主动式前导流器的制作方法

本申请要求于2014年6月11日提交的美国临时申请No.62/010,825的权益。以上申请的公开内容通过参引并入本文。

技术领域

本发明涉及用于汽车的主动式前导流器系统中的面板结构。

背景技术：

在车辆中存在相当大的空气动力学效率损失，特别地由于车辆下方及周围的气流而造成。比如使用柔性材料的固定面板或固定空气导流器/阻流器等的传统结构是已知的但是并不满足所需要求，包括但不限于，传统结构没有提供具有通信能力和寿命周期耐久性的有效密封的且可离合的致动器、能够进行目标检测的系统、或耐用的且空气动力学有效的系统。这些固定的空气导流器/阻流器仍是一种折衷方案，原因在于，这些固定的空气导流器/阻流器在不破坏规格和损害其他车辆性能的情况下不能得到最佳高度。此外，在越野驾驶期间或当需要增加离地间隙时，这些空气阻流器即使是柔性的仍然会被损坏。

另一个已知的问题是，车辆的空气动力学性能由于设计成适应宽范围的驾驶情况而被损害。从卡车和运动型多用途车辆的低速机动(多层停车场、减速带、坡道等)到越野驾驶性能，这些问题之一是车辆离地间隙。这些驾驶情况仅仅是车辆寿命的一小部分原因，大部分情况下损害行驶里程的车辆空气动力学性能。

因此，存在对主动式前导流器的长期需要，主动式前导流器在展开时提供增加的空气动力学性能、但在需要低速机动或越野驾驶性能时可缩回。

技术实现要素：

提供了一种在展开时提高空气动力学性能并且可缩回离开原位以使车辆恢复到其原始设计意图的空气动力学表面。本发明涉及一种主动式前导流器组件，该主动式前导流器组件具有至少一个致动器以及联接至至少一个连杆机构组件的至少一个导流器面板。主动式前导流器组件对于比如在越野驾驶期间或当需要增加离地间隙时是可缩回的使得其不损害车辆性能，并且该主动式前导流器组件对于正常驾驶情况是可展开的导流器面板在预定条件下处于延伸位置或展开位置时改善气流。当处于缩回或收起位置时，导流器面板通常朝向车辆下方移动或折叠离开原位以提高离地间隙。

主动式前导流器组件提供完全可展开系统，该完全可展开系统可以目标检测，断开离合器以助于防止损坏(例如在较高的预定载荷下保护导流器面板)，与车辆通信以确定适当的展开和功能，并且适于满足汽车规格和功能性。利用基于预定车辆需求展开和缩回的主动式前导流器系统有利地减小车辆阻力，由此减少了排放并提高了燃料经济性。另外，允许系统缩回，使得车辆仍然可以满足离地间隙、爬坡角度、越野需求等。

例如，可展开导流器的运动由连杆机构组件以及可离合的且具有与车辆通信能力的致动器来驱动，例如以防止对主动式前导流器系统的损坏。可展开导流器面板给予空气动力学益处，而且在较低速度以及越野驾驶或其他预定条件下不限制车辆离地间隙。该系统不需要手动展开并且仅在必要时在预定条件下例如车辆速度在至少每小时30英里的范围内使用。

