Автомобиль

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, более конкретно - к автомобильным воздухозаборникам с переменной геометрией, предназначенным для охлаждения двигателей спортивных автомобилей. Автомобиль имеет, по меньшей мере, один воздухозаборник, содержащий, по меньшей мере, один дефлектор, имеющий одну или более стенок, служащих для подачи воздуха через отверстие, выполненное в кузове автомобиля. Дефлектор шарнирно соединен, по меньшей мере, с одной деталью автомобиля для обеспечения возможности его поворота при помощи, по меньшей мере, одного мотора вокруг оси для изменения размера отверстия. Угол между осью вращения дефлектора и вертикальной плоскостью симметрии автомобиля не превышает 45°. Техническим результатом является повышение аэродинамических характеристик автомобиля. 18 з.п. ф-лы, 11 ил, 1 табл.

 

Настоящее изобретение относится к автомобилю с воздухозаборником и, в частности, к воздухозаборнику с переменной геометрией, который можно использовать для охлаждения двигателей спортивных автомобилей.

Известны воздухозаборники для автомобилей, которые содержат, по меньшей мере, один дефлектор, имеющий одну или более стенок, служащих для подачи воздуха через одно отверстие, выполненное в кузове этих автомобилей и обращенное в сторону их передней части. С одной стороны, эти воздухозаборники ухудшают аэродинамические характеристики автомобиля, а с другой стороны, они должны иметь большой размер в случае двигателя очень большой мощности, как, например, в спортивных автомобилях, в которых, несмотря на это, действительно важным является достижение наилучших аэродинамических характеристик. В сущности, если воздухозаборник не будет иметь подходящего размера, двигатель может опасно перегреваться.

Таким образом, задачей настоящего изобретения является предложить воздухозаборник, свободный от упомянутых недостатков. Данная задача достигается при применении воздухозаборника, основные отличительные особенности которого описаны в первом пункте приложенной формулы изобретения, а другие отличительные особенности - в ее последующих пунктах.

Благодаря системе привода дефлектора, соответствующий настоящему изобретению воздухозаборник может менять свою геометрию и, следовательно, приводить воздушный поток, поступающий на один или более радиаторов, в соответствие с потребностями охлаждения. Таким образом, при данной конструкции можно уменьшать размер отверстия воздухозаборника, когда поступающего воздуха достаточно для охлаждения двигателя, чтобы оптимизировать аэродинамические характеристики автомобиля. Это является важным на высоких скоростях, когда аэродинамические характеристики автомобиля серьезно влияют на его ходовые качества.

Обнаружено, что для дальнейшего улучшения аэродинамических характеристик автомобиля угол между осью поворота дефлектора и вертикальной плоскостью симметрии автомобиля в предпочтительном случае не должен превышать 45°, а еще лучше - быть менее 5°. При такой конструкции также снижаются аэродинамические нагрузки, воздействующие на дефлектор и препятствующие его перемещению, с сопутствующим снижением риска поломки мотора, приводящего в действие данный дефлектор.

Кроме того, аэродинамические характеристики соответствующего настоящему изобретению воздухозаборника в закрытом и открытом положении дополнительно улучшаются путем придания соответствующей формы стенкам дефлектора и части кузова под ними, а также установкой петель в направлении центральной оси автомобиля.

Согласно одной из отличительных особенностей данного изобретения положение дефлектора воздухозаборника может зависеть не только от скорости автомобиля, но также и от числа оборотов его двигателя, а также от температуры охлаждающей жидкости и/или окружающего воздуха, в результате чего дефлектор открывается только, когда это действительно необходимо.

Согласно другой отличительной особенности данного изобретения воздухозаборник управляется устройством, которое может не только точно перемещать дефлектор, но также и проверять правильность его относительного положения и функционирования. Для выполнения этой задачи электронное управляющее устройство предпочтительно содержит датчики положения, ШИМ-устройство (устройство широтно-импульсной модуляции) и электронно-вычислительные средства, например микропроцессор. Кроме того, управляющее устройство позволяет обнаруживать препятствия, если таковые имеются, на пути перемещения дефлектора, и незамедлительно сообщать о них водителю автомобиля.

