主动空气进气口的制作方法

本申请总体上涉及车辆空气管道，并且更具体地涉及用于对通向车辆轮舱中的区域的空气流进行主动调节的装置。

技术实现要素：

本公开涉及用于车辆的空气管道系统，该空气管道系统可以包括主动空气进气口。用于车辆的空气管道系统可以包括主动空气进气口和一个或更多个管道，其中，所述一个或更多个管道能够将空气引导至车辆的轮舱，主动空气进气口定位在管道的入口处。空气进气口可以构造成控制通向入口的空气流的量。在一些配置中，空气管道可以包括通向轮舱的一个或更多个出口，所述一个或更多个出口包括通向轮舱的低压区域的出口和通向车辆的制动部件的出口。

在一些情况下，空气管道系统可以包括两个或更多个主动空气进气口。在一些示例中，每个空气进气口均可以独立地控制通向相应的空气管道的空气流。在其他情况下，单个主动空气进气口可以控制通向管道的两个或更多个分支的空气流(例如，基于空气进气口的打开程度)。在一些情况下，空气进气口可以在处于关闭位置时抵靠成与车辆底部齐平。空气管道系统还可以包括位于空气管道内的一个或更多个阀，该空气管道构造成将空气流引导至管道内的一个或更多个分支。

在一些示例中，可以基于与主动空气进气口相关联的相应轮舱中的所确定的温度来控制一个或更多个主动空气进气口的操作。例如，空气进气口可以构造成仅保持打开足够长的时间以冷却车辆的制动部件，但是随后在不需要时关闭以便提高空气动力学效率。

附图说明

应当指出的是，附图可以是简化形式并且可以不是按比例绘制的。参照本文的公开内容，仅出于方便和清楚的目的，使用相对于附图的方向术语，比如顶部、底部、左、右、上、下、上方、下方、下面、后、前、远端和近端。这些方向性术语不应被说明为以任何方式限制本公开的范围。

图1是根据各种实施方式的车辆的正视图，其示出了滞止区域。

图2是根据各种实施方式的车辆的下侧的示意图，其示出了高压区域和低压区域。

图3是根据各种实施方式的车辆的下侧的示意图，其示出了高压区域和低压区域。

图4是根据各种实施方式的车辆的一部分和管道的示意图。

图5是根据各种实施方式的车辆的一部分和管道的示意图。

图6是根据各种实施方式的车辆的一部分和管道的示意图。

图7是根据各种实施方式的车辆的一部分和管道的示意图。

图8是根据各种实施方式的车辆的一部分和管道的示意图。

图9是车辆的侧视图的示意图，其示出了处于完全挤压位置的主动空气进气口。

图10是车辆底部的示意图，其示出了主动空气进气口的位置。

图11是车辆的一部分的侧视图的示意图，其描绘了主动空气进气口、管道和轮舱。

图12是车辆的一部分的俯视图的示意图，其描绘了两个主动空气进气口、管道和轮舱。

图13A是车辆的一部分的俯视图的示意图，其描绘了主动空气进气口、管道和轮舱。

图13B是车辆的一部分的俯视图的示意图，其描绘了图13中示出的主动空气进气口、管道和轮舱。

图14是示例性受控冷却系统过程的图。

具体实施方式

当车辆运动时，在车辆周围产生了空气流模式的复杂的3维系统。流模式通常可以分组为经过车辆前部的流、越过侧面和车顶的流、在车辆的底部表面与道路之间的间隙中的流、以及在车辆后面的流(尾流)。这些空气流模式可能会导致围绕车辆的压力差异很大的区域或区。取决于车辆设计的空气动力学，高压区域可以抵抗车辆的向前运动，并且低压区域可能会导致阻力，该阻力导致作用于空气流方向(与车辆运动相反)上的力。这两种合力都可能会妨碍车辆的性能，或者在设计阶段导致选择更大的发动机以实现期望性能。在汽油或柴油动力车辆中，合力可以减小车辆的燃油里程。在电动车辆中，合力可以减小车辆的行驶距离。

