СИСТЕМА АКТИВНЫХ ЗАСЛОНОК РЕШЕТКИ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Область техники, к которой относится полезная модель
Настоящая полезная модель относится к системе активных заслонок решетки транспортного средства, в частности, к системе активных заслонок решетки с регулируемым энергопотреблением.
Уровень техники
В настоящее время в некоторых транспортных средствах используются системы активных заслонок решетки. Поскольку снижение расхода топлива и ходовые характеристики транспортного средства зачастую являются важными факторами при принятии решения о покупке транспортного средства, существует необходимость в системе активных заслонок решетки, выполненной с учетом данных эксплуатационных характеристик. В качестве ближайшего аналога полезной модели можно рассмотреть публикацию патентной заявки JP 2010223150 от 07.10.2010. В данной публикации описана решетка, в которой управление открытием и закрытием пластин решетки, в соответствии с направлением вращения привода главного вала. При открытии пластин, главный вал привода вращается в прямом направлении, при закрытии - основной вал вращается в обратном направлении. Таким образом, для переключения положения пластин, вращение привода главного вала должно быть включено, что усложняет контроль за открытием и закрытием пластин.
Раскрытие полезной модели
Техническим результатом полезной модели является снижение лобового сопротивления и снижение расхода топлива при движении транспортного средства.
Для достижения указанного результата предложена система активных заслонок решетки для использования в движущемся транспортном средстве, включающая в себя, по крайней мере, одну пластину, исполнительный механизм для удержания, по крайней мере, одной пластины в нужном положении и контроллер, сконфигурированный таким образом, чтобы регулировать количество электроэнергии, подаваемой на исполнительный механизм, в зависимости от условий работы транспортного средства.
Положение пластины может представлять собой открытое положение, закрытое положение и, по крайней мере, одно заданное промежуточное положение.
По крайней мере, одна пластина способна перемещаться в угловом направлении между открытым положением, закрытым положения и, по крайней мере, одним заданным промежуточным положением.
По крайней мере, одна пластина может располагаться под разными углами в каждом из выбранных положений.
По крайней мере, одна пластина может быть расположена в первой угловой позиции в открытом положении, во второй угловой позиции - в закрытом положении и в третьей угловой позиции - по крайней мере, в одном заданном промежуточном положении.
Давление воздуха может оказывать возрастающее вращательное усилие, по крайней мере, на одну пластину по мере увеличения скорости транспортного средства, в которой величина вращательного усилия, действующего, по крайней мере, на одну пластину на высокой скорости, различается в зависимости от угловой позиции, по крайней мере, одной пластины.
Количества электроэнергии, подаваемой на электродвигатель, может быть достаточно для предотвращения нежелательного углового перемещения, по крайней мере, одной пластины под действием вращательного усилия, по крайней мере, на одну пластину.
Исполнительный механизм может представлять собой электродвигатель.
Контроллер может регулировать потребляемое количество электроэнергии путем изменения силы удерживающего тока, подаваемого на исполнительный механизм.
Условия работы транспортного средства могут включать в себя изменение скорости транспортного средства.
Контроллер может получать сигнал, содержащий информацию о скорости транспортного средства, передаваемый на контроллер из блока управления трансмиссией (РСМ) транспортного средства.
Контроллер может увеличивать силу удерживающего тока, подаваемого на электродвигатель, по мере увеличения скорости транспортного средства и может уменьшать силу удерживающего тока, подаваемого на электродвигатель, по мере уменьшения скорости транспортного средства.
Эти и другие аспекты, цели и отличительные признаки полезной модели будут поняты и оценены специалистами в данной области техники после изучения следующих описания, формулы полезной модели и сопроводительных чертежей.
Краткое описание чертежей
Для лучшего понимания полезной модели пример будет описан со ссылкой на сопроводительные чертежи, из которых:
На Фиг. 1 представлен вид транспортного средства с решеткой, установленной на передней части транспортного средства;
На Фиг. 2 представлен частичный поперечный разрез передней части транспортного средства по линии II-II с Фиг. 1, на котором показан блок пластин системы активных заслонок решетки;
На Фиг. 3 представлено схематичное изображение системы активных заслонок решетки, на котором блок пластин показан в открытом положении;
На Фиг. 4 представлено схематичное изображение системы активных заслонок решетки, на котором блок пластин показан в закрытом положении;
На Фиг. 5 представлено схематичное изображение системы активных заслонок решетки, на котором блок пластин показан в двух различных заданных положениях.