Согласно еще одной отличительной особенности данного изобретения перемещением дефлектора водитель может управлять вручную, например при проверке его работы или в других целях.

Другие преимущества и отличительные особенности забора воздуха, соответствующего настоящему изобретению, станут очевидны специалистам в данной области техники из последующего подробного описания варианта реализации изобретения, не ограничивающего его объем, с использованием приложенных чертежей, из которых:

Фиг.1 представляет собой общий вид спереди части автомобиля с закрытым воздухозаборником;

Фиг.2 представляет собой общий вид спереди части автомобиля, показанного на Фиг.1, с открытым воздухозаборником;

Фиг.3 представляет собой общий вид сзади части автомобиля, показанного на Фиг.1 с закрытым воздухозаборником;

Фиг.4 представляет собой общий вид сзади части автомобиля, показанного на Фиг.1, с открытым воздухозаборником;

Фиг.5 представляет собой общий вид спереди дефлектора воздухозаборника, показанного на Фиг.1;

Фиг.6 представляет собой общий вид сзади дефлектора воздухозаборника, показанного на Фиг.1;

Фиг.7 представляет собой поперечное сечение задней части воздухозаборника, показанное на Фиг.1;

Фиг.8 представляет собой схематическое продольное сечение воздухозаборника, показанного на Фиг.1;

Фиг.9 представляет собой поперечное сечение центральной части воздухозаборника, показанного на Фиг.1;

на Фиг.10 показана электрическая схема управляющего устройства воздухозаборника, показанного на Фиг.1; и

на Фиг.11 показана блок-схема работы воздухозаборника, показанного на Фиг.1.

Как показано на Фиг.1-6, воздухозаборник, соответствующий данному варианту реализации настоящего изобретения, содержит дефлектор 1, который шарнирно соединен с деталью автомобиля 2. Следовательно, подвижный дефлектор 1 может поворачиваться вокруг оси 3 для изменения размера отверстия 4, выполненного в кузове автомобиля 2 и обращенного в сторону передней части автомобиля. В частности, угол между осью 3 вращения дефлектора 1 и вертикальной плоскостью симметрии автомобиля 2 не превышает 45°, и предпочтительно меньше 5°, то есть ось 3 вращения фактически параллельна направлению движения автомобиля 2. Для подачи воздуха внутрь автомобиля 2 через отверстие 4 дефлектор 1 содержит боковую стенку 5 и заднюю стенку 6. Для улучшения аэродинамических характеристик боковая стенка 5 предпочтительно является выпуклой и имеет по существу прямоугольную форму, а задняя стенка 6 является предпочтительно вогнутой и имеет по существу форму полуконуса, основание которого обращено в сторону от автомобиля 2.

Как показано на Фиг.7 и 8, дефлектор 1 шарнирно соединен с деталью 7 каркаса автомобиля 2 при помощи одной или более петель 8, установленных в направлении центральной оси этого автомобиля, в результате чего боковая стенка 5 при повороте выдвигается наружу. Дефлектор 1 далее содержит внутреннюю стенку 9, выполненную с наклоном и такой формы, которая позволяет подавать вниз воздух, поступающий из отверстия 4. Для этой цели кузов автомобиля 2 выполнен такой формы, чтобы получить канал 10, образованный внешней боковой стенкой 11, внутренней боковой стенкой 12 и нижней стенкой 13, который подает воздух, поступающий из отверстия 4, к радиаторам автомобиля 2 (на чертежах не показаны). В случае автомобилей с центральным или задним расположением двигателя пара воздухозаборников, соответствующих настоящему изобретению, предпочтительно размещена выше брызговика каждого из задних колес, при этом дефлектор 1 не выступает за обводы кузова автомобиля 2 в закрытом положении, а канал 10 выполнен в этом же кузове под дефлектором 1. На Фиг.7 дефлектор 1 показан пунктирной линией 14 в открытом положении, а на Фиг.8 дефлектор 1 показан пунктирной линией 15 в закрытом положении.

Как показано на Фиг.9 дефлектор 1 может поворачиваться в направлении стрелок 16 при помощи поршня 17, который может перемещаться в цилиндре 18 и приводится в действие электрическим мотором 19, например, мотором модели Microwin 1:50 Lent. компании OSLV Italia. Свободный конец поршня 17 шарнирно соединен с рычагом 20, прикрепленным к дефлектору 1, а цилиндр 18 шарнирно соединен с кронштейном 21, прикрепленным к детали 22 автомобиля 2, например элементу его каркаса. На данной фигуре дефлектор 1 в открытом положении показан пунктирной линией 23.