附图说明

通过详细描述和附图将更全面地理解本发明，在附图中：

图1为根据本发明的具有处于展开位置的主动式前导流器组件的车辆的正视立体图；

图2为根据本发明的第二实施方式的具有主动式前导流器组件的车辆的立体图，该主动式前导流器组件具有多个定位并处于缩回位置，其中，仅外边缘在车轮附近暴露于气流；

图3为根据本发明的另一实施方式的以展开位置示出的主动式前导流器组件的立体图；

图4为根据本发明的以缩回位置示出的图3的主动式前导流器组件的立体图；

图5为根据本发明的图3的展开的主动式前导流器组件的放大剖视侧视图；

图6为根据本发明的图4的缩回的主动式前导流器组件的放大剖视侧视图；

图7为根据本发明的用于致动器组件的示例性离合器系统的立体图；

图8为根据本发明的具有内部离合组件的示例性致动器的立体图，其中，为了清楚起见移除了壳体和马达装置；

图9为图8的致动器的立体图，为了清楚起见不具有壳体；以及

图10为根据本发明的用于展开/收起主动式前导流器组件的具有内部离合器的示例性致动器的分解图。

具体实施方式

优选实施方式的以下描述本质上仅是示例性的并且绝非旨在限制本发明、本发明的应用或用途。

总体上参照图1至图6，根据本发明提供了一种主动式前导流器组件，该主动式前导流器组件通常在预定条件下能够在收起位置(或

“缩回”位置)与展开位置(或“延伸”位置)之间移动。该主动式前导流器组件提供了一种基于车辆需求而展开和缩回的全主动式空气导流器。这使得能够展开而低于固定的面板系统，以显著降低阻力、减少排放、提高燃料经济性(和/或当与主动式前导流器组件组合使用时提高主动式进气格栅的性能)。另外地，允许系统缩回使得车辆仍然可以满足离地间隙、爬坡角度、越野需求等。在系统展开时受到撞击的情况下，致动器允许系统缩回和/或自由移动以助于防止损坏。这些相比于在仪表板下方和/或附近使用固定的牺牲面板实现基本的且效果较差的空气动力学性能改进的典型车辆系统而言具有明显改进。

图1是根据本发明的附接至车辆16且示出处于使用环境的主动式前导流器组件100的立体图。这是典型环境并且示出了根据本发明的处于展开位置的主动式前导流器组件100。

图2是根据本发明的另一实施方式的包括具有多个定位的主动式前导流器组件的另一车辆16的立体图。主动式前导流器具有至少两个导流器面板部分200并处于缩回位置，其中，仅位于外边缘处的这些导流器面板部分200在车轮前方暴露于气流。例如，跨越在两个端部导流器面板部分200之间的中间部分可以是可缩回的(大致向上)，同时两个外边缘部分200保持展开并暴露于气流。

总体上参照图3至图6，根据本发明的另一实施方式提供了总体上以10示出的在预定条件下能够在收起位置(或“缩回”位置)与展开位置(或“延伸”位置)之间移动的主动式前导流器组件。主动式前导流器组件10通常包括至少一个导流器面板1，导流器面板1是半刚性的并且具有刚性上脊部2部分。最优选地，半刚性部分与刚性部分一体地形成。导流器面板1联接至总体上以12、14示出的至少两个连杆机构组件，所述连杆机构组件为四连杆机构。两个四连杆机构组件12、14是可操作的并且间隔开以提供强度、耐久性和在车辆上的安装，同时避免受到约束并且允许在展开位置与缩回位置之间平顺地转换。

每个连杆机构组件12、14具有驱动连杆3和从动连杆4，驱动连杆3和从动连杆4枢转地连接至联接连杆5并且枢转地连接至固定基部连杆6。联接连杆5还包括安装部分18，例如一体形成的、具有用于接纳紧固件的开孔的安装支架，以将相应的连杆机构组件12、14均可操作地联接至导流器面板1。在该实施方式中，存在与每个主动式前导流器组件10一起使用的两个连杆机构组件12、14。然而，在本发明的范围内可以根据组件10的长度及特定应用使用更多或更少的连杆机构组件12、14。

组件10附接至车辆16的下侧并朝向前部。组件10被如下部件可操作地支承并连接至如下部件：车辆16的仪表板部分、保险杠加强件、挡板、车架、或用于将组件10固定至车辆16的任何其他车辆结构或模制件。连杆机构组件12、14中的每个连杆机构组件通过至少一个紧固件20(图4)附接至车辆16，在本实施方式中所述至少一个紧固件为螺母和螺栓的组合，但是在本发明的范围内也可以使用其他紧固件，比如铆钉。每个紧固件20延伸穿过多个第一开孔21中的对应的一个第一开孔，所述第一开孔21形成为固定基部连杆6的上部的一部分。根据应用，固定基部连杆6安装在与组件10附接的车辆部件的前面或后面。至少一个紧固件22还被用于将安装部分18中的每个安装部分连接至导流器面板1的刚性部分2。在优选实施方式中，刚性部分2包括大致槽道形部分19并且安装部分18固定至该槽道。

