CN110691731A - 由蓄能装置驱动的空气动力学板 - Google Patents

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CN110691731A CN201880018242.XA CN201880018242A CN110691731A CN 110691731 A CN110691731 A CN 110691731A CN 201880018242 A CN201880018242 A CN 201880018242A CN 110691731 A CN110691731 A CN 110691731A
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杰哈勒·安德烈
博尔特朗·马祖
尤利安·雅科米
杰罗姆·乌特
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    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60K11/00—Arrangement in connection with cooling of propulsion units
    • B60K11/08—Air inlets for cooling; Shutters or blinds therefor
    • B60K11/085—Air inlets for cooling; Shutters or blinds therefor with adjustable shutters or blinds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D37/00—Stabilising vehicle bodies without controlling suspension arrangements
    • B62D37/02—Stabilising vehicle bodies without controlling suspension arrangements by aerodynamic means

Abstract

本发明涉及一种用于机动车辆的空气动力学板(1)，包括安装在具有轴线(XX’)的承载轴(27)上的叶片(10)，所述承载轴通过至少一个轴承(270)连接到所述车辆的底盘，所述叶片由发动机组件(2)驱动围绕所述轴线在打开位置与关闭位置之间转动，所述空气动力学板的特征在于，所述发动机组件(2)包括机械能蓄积装置(20)，其积蓄的能量水平是可调节的，以根据需求输出足以允许所述叶片(10)在小于1秒的时间内几乎瞬间改变位置的力矩。

Description

由蓄能装置驱动的空气动力学板
技术领域
本发明涉及机动车辆领域，更具体地说，涉及布置在车辆的精确位置处用于减小由该车辆在高速行驶时产生的空气动力迎面阻力或用于打开或阻闭进气管道的这样的空气动力学设备。
背景技术
已知借助于可动叶片获得的有利效果，所述可动叶片布置在空气入口前方用于封闭可能会将冷却空气体积引入车辆内部的通道，或布置在车辆前部用于减小在车辆下方经过的空气流，或布置在车辆后部以引导由速度产生的紊流的方向。
这些叶片一般被电致动器驱动平移或围绕轴线转动。这些相对柔性的装置使得根据车辆的行驶配置能够随意打开或关闭空气动力学板的叶片。叶片由此在打开位置与关闭位置之间交替，以及在更少见的情况下，在一个或两个中间位置之间交替。由叶片及其包括致动器的机动化机组形成的组件形成空气动力学板。
致动器尽管有它们的优点，但具有能耗大的缺点，尤其是在要实现的运动要求大的力矩时。而且，在某些配置中，叶片被安装为使得它们的转动轴线大致上位于紧挨着车身表面的附近，目的在于减小空气动力学板的体积。该布置的效果在于当车辆高速移动时制造由施加在叶片表面上的空气动力产生的额外力矩，该额外力矩添加到打开或关闭的力矩。
为了减小这些发动机力矩并准许使用功率更低的发动机，可考虑使用允许牺牲位置改变速度以减小致动应力的减速电机组件。这些减速设备因此具有减慢叶片运动的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提出针对上述问题的原创解决方案。