Как показано на Фиг.10, воздухозаборник, соответствующий настоящему изобретению, содержит электронное устройство 24, служащее для управления одним или более моторами 19 с целью перемещения одного или более дефлекторов 1. Управляющее устройство 24 содержит, в частности, электронно-вычислительные средства 25, например 8-разрядный микропроцессор Motorola MC68HC908AZ60 с внутренним тактовым генератором переменной частоты с установленной частотой 16 МГц, с питанием от источника 26, вырабатывающего ток 400 мА, защищенного от перегрузок и соединенного с линиями электропроводки автомобиля 2.

Микропроцессор 25 соединен с одним или более запоминающими устройствами, в частности с флэш-памятью 27, емкостью 60 кБ, с ОЗУ 28 (оперативное запоминающее устройство) емкостью 2 кБ и с ЭСППЗУ 29 (электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство) емкостью 1 кБ, которые содержат данные и программы для микропроцессора 25, а также этот микропроцессор соединен с ШИМ-устройством 30, предназначенным для управления моторами 19. В частности, ШИМ-устройство 30 соединено с моторами 19 и преобразует управляющие сигналы, выдаваемые микропроцессором 25, в сигналы с постоянным напряжением и переменным рабочим циклом. Следовательно, скорость моторов 19 можно менять путем изменения характеристик их электрического питания. Рабочие циклы упомянутых сигналов вычисляются микропроцессором 25 в соответствии со скоростью автомобиля 2 и положением дефлектора 1. Это положение в сбоку очередь соответствующим образом определяется датчиками положения 31, которые установлены на каждом из моторов 19 и соединены с микропроцессором 25 посредством интерфейса 32. Датчики положения 31 представляют собой, например, известные датчики на основе эффекта Холла, в общем случае встроенные в моторы 19 и измеряющие смещение дефлектора 1 или соединенной с ним детали, такой как поршень 17, относительно конечного положения, соответствующего, в частности, закрытому воздухозаборнику, т.е. нулевому числу шагов для датчика положения 31.

Электрическое питание, подаваемое ШИМ-устройством 30, представляет собой произведение величины тока, текущего по обмоткам мотора 19 (пропорционального создаваемому этим мотором крутящему моменту), на приложенное напряжение, от чего зависит максимальная скорость, достигаемая мотором 19. Следовательно, измеряя ток, текущий по обмоткам мотора 19, можно определить создаваемый ими крутящий момент и, таким образом, усилие, воздействующее на дефлекторы 1.

При помощи набора пороговых значений, хранящихся в одном или более запоминающих устройств 27, 28 и 29 и зависящих от типа требуемого перемещения и от ШИМ-сигнала, передаваемого устройством 30, микропроцессор 25 проверяет, соответствует ли ток, потребляемый моторами 19, нормальному режиму работы дефлекторов 1. Если ток чрезвычайно низкий, микропроцессор 25 диагностирует внештатный режим работы, например цепь мотора 19 разомкнута или его механический привод находится в нерабочем состоянии. Если, наоборот, ток превышает предварительно заданные пороговые значения, то есть усилие, воздействующие на дефлектор 1, становится чрезмерным, микропроцессор 25 проверяет положение самого дефлектора при помощи датчика положения 31. Если расстояние до требуемого положения меньше заранее определенного порогового значения, микропроцессор 25 определяет, что дефлектор 1 достиг конечного положения и останавливает его. Если, наоборот, расстояние до требуемого положения больше, то микропроцессор 25 распознает наличие препятствия.

