CN112977310A - 主动空气幕装置、主动空气幕系统及控制其的方法 - Google Patents

主动空气幕装置、主动空气幕系统及控制其的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了主动空气幕装置、主动空气幕系统及控制其的方法。所述装置包括风道和挡板，所述风道形成有吸入口、排出口以及从吸入口到排出口的气流路径，并且所述风道安装于车辆的保险杠的内表面；所述挡板具有板的形状，通过由风道进行支撑和引导来操作，并且所述挡板配置为打开和关闭排出口。

Description

主动空气幕装置、主动空气幕系统及控制其的方法
技术领域
本发明涉及空气幕装置，更具体地，本发明涉及一种应用于车辆保险杠的空气幕装置及控制其的方法。
背景技术
由于最近排气法规实施的增强，关于改善车辆的燃料效率的研究正在积极进行。已经应用了各种空气动力学改进技术以提高燃料效率，而安装于车辆的前保险杠的空气幕是用于改善车轮罩周围气流的空气动力学改进技术之一。通常，空气幕具有空气吸入口(该吸入口在前保险杠的左侧和右侧)和排出口(该排出口形成于车轮罩的后表面)。
参考现有技术的图1，如图1上面的情况所示，当车辆正在直线行驶时，离开空气幕的空气在轮胎的上方流动，以使在车轮附近产生的涡流最小化。如上所述，当车辆正在直线行驶时，可能会达到空气动力学的改善效果。然而，如图1下面的情况所示，当车辆转弯时，如果轮胎进一步向外突出，则气流会撞击轮胎，从而产生更大的涡流并且恶化空气阻力。
该部分中描述的内容仅仅为了帮助对本发明的背景的理解，并且可以包括本发明所属领域的技术人员先前不知道的内容。
发明内容
本发明提供一种主动空气幕装置、主动空气幕系统及其控制方法，其可以基于车辆的操作期间的转向角主动地调整空气幕的气流路径。
根据本发明的一个方面的主动空气幕装置可以包括：风道和挡板，所述风道形成有吸入口、排出口以及从吸入口到排出口的气流路径，所述风道安装于车辆的保险杠的内表面；所述挡板具有板的形状，通过由风道进行支撑和引导来操作，并且所述挡板配置为打开和关闭排出口。另外，挡板可以形成有齿轮部，并且主动空气幕装置可以进一步包括驱动齿轮和步进电机，所述驱动齿轮与将被驱动的齿轮部啮合，所述步进电机配置为操作驱动齿轮。
此外，齿轮部可以包括第一突出端部和第二突出端部，所述第一突出端部形成为在垂直于挡板的纵向方向的方向上延伸，所述第二突出端部与第一突出端部隔开并且形成为在垂直于挡板的纵向方向的方向上延伸。第一突出端部和第二突出端部可以分别形成有第一内齿轮和第二内齿轮。另外，驱动齿轮可以包括第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮与第一内齿轮啮合，所述第二齿轮与第二内齿轮和第一齿轮啮合。
同时，风道可以进一步包括挡板引导部，所述挡板引导部形成于排出口侧并且配置为支撑和引导挡板。另外，挡板引导部可以包括挡板引导端部和挡板引导孔，所述挡板引导端部具有如下形状：在向气流路径的方向倾斜的方向上突出并且在与排出口的纵向方向平行的方向上延伸；所述挡板引导孔沿着挡板引导端部的纵向方向形成。另外，挡板基于步进电机的旋转方向来打开或者关闭排出口。
根据另一方面，本发明提供主动空气幕系统，其中设置一对主动空气幕装置，并且一对主动空气幕装置可以相对于车辆的前部分别安装于保险杠的左侧和保险杠的右侧。另外，当车辆向左转弯时，可以关闭安装于保险杠的左侧的主动空气幕装置的排出口，而当车辆向右转弯时，可以关闭安装于保险杠的右侧的主动空气幕装置的排出口。
根据本发明的一个方面的控制一对主动空气幕装置的方法，每个装置包括：风道和挡板，所述风道形成有吸入口、排出口以及从吸入口到排出口的气流路径，所述风道安装于车辆的保险杠的内表面；所述挡板具有板的形状，通过由风道进行支撑和引导来操作，并且所述挡板配置为打开和关闭排出口，所述一对主动空气幕装置相对于车辆的前部分别安装于保险杠的左侧和保险杠的右侧，所述方法可以包括确定车辆是否转弯，并且可以基于车辆是否转弯来调整一对主动空气幕装置的操作。