在移动车辆的前部处，当可能没有足够的空气流来将空气直接引导至车辆前方、车辆周围、车辆上方或下面时，空气的速度可以接近零。此时，静压可以达到最大值，该最大值被称为滞止压力。发生滞止压力的区域被称为滞止区域(例如，参见图1和图2)。虽然阻力可能在车辆后部处最明显，但由于车轮在车辆下方的空气流区域中的位置，因此在每个车轮后面也会发生阻力。相对于空气流，车轮的钝的横截面形状可以在每个车轮后面产生尾流并且可能会导致施加在车辆上的阻力。车辆前部处的滞止压力与每个前车轮后面的阻力的组合可能会导致不利于保持车辆的向前运动的力的组合。

另外，在现代汽车设计中，轮舱现在容纳许多散热器，这些散热器布置在那里以便排出以热量为形式的多余的能量。这种散热器的非穷举清单包括：车辆制动器、油冷却器、辐射器、空调热交换器和电池冷却板。将这些散热器部件布置在经受有限空气流的轮舱中可能会导致围绕单个散热器形成热微气候。这些微气候可以用于限制这些散热器的设计效率且对相关的车辆系统产生负面影响。

现在参照图1和图2，以主视图(图1)和仰视图(图2)示出了根据各种实施方式的车辆100。当车辆100向前移动时，可以在车辆100的前端110处形成高压空气区域。由于前端110的相对钝的形状，因此高压空气区域可以被截留，从而导致滞止区域105。基本上同时，如图2所示。由于在前车轮205的非空气动力学横截面形状周围的空气流中产生的湍流，因此可以在前车轮205中的每个前车轮(如本文所使用的，术语“车轮”指轮辋/轮胎组合)后面形成低压区域220。尽管通常在较小程度上，可以在后车轮210中的每个后车轮后面以及恰好在车辆100的后端215后面形成低压区域。

如图3中的箭头所示，根据各种实施方式，通过使空气从滞止区域105移动至低压区域220可以减小或最小化由滞止区域105和低压区域220产生的不期望的力。下面参照图4至图8对用以使空气从滞止区域105移动至低压区域220的各种配置进行说明。附加地或替代性地，在下面将参照图10至图14进行说明的其他示例中，通过在车辆底部打开一个或更多个主动冷却进气口，可以减小或最小化低压区域220的不期望的力。在所有示例中，如下面将进一步说明的，各种配置还可以用于冷却轮舱内的部件(例如，制动系统)。

图4示出了根据各种实施方式的车辆100的前端110的一部分，包括管道405，该管道405从滞止区域105内的前端110(例如，从前饰板)延伸至前车轮205后面的低压区域220。管道405可以允许空气从滞止区域105通过管道入口415流入(如虚线箭头所示)并进入管道405，随后从管道出口420离开管道405并进入轮舱425。将空气从滞止区域105移除并将空气注入轮舱425中可以减小滞止区域105的压力，从而减小车辆100的前端110处的阻力。将空气注入轮舱425中可以增大轮舱425内的压力并且减小或最小化车轮205后面的低压区域，从而减小阻碍车辆100的向前运动的阻力。另外，如下面详细描述的那样，通过管道405注入轮舱425中的空气可以具有为制动器410提供额外冷却的有益效果。

管道入口415可以包括有助于空气通过管道405的非湍流流动的任何形状。这样，管道入口415可以呈圆形、椭圆形、矩形等。管道入口415可以是朝前的，或者管道入口415可以是浸没的(比如NACA管道)。尽管未在图4中示出，各种实施方式可以包括延伸横过前端110的大部分的管道入口415，或者管道入口415可以包括连结到管道405中的多个单独的入口415。类似地，管道出口420可以呈期望的任何形状并且可以包括一个或更多个挡板(未示出)，用以将离开空气沿不止一个方向引导。如图4的各种实施方式所示，管道405通常可以从入口415至出口420变窄，以增加出口420处的空气的速度。然而，本领域技术人员将容易认识到的是，管道405可以具有大致恒定的直径或者用于非圆形管道405的横截面区域。另外，管道405的整体形状可以是直的、弯曲的或者任何其他复杂的几何形状，以穿过或围绕车辆100的其他部件。

