采用离散式百叶窗控制的格栅气流百叶窗系统

摘要

本发明涉及采用离散式百叶窗控制的格栅气流百叶窗系统。具体地，提供了一种控制通过车辆前端上的格栅的气流的方法，所述方法包括以下步骤：检测车辆操作状况；基于所需操作状况，确定通过所述格栅的气流的所需百分比；致动格栅气流百叶窗至打开位置，并且保持以预定时间间隔的所述确定的所需百分比；以及，致动所述格栅气流百叶窗至关闭位置，并且保持以所述预定时间间隔的剩余百分比。

说明书

技术领域

本发明总体涉及具有格栅气流百叶窗的车辆，尤其涉及格栅气流百叶窗系统和控制这种系统的方法。

背景技术

格栅气流百叶窗是对通过车辆的前格栅的气流量进行控制的装置。典型地，气流的控制是基于位于格栅后面的冷凝器-散热器-风扇模块（CRFM）中用于热交换器的冷却或加热需求。更大的气流可向CRFM中的热交换器提供更好的热传导。当需要减小气流或者不需要气流时，格栅气流百叶窗可被调整以阻挡通过格栅的气流，而相反地，当需要额外空气流时，气流百叶窗可被调整以允许所有的气流通过格栅。

已经使用两种方法中的一种来控制格栅气流百叶窗。存在离散式开/关百叶窗，该百叶窗仅在打开位置和关闭位置之间运动，打开的决定是基于达到特定的温度阈值，且在该阈值之上时百叶窗保持持续打开；关闭的决定是基于落到该阈值之下，其中所述百叶窗保持持续关闭。然而，此类型的系统与所需的相比，仅提供了较差精度的气流控制，而且如果温度在开/关温度阈值附近波动，则此类型的系统可能以重复的开/关循环而结束。

另一种类型的格栅气流百叶窗系统通过利用被可变地控制的百叶窗从而克服了精度问题。也就是说，百叶窗可被控制以位于部分闭合的各个位置中。利用这种控制，通过仅将百叶窗打开所需量便可得到精确的气流量。可通过脉冲宽度调制来控制这些可变的百叶窗。然而，当允许对百叶窗的可变控制时，脉冲宽度调制显著地增加了物理硬件的成本、以及控制算法和驱动器的复杂性。

发明内容

一个实施例构思了一种控制通过车辆前端上的格栅的气流的方法，所述方法包括以下步骤：检测车辆的操作状况；基于所需的操作状况，确定通过所述格栅的气流的所需百分比；致动格栅气流百叶窗至打开位置，并且保持以预定时间间隔的所述确定的所需百分比；以及，致动所述格栅气流百叶窗至关闭位置，并且保持以所述预定时间间隔的剩余百分比。

一个实施例构思了一种车辆，所述车辆包括：具有格栅的前端，所述格栅具有贯穿其中的格栅开口；冷凝器-散热器-风扇模块，所述冷凝器-散热器-风扇模块位于所述格栅开口之后；以及，格栅气流百叶窗系统，所述格栅气流百叶窗系统靠近所述格栅开口设置，包括百叶窗，所述百叶窗可移动以可选择地阻挡通过所述格栅开口的气流；以及，包括离散式（discrete）百叶窗致动器，所述离散式百叶窗致动器可控制，以便在打开位置和关闭位置之间移动所述百叶窗。所述车辆还包括控制器，所述控制器与离散式百叶窗致动器通信，以使百叶窗在打开位置和关闭位置之间移动，其中所述控制器被构造成检测车辆操作状况；基于所需操作状况来确定通过所述格栅的气流的所需百分比；致动格栅气流百叶窗至打开位置，并且保持以预定时间间隔的所述确定的所需百分比；以及，致动所述格栅气流百叶窗至关闭位置，并且保持以所述预定时间间隔的剩余百分比。

实施例的优点在于：通过采用离散式打开/关闭百叶窗致动器和控制的同时，实现了有效的可变气流控制，从而精确控制通过格栅的气流，这最小化了格栅气流百叶窗系统的成本和复杂性。该格栅气流百叶窗系统通过降低了总的气动阻力而同时仍旧按需将气流提供给CRFM，从而允许用于车辆的总体改善的燃料经济性。对时间平均后的空气动力学改进效果可以与可变脉冲宽度调制控制器的效果在实质上相同，但没有成本费用和复杂性。因此，在不需要可变位置的百叶窗的情况下，就能够精确控制通过格栅的受调制气流以满足动力系和空调冷却的需求。

附图说明

图1是包括了格栅气流百叶窗系统的车辆的示意图。

图2是示出了对所述格栅气流百叶窗系统进行操作的方法的流程图。

图3A和图3B是示出了操作格栅气流百叶窗系统的示例和由此得到的发动机冷却剂的温度的图形。

具体实施方式

参考图1，其示出了总体上以20指示的车辆。车辆20可包括：动力装置（例如内燃发动机22）和变速器24。由水泵27泵送通过散热器26的冷却剂可被用于冷却内燃发动机22。还有，变速器油可流经变速器油冷却器28以冷却变速器。变速器油冷却器28和散热器26可以为冷凝器-散热器-风扇模块（CRFM）30的一部分，冷凝器-散热器-风扇模块（CRFM）还可包括空调系统34中的冷凝器32。其它的热交换器，例如，动力系动电子器件冷却用的热交换器（未示出），也可为CRFM的一部分。CRFM 30还可包括可由电动机38驱动的发动机风扇36 。