另外，当车辆向左转弯时，安装于保险杠的左侧的主动空气幕装置的挡板可以调整为在排出口关闭的方向上操作。具体地，当车辆的转向角相对于0°小于大约-3°时，可以确定车辆向左转弯。选择性地，当车辆向右转弯时，安装于保险杠的右侧的主动空气幕装置的挡板可以调整为在排出口关闭的方向上操作。具体地，当车辆的转向角相对于0°大于大约+3°时，可以确定车辆向右转弯。
另外，该方法可以进一步包括在确定车辆是否转弯之前，将车辆速度与参考车辆速度进行比较。此外，当车辆速度大于参考车辆速度时，可以确定车辆是否转弯，而当车辆速度小于参考车辆速度时，所述一对主动空气幕装置的挡板可以保持在打开排出口的状态。
存在的问题在于：当车辆正在直线行驶时，通常的空气幕提供空气动力学的改善效果，但是当车辆转弯时，如果轮胎向外突出，则会降低空气动力学性能。然而，在根据本发明的主动空气幕装置和其控制方法中，当车辆转弯时，可以主动地执行空气幕的气流路径的开/关控制，从而改善空气动力学性能。
另外，当不同地控制左空气幕气流路径和右空气幕气流路径时，在前保险杠的左侧和右侧的气流模式可能改变。如果打开左气流路径并且仅关闭右气流路径，则在前保险杠的右侧的高压区域增加，从而导致向右转动的力矩。因此，当车辆向右转弯时，通过阻塞右侧气流路径，可以改善空气动力学性能并且还可以改善操作性能。
附图说明
通过随后结合附图的具体描述将更为清楚地理解本发明的目的、特征以及优点，其中：
图1是显示了根据现有技术的通常的空气幕在空气流动上的改变的图；
图2是显示了已经安装了根据本发明的示例性实施方案的主动空气幕装置的状态的图；
图3是根据本发明的示例性实施方案的主动空气幕装置的分解立体图；
图4是根据本发明的示例性实施方案的图3的A部分的放大图；
图5A、图5B以及图5C是显示了根据本发明的示例性实施方案的主动空气幕的气流路径打开控制中操作状态的图；
图6A、图6B以及图6C是显示了根据本发明的示例性实施方案的主动空气幕的气流路径关闭控制中操作状态的图；
图7和图8是显示了当车辆转弯时根据本发明的示例性实施方案的主动空气幕装置的应用与气流状态的图；
图9是显示了根据本发明的示例性实施方案的主动空气幕装置的控制方法的图。
具体实施方式
应当理解，本文中所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(SUV)、大客车、大货车、各种商用车辆的乘用汽车，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如，源于非石油能源的燃料)。
虽然示例性实施方案描述为使用多个单元以执行示例性的过程，但是应当理解，示例性的过程也可以由一个或多个模块执行。此外，应当理解的是术语控制器/控制单元指代的是包含有存储器和处理器的硬件设备。存储器配置为用于存储模块，并且处理器专门地配置为执行所述模块以完成将在下面进一步描述的一个或多个过程。
所用的术语仅为了描述特定实施方案的目的，并不旨在限制本发明。正如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有清楚的说明。还将进一步理解当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包含”时，指明存在所述特征、数值、步骤、操作、元件和/或组件，但是不排除存在或加入一种或多种其它的特征、数值、步骤、操作、元件、组件和/或其群组。正如本文所使用的，术语“和/或”包括一种或多种相关列举项目的任何和所有组合。
除非特别声明或从上下文显而易见的，本文所使用的术语“约”被理解为在本领域的正常公差范围内，例如在平均值的2个标准偏差内。“约”可被理解为在指定值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％之内。除非上下文另有明确说明，本文提供的所有数值通过术语“约”来进行修改。
