用于车辆的空气动力系统的制作方法

用于车辆的空气动力系统
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2021年6月22日提交的韩国专利申请第10-2021-0081152号的优先权，其全部内容出于各种目的通过引用而合并于此。
技术领域
3.本发明涉及一种用于车辆的空气动力系统，更特别涉及以下这种用于车辆的空气动力系统，其被构造为通过在车辆行驶时产生负阻力来改善车辆的空气动力性能。


背景技术：

4.车辆的空气动力性能是车辆发展阶段的关键因素之一。在整车行驶过程中，阻力通常由三个分量决定，而目前的阻力对车辆的空气动力性能影响很大。影响空气动力性能的阻力产生的因素包括在车辆初始造型阶段确定的车辆的流线型造型、车辆下部结构的不平整、车辆前部的形状等。为了改善车辆的空气动力性能，必须适当考虑几个因素。
5.车辆包括前端部以及位于前端部后方的前舱。
6.前舱通过仪表板与乘客舱隔开。前舱容纳动力总成装置和热交换器(散热器、冷凝器、中冷器等)。动力传动装置包括动力源，例如(内燃机车辆的)内燃机或(电动车辆的)电动机，以及将动力源的动力转换成车辆运动的相关部件(传动装置、驱动轴、差速齿轮、车桥等)。
7.此外，车辆包括安装在前端部上的格栅以及位于前舱下方的下盖板。格栅具有允许环境空气流入前舱的多个开口。格栅保护容纳在前舱中的动力总成装置、热交换器等。下盖板具有一个或多个排气孔。车辆的空气动力可以通过允许空气穿过格栅流入前舱，并通过下盖板中的孔从前舱流向(排出到)车辆下部而得以改善。
8.当车辆行驶时，根据现有技术的空气动力学系统可能无法有效地利用从前舱通过下盖板中的孔流到车辆外部的空气的流动能。
9.在本发明背景技术部分中公开的信息仅用于加强对本发明总体背景的理解，而不应视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员已知的现有技术。


技术实现要素：

10.本发明的各个方面旨在提供一种用于车辆的空气动力系统，该系统被构造为通过在车辆行驶时利用朝向车辆外部的空气的流动能量产生负阻力来改善车辆的空气动力性能。
11.根据本发明的各个方面，一种用于车辆的空气动力系统，包括：通风管道，将气流从前舱引导到车辆的外部；以及旋转体，能够在通风管道内旋转。
12.在车辆行驶过程中，当空气通过通风管道从前舱被引导到车辆的外部时，车辆的空气动力性能可以通过实施马格努斯效应(magnus effect)来改善，在该效应中，当旋转体在通风管道中旋转时，力作用在旋转体上。
13.旋转体具有沿车辆的横向方向的旋转轴线；并且旋转体围绕旋转轴线旋转。
14.随着空气通过通风管道向外流动，旋转体沿车辆的横向方向围绕旋转轴线旋转，旋转体前方的前侧压力与旋转体后方的后侧压力之间可出现压力差。通过在与车辆行驶方向相反的方向上产生负阻力，可以提高车辆的空气动力学性能。
15.空气动力系统进一步包括：驱动机构，使旋转体沿预定旋转方向旋转。驱动机构包括电动机和传动装置，该传动装置将电动机结合到旋转体并将电动机的动力传递到旋转体。
16.当驱动机构主动转动旋转体时，可以主动利用通过通风管道向外流动的空气的能量。
17.当在车辆行驶时通过通风管道将空气引导至车辆的外部时，驱动机构使旋转体沿预定旋转方向旋转，以使通风管道内旋转体前方的前侧压力小于通风管道内旋转体后方的后侧压力。该旋转方向可与车辆行驶时车辆的前轮旋转的方向相同。
18.由于驱动机构使旋转体沿与车辆前轮相同的旋转方向旋转，因此旋转体前方的前侧压力可低于旋转体后方的后侧压力。由于前侧压力和后侧压力之间的压力差，可以在与车辆行驶方向相同的方向上产生负阻力，从而降低车辆的阻力，改善车辆的空气动力学性能。
19.通风管道安装在位于前舱下方的下盖板上，下盖板具有与通风管道的出口对齐的孔，并且通风管道的入口面向前舱。
