轮33与小齿轮9一起形成通过马达35的致动特别是通过控制单元(未示出)而移动的齿轮。
致动小齿轮33与形成弹性元件15的弹簧的一端接合。这里，弹性元件15是螺旋扭转弹簧。弹性元件15的另一端与偏转板5接合。
当马达35通电时，马达35移动小齿轮9，小齿轮9又使致动小齿轮33旋转。致动小齿轮33的旋转使弹性元件15变形，弹性元件15然后在朝向伸出位置θ＝θ0驱动偏转板5的方向上在偏转板5上施加增大的扭矩。
施加在偏转板5上的增加的扭矩与由复位弹簧31施加的恢复扭矩相反，恢复扭矩驱动并且初始地将偏转板保持在缩回位置θ＝0。当增加的扭矩达到然后超过恢复扭矩的值时，偏转板5逐渐地处于伸出位置θ＝θ0。然后，复位弹簧31逐渐变形并且施加随着偏转板5的旋转而增加的恢复扭矩。
在偏转板5的伸出状态θ＝θ0处，通过恢复扭矩和增加扭矩之间的平衡来保持位置。在这种情况下采用的位置是弹性平衡位置。在使偏转板5返回到平衡位置θ＝θ0的方向上，障碍物O使偏转板5移动远离所述平衡位置的冲击导致恢复扭矩和增加扭矩之间的不平衡。
弹性模块13的存在降低了在与障碍物O撞击时损坏空气动力学偏转装置1的风险。这使得可以延长产品的预期使用寿命，并降低车辆100行驶时的风险。
图6示出了弹性模块13的更一般的示例，其适用于各种空气动力学偏转装置1的机构。在图6中的特定实施例中，偏转装置1包括小齿轮9和类似于图2和3中的实施例的齿条11。
图6中的空气动力学装置1的实施例尤其包括移动框架37。移动框架37是矩形的，在其中心是敞开的。移动框架37形成用于空气动力学偏转装置1的元件的安装件。轴7尤其连接并铰接在移动框架37上。小齿轮9也刚性地连接到移动框架37，电动机使其旋转。
这种移动框架37用作安装件以获得模块化空气动力学偏转装置1，其可以作为一个单元在车辆100的不同组装车间之间容易地组装和运输。
框架37用于在车辆100的轮拱3的上游覆盖车辆100的车身或门槛板中的开口的边缘。框架37搁置在位于框架37的每个角落处的弹性模块13上。这里，弹性模块13可通过框架37的垂直平移而变形，并因此通过附接到框架37的空气动力学偏转装置1的垂直平移而变形。
使用不同数量的弹性模块13获得其他实施例，例如三个，一个在移动框架37的一侧的中间，另两个在相对侧的端部(三角形安装)。
弹性模块13在被压缩时处于较小变形状态，其将框架37和空气动力学偏转装置1保持在底部位置，对应于偏转板5的伸出状态。
另一个直接推导的实施例提供了布置在移动框架37下方的拉伸弹簧的使用。
每个弹性模块13包括杆19，在该实施例中，杆19围绕弹性元件15，这里是可拉伸变形的螺旋弹簧，布置在移动框架37和弹性模块13的底板17之间。杆19穿过移动框架37中的孔并引导移动框架37垂直平移。
当偏转板5与障碍物O接触时，施加在偏转板5上的力通过升高移动框架37向上平移整个空气动力学偏转模块1，这使弹性模块13延伸。一旦通过障碍物O，弹性模块13就在移动框架37上施加恢复力，该恢复力使其返回到偏转板5的最大延伸的底部位置。
在图7中，根据不同实施例制造的空气动力学偏转模块1再次包括移动框架37，移动框架37在此可围绕偏转板5的轴7可旋转地移动。
这里，移动框架37的前端与轴7接合，并且其后端与至少一个弹性模块13接合，优选为两个弹性模块，其分别在移动框架37的后侧的每个横向端处。
图7中可见的弹性模块13包括弯曲杆19，其引导移动框架37的旋转。这里，弹性元件13是可压缩变形的螺旋弹簧，围绕杆19，布置在移动框架37和弹性模块13的顶板之间。
在没有障碍物O的情况下移动框架37搁置在其上的弹性模块13的底板17形成止挡件，并且可包括振动吸收材料盘，例如橡胶或软塑料垫。
图8和9示出了空气动力学偏转模块1的另一实施例，其还包括固定框架39。固定框架39是矩形的，在其中心具有矩形开口(见图9)。它包括在其角部处的孔41，用于通过螺纹连接或铆接将固定框架39连接到车辆100的地板上。