Осуществление полезной модели
В соответствии с требованиями в настоящий документ включено подробное описание предпочтительных вариантов воплощения полезной модели. Однако следует понимать, что раскрытые варианты воплощения являются только примерами и могут быть воплощены в отличных и альтернативных формах. Фигуры необязательно соответствуют точному конструктивному исполнению, некоторые части могут быть увеличены или уменьшены для того, чтобы лучше показать принцип работы. Таким образом, конкретные конструктивные и функциональные особенности, раскрытые в настоящем документе, должны рассматриваться не как ограничения, а как пример для ознакомления специалистов в данной области техники с различными вариантами воплощения настоящего полезной модели.
В настоящем документе термин «и (или)» при перечислении двух или более предметов используется для обозначения того, что любой указанный предмет может быть использован как отдельно, так и в комбинации с двумя или более указанными предметами. Например, если написано, что в состав входят компоненты A, B и (или) C, то состав может включать в себя только A; только B; только C; сочетание A и B; сочетание A и C; сочетание B и C; или сочетание A, B и C.
На Фиг. 1 показан общий вид транспортного средства 2, в передней части 4 которого имеется отверстие 6, в котором установлена решетка 8. На Фигуре решетка 8 показана в общем виде, на практике в зависимости от транспортного средства она может иметь множество конструкционных и (или) декоративных вариантов, при этом ее основной функцией является пропускание воздуха и предотвращение попадания крупных предметов, которые могут повредить внутренние детали, за решетку 8. Для лучшего понимания настоящей полезной модели подробное описание системы активных заслонок решетки будет дано далее со ссылкой на решетку 8. При этом специалисты в данной области техники должны понимать, что на некоторых транспортных средствах установлено несколько решеток и что описанная ниже система активных заслонок решетки может быть приспособлена для использования в транспортных средствах с одной и несколькими решетками.
На Фиг. 2 показан частичный поперечный разрез передней части 4 транспортного средства 2, демонстрирующий один из вариантов воплощения системы 10 активных заслонок решетки, состоящей из блока пластин 12, также известных в данной области техники как заслонок решетки (AGS). Блок 12 пластин может иметь традиционное исполнение и устанавливаться в отсеке 14 двигателя транспортного средства 2. Блок 12 пластин состоит из одной или более пластин, которые на чертеже обозначены как пластины 12.1-12.7, расположенные параллельно друг другу и крепящиеся в корпусе 16, расположенном рядом с решеткой 8. Пластины 12.1-12.7 соединены между собой обычным способом, каждая пластина может перемещаться в угловом направлении относительно своей продольной оси, при этом перемещение 12.1-12.7 пластин в угловом направлении происходит синхронно, что позволяет пластинам 12.1-12.7 занимать выбранное открытое, закрытое или промежуточное положение.
На Фиг. 3-5 изображен один из вариантов воплощения системы 10 активных заслонок решетки, в котором блок 12 пластин представлен в нескольких положениях, включая открытое положение 18 на Фиг. 3, закрытое положение 20 на Фиг. 4 и заданное положение на Фиг. 5, при этом заданное положение соответствует одному или нескольким предварительно заданным промежуточным положениям между открытым и закрытым положениями 18, 20, которые на Фиг. 5 показаны сплошными и пунктирными линиями как заданные положения 22.1 и 22.2 соответственно.
В открытом положении 18, показанном на Фиг. 3, пластины 12.1-12.7 блока 12 пластин перемещены в угловом направлении практически в горизонтальное положение, которое позволяет воздуху поступать в отсек 14 двигателя движущегося транспортного средства через решетку 8 и блок 12 пластин. Попавший внутрь воздух может быть использован для охлаждения различных деталей в отсеке 14 двигателя, например, двигателя транспортного средства. Однако в некоторых случаях в отсек 14 двигателя попадает больше воздуха, чем требуется для охлаждения. Кроме того, на высокой скорости попадание воздуха в отсек 14 двигателя увеличивает лобовое сопротивление движущегося транспортного средства, что ведет к увеличению расхода энергии, обеспечивающей движение вперед, и расхода топлива.