联接连杆5包括至少两对开孔，另外的两个紧固件24分别延伸穿过所述两对开孔，并且相应的紧固件24均还延伸穿过驱动连杆3和从动连杆4的对应端部，例如延伸穿过形成于连杆3、连杆4中的筒形开口，由此将驱动连杆3和从动连杆4可枢转地连接至联接连杆5。固定基部连杆6还具有至少一对开孔，另外的紧固件24延伸穿过所述至少一对开孔，其中，紧固件24还延伸穿过从动连杆4的对应端部，由此将从动连杆4可枢转地连接至固定基部连杆6。

两个四连杆机构组件12、14的联接连杆5、驱动连杆3、从动连杆4和固定基部连杆6相对于彼此具有合适的预定角度和比率，以有效地使导流器面板1在展开位置与缩回位置之间移动。最优选地，在展开位置中，固定基部连杆6与驱动连杆3之间的角度“A”为约0度至90度。作为非限制性示例，固定基部连杆6的长度约为联接连杆5的长度的0.5倍至5倍；和/或驱动连杆3的长度约为联接连杆5的长度的1倍至6倍；和/或从动连杆4的长度约为联接连杆5的长度的2倍至8倍。

主动式前导流器组件10例如使用延伸穿过固定基部连杆6的附接部分的紧固件20附接至车辆的下侧并朝向前部。在展开位置中(通常向下)，导流器面板1处于气流中(参见图5)；刚性部件2不处于气流中并且由车身9保护。导流器面板1中断气流，由此提高车辆空气动力学性能。然而，这种展开定位减小了车辆离地间隙。当车辆需要其完全离地间隙能力时，导流器面板1缩回(通常向上)(例如参见图6)。

至少驱动连杆3和从动连杆4沿着连杆的长度从连杆的一个接合区域至另一接合区域具有加强特征，例如，桁架30和/或增加强度的同时使重量最小化的其他合适的结构。

连杆机构组件12、14中的一者(例如左侧四连杆机构12)还具有致动器26。连杆机构组件12、14连接至导流器面板1、2并且连接至驱动轴28，该驱动轴28联接至致动器26。连杆机构组件12、14通过导流器1、2(经由连杆机构12、14两者的联接连杆5)和驱动轴28连接。通过致动器26来实现主动式前导流器组件10的缩回和展开。

致动器26附接至驱动轴28，该驱动轴28朝向两个连杆机构组件12、14的驱动连杆3的端部附接。驱动轴28还延伸穿过在固定基部连杆6两者中相邻于驱动连杆3的对应端部形成的开孔。在操作中，致动器26使驱动轴28旋转，驱动轴28使驱动连杆3向上旋转，从而使从动连杆4和联接连杆5向上运动并且使得导流器面板1上升并离开气流(例如图6)折回至缩回位置。致动器26使驱动轴28沿相反方向旋转以使驱动连杆3向下旋转，使得从动连杆4和联接连杆5向下运动并且使导流器面板1下降并进入气流(例如图5)延伸至展开位置。

连杆机构组件12、14对于导流器面板1的运动是关键的并且具有优于常规系统的显著优点。此外，另一显著的优点是致动器26被离合以防止对系统造成损坏。驱动轴28将驱动从左侧传递到右侧，或将驱动从右侧传递到左侧。导流器1、2既是刚性的又是半刚性的以吸收冲击能量，这是另一个显著的优点。

致动器26根据应用和预定的车辆需求是旋转致动器，例如，具有反馈选项、六角型、螺旋式驱动器的、较高速致动器，是电的、机械的、线性的，例如具有电流超驰电路、脱开离合、液压、气动、延伸、动力提升致动器，或者是任何其他致动器及其组合。

在物体冲击处于展开位置的导流器面板1的情况下，系统被设计成吸收能量，但是如果冲击超过预定的设定水平，则致动器26的内部离合器释放，从而允许导流器面板1随冲击移动以防止损坏系统。

在优选的实施方式中，致动器26具有内部离合器，该内部离合器使齿轮脱开离合或脱开接合，从而允许导流器面板1在预定条件下旋转或移动离开原位以助于防止对主动式前导流器组件10造成损坏。例如，在预定力撞击导流器面板1时，致动器26将离合以使齿轮装置脱开接合从而导流器面板1可以自由地移动离开原位。

可离合的致动器26是密封的并且具有与车辆16通信的能力。致动器26和车辆16还通信以根据诸如车辆速度、风向、横摆等及其组合之类的预定条件来使导流器面板1展开和缩回。作为非限制性示例，导流器面板1缩回直到车辆达到例如约30mph至40mph的预定速度为止，然后，导流器面板1延伸并保持展开直到车辆向下降回到预定速度以下或者不再满足继续展开的其他预定条件为止。

