CN110774885A - 一种协同调节的汽车前进气格栅与前扰流板系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种协同调节的汽车前进气格栅与前扰流板系统，包括：车速传感器，其设置在汽车驱动桥壳内，用于监测车速；温度传感器，其设置在汽车车身上，用于监测车外温度；格栅系统，其设置在汽车前部，并与发动机舱相连通；扰流板系统，其可旋转设置在汽车底部；中央处理系统，其分别与所述车速传感器、所述温度传感器、所述格栅系统以及所述扰流板系统电连接，用于控制所述格栅系统和所述扰流板系统的开闭。通过中央控制系统控制格栅系统和扰流板系统的启动和关闭，克服汽车前进气格栅和前扰流板固定，不能根据汽车实际情况进行协同调节的缺陷。本发明还提供一种协同调节的汽车前进气格栅与前扰流板系统的控制方法。

Description

一种协同调节的汽车前进气格栅与前扰流板系统及其控制 方法

技术领域

本发明涉及一种协同调节的汽车前进气格栅与前扰流板系统及其控制方法，属于汽车智能化散热领域。

背景技术

随着科技的发展，汽车产业越加发达，车辆的结构优化也更加重要。前进气格栅和前扰流板作为车辆的重要组成部分，不仅影响着汽车发动机机舱进气量和行驶过程中的气动阻力，还关系着汽车的降噪和行驶稳定性。但当前汽车的结构智能化并未涉及前进气格栅和前扰流板，两者在车辆设计时便被作为固定件，不能在汽车行驶过程中随着工况的改变做出相应调整，更不能在行驶过程中实现协动调节，实现气动阻力、气动升力以及发动机舱进气量智能化控制。

形状记忆合金作为一种典型的智能材料，具有超弹性、形状记忆、耐腐蚀以及抗疲劳等特点，以此作为旋转驱动装置的驱动元件，结合机械结构和中央控制系统可以使前进气格栅片和前扰流板旋转以及实时伸展和收拢，实现车辆的实时智能控制。

发明内容

本发明设计开发了一种协同调节的汽车前进气格栅与前扰流板系统，通过中央控制系统控制格栅系统和扰流板系统的启动和关闭，克服汽车前进气格栅和前扰流板固定，不能根据行驶过程中汽车的实际情况进行协同调节的缺陷。

本发明的另一发明目的，通过中央控制系统控制驱动合金丝伸缩，进而控制第二格栅的旋转角度。

本发明还提供了一种协同调节的汽车前进气格栅与前扰流板系统的控制方法，能够根据汽车速度和车外温度实时改变第二格栅的工作角度和前扰流板的打开高度，减少行驶过程中的气动阻力，改善发动机舱的散热效果。

