CN112455559B - 带有内部瓦架构的气动铰接结构系统 - Google Patents

带有内部瓦架构的气动铰接结构系统 Download PDF

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Abstract

一种气动铰接结构，包括多个瓦、可挠曲盖和多个弹性地可挠曲铰链。每个瓦具有面向相反的向外方向的第一表面和第二表面。至少一个相应的第一表面的面积大于至少一个相应的第二表面的面积。盖被构造成覆盖瓦。所述瓦中的每个瓦的第二表面附接到盖。每个瓦通过相应的铰链与相邻的瓦接合，并靠近第一表面。真空室至少由多个瓦和可挠曲盖限定。

Description

带有内部瓦架构的气动铰接结构系统
技术领域
本公开涉及一种铰接结构，更具体地，涉及一种气动铰接结构。
背景技术
各种各样的结构、组件和设备可以例如包括不期望的间隙或余隙，其可能导致不良的空气动力学性能、风噪声、不希望的碎屑的进入以及取决于应用的其他不期望的情况。在某些应用中，在某些操作场景下可能需要间隙或余隙，而在其他情况下则不需要。
因此，期望提供一种铰接结构，该铰接结构可以根据需要覆盖和/或发现间隙和/或余隙。
发明内容
根据本公开的一个示例性实施例，一种气动铰接结构包括多个瓦(tile)、可挠曲盖和多个弹性可挠曲的铰链。每个瓦具有面向相反的向外方向的第一表面和第二表面。多个瓦中的至少相应一个的第一表面的面积大于多个瓦中的至少相应一个的第二表面的面积。盖被构造成覆盖所述瓦。所述瓦中的每个瓦的第二表面附接到盖。每个瓦通过相应的铰链与相邻的瓦接合，并靠近第一表面。真空室至少由多个瓦和可挠曲盖限定。
除了前述实施例之外，气动铰接结构还包括囊。多个弹性地可挠曲铰链和可挠曲盖是囊的一部分。多个瓦在囊中，并且第一表面附接到该囊。
作为其替代或除了其之外，在前述实施例中，在囊中设置有用于空气流动的开口。
作为其替代或除了其之外，在前述实施例中，当在室内施加真空时，多个铰链适于挠曲。
作为其替代或除了其之外，在前述实施例中，气动铰接结构包括靠近并接合于多个瓦的第一表面的可充气层。
作为其替代或除了其之外，在前述实施例中，可充气层限定构造为接收正气压力的多个气穴，并且其中每个气穴邻近于多个弹性地可挠曲的铰链的相应铰链。
作为其替代或除了其之外，在前述实施例中，当在室中施加真空时，多个瓦向第一方向偏置，并且在可充气层中施加正压时向基本相反的第二方向偏置。
作为其替代或除了其之外，在前述实施例中，多个瓦中的每个瓦具有包括第一、第二和第三腿的T形横截面。
作为其替代或除了其之外，在前述实施例中，第一腿包括承载第二表面的端部，第二腿和第三腿承载第一表面。
作为其替代或除了其之外，在前述实施例中，多个瓦被拉长并且并排排列(align)。
作为其替代或除了其之外，在前述实施例中，第一表面在侧向地跨在相应的第二腿和第三腿的端部之间。
作为其替代或除了其之外，在前述实施例中，第一和第二腿的端部朝向第一腿倒角。
作为其替代或除了其之外，在前述实施例中，气动铰接结构是风挡外壳罩。
根据另一非限制性实施例的气动铰接结构包括多个瓦、可挠曲囊和可充气层。多个瓦中的每个瓦具有面向相反的向外方向的第一表面和第二表面。可挠曲囊包括限定室的第一侧壁和第二侧壁。多个瓦在室中，第一表面附接到第一侧壁，第二表面附接到第二侧壁。第二侧壁包括多个弹性地可挠曲铰链。多个瓦中的每个瓦通过多个弹性地可挠曲的铰链中的一相应弹性可挠曲铰链与相邻瓦隔开并接合。可充气层接合到第二侧壁，并与多个弹性地可挠曲铰链相邻。
除前述实施例之外，在囊中设置有用于使空气流入和流出室的开口。
作为替代或除了其之外，在前述实施例中，当在室内施加真空时，多个铰链适于挠曲。
作为替代或除了其之外，在前述实施例中，可充气层限定构造为接收正气压力的多个气穴，并且其中每个气穴靠近多个弹性地可挠曲铰链中的一相应铰链。
作为替代或除了其之外，在前述实施例中，当在室中施加真空时，多个瓦向第一方向偏置，并且在可充气层中施加正压力时向基本相反的第二方向偏置。
根据另一非限制性实施例的气动铰接结构系统，包括多个瓦、可挠曲囊、加热器和气泵。多个瓦中的每个瓦具有面向相反的向外方向的第一表面和第二表面。可挠曲囊包括相反的第一和第二侧壁，其限定了室。多个瓦在室中，第一表面附接到第一侧壁，第二表面附接到第二侧壁。第二侧壁包括多个弹性地可挠曲铰链。多个瓦中的每个瓦通过多个弹性地可挠曲铰链中的一相应弹性可挠曲铰链与相邻瓦隔开并接合。加热器适于加热空气。当室不在真空中时，气泵促进正压的加热空气流入室中。