为了充分地理解本发明、本发明的操作优点以及通过实施本发明而实现的目的，应该参考示例本发明的实施方案的附图和附图中描述的内容。在描述本发明的示例性实施方案中，将简要地解释或者省略可能不必要地模糊本发明的主题的公知技术或者重复描述。
图2是显示了已经安装了根据本发明的主动空气幕装置的状态的图，图3是根据本发明的主动空气幕装置的分解立体图，图4是图3的A部分的放大图。
在下文中，将参考图2、图3以及图4描述根据本发明的示例性实施方案的主动空气幕装置和主动空气幕系统。如图2所示，根据本发明的示例性实施方案的主动空气幕装置100可以安装于车辆的前保险杠(B)的任一侧部分，以将从车辆的前部吸入的空气排出至相对于车辆的左前轮胎和右前轮胎的外侧，从而改善空气动力学性能。具体地，根据本发明的示例性实施方案的主动空气幕装置100是这样的装置，不仅当车辆正在直线行驶时而且当车辆转弯时该装置都能够改善空气动力学性能而不起阻力的作用。
因此，主动空气幕装置100可以包括风道110、挡板120、驱动齿轮131、132、步进电机140以及保护罩150。风道110可以安装于前保险杠(B)的两侧部分的内表面，气流路径可以形成在内表面与风道110之间，并且风道110可以包括形成于其第一侧的吸入口111和形成于其第二侧的排出口112。
另外，后面将描述的用于容纳并且引导挡板120的挡板引导部可以形成于已经形成排出口112的第二侧处。挡板引导部可以包括挡板引导端部113和挡板引导孔114，所述挡板引导端部113具有这样的形状，其在向风道110的气流路径方向倾斜的方向上突出并且相对于车辆大致竖直地延伸；所述挡板引导孔114沿着挡板引导端部113的纵向方向形成并且挡板120可以插入其中，当挡板120插入到挡板引导部并由挡板引导部支撑时引导挡板120的操作。挡板120可以形成为具有对应于挡板引导孔114的宽度和长度的板的形状，可以插入到挡板引导孔114，并且可以包括板的中端处的齿轮部。
如图所示，齿轮部可以由在垂直于挡板120的纵向方向的方向上延伸的第一突出端部121和第二突出端部122形成，并且第一突出端部121和第二突出端部122可以形成为相互隔开，使得凹槽123(后面将描述的驱动齿轮可以插入其中)形成于第一突出端部121与第二突出端部122之间。因此，第一内齿轮121-1可以形成于第一突出端部121的凹槽侧的表面，并且第二内齿轮122-1可以形成于第二突出端部122的凹槽侧的表面。
驱动齿轮可以与形成于挡板120的凹槽侧的表面的齿轮啮合以被步进电机140旋转来操作驱动齿轮，从而在宽度方向上操作挡板120。驱动齿轮配置为一个并连接至步进电机140以与步进电机140的操作同时操作，并且可以配置为与挡板120的内齿轮121-1、122-1啮合以操作挡板120。在本发明的示例中，为了更加稳定的操作设计，驱动齿轮可以设置为一对第一齿轮131和第二齿轮132。
因此，如图4所示，第一齿轮131可以与第一内齿轮121-1啮合，第二齿轮132可以与第一齿轮131和第二内齿轮122-1啮合，并且步进电机140可以与第一齿轮131啮合，从而步进电机140可以配置为旋转第一齿轮131，并且第二齿轮132基于第一齿轮131的旋转而旋转。步进电机140可以配置为与输入信号成比例地以有规律的角度旋转，通过调节步进电机140的旋转量，第一齿轮131和第二齿轮132可以在彼此相反的方向上旋转相应的量，通过调节步进电机140的旋转方向，挡板120可以在宽度方向上在图中被向前或者向后操作。
挡板引导端部113可以在两个宽度方向上开放，当挡板120被如上所述地操作并且在图中被向前操作时，挡板引导端部113向下突出，也就是说，挡板引导端部113朝向排出口112侧突出以关闭排出口112。如上所述，根据本发明的能够主动地操作挡板120的空气幕可以在车辆转弯时在转弯方向上阻塞空气幕的排出口，从而阻止空气相对于转弯方向的轮胎起阻力的作用。