一种协同调节的汽车前进气格栅与前扰流板系统及其控制方法，包括：

车速传感器，其设置在汽车驱动桥壳内，用于监测车速；

温度传感器，其设置在汽车车身上，用于监测车外温度；

格栅系统，其设置在汽车前部，并与发动机舱相连通；

扰流板系统，其可旋转设置在汽车底部；

中央处理系统，其分别与所述车速传感器、所述温度传感器、所述格栅系统以及所述扰流板系统电连接，用于控制所述格栅系统和所述扰流板系统的开闭。

优选的是，所述格栅系统包括：

框体，其设置在所述汽车前部，；

多个第一格栅，其沿所述框体纵向设置；

多个第二格栅，其沿所述框体横向设置；

多个驱动装置，其一端可旋转支撑在所述框体上，另一端固定连接所述第二格栅，所述驱动装置与所述中央处理系统电连接，用于驱动所述第二格栅。

优选的是，所述驱动装置包括：

多个驱动轴，其一端可旋转支撑在所述框体上，另一端与所述第二格栅一端固定连接；

多个滚轮组，其设置在所述框体上，位于所述第二格栅两端；

其中，每个滚轮组包括至少两个相对设置的滚轮；

多个第一驱动合金丝，其一端固定设置在所述驱动轴上，另一端沿顺时针方向连接所述滚轮；

多个第二驱动合金丝，其一端固定设置在所述驱动轴上，另一端沿逆时针方向连接所述滚轮；

其中，所述第一驱动合金丝的另一端和所述第二驱动合金丝的另一端同时与所述中央处理器电连接，通过所述中央处理系统驱动所述第一驱动合金丝和所述第二驱动和金丝运动。

优选的是，所述第二格栅包括：

多个第二格栅片，其分别设置在相邻所述第一格栅之间；

多个短轴，其穿过并可旋转支撑设置在所述第一格栅上，并且所述短轴两端分别固定连接所述第二格栅片。

优选的是，所述第一驱动合金丝和所述第二驱动合金丝选用镍钛基形状记忆材料。

一种协同调节的汽车前进气格栅与前扰流板系统的控制方法，使用所述的协同调节的汽车前进气格栅与前扰流板系统，其特征在于，包括：

通过传感器对车速、外部温度进行监测，中央处理系统对格栅系统和扰流板系统进行控制；

当车速v＜15km/h时：

当车外温度t＜10℃时，关闭格栅系统，第二格栅与水平面之间的夹角为90°；

当车外温度t＞25℃时，启动格栅系统，第二格栅与水平面之间的夹角为0°；

当车外温度10℃＜t＜25℃时，启动格栅系统，第二格栅与水平面之间的夹角为15°；

当车速v≥40km/h时，同时启动格栅系统和扰流板系统，第二格栅与水平面之间的夹角为30°，扰流板打开高度为10-30mm；

当车速15km/h＜v＜40km/h时，打开格栅系统，第二格栅与水平面之间的夹角为20°。

优选的是，所述第二格栅的旋转角度的经验计算公式为：

其中，l为所需参加旋转的驱动合金丝的长度，单位为mm，b为驱动合金丝的伸长率，r为驱动轴的半径，单位为mm。

优选的是，格栅系统启动后，所述汽车发动机舱的散热量的经验计算公式为：

其中，A_e为燃料热能传给冷却系统的分数，g_e为燃料消耗率，单位为kg/(kW·h)；P_e为发动机有效功率，单位为kW；h_u为燃料的低热值，单位为kJ/kg。

优选的是，所述格栅系统启动后，用以满足冷却发动机舱散热量的发动机舱进气流量的经验公式为：

其中，Δt为冷却空气进出散热器的温升，单位为℃；C_pa为空气的定压比热容，单位为kJ/(kg·℃)。

本发明所述的有益效果：本发明提能够在汽车行驶过程中，根据室外温度和汽车速度对汽车前进气格栅的打开角度以及前扰流板的打开高度进行调节，实现气动阻力、气动升力以及发动机舱进气量智能化控制。

采用形状记忆合金作为驱动元件，充分利用记忆合金具有超弹性、形状记忆、耐腐蚀以及抗疲劳的特点，结合机械结构和中央处理系统可以使前进气格栅片和前扰流板旋转以及实时伸展和收拢，实现车辆的实时智能控制。

汽车高速行驶时，兼顾降低风阻和降低行驶升力，同时也不影响发动机舱的冷却，实现汽车从低速到高速行驶过程中发动机散热、风阻、升力的动态平衡，提高汽车高速行驶过程中的行驶稳定性，减少行驶过程中的气动阻力，改善发动机舱的散热效果。

附图说明

图1为本发明所述的协同调节的汽车前进气格栅与前扰流板系统在低速行驶时格栅系统与扰流板系统位置示意图。

图2为本发明所述的协同调节的汽车前进气格栅与前扰流板系统在高速行驶时格栅系统与扰流板系统位置示意图。

图3为本发明所述的格栅系统的正视图。

图4为本发明所述的第一格栅和第二格栅连接处的局部剖视图。

图5为本发明所述的驱动装置的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1-5所示，本发明提供一种协同调节的汽车前进气格栅与前扰流板系统，包括第一格栅110、第二格栅120、框体130、滚轮140、驱动轴150、第二驱动合金丝160、第一驱动合金丝170、短轴180、轴承190、扰流板系统200。