除前述实施例之外，气动铰接结构包括控制器和可充气层。控制器被构造为控制气泵和加热器。可充气层接合到第二侧壁，并与多个弹性地可挠曲铰链相邻。
当结合附图考虑时，根据以下详细描述，本公开的上述特征和优点以及其他特征和优点将显而易见。
附图说明
在下面的详细描述中，仅通过示例的方式出现其他特征、优点和细节，该详细描述参考附图，在附图中：
图1是车辆的局部侧视图，其示出了根据本公开的气动铰接结构的应用；
图2是示出第一侧的气动铰接结构的截面透视图；
图3是通常以偏置状态示出的气动铰接结构的截面图；
图4是类似于图2但示出了相反的第二侧的气动铰接结构的截面透视图；
图5是类似于图3但以弯曲状态示出的气动铰接结构的横截面；
图6是气动铰接结构的瓦的第二实施例的局部视图；和
图7是包括气动铰接结构的气动铰接结构系统的示意图。
具体实施方式
以下描述本质上仅是示例性的，并且无意于限制本公开、其应用或用途。应当理解，在所有附图中，相应的附图标记表示相同或相应的部件和特征。
根据示例性实施例，图1示出了气动铰接结构20(即，气动致动)在车辆22上的应用。在一个非限制性示例中，铰接结构20可以是车辆外壳罩(cowl)。所述外壳罩可以用作可展开的下部气坝，以改善高速公路的燃料经济性，和/或在不使用时用作挡防风罩以覆盖风挡擦拭器23。
参照图2和图3，在一个实施例中，铰接结构20适用于在施加真空压力时挠曲、卷曲或以其他方式改变形状，并在释放真空并施加正压力时恢复到初始位置。铰接结构20可包括囊24、多个瓦26和可充气层28。囊24可限定室30(例如，真空室)，其中多个瓦26位于室30中。囊24是柔性的，并且在一个示例中，囊24由浸渍有热塑性聚氨酯的尼龙编织材料制成。
多个瓦26中的每个瓦被拉长并且与下一个相邻瓦并排排列。每个瓦26具有T形的横截面，并且包括第一、第二和第三腿32、34、36，每个腿包括各自的端部38、40、42。第一腿32通常附接到端部40,42之间的第二和第三腿34,36并其向外突出。第一腿32的突出部可以在基本法向于第二和第三腿34，36的方向上(见图3中的箭头44)。
囊24可以包括第一侧壁58(例如，盖)和第二侧壁59。侧壁58、59在共同的、连续的且密封的周边61处彼此附接。侧壁58、59带有彼此相对的各自的内表面52、54，并且在一个实施例中，通常可限定室30。
第二支脚和第三支脚34、36彼此大致为平面的，并带有一公共表面46，该公共表面通常面向外并沿一个方向(参见箭头48)。方向44与方向48基本相反。第一腿32的端部38带有基本朝外并在方向44上的表面50。第一腿32的表面50包括实质上小于由第二和第三腿34、36所承载的表面46的区域的区域。在一实施例中，第二和第三腿34、36的端部40、42分别向内(即，朝向第一腿32并沿着方向44)倒角。
在一实施例中，每个瓦26的第一腿32的表面50粘附或以其他方式附接到囊24的第一侧58的内表面52。类似地，由第二和第三腿34、36承载的表面46粘附或以其他方式附接到囊24的第二侧59的相对的内表面54。在另一个实施例中，瓦26的表面50可以不附接到囊24，或者仅一些表面50可以被附接，取决于铰接结构20在被致动时的期望控制和定位。
铰接结构20包括多个铰链56，其可以是弹性柔性的。每个铰链56可以是细长的，设置在相邻的瓦26之间，并且附接到第一瓦26的端部42和相邻的瓦26的相邻端部40。在一实施例中，多个铰链56是囊24的第二侧59的一体部分，其承载着所述面54。
在另一实施例中，多个铰链56是多个瓦26的一体部分。例如，多个瓦26和多个铰链56可以是一个整体的、均质件，并且可以由柔软的注模塑料制成。在该实施例中，囊24可仅包括承载所述面52的第一侧58(即，用作盖)。更具体地，真空室30由盖58的面52、瓦26以及铰链56(即，与瓦斯成一体)限定。瓦26相对于铰链56的挠性通常是刚性的。
参照图3和图4，铰接结构20的可充气层28包括和/或限定了多个气穴60。每个气穴60可以是细长的，并且对准于(即，共线于)相应的铰链56。此外，层28靠近铰链56和每个瓦26的表面46附接到囊24的第二侧59。在另一个实施例中，并且囊24仅由盖58组成，层28直接附接到瓦26的表面68，和/或铰链56可以是瓦26的一体部分，如前所述的。