Такое состояние является потенциально опасным, так как данное препятствие может представлять собой конечности человека, поэтому микропроцессор 25 незамедлительно изменяет направление перемещения дефлектора 1 и приводит его в исходное положение, чтобы дать возможность удалить препятствие, после чего возобновляется попытка привести дефлектор 1 в требуемое положение. Если данное препятствие не удалено, цикл смены направления перемещения и последующая попытка восстановления требуемого положения повторяются заранее определенное число раз, после чего микропроцессор 25 останавливает дефлектор 1, предупреждая водителя о внештатном режиме работы при помощи сигнального средства, например контрольной лампы 33, размещенной на панели приборов автомобиля 2 и соединенной с микропроцессором 25 через интерфейс данных 34. Очевидно, что микропроцессор 25 определяет, что перемещение завершено также каждый раз, когда число шагов мотора 19, определенное датчиком положения 31, становится равным заранее определенному значению.

Через интерфейс 34, например, CAN-типа (Controlled Area Network - сеть контролируемых объектов) микропроцессор 25 далее соединен со множеством внешних датчиков, также известного типа, а именно датчиком 35, служащим для измерения скорости автомобиля 2, датчиком 36, служащим для измерения числа оборотов двигателя автомобиля 2, датчиком 37, служащим для измерения температуры охлаждающей жидкости в двигателе автомобиля 2, и датчиком 38, служащим для измерения температуры окружающего воздуха. Эти датчики в общем случае уже установлены в спортивном автомобиле и соединены с блоком 39 электронного управления, который управляет работой самого автомобиля и, следовательно, может быть соединен с интерфейсом 34. Кроме того, микропроцессор 25 соединен с последовательным интерфейсом 40 для обмена данными с внешней системой, а также с цифровым интерфейсом 41, который в свою очередь соединен с кнопкой 42, установленной в салоне автомобиля 2 для ручного управления движением дефлекторов 1.

Как показано на Фиг.11, запрос на открытие или закрытие дефлекторов 1 может быть послан водителем вручную при помощи кнопки 42 либо автоматически микропроцессором 25 при достижении заранее определенных пороговых значений, хранящихся в одном или более из запоминающих устройств 27, 28 и 29 и относящихся к температуре воздуха, измеренной датчиком 38, или к температуре охлаждающей жидкости, измеренной датчиком 37. Пороговые значения температур, при которых предписывается закрытие предпочтительно ниже температур, при которых предписывается открытие, чтобы избежать нежелательных колебаний дефлекторов 1.

Чтобы запрос на выполнение перемещения реально преобразовывался в приказ для моторов 19, число оборотов двигателя автомобиля 2, определенное датчиком 36, должно превышать пороговое значение, например ноль, а скорость автомобиля 2, определенная датчиком 35 должна быть ниже одного или более из хранящихся пороговых значений, например первого значения максимальной скорости для начала автоматического перемещения, вызываемого датчиками 37 или 38, и второго значения максимальной скорости для начала ручного перемещения, вызываемого кнопкой 42.

Кроме того, так как возможные варианты начала перемещения дефлекторов 1 определены пороговой скоростью автомобиля 2, то и возможные варианты движения этих дефлекторов также определяются той же пороговой скоростью. Если скорость автомобиля 2 при его движении преодолевает это пороговое значение при начавшемся перемещении дефлекторов 1, это перемещение в любом случае преобразуется в перемещение открытия, чтобы избежать возникновения чрезмерных механических напряжений в конструкциях, обусловленных воздействием аэродинамических сил на дефлекторы 1 при высоких скоростях. Например, пороговое значение максимальной скорости может быть равно 180 км/ч, поэтому при превышении этого значения перемещение дефлекторов 1 может быть запрещено, либо, если оно уже началось, оно может быть ускорено для достижения некоторого положения, например открытого положения.

В приведенной ниже таблице дан пример пороговых значений, которые могут программироваться для положения дефлекторов 1.

Таблица 1
Пример пороговых значений
Температура охлаждающей жидкости, °С	Температур воздуха, °С	Скорость автомобиля, км/ч	Положение дефлекторов
Т<80	Т<30	V<180	Закрыты
Т<80	30<Т<38	V<180	Закрыты
Т<80	Т>38	V<180	Закрыты
80<Т<95	Т<30	V<180	Закрыты
80<Т<95	30<Т<38	V<180	Открыты
80<Т<95	Т>38	V<180	Открыты
Т>95	Т<30	V<180	Открыты
Т>95	30<Т<38	V<180	Открыты
Т>95	Т>38	V<180	Открыты

Таким образом, перемещение воздушных дефлекторов 1 может постоянно определяться соблюдением следующих четырех правил управления:

Правило 1: перемещение преобразуется в открытие, если скорость автомобиля 2 начинает превышать заранее определенное пороговое значение. Возможные варианты перемещения дефлектора 1 далее восстанавливаются, только если скорость автомобиля 2 снижается до величины "пороговое значение минус значение запаздывания", чтобы избежать колебаний воздухозаборника.