Для снижения лобового сопротивления и снижения расхода топлива пластины 12.1-12.7 блока 12 пластин могут перемещаться в угловом направлении против часовой стрелки относительно открытого положения 18, показанного на Фиг. 3, до тех пор, пока не будет достигнуто закрытое положение 20, показанное на Фиг. 4, в котором пластины 12.1-12.7 расположены практически вертикально, предотвращая попадание воздуха в отсек 14 двигателя и направляя поток воздуха вокруг транспортного средства. В качестве альтернативы пластины 12.1-12.7 блока 12 пластин могут перемещаться в угловом направлении против часовой стрелки относительно открытого положения 18, показанного на Фиг. 3, до тех пор, пока не достигнуто выбранное заданное положение, например, заданное положение 22.1 или 22.2, показанных на Фиг. 5, в котором пластины 12.1-12.7 расположены под соответствующим углом, данное угловое положение соответствует положению между открытым 18 и закрытым положениями 20, при котором некоторое количество воздуха попадает в отсек 14 двигателя, что позволяет снизить лобовое сопротивление и расход топлива по сравнению с открытым положением 18. Однако следует понимать, что заданные положения 22.1 и 22.2 приведены исключительно в качестве иллюстрации, следовательно, для уменьшения или увеличения потока воздуха с целью обеспечения необходимого охлаждения транспортного средства 2 могут быть использованы другие, непоказанные положения.
В заданном положении поток воздуха либо уменьшается, либо увеличивается в зависимости от угла расположения пластин 12.1-12.7. В варианте воплощения, показанном на Фиг. 5, поток воздуха уменьшается по мере того, как пластины приближаются к закрытому положению 20, и увеличивается по мере того, как пластины приближаются к открытому положению 18. Таким образом, что касается заданных положений 22.1 и 22.2, следует отметить, что поток воздуха и лобовое сопротивление в заданном положении 22.1, больше, чем в заданном положении 22.2. Из заданного положения (например, заданных положений 22.1 и 22.2) или закрытого положения 20 пластины 12.1-12.7 блока 12 пластин могут перемещаться в угловом направлении по часовой стрелке до тех пор, пока снова не достигнут открытого положения 18 или другого заданного промежуточного положения между ними, соответствующего необходимой степени охлаждения транспортного средства.
Для приведения в движение блока 12 пластин к нему функционально подключается исполнительный механизм, например, электродвигатель 26, включающий в себя узел 28 зубчатой передачи, выполненный с возможностью перемещения пластин 12.1-12.7 в угловом направлении до выбранного положения при подаче электрической энергии на электродвигатель 26. Узел 28 зубчатой передачи может представлять собой стандартный узел зубчатой передачи, например, планетарный или другой зубчатый механизм с обратным ходом, позволяющий блоку 12 пластин перемещаться в угловом направлении до открытого положения 18, закрытого положения 20 и любого количества заданных промежуточных положений и обратно. Электродвигатель 26 может представлять собой любой электродвигатель, способный преобразовывать электрическую энергию во вращательное движение, например, шаговый электродвигатель. В настоящем варианте воплощения электродвигатель 26 является шаговым электродвигателем, каждый шаг которого обеспечивает перемещение пластин 12.1-12.7 в угловом направлении в различные положения, ограниченные и включающие в себя открытое и закрытое положения 18, 20. Очевидно, что таким образом можно достичь любого положения с точно определенным углом в зависимости от количества шагов между открытым 18 и закрытым положениями 20. Кроме того, использование шагового электродвигателя является простейшим способом перемещения пластин 12.1-12.7 блока 12 пластин, не требующим установки датчиков положения, обычно используемых с электродвигателями постоянного тока.
В изображенном варианте воплощения полезной модели, показанном на Фиг. 3-5, электродвигатель 26 электрически соединен с блоком управления трансмиссией 30 транспортного средства, в дальнейшем именуемым «РСМ», который определяет положение пластин. Как известно из уровня техники, РСМ 22 определяет положение пластин на основе различных входных данных, например, скорости транспортного средства, температуры охлаждающей жидкости и (или) температуры окружающего воздуха. После определения положения РСМ 22 выдает команду электродвигателю 26 о перемещении пластин 12.1-12.7 блока 12 пластин в выбранное положение: открытое положение 18, закрытое положение 20 или промежуточное положение.
Энергия на электродвигатель 26 подается от стандартных источников питания транспортного средства, электродвигатель 26 подключен к контроллеру 32, управляющему количеством электроэнергии, подаваемой на электродвигатель 26. Контроллер 32 может быть наружным относительно электродвигателя 26 или встроенным в конструкцию электродвигателя, как в интеллектуальном электродвигателе, способном самостоятельно управлять энергопотреблением. В любом случае возможность регулировать количество электроэнергии, подаваемой на электродвигатель 26, позволяет дополнительно снизить расход топлива, о чем подробно рассказано далее.