根据本发明的空气动力学板旨在配备机动车。它包括安装在具有轴线XX’的承载轴上的叶片，该承载轴通过至少一个轴承连接到车辆底盘，并被发动机组件驱动围绕所述轴线在打开位置与关闭位置之间转动。
该空气动力学板的特征在于，所述发动机组件包括机械能蓄积装置，其积蓄的能量水平是可调节的，以根据需求输出足以允许叶片几乎瞬间(在此理解为小于1秒)改变位置的力矩。
在此，“机械能蓄积装置”指的是其势能可变并可调节的并适于在给定命令的激发下以机械做功(力与位移的乘积，在此为力矩与转动的乘积)的形式输出该能量的这样的机械装置。
作为例子，蓄水器、布置在杠杆端部处的块体或弹簧(如将在下文可见)是机械能蓄积装置。
尽管它们能够关联到电子设备，它们与电能蓄积装置(如电池组或电容器)的区别在于后者在大多数情况下需要化学或电子设备。
因此在叶片从打开位置转变到关闭位置或从关闭位置转变到打开位置之前的时期内，蓄能装置能够借助于低功率装置在给定时长内蓄能。
所积蓄的能量水平是可变的，并将取决于(再次以上述例子为例)水的水平、块体的高度或弹簧的张力。该能量水平还可被调节，使得根据需求输出的做功量保持限于正好是确保叶片从一个位置转变到另一个位置所必需的。
根据叶片所处的初始打开或关闭位置，由蓄能装置输出的力矩为打开力矩或关闭力矩。
根据本发明的设备还可单独或组合地包括以下特征：
-机械能蓄积装置由具有轴线XX’的扭簧形成。
-发动机组件包括设有能够在第一与第二位置之间平移移动的接合指部，该接合指部被配置为使得：当接合指部处于第一位置时，在叶片处于打开或关闭位置时，承载轴的转动被锁定；而当接合指部处于第二位置时，承载轴能够自由转动。
-锁定组件包括具有轴线XX’的锁定盘，该锁定盘被安装为与承载轴连接，并包括用于在叶片分别处于打开位置或关闭位置时接收处于第一位置中的接合指部的第一和第二容置部。
-发动机组件包括固定到车辆底盘的主致动器，该主致动器驱动具有给定直径的发动机齿轮转动，该发动机齿轮与承载轴的轴线同轴，并与安装为能够在承载轴上自由转动的驱动齿轮啮合。
-驱动齿轮的直径大于或等于发动机齿轮的直径。
-扭簧的第一轴向延伸部被安装在布置在叶片边缘上的插入部中，并且扭簧的第二轴向延伸部被安装在布置在驱动齿轮的面上的插入部中，使得：当接合指部处于第一位置时，使发动机齿轮在一个转动方向上或在另一个转动方向上转动引发了扭簧经受张力。
-当接合指部处于第二位置时，在由扭簧产生的力矩的作用下驱动叶片从一个位置转动到另一个位置。
-发动机组件包括用于限制承载轴的转动的流体缓冲装置。
-发动机组件包括允许确定叶片的打开位置或关闭位置的位置传感器。
-空气动力学板关联到包括形式为编码指令的算法的中央单元，当所述编码指令被执行时该中央单元控制：
o使主致动器在一个转动方向上或在另一转动方向上转动以调节扭簧的张力；
o接合指部的位置。
-中央单元包括允许操控主致动器的算法，以便根据车辆的参数调节扭簧的张力。
-中央单元包括允许操控锁定组件的算法，以便根据车辆的参数的给定阈值来控制叶片从一个位置转变到另一个位置。
-车辆的参数包括车速和/或冷却水的温度和/或检测到紧迫需要(例如撞击或使车辆进入安全模式)。
-中央单元包括准许叶片在给定时间间隔(优选地介于5至30秒之间)内单次改变位置的算法。
-中央单元包括这样的算法：该算法允许根据车辆的参数操控主致动器，以便当接合指部处于第一位置时按相继的阶段分阶段地调节扭簧张力，从而使得在需要改变叶片位置时，由扭簧输出的力矩与由作用于叶片上的空气动力产生的力矩之和保持在两个预定极限之间。
-中央单元包括允许操控主致动器以使得在车辆的发动机停机时将弹簧的张力回到接近零的数值的算法。
附图说明
阅读作为例子提供的绝无任何限制性的附图，将更好地理解本发明，在附图中：
-图1是根据本发明的一个空气动力学板的示意性正视图；
-图2是锁定组件的示意性侧视图；
-图3a、3b、3c是位置传感器的示意性的正视图和侧视图；
-图4示出允许跟踪施加给扭簧的预张力随时间和随根据时间的车速的变化而变化的曲线图。
具体实施方式
图1所示的空气动力学板1是叶片10和发动机组件2的组合。
叶片10被安装在具有轴线XX’的承载轴27上。该承载轴通过轴承270而与车辆底盘(未示出)连接。在用于支持本说明书的例子中，由虚线示出的轴承270被布置在本身固定到车辆底盘的主致动器23的壳体中。承载轴27也可通过在轴向上位于叶片10两侧的两个轴承连接到底盘。
主致动器23包括推动发动机轴220转动的电发动机(不可见)，所述发动机轴220支承具有给定直径Φ1的发动机齿轮22。发动机齿轮22和发动机轴220的轴线与承载轴27的轴线XX’平行。