20.由于通风管道的入口面向前舱，通风管道的出口与下盖板的孔对齐，因此可以将空气从前舱通过通风管道快速引导至下盖板的下部。
21.旋转体可以内置在通风管道内。旋转体的前部可与通风管道的前壁间隔开，旋转体的后部可与通风管道的后壁间隔开。根据本发明的各种示例性实施例，旋转体的前部与通风管道的前壁之间的前方间隙可以与旋转体的后部与通风管道的后壁之间的后方间隙相同。根据本发明的另一示例性实施例，旋转体的前部与通风管道的前壁之间的前方间隙可以小于旋转体的后部与通风管道的后壁之间的后方间隙。
22.由于旋转体与通风管道的前壁和后壁之间存在间隙，因此旋转体前方的通风管道的前侧空间可以限定在旋转体的前部和通风管道的前壁之间，并且旋转体后方的通风管道的后侧空间可以限定在旋转体的后部与通风管道的后壁之间。当旋转体在通风管道内旋转时，旋转体前方的通风管道的前侧空间与旋转体后方的通风管道的后侧空间之间会产生压力差。
23.旋转体的旋转轴线与车辆的前轮的旋转轴线对齐。
24.旋转体的旋转轴线位于车辆的前轮的旋转轴线的前方。
25.旋转体的旋转轴线位于车辆的前轮的旋转轴线的后方。
26.本发明的方法和装置具有其它特征和优点，这些特征和优点从结合在本文中的附图和以下具体实施方式中将会显而易见或在其中得以更详细地阐明，附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
27.图1示出了根据本发明的各种示例性实施例的用于车辆的空气动力系统，该系统
设置在车辆的前方；
28.图2示出从图1的箭头方向观察的仰视图；
29.图3示出在根据本发明的各种示例性实施例的用于车辆的空气动力系统中，旋转体在通风管道中不旋转的状态；
30.图4示出在根据本发明的各种示例性实施例的用于车辆的空气动力系统中，旋转体在通风管道中旋转的状态；
31.图5示出在根据本发明的各种示例性实施例的用于车辆的空气动力系统中，随着旋转体在通风管道中旋转而产生负阻力的状态；
32.图6示出图3的示例性实施例的变型例；
33.图7示出图2的示例性实施例的变型例；
34.图8示出图2的示例性实施例的另一变型例；并且
35.图9示出根据本发明的各种示例性实施例的用于车辆的空气动力系统的仰视图，该系统设置在车辆的前方。
36.应当理解的是，附图不一定按比例绘制，而是呈现出说明本发明的基本原理的各种特征的有所简化的表示。如本文所公开的包括例如具体尺寸、方向、位置和形状的本发明的具体设计特征，将部分地由特定预期的应用和使用环境来确定。
37.在附图中，贯穿附图的多幅图形中，附图标记表示本发明的相同或等效的部件。
38.附图标记说明：
39.1 车辆
40.2 前端部
41.3 前舱
42.4 格栅
43.5 下盖板
44.6 前轮罩
45.7 前轮
46.8 支撑件
47.9 发动机罩
48.10 空气动力系统
49.11 通风管道
50.12 旋转体
51.13 驱动机构
52.15 电动机
53.16 传动装置
54.51、61 前侧空间
55.52、62 后侧空间
具体实施方式
56.现在将详细参考本发明的各种实施例，其示例在附图中示出并在以下予以说明。虽然将结合本发明的示例性实施例说明本发明，但是应当理解的是，本说明并非旨在将本
发明限制于这些示例性实施例。相反，本发明旨在不仅涵盖本发明的这些示例性实施例，而且涵盖可包括在由所附权利要求所限定的本发明的思想和范围内的各种替代形式、修改、等同物和其他实施例。
57.在下文中，将参照附图详细描述本发明的示例性实施例。在附图中，相同的附图标记将始终用于表示相同或等同的元件。此外，将排除与本发明相关联的公知技术的详细说明，以免不必要地模糊本发明的要旨。