格栅系统100设置在汽车前部，并与汽车发动机机舱相连通，扰流板系统200设置在汽车底部，也位于汽车的前部，扰流板系统200可旋转设置在汽车底部，并在为工作时隐藏在车底，工作时旋出。车速传感器设置在汽车驱动桥壳内，用于检测汽车行驶速度；在汽车车身上，设置有温度传感器，用于监测车外温度；中央处理系统设置在汽车中控台内，并且中央处理系统同时与格栅系统100、扰流板系统200、车速传感器、温度传感器同时电连接，通过中央处理系统控制所述格栅系统和所述扰流板系统的开闭。

格栅系统100包括多个第一格栅110、多个第二格栅120、框体130以及多个驱动装置，第一格栅沿纵向等间距固定设置在框体内，第二格栅120沿横向等间距设置在框体130内，驱动装置匹配设置在第二格栅120的两端，并设置在框体130上，驱动装置的一端可旋转支撑在框体上，另一端固定连接第二格栅120，驱动装置与中央处理系统电连接，通过中央处理系统驱动第二格栅120转动。

驱动装置包括：多个驱动轴150、第一驱动合金丝170、第二驱动合金丝160、滚轮140。驱动轴150的一端可旋转支撑设置在框体130上，另一端与第二格栅120固定连接，滚轮组设置在框体130上，与格栅相对应，每个滚轮组至少包括两个相对设置的滚轮140。第一驱动合金丝170的一端固定设置在驱动轴150上，另一端沿顺时针方向连接滚轮140后固定在框体130上，第二驱动合金丝160与第一驱动合金丝170相对设置，并且第二驱动合金丝160的一端固定设置在驱动轴上，另一端沿逆时针方向连接滚轮140后固定在，第一驱动合金丝170的另一端和第二驱动合金丝的另一端同时与中央处理系统电连接，通过中央系统驱动第一驱动合金丝170和第二驱动合金丝160的伸长和收缩，使驱动轴150转动，进而带动第二格栅120打开和关闭。

在本发明中，作为一种优选，滚轮组包括四个滚轮140。

在本发明中，作为一种优选，第一驱动合金丝170和第二驱动合金丝160包括至少两根平行设置的合金丝，用于增加回复力，改善散热效果。

在本发明中，作为一种优选，第一驱动合金丝170和第二驱动合金丝160选用镍钛基形状记忆合金材料。

在本发明中，作为一种优选，第一驱动合金丝170和第二驱动合金丝160的拉伸率为5％～10％。

第二格栅包括多个第二格栅片121、多个短轴180以及多个轴承190，第二格栅片121设置在两个第一格栅110之间，短轴180穿过第一格栅110并通过轴承190可旋转支撑在第一格栅110上，短轴的两端分别固定连接第二格栅片121。通过驱动装置驱动设置在第二格栅120两端的格栅片121进行转动，进而带动第二格栅120整体进行转动，调整第二格栅120与水平面之间的角度。

扰流板系统200为扰流板，设置在汽车底部，位于汽车前部，并且扰流板系统200与中央处理系统电连接，通过中央处理系统控制扰系统200的打开和关闭。

在汽车低速行驶时，扰流板未展开，发动机后机舱为正压区，不利于气流进入机舱，此时主要通过格栅系统的打开从而对发动机舱进行冷却；当汽车高速行驶时，扰流板展开，格栅系统的开口率减小，由于前扰流板导致发动机舱负压区的加强，从而提高了发动机舱的进气量，对发动机进行冷却。

在不同的季节，不同的室外温度，通过温度传感器对车外温度进行监测，并通过中央处理系统控制格栅系统的开闭和扰流板系统的开闭，保证汽车发动机的正常工作。

本发明还提供一种协同调节的汽车前进气格栅与前扰流板系统的控制方法，使用上述的一种协同调节的汽车前进气格栅与前扰流板系统，能够根据汽车速度和车外温度实时改变第二格栅的工作角度和前扰流板的打开高度，减少行驶过程中的气动阻力，改善发动机舱的散热效果，包括：