一个或多个控制器40可与发动机22、变速器24、空调系统34以及电动机38通信，并且控制它们。控制器40可与各个传感器通信，例如，发动机冷却剂温度传感器42、空调系统压力传感器44、变速器油温传感器46、以及本领域内技术人员已知的其他传感器。控制器40可为单个控制器，或彼此通信的多个分立的控制器，并且控制器40可为本领域内普通技术人员所已知的硬件和软件的各种不同组合。控制器40还可以与离散式百叶窗致动器48通信，离散式百叶窗驱动器48是格栅气流百叶窗系统50的一部分。

格栅气流百叶窗系统50与安装在车辆20前部中的格栅52协作，格栅52具有格栅开口54，格栅开口54允许气流通过并到达CRFM 30。系统50还包括与格栅52相邻安装的格栅气流百叶窗56（图1中在格栅52的上方示出，用于清晰地显示各个元件）。格栅气流百叶窗56可以包括百叶窗58，百叶窗58可有选择地与格栅开口54对齐，以阻挡流经格栅开口54的气流；格栅气流百叶窗56还可以包括百叶窗开口60，百叶窗开口60可有选择地与格栅开口54对齐，以允许气流通过格栅开口54。例如，格栅气流百叶窗56可以利用升高或降低格栅气流百叶窗56的离散式百叶窗致动器48来上下滑动，以便有选择地允许或阻挡气流，或者，格栅气流百叶窗56可以利用导致百叶窗56枢转的离散式百叶窗致动器来使百叶窗56旋转或枢转，从而有选择地阻挡或允许气流。

本申请中限定的控制器40和离散式百叶窗致动器48协作，以在仅两个位置中的一个或者另一个之间移动百叶窗56。也就是说，格栅气流百叶窗56被定位成阻挡通过格栅开口54的所有（或者实质上所有）气流，即百叶窗关闭位置；或者被定位成允许全部（或实质上全部）气流通过格栅开口54，即百叶窗打开位置。这种二元的（binary）百叶窗定位使得成本和复杂性降低，这是因为不需要可变的或脉冲宽度调制的致动器以及致动器驱动器，而是，对于格栅气流百叶窗控制而言，所需要的全部只是简单的开/关驱动器和双位致动器。

图2显示了用于图1中所示车辆的、操作格栅气流百叶窗系统50的方法。在方框100中，传感器检测车辆部件的各种操作状况。例如，除了其他内容之外，控制器40还可以读取发动机冷却剂温度、变速器油温、以及空调系统是否正在运转。也可读取其他读数，例如，发动机负载、车辆速度和环境温度。车辆速度是可以应用的，这是因为可变的百叶窗操作可以仅在车辆速度高于预定速度阈值时使用。例如，所述预定速度阈值可为在45-60千米每小时范围内的速度。

在方框102中，基于车辆操作状况，控制器40确定通过格栅开口54的流量的所需百分比。控制器40可利用查询表或其他手段来确定所需的百分比，其中该查询表基于特定的车辆和动力系组合。例如，控制器40可以确定，需要通过格栅52的33%气流率来实现合适的热冷却。

在方框104中，在确定所需的百分比之后，控制器40致动离散式百叶窗致动器48以实现所需百分比。在上述给出的示例中，为实现33%的气流率，离散式百叶窗致动器48可被致动，以将格栅气流百叶窗56移动至打开位置并保持十秒，然后移动百叶窗56到关闭位置并保持二十秒。三十秒的间隔只是示例，可以用其他预定间隔来替代该间隔。如果需要20%的气流，则百叶窗可以每分钟打开十二秒。这样，当产生了由全部气流通过的时段和全部气流被阻挡的时段所组成的时段时，离散式百叶窗的致动便有效地产生了特定车辆状况所需要的期望百分比的可变气流。

自从控制器40持续监测车辆操作状况之后，该过程重复其自身。结果，当格栅气流百叶窗56正在经历由开/关百分比时间构成的特定周期时，控制器40可能检测到操作状况中的显著改变。在这种情况下，控制器40可以在该周期中间改变开/关时间的百分比，以对所述改变加以考虑。不过，最终结果是仍然基于打开时间的百分比和相应的关闭时间的百分比来控制百叶窗56，即使该百分比在前一周期结束之前要求改变。这样，仅用离散式百叶窗致动器48和对应的控制电子器件就实现了精确的气流控制。

图3A和3B是这样的两个图形，所述图形都具有沿水平轴线以分钟表示逝去时间（T）的对应的时间线。图3A沿竖直轴线示出了以摄氏度（℃）表示的发动机冷却剂温度，而图3B则显示了格栅气流百叶窗系统50的二元的打开/关闭位置，其中水平0为百叶窗打开位置，且水平1为百叶窗关闭位置。初始时，在发动机轻负载的状况下，百叶窗位置被切换到百叶窗关闭位置200。在此状况下，百叶窗关闭，发动机冷却剂的温度缓缓上升。当冷却负载增加时，百叶窗以增加的频率202进行脉动。基于百叶窗的打开或者关闭位置，发动机冷却剂温度趋于上升和下降。当百叶窗能够以增加的频率进行脉动时，在任何给定时间处的百叶窗位置都是基于在那个时刻通过控制器所确定的离散的打开/关闭百叶窗位置的百分比。在重负载下，百叶窗保持打开204，以提供发动机冷却剂或者其他车辆部件所需的冷却能力，所述发动机冷却剂或者其他车辆部件在重负载下需要这样的冷却能力。

总的热控制还可具有这样的发动机冷却剂阈值温度，其中控制器启用发动机冷却风扇以增加通过CRFM的气流。例如，如果发动机冷却剂超过预定的温度阈值，则可以启用发动机风扇。这进一步增加了维持精确热控制的能力。

虽然已经详细描述了根据本发明的某些实施例，然而那些熟知本发明所涉及领域的技术人员将认识到用于实施由所附权利要求限定的本发明的各种替代性设计和实施例。