在操作中，铰接结构20可以包括松弛状态、挠曲状态(即，卷曲状态)和偏置状态。当处于松弛状态时，不对真空室30施加真空，并且不对充气层28的气穴60施加正气压。在当前的非限制性示例中，铰接结构20当处于松弛状态时基本上是平面的。如图5最佳所示的，当在角度方向(参见箭头62)挠曲并朝挠曲状态挠曲时，正经由囊24中的开口64(例如喷嘴)向真空室30施加真空，并且层28的气穴60(见图4)完全放气。即，当施加真空时，在囊24的盖58中产生张力，该张力产生在相邻腿32的相应端部38与相关联的铰链56之间指向的力矩力(moment force)(参见箭头66、68)。力矩力66、68克服了由铰链56的弹性产生的任何偏置力，该偏置力使铰接结构20完全。当完全弯曲时，瓦26的相对的、有倒角的端部40、42可以彼此接触，从而防止进一步的弯曲以及在弹性地可挠曲铰链56上的不期望的应变。
为了使铰接结构20不挠曲，经由开口64从真空室30去除真空，力矩力66、68被减轻，并且在一个示例中，可挠曲铰链56的弹性产生偏置力，其使铰接结构返回松弛状态。为了帮助该返回，可以经由开口70(例如，喷嘴)将正气压添加到气穴60。当铰接结构20不挠曲时，气穴60中的张力至少部分地使铰接结构20从挠曲状态向松弛状态偏置。
在一些应用中，并且当铰接结构处于松弛状态时，在气穴60中引入正气压(或持续的正气压)可用于动态地施加偏置力(请参见图3的箭头72)到对象上以促进密封和/或确保结构20中的刚性。
例如，如图1和3最佳所示，铰接结构20可以是防风罩，其覆盖在车辆22的前风挡74上使用的风挡擦拭器刮片23。铰接结构20的前边缘部分76可以接合到车辆22的发动机罩(hood)78，并且铰接结构20的相反的后边缘部分80可以通过层70的气穴60中的正气压而偏置抵靠(例如)风挡74(即偏置状态)。
在其他实施例中，铰接结构20可以不包括层28，并且可以仅在由铰链56的弹性产生的偏置力上起作用。
参考图6，示出了铰接结构的实施例，其中除了增加了主符号后缀之外，相似的元件具有相似的标识数字。在该实施例中，铰接结构20’包括多个瓦26’，这些瓦不是细长的而是包括马赛克图案。例如，每个瓦26’可以是六边形的形状。在该示例中，铰接结构20’能够进行二维运动，而不是像第一实施例中那样简单地进行一维卷曲。
参考图7，铰接结构20可以是铰接结构系统90的一部分，该铰接结构系统90适于控制铰接结构20的材料的温度，从而保持所需的挠曲性。而且，该系统90可以促进除冰功能。该系统90可包括入口导管92和出口导管94、隔离阀装置96、气泵98、加热器100和控制器102。
在一实施例中，该系统90通常可以在挠曲结构之前加热该铰接结构20。也就是说，该系统90能够在将室30置于真空下之前加热该铰接结构20，如前所述的。在一示例中，该系统90被构造为经由出口导管94从室30抽吸空气，经由空气泵98(即，压缩机)泵送和/或增加空气压力，使加压空气流过加热器100以可控地加热空气，然后使加热后的空气在正压下流回室30。
控制器102可以促进能够从未具体示出的设备(例如，温度传感器)接收命令和/或温度信号的时间相关操作和/或温度相关操作。在加热操作开始时，控制器102被构造为向系统的各个部件发送各种命令信号(参见箭头104)。例如，控制器102可以启动空气泵98、加热器100和阀装置96(例如，打开阀装置中的至少一个阀)。当加热操作经由例如预编程的时间段期满和/或达到预编程的温度阈值而终止时，控制器102可以关闭阀装置96，或者以其他方式隔离导管94、96。一旦隔离，如前所述，则系统90可有助于将室30置于真空压力下的操作。在另一实施例中，该系统90可以不包括阀装置96，而是当室30置于真空中时，导管94、96，气泵98和加热器100可以置于真空中。
本公开的优点和益处包括能够经由使用气压来控制挠曲和/或铰接的坚固且可行的结构。可以改变瓦的形状以实现特定的轮廓、滚动和/或弯曲能力。该结构特别适合于根据命令关闭或打开间隙，并且在一些实施例中，控制材料温度以促进挠曲性和/或去除结冰。
尽管已经参考示例性实施例描述了以上公开，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本发明范围的情况下，可以进行各种改变并且可以用等同物代替其要素。另外，在不脱离本公开的实质范围的情况下，可以做出许多修改以使特定情况或材料适应本公开的教导。因此，意图是本公开不限于所公开的特定实施例，而是将包括落入其范围内的所有实施例。