通过传感器对车速、外部温度进行监测，中央处理系统对格栅系统和扰流板系统进行控制；

当车速v＜15km/h时：

当车外温度t＜10℃时，关闭格栅系统，第二格栅与水平面之间的夹角为90°；

当车外温度t＞25℃时，启动格栅系统，第二格栅与水平面之间的夹角为0°；

当车外温度10℃＜t＜25℃时，启动格栅系统，第二格栅与水平面之间的夹角为15°；

当车速v≥40km/h时，同时启动格栅系统和扰流板系统，第二格栅与水平面之间的夹角为30°，扰流板打开高度为10-30mm；

当车速15km/h＜v＜40km/h时，打开格栅系统，第二格栅与水平面之间的夹角为20°。

扰流板系统启动后，车底气流进气面积减小，进入车底的气体流量减少，发动机舱后舱负压区负压值降低，发动机舱前后舱压力差增强，从进气格栅进入发动机舱的流量增加。

汽车行驶时，通过中央处理系统使第一驱动合金丝通电170，第一驱动合金丝170受热收缩，驱动并带动各第一格栅片转动，第一驱动合金丝170受热收缩，第二驱动合金丝170受力拉伸，打开格栅系统100，完成一个循环；通过中央系统使第二驱动合金丝160通电，第二驱动合金丝160受热收缩，第一驱动合金丝170受力拉伸，关闭格栅系统，完成一个循环。当汽车高速行驶时，通过中央处理系统启动扰流系统200，扰流板旋出，扰流板与汽车底部之间的高度为10mm-30mm。

汽车低速行驶时，格栅系统角度平缓，第二格栅120开口面积大，开口率大，开口率优选设置为40％，满足低速情况下汽车前端模块散热要求。

汽车高速行驶时，在驱动装置的作用下，第二格栅120开口面积减小，开口率减小，开口率优选设置为30％，第二格栅片121截面结构产生负迎角，减小高速情况下的启动升力，提高汽车的行驶稳定性，降低因速度导致的发动机舱风量和整车风阻的增加。

其中，开口率大小计算的经验公式为：

式中，B为第二格栅开口率，A为第二格栅在发动机舱的散热器芯体上的通孔正对投影面积，单位为m²，E为散热芯体面积，单位为m²。

第二格栅旋转角度计算的经验公式为：

式中，l为所需参加旋转的驱动合金丝的长度，单位为mm，b为驱动合金丝的伸长率，r为驱动轴的半径，单位为mm。

由第二格栅进入发动机舱的气流满足动力守恒定理，即气体微元体动量随时间的变化率等于该微元体所受外力之和，由此可得到纵向X，横向Y，垂向Z的动量守恒方程为：

上式中，矢量符号

p为流体微元体上的压力；τ_xx、τ_xy、τ_xz等是粘性应力τ在X,Y,Z方向上的分量值；F_x、F_y、F_z是微元体上的体力，当体力只为重力，且沿z轴竖直向上时，F_x＝0，F_y＝0，F_z＝-ρg。

汽车发动机舱的散热量的经验计算公式为：

式中，A_e为燃料热能传给冷却系统的分数，g_e为燃料消耗率，单位为kg/(kW·h)；P_e为发动机有效功率，单位为kW；h_u为燃料的低热值，单位为kJ/kg。

发动机进气流量的经验公式为：

式中，Δt为冷却空气进出散热器的温升，单位为℃；C_pa为空气的定压比热容，单位为kJ/(kg·℃)。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.一种协同调节的汽车前进气格栅与前扰流板系统，其特征在于，包括：