图5示出了管道405进一步延伸到轮舱425中，使得管道出口420定位成更靠近低压区域220的各种实施方式。虽然图5中示出的实施方式可以更直接地影响低压区域，但是更少的空气可以被引导至制动器410以用于进行冷却。因此，如图6所示，根据各种实施方式，包括第二入口610和第二出口615的第二管道605可以被添加至车辆100。第二出口615可以被引导朝向制动器410以提供冷却。

根据车辆100的结构设计，将第一管道405和第二管道605通过车辆100的结构被布设至轮舱425可以证明是具有挑战性的。因此，图7示出了管道405分成用以将一部分空气流引导至低压区域220的第一分支705和用以将一部分空气流引导至制动器410以进行冷却的第二分支710的各种实施方式。管道405的分支可以在沿着管道405的长度的任何点处发生，这有利于布设管道405以及第一分支705和第二分支710。

在各种实施方式中，管道405还可以包括阀715，用以调节通过管道405的空气流。阀715能够从第一位置移动至第二位置(以虚线示出)或者移动至在第一位置与第二位置之间的任意位置，在第一位置中，允许最大空气流通过管道，在第二位置中，管道405关闭或几乎关闭。阀715的移动和定位可以由系统控制器控制和引导，系统控制器又可以与智能代理通信。智能代理可以位于车辆100内或车辆100外部。在各种实施方式中，系统控制可以基于来自一个或更多个传感器(未示出)的输入数据来确定阀715的位置。示例性传感器可以包括但不限于位于车辆100上的任何外部点处或位于第一管道405或第二管道605或轮舱425内的压力传感器、位于制动器410中的温度传感器、环境温度传感器、速度传感器、节气门位置传感器等。

在各种实施方式中，阀715可以定位在第一分支705和第二分支710从管道405开始延伸的位置处，如图8所示。如上所述，系统控制器可以基于传感器输入数据来定位阀715。例如，制动器410内的温度传感器可以指示出制动器410低于最佳操作温度。在这种情况下，系统控制器可以将阀715引导至如图8所示的部分或完全关闭第二分支710的位置，从而允许制动器410的温度升高。如果系统控制器稍后确定出制动器410的温度太高，则阀715可以移动至如由图8中的虚线所指示的位置，以增加进入第二分支710的空气流。

阀715可以是蝶形阀、挡板阀、球阀、盘阀、快门阀、闸阀、截止阀、或者本领域中已知的用以调节流体流的任何其他装置。阀715例如可以是电动操作的或液压操作的。

在其他示例中，除了如以上参照图2至图8所描述的引导来自气坝前部的空气流，空气可以经由一个或更多个致动的主动冷却进气口而被选择性地引导至一个或更多个轮舱内的区域。

图9描绘了具有主动冷却进气口101的车辆的一个实施方式。与上述实施方式一样，所描绘的系统的目的是既限制车辆上的拖曳力又调节位于轮舱103内的车辆部件的热环境。图9描绘了主动冷却进气口101的展开以将空气抽吸到车辆轮舱103中以便冷却位于该区域中的车辆部件。尽管未在图9中示出，主动冷却进气口可以替代性地处于关闭位置。在关闭位置中，主动冷却进气口101可以齐平地抵靠着车辆底部放置，从而提供供空气通过的低湍流表面。

图10描绘了根据本公开的实施方式的车辆的下侧。主动冷却进气口101可以位于车辆的底部面板104上，并且可以位于每个车轮210、205的中心线的略微内侧。在一个实施方式中，通过将每个主动冷却进气口101定位成略微向前并且定位至每个车轮210、205的内侧，则可以在产生用于主动制动冷却系统的最短的冷却路径的同时实现显著的冷却优势。

图11描绘了根据本发明的一个实施方式的前轮舱和主动冷却进气口的详细视图。为清楚起见，省略了诸如车轮205的一些元件。主动空气进气口101示出为处于完全缩回位置，其中，完全打开位置由虚线表示。在一个实施方式中，主动空气进气口101铰接在最靠近车轮205的一侧的枢轴点处，并且主动空气进气口101在被致动时沿着与车辆底部水平的轴线径向地旋转。该铰链125可以包括将主动空气进气口101的运动朝向关闭位置偏置的弹簧。这种弹簧可以在不再需要主动空气进气口101时帮助快速关闭主动空气进气口101，从而确保更大的空气动力学性能。在其他实施方式中，铰链125可以包括将主动空气进气口101的运动朝向打开偏置的弹簧。在偏置打开的实施方式中，这种弹簧可以有助于更快地打开主动空气进气口101以进行更快地冷却。