Claims (6)

1.一种气动致动的铰接结构，包括：
多个瓦，其中多个瓦中的每个瓦具有面向相反的向外方向的第一表面和第二表面，并且多个瓦中的至少一个相应的瓦的第一表面的面积大于多个瓦中的至少一个相应的瓦的第二表面的面积；
可挠曲盖，构造成覆盖多个瓦，其中多个瓦中的每个瓦的第二表面附接到可挠曲盖；
多个弹性地可挠曲铰链，所述多个瓦中的每个瓦通过所述多个弹性地可挠曲铰链中的一相应的弹性地可挠曲铰链接合到相邻的瓦，并且靠近所述第一表面，其中真空室至少由多个瓦和可挠曲盖限定；以及
靠近并接合于所述多个瓦的第一表面的可充气层。
2.根据权利要求1所述的气动致动的铰接结构，其中，所述可充气层限定构造为接收正气压力的多个气穴，并且其中，每个气穴靠近所述多个弹性地可挠曲铰链中的一相应铰链。
3.根据权利要求2所述的气动致动的铰接结构，其中，所述多个瓦斯在所述室中施加真空时朝向第一方向偏置，并且在可充气层中施加正压时朝向基本上相反的第二方向偏置。
4.根据权利要求1所述的气动致动的铰接结构，其中，所述多个瓦中的每个瓦具有包括第一、第二和第三腿的T形横截面，第一腿包括承载第二表面的部分，第二腿和第三腿承载第一表面，多个瓦是细长的并且并排排列，第一表面侧向地跨在相应的第二和第三腿的端部之间，并且第一和第二腿的端部朝向第一腿倒角。
5.根据权利要求3所述的气动致动的铰接结构，其中，所述气动致动的铰接结构是风挡外壳罩。
6.一种气动铰接结构，包括：
多个瓦，其中多个瓦中的每个瓦具有面向相反的向外方向的第一表面和第二表面；
可挠曲囊，包括限定室的相反的第一和第二侧壁，其中多个瓦在该室中，第一表面附接到第一侧壁，第二表面附接到第二侧壁；
其中第二侧壁包括多个弹性地可挠曲铰链，多个瓦中的每个瓦通过多个弹性地可挠曲铰链中的一相应的弹性地可挠曲铰链与相邻的瓦隔开并接合；和
可充气层，接合到第二侧壁并且邻近多个弹性地可挠曲铰链。
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