58.诸如第一、第二、a、b、(a)和(b)的词语可用于说明本发明的示例性实施例中的元件。这些词语仅用于区分一个元件与另一个元件，并且相应元件的固有特征、顺序或次序等不受这些词语的限制。除非另外定义，否则本文中使用的包括技术和科学术语的所有术语，具有与本发明的各种示例性实施例所属领域的技术人员通常理解的相同的含义。在通常使用的词典中定义的那些术语应被解释为具有与相关领域中的上下文含义相同的含义，并且不应被解释为具有理想或过于正式的含义，除非在本技术中明确定义。
59.参照图1，车辆1可以包括前端部2以及位于前端部2后方的前舱3。
60.前舱3可以通过仪表板(也称为“防火墙”)与乘客舱隔开。前舱3可容纳动力传动装置和热交换器(散热器、冷凝器、中间冷却器等)。动力传动装置包括动力源，例如(内燃机车辆的)内燃机或(电动车辆的)电动机，以及将动力源的动力转化为车辆运动的相关部件(传动装置、驱动轴、差速齿轮、车桥等)。用于支撑动力传动装置、热交换器等的一些部件的支撑件8可以设置在前舱3的下部，并且前舱3的上部可以通过发动机罩9来打开或关闭。
61.此外，车辆可以包括安装在前端部2上的格栅4和位于前舱3下方的下盖板5。格栅4可具有允许环境空气流入前舱的多个开口4a。格栅4可以保护容纳在前舱3中的动力传动装置、热交换器等。下盖板5可以具有至少一个用于排气的孔5a。下盖板5中的孔5a可以在车辆的宽度方向上延伸。
62.参照图1，根据本发明的各种示例性实施例的用于车辆的空气动力系统10可以包括将空气流从前舱3引导到车辆1外部的通风管道11。
63.通风管道11可以构造成流体连接前舱3和车辆1的外部。通风管道11可以包括面向前舱3的入口11a和面向车辆外部的出口11b。入口11a可以设置在通风管道11的上端部，而出口11b可以设置在通风管道11的下端部。由于通风管道11的出口11b与下盖板5的孔5a对齐，因此通风管道11的出口11b可以向下盖板5的下部开口。通风管道11的入口11a可以面向前舱3，而通风管道11的出口11b可以与下盖板5的孔5a对齐，使得空气可以通过通风管道11从前舱3快速引导至下盖板5的下部。
64.参照图1，靠近入口11a的通风管道11的一部分可以朝向格栅4弯曲，因此通过格栅4流入前舱3的空气可以被快速引导到通风管道11中。
65.根据本发明的各种示例性实施例，通风管道11可以通过紧固件、焊接等固定到下盖板5。
66.根据本发明的另一示例性实施例，通风管道11和下盖板5可以形成整体的一体式结构。
67.参照图1，通风管道11的高度h是指在车辆的高度方向上延伸的尺寸。参照图2，通风管道11的宽度w是指沿车辆纵长方向延伸的尺寸，通风管道11的长度l是指沿车辆宽度方向延伸的尺寸。
68.参照图2，通风管道11可以具有面向车辆前方的前壁11c、面向车辆后方的后壁11d、面向车辆左侧的左壁11e以及面向车辆右侧的右壁11f。
69.参照图2，通风管道11可以在车辆1的前轮罩6之间沿车辆的宽度方向延伸。每个前轮罩6可以具有容纳相应前轮7的空腔，并且每个前轮7可以在相应前轮罩6的空腔中围绕旋转轴线x1旋转。
70.参照图1和图2，根据本发明的各种示例性实施例的用于车辆的空气动力系统10可包括可在通风管道11中旋转的旋转体12以及使旋转体12旋转的驱动机构13。
71.旋转体12可具有沿车辆宽度(或横向)方向延伸的旋转轴线x2，旋转体12可围绕旋转轴线x2旋转。旋转体12的两端部可以分别由一对旋转支撑件14(例如轴承)可旋转地支撑。参照图2，旋转体12的旋转轴线x2可以与每个前轮7的旋转轴线x1对齐。
72.参照图1，旋转体12可以设置在沿车辆高度方向的通风管道11的入口11a和出口11b之间。参照图2和图3，旋转体12可以沿车辆纵向(长度)方向设置在通风管道11的前壁11c和后壁11d之间。旋转体12的前部可以与通风管道11的前壁11c间隔开，旋转体12的后部可以与通风管道11的后壁11d间隔开。旋转体12前方的通风管道11的前侧空间51可以限定在旋转体12的前部和通风管道11的前壁11c之间，并且，旋转体12后方的通风管道11的后侧空间52可被限定在旋转体12的后部与通风管道11的后壁11d之间。