Когда блок 12 пластин занимает выбранное положение во время движения транспортного средства, на него может действовать давление воздуха, обычно возрастающее с увеличением скорости транспортного средства. При низкой скорости давление воздуха практически не оказывает вращательного усилия на блок 12 пластин, способного вызвать нежелательное угловое перемещение пластин 12.1-12.7. Однако при более высоких скоростях давление воздуха может оказывать вращательное усилие на блок 12 пластин, достаточное для перемещения пластин 12.1-12.7 в нежелательное положение, что может привести к тому, что электродвигатель 26 (шаговый электродвигатель) также изменит свое положение. В результате способность транспортного средства пропускать воздух для охлаждения в отсек 14 двигателя будет нарушена.
На Фиг. 3 видно, что в открытом положении 18 блока 12 пластин каждая пластина 12.1-12.7 имеет относительно небольшую поверхность, на которую действует давление воздуха, так как данные пластины 12.1-12.7 расположены практически горизонтально. В результате пластины 12.1-12.7 оказывают небольшое сопротивление потоку воздуха, который свободно проходит под и над пластинами 12.1-12.7, попадая в отсек 14 двигателя. Таким образом, в открытом положении 18, показанном на Фиг. 3, давление воздуха на блок 12 пластин на высокой скорости практически не вызывает вращательного усилия, способного вызвать нежелательное угловое перемещение пластин 12.1-12.7.
Несмотря на то, что в закрытом положении 20, показанном на Фиг. 4, поверхность пластин 12.1-12.7 увеличивается, так как они находятся практически в вертикальном положении, из уровня техники известно, что в корпусе 16 имеется конструкция (не показана), упирающаяся в одну или несколько пластин 12.1-12.7, когда они находятся в закрытом положении 20, физически препятствуя угловому перемещению пластин 12.1-12.7 под действием давления воздуха на высокой скорости. Таким образом, давление воздуха не создает проблему при закрытом положении 20 пластин 12.1-12.7.
В заданном положении, например, заданных положениях 22.1 и 22.2, показанных на Фиг. 5, пластины 12.1-12.7 приостановлены в соответствующем положении и, таким образом, подвержены угловому перемещению в тех случаях, когда транспортное средство движется на высокой скорости. Кроме того, в каждом заданном положении давление воздуха действует по-разному в зависимости от соответствующего угла пластины. Например, в заданном положении 22.2 давление воздуха, вероятно, будет сильнее, чем давление воздуха в заданном положении 22.1, при движении с одинаковой скоростью из-за большей площади поверхности, на которую попадает поток воздуха. Таким образом, давление воздуха создает большее вращательное усилие, действующее на блок 12 пластин в заданном положении 22.2, чем в заданном положении 22.1.
С учетом вышесказанного контроллер 32 сконфигурирован таким образом, чтобы регулировать количество электроэнергии, подаваемой на электродвигатель 26 для удержания блока 12 пластин в любом заданном положении так, что вращательное усилие, действующее на блок 12 пластин из-за наличия давления воздуха, не вызывало углового перемещения пластин 12.1-12.7 блока 12 пластин. Как было сказано выше об открытом 18 и закрытом 20 положениях, продемонстрированных в вариантах воплощения полезной модели, показанных на Фиг. 3 и 4, давление воздуха практически не создает вращательного усилия, достаточного для того, чтобы вызвать угловое перемещение пластин 12.1-12.7 блока 12 пластин. В связи с этим нет необходимости в подаче электроэнергии на электродвигатель 26 для удержания пластин 12.1-12.7 в заданном положении. Однако специалисты в данной области техники, должны понимать, что блоки пластин могут иметь различные конфигурации, поэтому в некоторых вариантах воплощения полезной модели необходимость в подаче электроэнергии на электродвигатель для поддержания открытого и (или) закрытого положения сохраняется. В таких вариантах воплощения полезной модели может также использоваться следующий способ, но с незначительными изменениями.
После того как пластины 12.1-12.7, расположенные под углом, будут перемещены в угловом направлении в заданное положение (например, в заданные положения 22.1 и 22.2), на контроллер 32 поступает сигнал положения пластин и сигнал скорости транспортного средства из РСМ 22, при этом сигнал положения пластин содержит информацию о текущем положении блока 12 пластин, а сигнал скорости транспортного средства содержит информацию о текущей скорости движущегося транспортного средства. На основе данных сигналов контроллер 32 непрерывно направляет предварительно установленное количество электроэнергии на электродвигатель 26 для поддержания пластин 12.1-12.7 в заданном положении при текущей скорости транспортного средства, препятствуя угловому перемещению пластин 12.1-12.7 вследствие вращательного усилия, создаваемого давлением воздуха на блоке 12 пластин.