发动机齿轮220与具有轴线XX’的驱动齿轮21啮合，所述驱动齿轮21被安装为能够在承载轴27上自由转动。驱动齿轮21具有优选地大于或等于发动机齿轮22的直径Φ1的直径Φ2。
与承载轴同轴的扭簧20被夹置于与驱动齿轮21之间。该扭簧20包括第一轴向延伸部201和第二轴向延伸部202，该第一轴向延伸部201允许将扭簧20的第一端部锚固在设置于叶片10边缘上的插入部11中，该第二轴向延伸部202允许将扭簧20的第二端部锚固在设置于驱动齿轮21的面中的插入部210中。
锁定组件25通过准许承载轴27转动或锁定而补全上述机构。在图2中同样可见锁定组件25包括与承载轴27连接的锁定盘254。
锁定盘254包括布置在盘254周缘上的分别为255和256的第一容置部和第二容置部。接合指部251被与车辆底盘连接的电磁铁250推动在第一与第二位置之间平移。在第一位置上，接合指部251进入容置部255、256中的一个，并阻止承载轴27转动。容置部255和256的圆周位置被调节为分别角度地对应于叶片10的打开位置和关闭位置。当接合指部251处于第一位置时，叶片10因此被锁定在打开位置或关闭位置上。
在第二位置上，接合指部251在锁定盘254的圆周上滑动，并准许承载轴27围绕轴线XX’转动，以允许叶片10从打开位置转变到关闭位置和相反地从关闭位置转变到打开位置。
锁定组件25还包括与导杆252同轴的复位弹簧253，该导杆252准确地说在其端部处支承接合指部251。当接合指部251处于第一位置时，导杆252能够自由地在电磁铁250的主体中轴向地平移。由此通过夹置在电磁铁250主体与锁定指部之间的复位弹簧253的作用而将接合指部251维持在其在容置部(255、256)之一中的位置上。
接合指部251具有与第一和第二容置部255、256的大致凹的或斜的形状互补的大致修圆的或具有斜度的形状。而且，当在承载轴上施加高于预定阈值的力矩时，接合指部251能够脱离容置部(255、256)，以允许叶片10转动。对该阈值的调整可通过调节复位弹簧253的压缩来实现。该布置允许例如在叶片10处于打开位置并与障碍物相撞或经受可能会导致其损坏的过大应力时收起叶片10。
当接合指部251处于第一位置且叶片10的转动被锁定在打开位置或关闭位置上时，弹簧的轴向延伸部201围绕轴线XX’的转动也被锁定。使发动机齿轮22转动引起了驱动齿轮21转动，并使得扭簧20发生压缩。
还设置使得由扭簧施加在轴27上的力矩保持小于接合指部251脱离容置部255、256的预定阈值。同样地，电磁铁250能够压缩复位弹簧253以使得接合指部251从第一位置转变到第二位置。
通过使驱动齿轮21在一个方向上转动而压缩弹簧20以使其产生打开叶片10的力矩，并且当使驱动齿轮21在反向上转动时，压缩弹簧20以使其产生关闭叶片10的力矩。
驱动齿轮21的直径Φ2与发动机齿轮22的直径Φ1的比值Φ2/Φ1允许估计在发动机轴220处测得的主致动器23的发动机力矩与赋予扭簧20的张力之间的减速比。该比值允许测量在主致动器23处实现的电能消耗节省情况。
示意性地，对于适于输出最大力矩约为15Nm的弹簧和对于大约为4的比值Φ2/Φ1而言，发动机轴220处的力矩有用地介于1至8Nm之间且发动机齿轮22的转速介于每分钟4至20转之间。发动机轴的转速越低，在同等功率下力矩的节省就越大。
叶片10从打开位置到关闭位置和相反地从关闭位置到打开位置的转变按四分之一转来实现。一般地，对于每个位置，叶片10止动在行程限制器上，以确保其良好的定位。
而且，空气动力学板1的发动机组件2还可包括流体缓冲器24，该流体缓冲器24作用在承载轴27上以在叶片10的打开或关闭运动时减小叶片10对行程限制器的撞击。
同样地，如图3a、3b和3c所详细示出的，有用地可以给上述设备配备位置传感器26，该位置传感器26例如由非接触式传感器或者由凸轮260和接触件261形成。
使弹簧经受张力并非瞬时的，而是因此可以持续数秒。在上述功率和减速比的例子中，大约为十来秒。
因此，适于提前使扭簧20受压，以使得当通过将接合指部251布置在第二位置来给出打开或关闭的指令时，叶片10能够在非常短的在此被视为几乎瞬间的时间(小于1秒)内改变位置。
对空气动力学板1的操控因此可有用地借助于布置在车辆合适位置的中央单元4来实现。中央单元4在其存储器中包括编码指令。这些编码指令在被执行时允许执行下述算法。中央单元因此通过功率合适的电子设备连接到主致动器23、电磁铁250、接触件261和控制车辆主要参数的车辆控制单元。