固定框架39还包括与轴7相互作用的接头43。轴7由形成弹性模块13的可扭转变形的螺旋弹簧围绕。每个螺旋弹簧13包括分别刚性地连接到移动框架37和固定框架39的两个端。
轴7还通过铰链45与移动框架37接合，使得移动框架37绕轴7可旋转地移动。当移动框架37平行于固定框架39布置时，螺旋弹簧13处于其较小压缩状态。同样，移动框架37保持空气动力学偏转模块1的部件，例如小齿轮9、齿条11和偏转板5。
当偏转板5遇到障碍物O(图8)时，所述障碍物O施加向上的垂直力，该向上的力向上驱动偏转板5。偏转板5通过旋转移动框架37而移开，其后端被向上驱动。当障碍物O通过时，螺旋弹簧13在移动框架37上施加扭矩，该扭矩使其返回到平行于固定框架39的降低位置。
具有保持偏转板5的固定框架39和移动框架37及其致动机构9、11的这种空气动力学偏转模块1可以用不同的致动机构9、11制造，例如具有纵向轴和可绕该轴旋转移动的偏转板5。
本发明使得可以获得空气动力学偏转模块1，其偏转板5在所述偏转板5变形或断裂之前在与障碍物O的冲击下移开。

Claims (10)

1.一种用于机动车辆车轮的空气动力学偏转装置，包括：
偏转板(5)，其被安装为能够相对于固定框架(39)在缩回位置和伸出位置之间移动，在缩回位置中所述偏转板(5)升高，在伸出位置中所述偏转板(5)相对于所述固定框架(39)降低，
其特征在于，偏转装置还包括可弹性变形的弹性模块(13)，该弹性模块布置成当偏转板(5)不再处于伸出位置时将偏转板移动到伸出位置，且其中，所述弹性模块(13)布置成与移动框架(37)通过受力接合，所述移动框架(37)保持用于伸出偏转板(5)的机构。
2.根据权利要求1所述的偏转装置，其特征在于，所述弹性模块(13)包括螺旋弹簧，或弹簧片，或流体筒，或弹性带，或由弹性材料制成的可压缩或可伸出的主体。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的偏转装置，其特征在于，所述弹性模块(13)布置为与所述偏转板(5)和伸出机构通过受力接合，所述伸出机构由致动器(9)致动以使所述偏转板(5)在所述缩回位置和所述伸出位置之间移动。
4.根据权利要求3所述的偏转装置，其特征在于，所述偏转装置包括底板(17)、杆(19)和顶板(21)，并且在于，弹性扭转元件(15)是在压缩或伸出时可变形的螺旋弹簧。
5.根据权利要求3所述的偏转装置，其特征在于，所述弹性模块(13)与所述伸出机构的齿条(11)的底端接合，并与偏转板(5)的后端接合。
6.根据权利要求5所述的偏转装置，其特征在于，所述齿条(11)包括弯曲的底端部(21)，在该底端部(21)中形成孔(27)，孔的形状和尺寸对应于弹性模块(13)的杆(19)。
7.根据权利要求1所述的偏转装置，其特征在于，所述偏转装置包括横向轴(7)，所述偏转板(5)围绕该横向轴旋转，在移动框架(37)和固定框架(39)之间形成铰链，并且在于，所述弹性模块(13)围绕横向轴(7)布置并与移动框架(37)和固定框架(39)接合。
8.根据权利要求1所述的偏转装置，其特征在于，所述弹性模块(13)包括可扭转变形的螺旋弹簧，并且在于，扭转弹簧围绕横向轴(7)，并且在于，所述螺旋弹簧包括分别与固定框架(39)和移动框架(37)接合的两个端。
9.根据权利要求1所述的偏转装置，其特征在于，偏转装置包括多个弹性模块(13)，所述多个弹性模块在垂直平移中可变形并且布置在移动框架(37)的边缘上。
10.根据权利要求1或2所述的偏转装置，其中，偏转板(5)绕围绕固定主轴(29)的横向轴(7)可旋转地移动，包括构造成在偏转板(5)上施加恢复扭矩的弹性返回元件(31)，其特征在于，弹性模块(13)包括弹性扭转元件(15)，所述弹性扭转元件(15)连接到由马达(35)移动的致动小齿轮(33)和偏转板(5)，以便施加对抗随着致动小齿轮(33)的旋转而增加的恢复扭矩的扭矩。
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