主动冷却空气进气口可以由与车辆底部相同的材料形成。在一些实施方式中，主动冷却空气进气口可以是柔韧材料或柔性材料并且可以由用以承受极端天气和极端温度的合适材料制成。这些材料包括天然聚合物和合成聚合物、各种金属和金属合金、天然存在的材料、纺织纤维、及其所有合理的组合。

在本公开的进一步预期的实施方式中，变形材料也可以用于任何实施方式中。本公开的形状改变方面通过由经由控制器中的车辆动态控制算法控制的马达和致动器构成的硬件来实现。变形材料或智能材料是具有一种或更多种性质的材料，这些性质可以通过外部刺激——比如应力、温度、湿度、pH、电场或磁场——以受控方式显著地改变。

主动空气进气口101被描绘为具有固定的外部形状，该外部形状包括平坦的底平面、直的前边缘、以及形成用于空气的进气口或通道的侧壁。在单独的预期实施方式中，每个主动空气进气口101均具有向下折叠的侧壁，使得侧壁形成从进气口的底部至车辆底部的连续侧壁。也就是说，这些气流导引件中的每个气流导引件均具有特定形状，并且无论这些件被展开还是被缩回，这些件可以保持其形状。在进一步预期的实施方式中，这些导引件中的任何导引件均可以通过使用柔韧材料和底层框架来替换或增强，所述底部框架能够借助于由控制器321控制的致动器302来移动。例如，代替使用由刚性材料制成的底部面板104，底部面板104由包裹在柔韧材料中的底层框架制成。通过主动控制底层框架的运动和形状，可以有效地改变该特定底部面板104的外轮廓。控制器还可以选择性地通过切换前后收缩来改变喉部的位置以改变前后车轮210、205装载的空气动力学分布。

可以使用致动器302来使主动空气进气口101移动。致动器302可以例如是电动操作的或液压操作的。在一些实施方式中，杆或线缆连接至致动器302并且用于使主动空气进气口101移动。每个致动器302可以构造成以一系列不同角度打开空气进气口。可以选择性地选择该打开角度以最佳地平衡所允许的冷却空气的量同时平衡通过打开主动空气进气口101而产生的阻力。在不同时间，每个主动空气进气口101均可以根据与主动空气进气口101相关联的轮舱的局部热环境的需要而打开。

在一个预期的实施方式中，在急转弯制动事件期间，在背向转弯的一侧上的轮舱103可以更冷并且因而需要更少的冷却。位于车辆的那一侧的主动空气进气口101可以相对于车辆底部以一浅角展开。相反，车辆的最靠近转弯的一侧上的轮舱103可能由于较重的制动而经受更大的热量并且需要显著的冷却。主动空气进气口101可以相对于该侧上的汽车底部以更大的角度展开。在紧急制动情况下，可以在所有轮舱103处产生或预期产生高水平的热量。在这种情况下，主动空气进气口101可以展开至其最大可展开角度。

此外，主动空气进气口101的移动和定位可以由系统控制器控制和引导，该系统控制器又可以与智能代理通信。智能代理可以位于车辆100内或车辆100外部。在各种实施方式中，系统控制可以基于来自一个或更多个传感器(未示出)的输入数据来确定主动空气进气口101的位置。示例性传感器可以包括但不限于位于车辆底部104上的轮舱103中的任意位置处或轮舱103内的任何热发射部件上的管道405内的压力传感器。这些传感器包括位于车辆制动器油冷却器、散热器等上的热传感器。