中央单元4根据所述车辆参数(比如车速、冷却水温度或紧迫的需求(比如撞击或使车辆进入安全模式))以及通过预测来操控使扭簧20接受张力而蓄积的机械能水平，或者操控准许叶片10从一个位置转变到另一个位置的接合指部251的运动。
图4允许示出在空气动力学板被布置在底座下方的情况下扭簧20的张力随着行驶循环过程中车速变化的变化。
在时间T0之前的时间，车辆处于停止，扭簧的张力为零。叶片10处于关闭位置，接合指部251处于第二容置部256中的第一位置。
在时间T0，车辆启动。在引入接触钥匙之后，使主致动器转动以使得驱动齿轮进行等同于板完全打开的角行程，扭簧中的张力增大直至预定的最大水平。
在该阶段，可略微增大驱动齿轮转动的角度值以保持弹簧中的轻微残余力矩，从而确保叶片10完全打开或完全关闭。该残余力矩则由行程限制器承受，然后在接合指部251从第二位置转变到第一位置并定位在容置部255或256之一中时由该接合指部251承受。
在时间t1，车辆达到并超过给定阈值速度Vs，例如60Km/h的速度。接合指部251于是从第一位置转变到第二位置，并释放在扭簧20中以打开力矩的形式蓄积的机械势能。叶片10则在瞬间围绕轴线XX’旋转四分之一转，并转变到打开位置。在复位弹簧253的作用下，接合指部251在锁定盘254的周缘部分上滑动并被放置在第一容置部255中的第一位置上。承载轴27的转动被锁定，叶片10维持在打开位置。
主致动器23则在相反方向上再次发动，以使得扭簧20受压缩，从而在关闭命令的预期下释放适于引起叶片10关闭的力矩。
在时间t2，弹簧的张力则是最大的。
车速继续增大，施加在叶片10上的空气动力也增大，并在给出关闭叶片10的命令的情况下可以与由扭簧20产生的关闭力矩相加。主致动器23于是调节扭簧20的张力，当速度保持高时减小该张力，像t2与t3之间就是这样的情况，或在必要时增大该张力，像在t3时就是这样的情况，以使得在请求改变叶片位置的情况下，由扭簧输出的力矩与由作用在叶片10上的空气动力所产生的力矩之和保持在两个预定极限之间。
为了避免主致动器随着车速变化不停运动，该调节可有用地按照20Km/h的阶段分阶段进行。
在时间t4，车速再次下降到阈值Vs以下。接合指部于是转变到第二位置，叶片10立即再次关闭。接合指部251重新转变到第一位置，并置于第二容置部256中。
如有必要，该循环则可如上所述地重新开始。
在车辆在时间t5停止时，随着接触的中止，主致动器23继续减小扭簧20的张力，直至它在时间t6返回到零数值。
中央单元包括算法，该算法准许叶片位置在给定时间间隔(有用地介于5至30秒之间)内的单次改变，从而避免在时间上过于接近的连续发出的打开或关闭的命令和允许使弹簧20再次经受张力。
当然，如前所述，上述简化的操控算法可集成其它参数，例如冷却水的温度。
在本文中描述的本发明的看起来对于解决借助于权利要求1所考虑的装置提出并解决的问题最简单且最经济的执行方式可以具有多种多样等效的实施形式，而不背离本发明同样的主旨。
术语表
1 空气动力学板
10 叶片
11 插入部
2 发动机组件
20 扭簧
201 在叶片中锚固弹簧的第一轴向延伸部
202 在驱动齿轮中锚固弹簧的第二轴向延伸部
21 驱动齿轮
210 插入部
22 发动机齿轮
220 发动机轴
23 主致动器
24 流体缓冲器
25 锁定组件
250 电磁铁
251 接合指部
252 导杆
253 复位弹簧
254 锁定盘
255 接合指部的第一容置部(打开位置)
256 接合指部的第二容置部(关闭位置)
26 位置传感器
260 凸轮
261 接触件
27 承载轴
270 轴承
3 解锁致动器
4 中央单元
Φ1 发动机齿轮22的直径
Φ2 驱动齿轮21的直径
XX’ 承载轴27的轴线

Claims (17)

1.一种用于机动车辆的空气动力学板(1)，包括安装在具有轴线(XX’)的承载轴(27)上的叶片(10)，所述承载轴通过至少一个轴承(270)连接到所述车辆的底盘，所述叶片被发动机组件(2)驱动围绕所述轴线在打开位置与关闭位置之间转动，所述空气动力学板的特征在于，所述发动机组件(2)包括机械能蓄积装置(20)，其积蓄的能量水平是可调节的，以根据需求输出足以允许所述叶片(10)在小于1秒的时间内几乎瞬间改变位置的力矩。
2.如权利要求1所述的空气动力学板(1)，其中，所述机械能蓄积装置由具有轴线(XX’)的扭簧(20)形成。