车速传感器，其设置在汽车驱动桥壳内，用于监测车速；

温度传感器，其设置在汽车车身上，用于监测车外温度；

格栅系统，其设置在汽车前部，并与发动机舱相连通；

扰流板系统，其可旋转设置在汽车底部；

中央处理系统，其分别与所述车速传感器、所述温度传感器、所述格栅系统以及所述扰流板系统电连接，用于控制所述格栅系统和所述扰流板系统的开闭。

2.根据权利要求1所述的系统调节的汽车前进气格栅与前扰流板系统，其特征在于，所述格栅系统包括：

框体，其设置在所述汽车前部；

多个第一格栅，其沿所述框体纵向设置；

多个第二格栅，其沿所述框体横向设置；

多个驱动装置，其一端可旋转支撑在所述框体上，另一端固定连接所述第二格栅，所述驱动装置与所述中央处理系统电连接，用于驱动所述第二格栅转动。

3.根据权利要求2所述的协同调节的汽车前进气格栅与前扰流板系统，其特征在于，所述驱动装置包括：

驱动轴，其一端可旋转支撑在所述框体上，另一端与所述第二格栅一端固定连接；

滚轮组，其设置在所述框体上；

其中，每个滚轮组包括至少两个相对设置的滚轮；

多个第一驱动合金丝，其一端固定设置在所述驱动轴上，另一端沿顺时针方向连接所述滚轮后固定在所述框体上；

多个第二驱动合金丝，其与所述第一驱动合金丝相对设置，并且所述第二驱动合金丝一端固定设置在所述驱动轴上，另一端沿逆时针方向连接所述滚轮后固定在所述框体上；

其中，所述第一驱动合金丝的另一端和所述第二驱动合金丝的另一端同时与所述中央处理器电连接，通过所述中央处理系统驱动所述第一驱动合金丝和所述第二驱动合金丝转动。

4.根据权利要求3所述的协同调节的汽车前进气格栅与前扰流板系统，其特征在于，所述第二格栅包括：

多个第二格栅片，其分别设置在相邻所述第一格栅之间；

多个短轴，其穿过并可旋转支撑设置在所述第一格栅上，并且所述短轴两端分别固定连接所述第二格栅片。

5.根据权利要求4所述的协同调节的汽车前进气格栅与前扰流板系统，其特征在于，所述第一驱动合金丝和所述第二驱动合金丝选用镍钛基形状记忆材料。

6.一种协同调节的汽车前进气格栅与前扰流板系统的控制方法，使用权利要求1-5中任意一项所述的协同调节的汽车前进气格栅与前扰流板系统，其特征在于，包括：

通过传感器对车速、外部温度进行监测，中央处理系统对格栅系统和扰流板系统进行控制；

当车速v＜15km/h时：

当车外温度t＜10℃时，关闭格栅系统，第二格栅与水平面之间的夹角为90°；

当车外温度t＞25℃时，启动格栅系统，第二格栅与水平面之间的夹角为0°；

当车外温度10℃＜t＜25℃时，启动格栅系统，第二格栅与水平面之间的夹角为15°；

当车速v≥40km/h时，同时启动格栅系统和扰流板系统，第二格栅与水平面之间的夹角为30°，扰流板打开高度为10-30mm；

当车速15km/h＜v＜40km/h时，打开格栅系统，第二格栅与水平面之间的夹角为20°。

7.根据权利要求6所述的协同调节的汽车前进气格栅与前扰流板系统的控制方法，其特征在于，所述第二格栅的旋转角度的经验计算公式为：

其中，l为所需参加旋转的驱动合金丝的长度，单位为mm，b为驱动合金丝的伸长率，r为驱动轴的半径，单位为mm。

8.根据权利要求7所述的协同调节的汽车前进气格栅与前扰流板系统的控制方法，其特征在于，格栅系统启动后，所述汽车发动机舱的散热量的经验计算公式为：

其中，A_e为燃料热能传给冷却系统的分数，g_e为燃料消耗率，单位为kg/(kW·h)；P_e为发动机有效功率，单位为kW；h_u为燃料的低热值，单位为kJ/kg。

9.根据权利要求8所述的协同调节的汽车前进气格栅与前扰流板系统的控制方法，其特征在于，所述格栅系统启动后，用以满足冷却发动机舱散热量的发动机舱进气流量的经验公式为：

其中，Δt为冷却空气进出散热器的温升，单位为℃；C_pa为空气的定压比热容，单位为kJ/(kg·℃)。

Images