另外，可以配置保护罩150，其具有覆盖挡板120、驱动齿轮以及步进电机140的形状，并且保护罩150可以联接至风道110或者挡板引导端部113。因此，步进电机140可以由挡板引导端部113或者形成于保护罩150或风道110的另一结构支撑。
进一步地，根据本发明的主动空气幕装置的操作状态将参考图5A至图6C进行描述。图5A、图5B以及图5C是当气流路径打开时的操作状态，图6A、图6B以及图6C是当气流路径关闭时的操作状态。
如图5A所示，当步进电机140顺时针方向旋转时，第一齿轮131逆时针方向旋转，并且第二齿轮132顺时针方向旋转。因此，如图5B中所示，挡板120在粗箭头方向(图中的右侧)上移动，以将挡板120定位于挡板引导端部113的内侧，并且如图5C中所示，风道110的排出口112变为打开状态以将空气排出至轮胎侧。
同时，如图6A所示，当步进电机140逆时针方向旋转时，第一齿轮131顺时针方向旋转，并且第二齿轮132逆时针方向旋转。因此，如图6B中所示，挡板120在粗箭头方向(图中的左侧)上移动，以使挡板120远离挡板引导端部113移动，并且如图6C中所示，风道110的排出口112变为关闭状态。换句话说，挡板120移动至排出口112侧以关闭排出口112，从而阻止空气排出至轮胎侧。
因此，根据步进电机140的旋转方向控制可以形成如图7和图8中所示的气流状态。换句话说，当车辆如图7中所示向左侧转弯时，保险杠的左侧的空气幕装置关闭排出口，阻塞任何左侧气流(lf)，从而阻止空气排出至具有高阻力的左轮胎(LT)。保险杠的右侧的空气幕装置打开排出口以允许空气通过右侧气流(rf)排出至具有低阻力的右轮胎(RT)，从而改善空气动力学性能。
相反，当车辆如图8中所示向右侧转弯时，保险杠的右侧的空气幕装置关闭排出口，阻塞任何右侧气流(rf)，从而阻止空气排出至具有高阻力的右轮胎(RT)。保险杠的左侧的空气幕装置打开排出口以允许空气通过左侧气流(lf)排出至具有低阻力的左轮胎(LT)，从而改善空气动力学性能。
此外，将参考图9描述根据本发明的主动空气幕装置和主动空气幕系统的控制方法。在下文中描述的控制方法可以由控制器执行。在起动状态下(S10)，可以确定步进电机是否处于正常操作(例如，没有故障或者损坏)(S20)，在损坏的情况下，可以执行警示灯通知(S21)。
当步进电机正常时，可以通过与参考车辆速度进行比较来确定车辆速度(S30)。如图所示，参考车辆速度可以是大约80kph，但是其可以根据车辆的规格、空气幕装置的规格、性能等变化。因此，当车辆速度小于参考车辆速度时，空气幕装置可以保持打开(S31)。换句话说，挡板120可以操作为打开排出口112。
然而，当车辆速度大于参考车辆速度时，可以基于转向角来确定车辆转弯的情况(S40)。因此，当车辆正在直线行驶时，可以重复初始步骤S20。当车辆向左侧转弯时，可以关闭左空气幕装置的气流路径(即，排出口)(S51)，当车辆向右侧转弯时，可以关闭右空气幕装置的气流路径(即，排出口)(S52)。
特别地，可以基于转向角通过控制器来确定车辆左转弯、右转弯还是直线行驶。例如，左转弯的确定标准可以设置为转向角相对于0°小于大约-3°的情况，右转弯的确定标准可以设置为转向角相对于0°大于大约+3°的情况，并且正在直线行驶的确定标准可以设置为在大约-3°至+3°范围内。
如上所述，本发明可以根据行驶期间的转向角通过主动地控制空气幕的气流路径来减小空气阻力并且改善空气动力。
如上所述，尽管已经参考示例性附图描述了本发明，但是本发明不限于所描述的示例性实施方案，并且对本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以对本发明进行各种修改和改变。因此，这样的修改或者改变应当被包括在本发明的权利要求中，并且本发明的范围应当基于所附的权利要求来解释。