导流器面板1在处于完全展开位置时，导流器面板1延伸至大约90°。因此，导流器面板1沿着车辆16前部大致竖向地延伸以防止空气急速进入车辆16下方并在车辆16的下方旋流而因为车辆16下方的所有部件导致湍流，并且减小阻力。导流器面板1大致遵循车辆前端部的曲率和/或可以为勺形或凹形或其他合适的形状/轮廓，以进一步引导气流。当导流器面板1下降处于展开位置时，导流器面板1大致朝向行驶地面延伸约四分之一至二分之一的距离，优选地约三分之一的距离。

在该具体实施方式中，导流器面板1由复合塑料制成。然而，在不背离本发明的范围的情况下，由不同材料比如钢或铝(根据具体的应用)、涂漆碳纤维、挤制的橡胶、或其他适合的抗冲击材料制造导流器面板1以承受预定载荷也在本发明的范围内。另外地，导流器面板1可以由例如模制的复合塑料的单个构件组成，或者由组装或模制在一起的多个构件组成。

总体上参照图7至图10，可用于本文所述的任何实施方式中的致动器26可以是可离合的。具有内部离合器的示例性致动器组件总体上以310示出，致动器组件包括总体上以312示出的离合器系统。在系统中使用具有内部离合器的至少一个致动器310或使用其他致动器和/或与任何其他致动器组合使用。总体上，提供了一种根据本发明的具有内部离合组件的密封致动器，该密封致动器提供期望的更高周期耐久性以及能够与水密性装置相结合，以便用于例如在暴露于元件的车身底部环境中。具有内部离合组件的密封致动器还提供安全的超驰离合系统，该超驰离合器系统允许致动器在预定条件例如预定高载荷下旋转，以助于保护具有内部离合组件的致动器的马达和其他部件，如将在下面更详细地解释的。当遭受异常载荷或预定量的力或其他预定条件时，具有内部离合组件的致动器将使特征移动离开原位以助于防止对特征造成损坏。

离合器系统312包括总体上以312指示的壳体部分和输出轴316，其中，输出轴316接纳在输出止动环318和移动止动环320内并保持输出止动环318和移动止动环320。

在主动式前导流器组件10、100、200的正常操作期间，致动器组件310提供动力以驱动至少一个导流器面板1并且使至少一个导流器面板1在至少收起位置与展开位置之间移动。此外，连接至致动器组件310的是可旋转驱动轴、例如驱动轴28，该可旋转驱动轴可操作地连接至导流器面板1和致动器组件310的输出轴316。驱动轴28用于在由致动器组件310感测到预定条件的情况下使导流器面板1展开，从而使面板1移动至完全延伸的展开位置，以提高空气动力学性能。

输出止动环318在输出轴316上绕输出轴316的不带花键的部分自由旋转。移动止动环320能够轴向地移动至输出轴316但是通过位于两个部件上的多个互锁花键322、324被径向地锁定。输出轴316具有互锁花键322，互锁花键322平行于纵向轴线布置并且绕位于输出轴316的下半部上的外表面可操作地间隔开。移动止动环320具有形成互补槽道的外互锁花键324，该外互锁花键324与互锁花键322以可滑动的方式互锁以控制移动止动环320的轴向移动。输出轴316的互锁花键322终止于具有横向于轴线布置的邻接表面328的一体形成的突出环326，其中，输出止动环318接合抵靠邻接表面328。输出止动环318邻接抵靠输出轴316上的该表面328并且不在轴向方向上移动。

输出齿轮330与输出止动环318啮合以传递扭矩。输出齿轮330具有周向间隔开的区段332，该区段332大体呈类似方形齿的形状，该区段332在输出止动环318的相对凹部334内保持到位以传递扭矩。

输出止动环318和移动止动环320分别具有总体上以336和338示出的相互啮合的第一和第二倾斜齿，相互啮合的第一和第二倾斜齿通过波形弹簧340的偏压力而啮合地保持在一起。波形弹簧340接纳在外输出轴316上并且沿输出止动环318的方向提供了作用于移动止动环320的偏压力。