Правило 2: если ток, потребляемый мотором 19, становится меньше заранее определенного минимального значения, то есть обнаружена механическая или электрическая неисправность самого мотора, перемещение прекращается, и микропроцессор 25 сообщает о внештатном режиме работы при помощи контрольной лампы 33.

Правило 3: если ток, потребляемый мотором 19, начинает превышать заранее определенное максимальное значение, и при этом расстояние до требуемого положения превышает заданное значение, то определяется наличие препятствия, в противном случае перемещение дефлектора 1 считается завершенным.

Правило 4: перемещение дефлектора 1 прекращается, если его положение, определенное при помощи датчика положения 31, соответствует требуемому.

Как рассмотрено выше, установка дефлекторов 1 в нужное положение выполняется при помощи датчиков положения 31, отсчитывающих число оборотов моторов 19, чтобы определить смещение поршней 17 относительно нулевого положения. Затем смещение дефлекторов 1 относительно нулевого положения определяется и сохраняется при каждом их перемещении, закончилось ли оно нужным результатом или было прервано в результате неисправности или наличия препятствия. Следовательно, необходимо, чтобы перемещения дефлекторов 1 можно было определять относительно точного нулевого положения. С этой целью обеспечивается возможность выполнения операции сброса, которая вызывает перемещение дефлекторов в закрытое положение, продолжающееся до тех пор, пока не будет превышено заранее определенное пороговое значение тока. После завершения этой операции счетчик шагов датчиков положения 31 устанавливается в ноль.

Во время выполнения этой операции сброса функции обеспечения безопасности отключаются, поэтому, во избежание рисков, запрос на проведение этой операции должен осуществляться только при помощи диагностического инструмента, используемого в авторизованных центрах технического обслуживания.

Специалистами в данной области техники описанный и проиллюстрированный выше вариант реализации настоящего изобретения может быть изменен и/или дополнен без изменения объема изобретения.

1. Автомобиль, имеющий, по меньшей мере, один воздухозаборник, содержащий, по меньшей мере, один дефлектор (1), имеющий одну или более стенок (5, 6, 9), служащих для подачи воздуха через отверстие (4), выполненное в кузове автомобиля (2), где упомянутый дефлектор (1) шарнирно соединен, по меньшей мере, с одной деталью (7) автомобиля (2) для обеспечения возможности его поворота при помощи, по меньшей мере, одного мотора (19) вокруг оси (3) для изменения размера отверстия (4), отличающийся тем, что угол между осью (3) вращения дефлектора (1) и вертикальной плоскостью симметрии автомобиля (2) не превышает 45°.

2. Автомобиль по п.1, отличающийся тем, что угол между осью (3) вращения дефлектора (1) и вертикальной плоскостью симметрии автомобиля (2) меньше 5°.

3. Автомобиль по п.1, отличающийся тем, что дефлектор (1) содержит боковую стенку (5), которая является выпуклой и имеет, по существу, прямоугольную форму.

4. Автомобиль по п.1, отличающийся тем, что дефлектор (1) содержит заднюю стенку (6), которая является вогнутой и имеет, по существу, форму полуконуса, основание которого обращено в сторону от автомобиля (2).

5. Автомобиль по п.1, отличающийся тем, что дефлектор (1) шарнирно соединен, по меньшей мере, с одной деталью (7) автомобиля (2) при помощи одной или более петель (8), установленных в направлении центральной оси автомобиля (2).

6. Автомобиль по п.1, отличающийся тем, что дефлектор (1) содержит внутреннюю стенку (9), выполненную с наклоном и такой формы, которая позволяет подавать вниз воздух, поступающий из отверстия (4).

7. Автомобиль по п.1, отличающийся тем, что его кузов выполнен такой формы, чтобы получить канал (10), образованный внешней боковой стенкой (11), внутренней боковой стенкой (12) и нижней стенкой (13), который обеспечивает подачу воздуха, поступающего из отверстия (4), к радиаторам автомобиля (2).