每个主动空气进气口101均经由管道405连接至其相应的轮舱103。管道入口415可以包括有助于空气通过管道405的非湍流流动的任何形状。该管道入口通信地联接至主动空气进气口101，并且管道入口415在主动空气进气口101的铰接侧处开始。这样，管道入口415可以呈圆形、椭圆形、矩形等。管道入口415通信地附接至主动空气进气口101。尽管图4中未示出，各种实施方式可以包括延伸横过主动空气进气口101的大部分的管道入口415，或者管道入口415可以包括连结到管道405中的多个单独的入口415。类似地，管道出口420可以呈任何期望的形状并且可以包括一个或更多个挡板(未示出)，用以将离开空气沿不止一个方向引导。在各种实施方式中，管道405通常可以从入口415至出口420变窄以增加出口420处的空气的速度。然而，本领域技术人员将容易认识到的是，管道405可以具有大致恒定的直径或者具有用于非圆形管道405的横截面区域。另外，管道405的整体形状可以是直的、弯曲的或任何其他复杂的几何形状，以穿过或围绕车辆100的其他部件。

在一些实施方式中，管道405可以进一步延伸到轮舱103中，使得管道出口420定位成更靠近低压区域220。在其他实施方式中，一个或更多个管道可以用于向制动转子和低压区域220两者提供空气。图12至图13示出了主动空气进气口构造成选择性地向制动转子和低压区域两者提供空气的各种实施方式。

图12示出了各种实施方式的俯视图，在各种实施方式中，第一管道735将一部分空气流引导至低压区域220，第二管道740将一部分空气流引导至制动器410以进行冷却，并且通向任一管道的空气由主动空气进气口501和502确定。图12中示出的配置可以类似于以上图6中示出的配置进行操作，然而此处，被引导至低压区域220的空气的量由第一空气进气口501控制，并且被引导至制动器410的空气的量由第二主动空气进气口502控制。

图13A至图13B示出了各种实施方式的相应的俯视图和侧视图，在各种实施方式中，主动空气进气口503控制通向管道745的空气流，该管道745被分隔成可以将空气引导至低压区域220的第一分支750和可以将空气引导至制动器410以进行冷却的第二分支760。在这些图示中，空气进气口503示出为处于第一(部分打开)位置，其中，第二(完全打开)位置由虚线表示。为清楚起见，图13B中省略了车轮205。如图13B所示，在一些配置中，第一分支750可以定位在第二分支760上方，使得当空气进气口503打开至第一位置时，空气被主要引导至第一分支750，并且当空气进气口503被打开至第二位置时(比第一位置更开放)，空气也被引导至第二分支760。在此处未示出的其他配置中，第一分支750和第二分支760可以相对于彼此水平定位。在这些配置中，空气进气口503可以构造成在一侧比另一侧更宽地打开(例如，经由在空气进气口503的任一竖向壁处的双致动器)，从而选择性地将空气流引导至第一分支750和/或第二分支760。在未示出的另一些配置中，通向管道745的空气流可以经由单个空气进气口502控制，但是空气流的方向可以经由阀(例如，阀715)控制，如以上参照图7和图8类似地描述的那样。应该理解的是，尽管以上图示论述了空气进气口503仅在打开时允许空气流，但是一些实施方式可以构造成在关闭时允许通向部件中的一个或更多个部件的空气流(例如，通向低压区域220的空气流)。

与上述实施方式一样，空气进气口(以及在一些实施方式中，阀715)的运动和定位可以由系统控制器控制和引导，该系统控制器又可以与智能代理通信。智能代理可以位于车辆100内或车辆100外部。在各种实施方式中，系统控制可以基于来自一个或更多个传感器(未示出)的输入数据来确定阀715的位置。示例性传感器可以包括但不限于位于车辆100上的任何外部点处或位于第一管道405或第二管道605或轮舱425内的压力传感器、位于制动器410中的温度传感器、环境温度传感器、速度传感器、节气门位置传感器等。

一个或更多个温度传感器可以在本公开的一些实施方式中实现。热电偶可以布置成与位于轮舱中的制动系统的某些部分直接接触。在一个实施方式中，该传感器是热电偶，该热电偶布置于不在任何冷却空气的直接路径中的表面上，冷却空气可以在主动空气进气口101被展开时被引入。通过将热电偶保持在冷却空气的直接路径之外，可以进行更准确的热读数。在其他实施方式中，多个热电偶既布置在各种车辆制动部件上又布置在轮舱中的其他热源上。

