用於機動車輛的伸縮式車輪整流罩的製作方法
2023-06-03 00:57:01 2
本專利合作公約（PCT）申請，要求2013年11月27日提交的美國專利申請14/092,548的優先權。
技術領域
本申請涉及機動車輛氣體力學和減阻，尤其是通過伸縮式車輪整流罩來降低車輪相關阻力。
背景技術：
眾所周知，機動車輛在行駛時，其車輪和輪殼會產生顯著量的氣動阻力。這種阻力部分是因行駛機動車輛的車輪前方積聚高壓區而產生的。此高壓區趨向於迫使湍流空氣流向行駛機動車輛的車輪兩側，增加空氣阻力，並與機動車輛下方的空氣流幹擾，導致下壓力。車輪前此高壓區還導致進入所述輪殼（車輪孔）的前部的湍流空氣的向上流動，從而產生在輪罩處的湍流和高壓，其導致了增加的氣動阻力和降低的下壓力。
技術實現要素：
本發明通過使用可回縮的自適應車輪整流罩裝置，降低了機動車輛在行駛時的車輪和/或輪殼相關氣動阻力，其效果包括，可以穩定車輪周圍和/或輪殼體上的氣流，並且可以降低車輛行駛時車輪前方的高壓空氣的積聚。該裝置還可以配置為，減少與旋轉輪直接接觸的空氣體積，從而減小氣動阻力。通過以這些方式降低氣動阻力，使車輛性能得到了提高，特別是在改善油耗和降低排放的方面。該車輪整流罩裝置還可以配置為，增強制動器冷卻並限制車輛行駛中車輪濺起的路面材料。
該車輪整流罩裝置可以在展開和回縮模式下使用。當展開時，該車輪整流罩裝置與車輛懸架相連接，並隨著車輪移動。當回縮時，該車輪整流罩裝置被保持在相對於車體而言升高、固定的位置上，不隨車輪移動。該車輪整流罩裝置可以包括在車體下方延伸的空氣動力元件，以幫助穩定車輪暴露部分周圍的空氣氣流。在展開位置中，該車輪整流罩裝置還可以置於緊挨車輪周邊的位置，以幫助隔離與旋轉輪直接接觸的空氣體積，進一步降低氣動阻力。
該車輪整流罩裝置，當展開時，與車輛懸架物理連接並受其支承，使得整流罩體隨其相關聯的車輪往復運動。「往復運動」指的是，隨著車輛在道路上來回，該整流罩體隨著車輪同時上下移動，使得所述整流罩體在道路上方的距離保持得比車體保持得更恆定。這防止了車輪整流罩裝置與道路發生接觸，即使當車輪整流罩裝置的位置非常靠近道路的時候。因此，本發明的車輪整流罩裝置可以緊密適應道路，允許氣動元件在影響和穩定車輪周圍與車輛下方的氣流中特別有效。這傾向於降低氣動阻力和增加下壓力。
用於該車輪整流罩裝置的一種示例性懸掛安裝支架系統，包括附著在將機動車輛的車輪連接到所述機動車輛的車體上的懸架上的支承託架。該支承託架支承著連接到所述車輪整流罩裝置的相對支承託架。用於該車輪整流罩裝置的懸掛安裝支架系統，不阻止車輪整流罩裝置相對於車輛懸架和車輪的向上運動。此特徵有助於車輪整流罩裝置回縮，並且意味著車輪整流罩裝置的質量並不固定地連接到車輛懸架。因為此特徵，該車輪整流罩裝置，即使是在展開時，也不會增加車輛的簧下質量。相關車輪得以自由地在向下方向上適應道路，而不受車輪整流罩裝置的質量的阻礙。這有益於車輛的操控性。此外，由於車輪整流罩裝置可以不受限制地垂直移動，這種系統允許減少車輪整流罩裝置與道路或其上物體的碰撞。
該車輪整流罩裝置可以通過回縮致動器和一個或一組從車體延伸到車輪整流罩裝置的回縮連杆，從車輛懸架回縮並脫離。該回縮致動器通過物理地從車輛懸架升高所述裝置，來回縮所述車輪整流罩裝置。回縮後，該車輪整流罩裝置被保持在相對於所述車體的固定位置，並且不隨著相關車輪往復運動。這增加了離地間隙，可以在需要較大離地間隙的情況下，保護車輪整流罩裝置不受損壞。該車輪整流罩裝置還可在其回縮位置完全隱藏，以便使車輪整流罩裝置不減損機動車輛的視覺外觀。