3.如上述权利要求中任一项所述的空气动力学板(1)，其中，所述发动机组件(2)包括锁定组件(25)，所述锁定组件(25)设有能够在第一位置与第二位置之间平移移动的接合指部(251)，所述接合指部被配置为使得：当所述接合指部(251)处于所述第一位置时，所述承载轴(27)的转动在所述叶片(10)处于打开或关闭位置时被锁定，而当所述接合指部处于所述第二位置时，所述承载轴(27)能够自由转动。
4.如权利要求3所述的空气动力学板(1)，其中，所述锁定组件(25)包括具有轴线(XX’)的锁定盘(254)，所述锁定盘被安装为与所述承载轴(27)连接，并包括第一和第二容置部(255，256)，所述第一和第二容置部(255，256)用于在所述叶片(10)分别处于打开位置或关闭位置时接收处于所述第一位置中的所述接合指部(251)。
5.如上述权利要求中任一项所述的空气动力学板(1)，其中，所述发动机组件(2)包括固定到所述车辆的底盘的主致动器(23)，所述主致动器驱动具有给定直径(Φ1)的发动机齿轮(22)转动，所述发动机齿轮(22)与所述承载轴的轴线同轴，并与被安装为能够在所述承载轴(27)上自由转动的驱动齿轮(21)啮合。
6.如权利要求5所述的空气动力学板(1)，其中，所述驱动齿轮(21)的直径(Φ2)大于或等于所述发动机齿轮(22)的直径(Φ1)。
7.如权利要求5或6与权利要求2的组合所述的空气动力学板(1)，其中，所述扭簧(20)的第一轴向延伸部(201)被安装在布置在所述叶片的边缘上的插入部(11)中，并且所述扭簧(20)的第二轴向延伸部(202)被安装在布置在所述驱动齿轮(21)的面上的插入部(210)中，使得：当所述接合指部(251)处于所述第一位置时，使所述发动机齿轮(22)在一个转动方向上或在另一转动方向上转动引发了所述扭簧(20)经受张力。
8.如权利要求7与权利要求3的组合所述的空气动力学板(1)，其中，当所述接合指部(251)处于所述第二位置时，在由所述扭簧(20)产生的力矩的作用下驱动所述叶片(10)从一个位置转动到另一个位置。
9.如上述权利要求中任一项所述的空气动力学板(1)，其中，所述发动机组件(2)包括用于限制所述承载轴(27)的转动的流体缓冲装置(24)。
10.如上述权利要求中任一项所述的空气动力学板(1)，其中，所述发动机组件(2)包括允许确定所述叶片(10)的打开位置或关闭位置的位置传感器(26)。
11.如权利要求8至10中任一项所述的空气动力学板(1)，所述空气动力学板关联到包括形式为编码指令的算法的中央单元(4)，当所述编码指令被执行时所述中央单元控制：
-使所述主致动器(23)在一个转动方向上或在另一转动方向上转动以调节所述扭簧(20)的张力；
-所述接合指部(251)的位置。
12.如权利要求11所述的空气动力学板(1)，其中，所述中央单元包括允许操控所述主致动器(23)的算法，以便根据所述车辆的参数调节所述扭簧(20)的张力。
13.如权利要求11或12中任一项所述的空气动力学板(1)，其中，所述中央单元(4)包括允许操控所述锁定组件(25)的算法，以便根据所述车辆的参数(Vs)的给定阈值来控制所述叶片(10)从一个位置转变到另一个位置。
14.如权利要求12或权利要求13所述的空气动力学板(1)，其中，所述车辆的参数包括车速(Vs)和/或冷却水的温度和/或检测到紧迫需要，所述紧迫需要例如是撞击或使所述车辆进入安全模式。
15.如权利要求11至14中任一项所述的空气动力学板(1)，其中，所述中央单元包括准许所述叶片在给定时间间隔内单次改变位置的算法，所述时间间隔优选地介于5至30秒之间。
16.如权利要求12至15中任一项所述的空气动力学板(1)，其中，所述中央单元(4)包括这样的算法：该算法允许根据所述车辆的参数操控所述主致动器(23)，以便在所述接合指部(251)处于所述第一位置时按照相继的阶段分阶段地调节所述扭簧(20)的张力，从而使得在需要改变所述叶片(10)位置时，由所述扭簧(20)输出的力矩与由作用于所述叶片(10)上的空气动力产生的力矩之和保持在两个预定极限之间。
17.如权利要求11至16中任一项所述的空气动力学板(1)，其中，所述中央单元(4)包括允许操控所述主致动器以使得在所述车辆的发动机停机时将所述弹簧(20)的张力回到接近零的数值的算法。
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