8. Автомобиль по п.7, отличающийся тем, что забор воздуха размещен выше брызговика заднего колеса автомобиля (2), при этом в закрытом положении дефлектор (1) совмещен с кузовом, а канал (10) выполнен в этом же кузове под дефлектором (1).

9. Автомобиль по п.1, отличающийся тем, что дефлектор (1) выполнен с возможностью вращения при помощи поршня (17), который перемещается в цилиндре (18) и приводится в действие электрическим мотором (19), при этом свободный конец поршня (17) шарнирно соединен с рычагом (20), прикрепленным к дефлектору (1), а цилиндр (18) шарнирно соединен с кронштейном (21), прикрепленным к детали (22) автомобиля (2).

10. Автомобиль по п.1, отличающийся тем, что он содержит электронное устройство (24), служащее для управления, по меньшей мере, одним электрическим мотором (19) с целью перемещения, по меньшей мере, одного дефлектора (1), и содержит электронно-вычислительные средства (25), которые снабжаются энергией от источника питания (26), соединенного с линиями электропроводки автомобиля (2), и которые соединены с одним или более запоминающими устройствами (27, 28, 29), содержащими данные и программы для электронно-вычислительных средств (25).

11. Автомобиль по п.10, отличающийся тем, что электронно-вычислительные средства (25) содержат микропроцессор Motorola MC68HC908AZ60, а запоминающие устройства (27, 28, 29) содержат флэш-память (27), оперативное запоминающее устройство (28) и электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (29).

12. Автомобиль по п.10, отличающийся тем, что электронно-вычислительные средства (25) соединены, по меньшей мере, с одним устройством (30) широтно-импульсной модуляции, которое соединено, по меньшей мере, с одним электрическим мотором (19) и служит для преобразования управляющих сигналов, выдаваемых электронно-вычислительными средствами (25), в сигналы с постоянным напряжением и переменным рабочим циклом.

13. Автомобиль по п.10, отличающийся тем, что положение дефлектора (1) определяется при помощи, по меньшей мере, одного датчика положения (31), установленного на электрическом моторе (19) и соединенного с электронно-вычислительными средствами (25) через интерфейс (32).

14. Автомобиль по п.10, отличающийся тем, что электронно-вычислительные средства (25) соединены с датчиком (35), служащим для измерения скорости автомобиля (2), с целью автоматического определения перемещения дефлектора (1) в соответствии с пороговыми значениями скорости автомобиля (2), хранящимися в запоминающих устройствах (27, 28, 29).

15. Автомобиль по п.10, отличающийся тем, что электронно-вычислительные средства (25) соединены с датчиком (36), служащим для измерения числа оборотов двигателя автомобиля (2), с целью автоматического определения перемещения дефлектора (1) в соответствии с пороговыми значениями числа оборотов, хранящимися в запоминающих устройствах (27, 28, 29).

16. Автомобиль по п.10, отличающийся тем, что электронно-вычислительные средства (25) соединены с датчиком (37), служащим для измерения температуры охлаждающей жидкости двигателя автомобиля (2), с целью автоматического определения перемещения дефлектора (1) в соответствии с пороговыми значениями температуры охлаждающей жидкости, хранящимися в запоминающих устройствах (27, 28, 29).

17. Автомобиль по п.10, отличающийся тем, что электронно-вычислительные средства (25) соединены с датчиком (38), служащим для измерения температуры воздуха снаружи автомобиля (2), с целью автоматического определения перемещения дефлектора (1) в соответствии с пороговыми значениями температуры воздуха, хранящимися в запоминающих устройствах (27, 28, 29).

18. Автомобиль по п.10, отличающийся тем, что электронно-вычислительные средства (25) выполнены с возможностью измерения тока, потребляемого электрическим мотором (19) и сообщения о внештатных ситуациях при движении дефлектора (1), если таковые имеются, при помощи сигнального средства (33).

19. Автомобиль по п.10, отличающийся тем, что электронно-вычислительные средства (25) соединены с кнопкой (42), установленной в салоне автомобиля (2) для ручного управления движением дефлектора (1).