該整流罩體隨車輛車輪往復運動時及其朝車體回縮時的運動路徑，由從整流罩體延伸到車體的導引連杆或一對或一組導引連杆決定。導引連杆允許整流罩體相對於所述車體垂直移動，且可以與上述一個或多個回縮連杆相同。
因此，所述車輪整流罩裝置的實施例，允許道路車輛或其它類型的機動車輛通過利用一種不增加車輛的簧下重量且減少與路面或其上物體的碰撞的展開且往復運動的車輪整流罩，從而具有一種流線型的低離地間隙模式，以及通過利用一種可以完全回縮而受保護不被損壞的回縮、固定的車輪整流罩，具有一種較低流線型及高離地間隙的模式。
下面將詳細描述本發明的基本實施例以及若干附加實施例，從而說明本發明的其它優點和新穎特徵。
附圖說明
在對附圖的以下討論中，任何在當下討論的特定附圖中未出現的特定標記仍會出現在附圖的其他地方。因此，附圖應被視為一個整體。
圖1A是本發明的基本實施例中，當用整流罩體101處於展開位置的後剖面圖。該視圖是依照圖2A中的線1-1。
圖1B是本發明的基本實施例中，當用整流罩體101處於回縮位置的後剖面圖。該視圖是依照圖2A中的線1-1。
圖2A是在車輛的左後輪裝有如基本實施例所述的車輪整流罩裝置的機動車輛的左側視圖。
圖2B是本發明的基本實施例當車輪整流罩裝置處於展開位置的左側視圖。
圖2C是本發明的基本實施例當車輪整流罩裝置處於回縮位置的左側視圖。
圖3A是本發明的基本實施例的平面圖。
圖3B是本發明的第一附加實施例的平面圖。
圖3C是基本實施例從其它部件分離出來的整流罩體101的四分之三前視圖。
圖3D是替代實施例中從其它部件分離出來的整流罩體701的四分之三前視圖。
圖4A是用於機動車輛的左後輪的基本實施例中的車輪整流罩裝置的下導引連杆105和旋轉回縮致動器110的左後方的四分之三視圖。
圖4B是車輪整流罩向上約束件155的後部剖視圖。該視圖是依照圖4A中的4B-4B線。
圖5A是本發明的第一附加實施例當整流罩體201處於展開位置的左視圖（如圖3B所示）。
圖5B是本發明的第一附加實施例當整流罩體201處於回縮位置的左視圖（如圖3B和5A所示）。
圖6A是本發明的的第二附加實施例當整流罩體301處於展開位置的左側視圖。
圖6B是本發明的第二附加實施例（圖6A所示）當整流罩體301處於回縮位置的左側正視圖。
圖6C是本發明的第二附加實施例（如圖6A，6B所示）當整流罩體301處於展開位置的後部剖視圖。該視圖是依照圖6A中的線6C-6C。
圖6D是本發明的第二附加實施例的縮放式導引連杆304（如圖6A，6B和6C所示）在伸出位置的前四分之三視角透視圖。
圖7A是本發明的第三附加實施例的左側正視圖，其中整流罩體401處於回縮位置。
圖7B是本發明的第三附加實施例（如圖7A所示）的左側正視圖，其中整流罩體401處於回縮位置
圖8A是本發明的第四附加實施例的四分之三視角前視圖，其中整流罩體501處於展開位置。
圖8B是本發明的第四附加實施例（如圖8A所示）的前四分之三視角透視圖，其中整流罩體501處於回縮位置。
圖9A是本發明的第五附加實施例的左側正視圖，其中整流罩體601處於展開位置。
圖9B是本發明的第五附加實施例（如圖9A所示）的左側正視圖，其中整流罩體601處於回縮位置。
圖10A是本發明所述的自動車輪整流罩回縮控制系統的框圖。
圖10B是本發明所述的車輪整流罩回縮ECU的流程圖。
具體實施方式
附圖標記
100 車輪整流罩裝置