在另一预期的实施方式中，可以使用一个或更多个IR传感器来检测轮舱中的各个部件的温度。IR传感器可以与制动转子、制动钳、制动管线或另一制动部件一起放置在直接的现场线上。还考虑了使用机械地针对多个热点的多个IR检测器或单个IR检测器。

另外，制动系统温度可以在现有车辆输入上建模，所述现有车辆输入比如为车辆速度、制动压力、在给定时间内施加的制动力、以及其他类似的车辆数据点。已知的制动算法可以用于计算车辆动能的变化。在给定时间内车辆动能的变化可以用于计算由车辆的制动器吸收的动能的量。在已经吸收了计算量的动能之后，可以使用已知算法来估算车辆的制动系统的温度。这样，可以在不直接测量车辆制动系统的温度的情况下估算车辆的制动器温度。

在一些实施方式中，主动空气进气口被独立地管理。因此，当位于轮舱中的热部件不需要额外的冷却时，主动空气进气口不被展开。然而，如果轮舱中的一个或更多个热部件需要冷却，则主动空气进气口被展开。

图14描绘了示例性智能预测计算机控制的冷却系统过程。该系统由车辆的主制动系统管理。在一个预期的实施方式中，制动管理系统(未示出)构造成对控制一个或更多个主动空气进气口101的致动器进行控制。制动管理系统还可以构造成从位于车辆轮舱内的一个或更多个热检测装置接收输入。可以对制动管理系统进行编程，以将由热检测装置报告的温度与针对装置或轮舱环境的程序设计的热极限进行比较。如果由热装置报告的温度超过已知的热极限，则制动管理系统可以命令致动器打开一个或更多个主动空气进气口。

应当理解的是，主动空气进气口可以根据来自制动管理系统的命令而被完全打开或打开至部分打开状态。在一个实施方式中，制动管理系统接收指示轮舱103温度高于热极限的热信号。制动管理系统命令致动器以将与该轮舱相关联的主动空气进气口101打开至中途打开位置。制动管理系统随后等待规定的时间段，该规定的时间段在一些情况下可以在5秒至60秒之间。如果在规定的时间段过去之后该轮舱中的温度仍然高于热极限，则制动管理系统可以命令致动器以将主动空气进气口打开至完全打开位置。如果该轮舱中的温度在任何点都低于热极限，则制动管理系统可以命令致动器以关闭主动空气进气口。

本领域技术人员将理解的是，本文中所描述的制动管理系统可以是车辆的主制动系统，或者本文中所描述的制动管理系统可以是车辆制动系统内的子系统。在其他预期的实施方式中，本文中所描述的用作主动空气进气口的控制系统的制动管理系统可以是与车辆的其余制动系统分开的系统。

虽然已经结合一系列优选实施方式对本公开进行了描述，但是这些描述并非旨在将本公开的范围限于本文中所阐述的特定形式。以上描述是说明性的而非限制性的。在阅读本公开后，实施方式的许多变型对本领域技术人员而言将变得明显。因此，本公开的范围不应参照以上描述来确定，而是应当参照所附权利要求及其等同物的全部范围来确定。

如本文所使用的，术语“车辆”是指任何陆地车辆、机动车辆、电动车辆和混合动力车辆。术语“车辆”还包括所有车辆类型，包括轿车、跑车、旅行车、运动型多功能车、卡车、货车和拖拉机拖车。

如本文所使用的，结合有用于使空气流导引件移动的能力的术语“缩回”和/或“可缩回”是指将导引件取回朝向车辆底部的运动，与远离车辆并朝向地面的移动相反。应该指出的是，这些术语没有限定如何取回导引件，并且这些术语没有限定导引件被取回所沿的方向。例如，为了“缩回”主动空气进气口，该运动可以包括沿着侧裙部的纵向侧面以几乎旋转动作使主动空气进气口枢转。同样地，“缩回”侧裙部还可以包括将侧裙部在竖向方向上朝向底部提升而不使侧裙部沿其纵向侧面旋转的运动。

如本文所使用的，术语“具有”、“包含”、“包括”、“包括有”等是开放式术语，该开放式术语指示所陈述的元件或特征的存在，但并不排除附加元件或特征。除非上下文另有明确说明，否则冠词“一”、“一个”和“该”旨在包括复数以及单数。