Claims (16)

1.一种车辆的主动空气幕装置，包括：
风道，所述风道形成有吸入口、排出口以及从吸入口到排出口的气流路径，所述风道安装于车辆的保险杠的内表面；以及
挡板，所述挡板具有板的形状，通过由所述风道进行支撑和引导来操作，并且所述挡板配置为打开和关闭排出口。
2.根据权利要求1所述的车辆的主动空气幕装置，其中，所述挡板形成有齿轮部，并且进一步包括：
驱动齿轮，所述驱动齿轮与将被驱动的齿轮部啮合；以及
步进电机，所述步进电机配置为操作所述驱动齿轮。
3.根据权利要求2所述的车辆的主动空气幕装置，其中，所述齿轮部包括：
第一突出端部，所述第一突出端部形成为在垂直于挡板的纵向方向的方向上延伸；以及
第二突出端部，所述第二突出端部与第一突出端部隔开并且形成为在垂直于挡板的纵向方向的方向上延伸；
其中，第一突出端部和第二突出端部分别形成有第一内齿轮和第二内齿轮。
4.根据权利要求3所述的车辆的主动空气幕装置，其中，所述驱动齿轮包括：
第一齿轮，所述第一齿轮与第一内齿轮啮合；以及
第二齿轮，所述第二齿轮与第二内齿轮和第一齿轮啮合。
5.根据权利要求1所述的车辆的主动空气幕装置，其中，所述风道包括挡板引导部，所述挡板引导部形成于排出口侧并且配置为支撑和引导挡板。
6.根据权利要求5所述的车辆的主动空气幕装置，其中，所述挡板引导部包括：
挡板引导端部，所述挡板引导端部成形为在向气流路径的方向倾斜的方向上突出并且在与排出口的纵向方向平行的方向上延伸；以及
挡板引导孔，所述挡板引导孔沿着挡板引导端部的纵向方向形成。
7.根据权利要求2所述的车辆的主动空气幕装置，其中，所述挡板基于步进电机的旋转方向来打开或者关闭排出口。
8.一种包括根据权利要求1所述的车辆的一对主动空气幕装置的主动空气幕系统，其中，一对主动空气幕装置相对于车辆的前部分别安装于保险杠的左侧和保险杠的右侧。
9.根据权利要求8所述的主动空气幕系统，其中，当车辆向左转弯时，关闭安装于保险杠的左侧的主动空气幕装置的排出口，而当车辆向右转弯时，关闭安装于保险杠的右侧的主动空气幕装置的排出口。
10.一种操作一对主动空气幕装置的方法，每个装置包括：风道和挡板，所述风道形成有吸入口、排出口以及从吸入口到排出口的气流路径，所述风道安装于车辆的保险杠的内表面；所述挡板具有板的形状，通过由所述风道进行支撑和引导来操作，并且所述挡板配置为打开和关闭排出口，所述方法包括：
利用控制器确定车辆是否转弯；以及
利用控制器基于车辆是否转弯和车辆转弯的方向来操作一对主动空气幕装置；
其中，所述一对主动空气幕装置相对于车辆的前部分别安装于保险杠的左侧和保险杠的右侧。
11.根据权利要求10所述的操作一对主动空气幕装置的方法，其中，当车辆向左转弯时，安装于保险杠的左侧的主动空气幕装置的挡板调整为在排出口关闭的方向上操作。
12.根据权利要求11所述的操作一对主动空气幕装置的方法，进一步包括：
当车辆的转向角相对于0°小于-3°时，利用控制器确定车辆向左转弯。
13.根据权利要求10所述的操作一对主动空气幕装置的方法，其中，当车辆向右转弯时，安装于保险杠的右侧的主动空气幕装置的挡板调整为在排出口关闭的方向上操作。
14.根据权利要求13所述的操作一对主动空气幕装置的方法，进一步包括：
当车辆的转向角相对于0°大于+3°时，利用控制器确定车辆向右转弯。
15.根据权利要求11或13所述的操作一对主动空气幕装置的方法，进一步包括：
在确定车辆是否转弯之前，利用控制器将车辆速度与参考车辆速度进行比较。
16.根据权利要求15所述的操作一对主动空气幕装置的方法，进一步包括：
当车辆速度大于参考车辆速度时，利用控制器确定车辆是否转弯；以及
响应于确定车辆速度小于参考车辆速度，将所述一对主动空气幕装置的挡板保持在打开排出口的状态。
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