离合器系统310的部件(例如，输出轴316、输出齿轮330、输出止动环318、移动止动环320和波形弹簧340)通过朝向离合组件312的输出轴316的相应端部定位的第一锁定环342和第二锁定环344而保持在一起。

马达346选择性地提供适于特定应用的扭矩。合适的电子器件348、最优选的是具有连接器触点350的关断印刷电路板(PCB)与车辆通信网络相互关联以便根据预定条件对马达346进行控制，例如关于预定车辆速度范围对马达的通电进行控制。PCB电子器件感测超驰的电流尖峰，这允许离合器使驱动系统脱开接合以允许驱动系统自由地旋转。

马达346具有总体上以352示出的蜗轮，该蜗轮使得总体上以354示出的主齿轮旋转。主齿轮354具有齿轮和螺旋角部分358。蜗轮352具有与齿轮356的齿接合的轴、例如螺纹轴，这使得主齿轮354的齿轮356随着蜗轮352的旋转而旋转。齿轮356的旋转使得主齿轮354的螺旋角部分358也旋转。螺旋角部分358可旋转地接合输出齿轮330。齿轮356与螺旋角部分358的传动比范围可操作地适于将扭矩从马达346/蜗轮352传递到输出齿轮330。输出止动环318和移动止动环320的相互啮合的第一倾斜齿336和第二倾斜齿338当通过波形弹簧340的偏压力保持在一起时而锁定并允许输出轴316旋转，并且通过主齿轮354和输出齿轮330将马达346的扭矩传递到壳体部分314的外部。输出轴330可操作地联接至驱动轴28，用以使面板1等选择性地在至少收起位置与展开位置之间旋转、折叠或以其他方式移动。波形弹簧340在满足偏压需求及预定载荷的需求的同时允许更紧凑的结构。

壳体部分314包括第一半部360和第二半部362。第一半部360具有第一离合组件腔364和第一马达腔366。第二半部362具有第二离合组件腔368、主齿轮腔370和第二马达腔。离合器系统312完全配装在壳体的第一半部360和第二半部362内(在第一离合组件腔364和第二离合组件腔368内)，并且马达346和电子器件348/350(在第一马达腔366和第二马达腔内)以及主齿轮354(在主齿轮腔370内)也完全配装在壳体的内部。壳体部分314的第一半部360和第二半部362连接在一起并使用紧固件连接，并且第一密封件372和第二密封件374添加到输出轴316上以形成水密性壳体。在不背离本发明的范围的情况下，壳体314可以形成在车门槛板模块14等中。

在操作中，输出止动环318和移动止动环320的相互啮合的第一倾斜齿336和第二倾斜齿338在当由波形弹簧340的偏压力保持在一起时而锁定在一起并且允许输出轴316旋转。这允许通过主齿轮354和输出齿轮330将扭矩从马达346/蜗轮352传递到壳体部分314的外部并经由输出轴316传递到到驱动轴28。在预定高载荷水平期间，相互啮合的第一倾斜齿336和第二倾斜齿338产生了克服来自波形弹簧340的载荷的轴向力。这允许移动止动环320脱离接合并允许输出轴316自由旋转，由此防止对密封致动器内部离合组件310造成损坏。

因而，提供了具有内部离合组件310的密封致动器，该密封致动器可以沿两个方向驱动，但是当受到预定载荷例如大于其动态范围许多倍的载荷的情况下停止时将保持其位置而不是反向驱动。致动器310还借助于离合器——该离合器将使驱动系统脱离接合从而允许其旋转(例如，允许输出轴316自由旋转)——来保护自身免受预定载荷例如非常高的载荷的损坏。具有内部离合组件310的密封致动器位于防水壳体中并且可以沿两个方向旋转所需转数。离合器完全自包含在壳体中。致动器具有输出通道驱动结构、例如输出轴316装置，从而允许其从任一侧或两侧对轴(例如驱动轴28)或部件进行驱动。致动器310可以安装至固定部分、例如固定基部连杆6，其中仅外部移动部件为驱动轴28。具有内部离合组件310的密封致动器的离合器系统312在其离合时也不改变形状或高度，这是另一个显著优点。

本发明的描述本质上仅仅是示例性的，因而，不背离本发明要旨的变型将在本发明的范围内。这些变型不被认为是背离本发明的精神和范围的。