73.参照图3、图4和图5，旋转体12的直径d可以小于通风管道11的宽度w。旋转体12的前部与通风管道11的前壁11c之间的前方间隙g1可以与旋转体12的后部与通风管道11的后壁11d之间的后方间隙g2相同，使得旋转体12前方的通风管道11的前侧空间51与旋转体12后方的通风管道11的后侧空间52具有相同的容积。
74.参照图2，驱动机构13可以使旋转体12沿预定的旋转方向旋转。根据本发明的各种示例性实施例，驱动机构13可以包括电动机15以及将电动机15的动力传递到旋转体12的传动装置16。例如，传动装置16可以包括例如用于将电动机15的转矩传递至旋转体12的皮带传动机构和齿轮系等各种传动机构。
75.参照图3，当旋转体12在通风管道11内不旋转时，通过通风管道11的空气可以均匀分布到前侧空间51和后侧空间52，并且旋转体12前方的前侧压力可以与旋转体12后方的后侧压力相同。旋转体12前方的前侧压力可以是作用在旋转体12前方的通风管道11的前侧空间51的气压，旋转体12后方的后侧压力可以是作用于旋转体12后方的通风管道11的后侧空间52的气压。
76.参照图1和图4，驱动机构13可以使旋转体12沿预定的旋转方向r2旋转。在此，旋转体12的旋转方向r2可以与车辆1的前轮7的旋转方向r1相同。
77.在车辆的行驶过程中，当旋转体12在空气流过通风管道11的状态下通过驱动机构13沿与车辆1的前轮7相同的旋转方向r2(图4中的逆时针方向)旋转时，穿过旋转体12前方的前侧空间51的空气的速度v1可以大于穿过旋转体12后方的后侧空间52的空气的速度v2，因此，旋转体12前方的前侧压力可低于旋转体12后方的后侧压力。由于旋转体12沿与车辆前轮7的旋转方向r1相同的旋转方向r2旋转，因此旋转体12前方的前侧压力和旋转体12后方的后侧压力之间可出现压力差。因此，如图5所示，可以实现负阻力n沿与车辆的行驶方向相同的方向作用于旋转体12的马格努斯效应(magnus effect)。由于旋转体12连接到车辆的车身，因此负阻力可以同样地作用在车辆上。当车辆在行驶时，阻力(称为“正阻力”或“气
动阻力”)与车辆的行驶方向相反。然而，根据本发明示例性实施例的空气动力系统10可以通过旋转体12的旋转产生与正阻力相反的方向的负阻力n，从而减少车辆的阻力并改善车辆的空气动力性能。
78.根据本发明的各种示例性实施例，如图6所示，旋转体12可以相对靠近通风管道11中的前壁11c，旋转体12的前部与通风管道11的前壁11c之间的前方间隙g3可小于旋转体12的后部与通风管道11的后壁11d之间的后方间隙g4。因此，旋转体12前方的通风管道11的前侧空间61的容积可小于旋转体12后方的通风管道11的后侧空间62的容积。当在车辆行驶期间，旋转体12沿与车辆前轮7的旋转方向r1相同的旋转方向r2旋转时，穿过前侧空间61的空气的速度可以大于图3、图4和图5的示例性实施例中的速度。因此，与图3、图4和图5的示例性实施例相比，旋转体12前方的前侧压力和旋转体12后方的后侧压力之间的压力差会增加，因此相对于旋转体12会产生较大的负阻力。此外，由于旋转体12前方的前侧空间61与旋转体12后方的后侧空间62相比具有较窄的横截面，因此即使在旋转体12的旋转速度相对降低的情况下，也可更顺利地产生因马格努斯效应产生的负阻力。
79.根据本发明的各种示例性实施例，如图2所示，旋转体12的旋转轴线x2可以与前轮7的旋转轴线x1对齐。
80.根据本发明的另一示例性实施例，如图7所示，旋转体12的旋转轴线x2可以位于前轮7的旋转轴线x1的前方，因此，旋转体12的旋转轴线x2可以比前轮7的旋转轴线x1更靠近车辆的前方。
81.根据本发明的另一示例性实施例，如图8所示，旋转体12的旋转轴线x2可以位于前轮7的旋转轴线x1的后方，因此，旋转体12的旋转轴线x2可以比前轮7的旋转轴线x1更靠近车辆的后方。