Если скорость транспортного средства изменяется, контроллер 32 получает новый сигнал скорости транспортного средства от РСМ 22 и регулирует количество электроэнергии, подаваемой на электродвигатель 26, в соответствии с новой информацией о скорости транспортного средства и полученной ранее информацией о положении пластин, либо увеличивая, либо уменьшая силу удерживающего тока, непрерывно подаваемого на электродвигатель 26 по мере увеличения или уменьшения скорости транспортного средства. Например, если блок 12 пластин удерживается в заданном положении 22.1, а транспортное средство набирает скорость, контроллер 32 будет увеличивать силу удерживающего тока, непрерывно подаваемого на электродвигатель 26, таким образом, увеличивая его удерживающую силу, направленную против возрастающего вращательного усилия, создаваемого давлением воздуха, действующего на блок 12 пластин, из-за увеличения скорости транспортного средства. В результате увеличение вращательного усилия не приводит к угловому перемещению пластин 12.1-12.7.
Если блок 12 пластин принимает другое заданное положение, контроллер 32 получает новый сигнал о положении пластин от РСМ 22 и регулирует количество электроэнергии, подаваемой на электродвигатель 26, в соответствии с новой информацией о положении пластин и полученной ранее информацией о скорости транспортного средства, либо увеличивая, либо уменьшая силу удерживающего тока, непрерывно подаваемого на электродвигатель 26, в ответ на информацию об изменении угла расположения пластин 12.1-12.7. Например, если блок 12 пластин из заданного положения 22.1 переходит в заданное положение 22.2, изменение угла расположения пластин приводит к увеличению вращательного усилия, действующего на блок 12 пластин из-за наличия давления воздуха. В ответ контроллер 32 будет увеличивать удерживающий ток, непрерывно подаваемый на электродвигатель 26, чтобы повысить его удерживающую силу для предотвращения нежелательного углового перемещения пластин 12.1-12.7.
Таким образом, электродвигатель 26 потребляет электроэнергию в количестве, необходимом для удержания блока 12 пластин в заданном положении. При более высоких скоростях и (или) углах расположения пластин, при которых возникает повышенное давление воздуха, электродвигатель 26 создает удерживающую силу, необходимую для преодоления вращательного усилия, действующего на блок 12 пластин, а при низких скоростях и углах расположения пластин, при которых возникает пониженное давление воздуха, рабочая нагрузка на электродвигатель 26 уменьшается, что позволяет снизить расход топлива транспортного средства и увеличить срок службы электродвигателя 26. В зависимости от требуемой сложности системы 10 активных заслонок решетки регулировка электроэнергии может производиться непосредственно в ответ на изменения скорости транспортного средства и (или) угла пластин, как описано выше, или только на изменения скорости транспортного средства или угла пластин. Например, в упрощенной системе контроллер может быть сконфигурирован таким образом, чтобы подавать на электродвигатель удерживающий ток одинаковой силы вне зависимости от положения пластин и вносить дальнейшие изменения только на основании скорости транспортного средства.
Хотя различные виды блоков пластин и электродвигателей, вероятно, потребуют различного удерживающего тока для регулирования количества потребляемой электроэнергии, сила удерживающего тока, необходимого для удержания конкретного блока пластин в конкретном положении, можно легко определить путем наблюдения за действием давления воздуха на конкретный блок пластин при разных скоростях. Такое наблюдение можно выполнить, установив конкретный блок пластин на транспортное средство или с помощью средств имитации, известных специалистам в данной области техники. Кроме того, в конечном результате определения силы удерживающего тока также могут быть учтены действие ветра и (или) прочие условия движения.
Соответственно, предлагаемая система активных заслонок решетки потребляет электроэнергию в количестве, необходимом для удержания, по крайней мере, одной пластины в заданном положении в зависимости от изменений условий движения транспортного средства, обеспечивая, таким образом, дополнительное снижение расхода топлива.
Следует понимать, что в описанную выше конструкцию могут быть внесены различные вариации и модификации без отступления от сущности полезной модели и что сущность полезной модели определена следующей формулой, если явно не указано иное.