82.参照图9，根据本发明的各种示例性实施例的用于车辆的空气动力系统10可以包括：多个通风管道21和31，可分别在多个通风管道21和31中旋转的多个旋转体22和32，以及用于分别使多个旋转体22和32旋转的多个驱动机构23和33。下盖板5可以具有分别与多个通风管道21和31对齐的多个孔。例如，两个通风管道21和31可以对称地设置在车辆的左侧和右侧。即，左通风管道21可以设置在车辆的左侧，右通风管道31可以设置在车辆的右侧。左旋转体22可以在左通风管道21中旋转，右旋转体32可以在右通风管道31中旋转。左驱动机构23可以使左旋转体22旋转，右驱动机构33可以使右旋转体32旋转。两个驱动机构23、33可以使相应的旋转体22、33以不同的速度旋转，从而在车辆左右两侧产生不同大小的负阻力。
83.在本发明的示例性实施例中，驱动机构13、23和33可以连接到控制器以控制驱动机构13、23和33中的电机的旋转。
84.如上所述，根据本发明示例性实施例的用于车辆的空气动力系统可以在车辆行驶期间利用朝向车辆外部的空气的流动能量产生负阻力，从而实现减阻并改善车辆的空气动力性能。
85.此外，与控制装置相关的术语，诸如“控制器”、“控制单元”、“控制装置”或“控制模块”等，是指包括存储器和处理器的硬件装置，其被构造为执行被解释为算法结构的一个或多个步骤。存储器存储算法步骤，而处理器执行算法步骤以执行根据本发明的各种示例性实施例的方法的一个或多个过程。根据本发明示例性实施例的控制装置可以通过非易失性
存储器和处理器来实现，该非易失性存储器被被构造为存储用于控制车辆的各种部件的操作的算法或关于用于执行算法的软件命令的数据，以及处理器被构造为使用存储在存储器中的数据来执行上述操作。存储器和处理器可以是单独的芯片。可选地，存储器和处理器可以集成在单个芯片中。处理器可以实现为一个或多个处理器。处理器可包括各种逻辑电路和运算电路，可根据存储器提供的程序处理数据，并可根据处理结果产生控制信号。
86.控制装置可以是由预定程序操作的至少一个微处理器，该预定程序可以包括用于执行包括在本发明的上述各种示例性实施例中的方法的一系列命令。
87.上述发明还可以体现为计算机可读记录介质上的计算机可读代码。计算机可读记录介质是可以存储随后可由计算机系统读取的数据的任何数据存储设备。计算机可读记录介质的示例包括硬盘驱动器(hdd)、固态磁盘(ssd)、硅磁盘驱动器(sdd)、只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、cd-rom、磁带、软盘、光学数据存储设备等以及载波形式的实施(例如，通过互联网传输)。
88.在本发明的示例性实施例中，上述每个操作可以由控制装置执行，并且控制装置可以由多个控制装置构成由或集成的单个控制装置构成。
89.在本发明的示例性实施例中，控制装置可以以硬件或软件的形式来实现，或者可以以硬件和软件的组合来实现。
90.为了在所附权利要求中方便说明和准确定义，使用“上部”、“下部”、“内部”、“外部”、“上”、“下”、“向上”、“向下”、“前”、“后”、“后方”、“内部”、“外部”、“向内”、“向外”、“内部的”、“外部的”、“内侧”、“外侧”、“向前”和“向后”等术语，参照示例性实施例的特征在附图中所示的位置来描述这些特征。应进一步理解，术语“连接”或其派生词指直接连接和间接连接两者。
91.为了说明和描述的目的，已经给出了本发明的特定示例性实施例的前述说明。该说明并非旨在穷举或将本发明限制于所公开的确切形式，并且鉴于上述教导，显然多种修改和变形是可能的。选择和说明示例性实施例是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够实施和利用本发明的各种示例性实施例及其各种替代形式和变型。旨在由所附权利要求及其等效形式来限定本发明的范围。