101整流罩體
102上支承託架
103下支承託架
104上導引連杆
105下導引連杆
106上導引連杆基部鉸鏈
107上導引連杆頂部鉸鏈
108下導引連杆基部鉸鏈
109下導引連杆頂部鉸鏈
110旋轉回縮致動器
111回縮杆
112導杆
113前導元件
114尾部元件
115馬達
116輪殼
117車輪
118車體
119下控制臂
120上控制臂
121懸架立柱
122回縮開關
123上支承託架支承面
124下支承託架支承面
125車輪整流罩回縮控制ECU
126前導元件凹部
127尾部元件凹部
128輪罩
129同軸扭簧
130上控制臂基部鉸鏈
131下控制臂基部鉸鏈
132車速傳感器
133回縮杆軸承
134車輪整流罩固定鉤
135緩衝墊
136車輪整流罩固定閂鎖簧
137車輪整流罩固定閂鎖波頓拉索(Bowden cable)
138車輪整流罩固定閂鎖凸輪
139 下墜平面
140拉索回位彈簧
143擴散器
146車輪整流罩固定閂鎖
147回縮墊
150 整流罩體導件
155車輪整流罩向上約束件
190車輪整流罩回縮器
195懸掛安裝支架
198機動車輛
199道路
200車輪整流罩裝置
201整流罩體
202上支承託架
203下支承託架
204簡單導引連杆
206簡單導引連杆基部鉸鏈
210旋轉回縮致動器
211回縮杆
212導杆
213前導元件
222回縮開關
226自由前導元件凹部
228輪罩
229同軸扭簧
233回縮杆軸承
239下墜平面
248緩衝墊
290車輪整流罩回縮器
300車輪整流罩裝置
301整流罩體
302上支承託架
303下支承託架
304前縮放式導引連杆
305後縮放式導引連杆
310線形回縮致動器
313前導元件
326前導元件凹部
328輪罩
350整流罩體導件
351回縮拉索
352滑輪
360，上板
361，下板
362內摺疊支承杆對
363外摺疊支承杆對
364支承杆鉸鏈
365支承杆滑塊
390車輪整流罩回縮器
400車輪整流罩裝置
401整流罩體
404簡單導引連杆機構
426簡單車輪整流罩凹部
440支承連杆
441支承連杆上安裝託架
442支承連杆下安裝託架
495懸架式安裝支架
500車輪整流罩裝置
501整流罩體
504上導引連杆
505下導引連杆
506上導引連杆基部鉸鏈
507上導引連杆頂部鉸鏈
508下導引連杆基部鉸鏈
509下導引連杆頂部鉸鏈
510回縮彈簧
539下墜平面
580回縮配重
590車輪整流罩回縮器
600車輪整流罩裝置
601整流罩體
604縮放式導引連杆
670整流罩體位置致動器
671懸架式位置傳感器
672支承連杆
673整流罩體高度ECU
701整流罩體
728輪罩
750前導元件進氣口
具體實施方式
本申請所稱的（為方便描述）本發明的基本實施例，包括含有馬達115的輪式車輛198（圖2A）的輪殼116中的整流罩體101（圖1A）。整流罩體101（圖3C）用於穩定圍繞在通過懸架系統連接到車體118的車輪117周圍的氣流，所述懸架系統在本實施例中包括下控制臂119、上控制臂120以及懸架立柱121。上控制臂120通過上控制臂基部鉸鏈130可樞轉地連接到車體118，且下控制臂通過下控制臂基部鉸鏈131可樞轉地連接到車體118。
本領域技術人員將理解，為了描述清楚起見，車輛的一些常規懸架部件，包括彈簧、阻尼器、趾型連接臂，轉向臂和驅動軸雖然存在，但沒有示出。整個本公開中展示了具有雙叉杆懸架系統的車輛，但根據本發明，本發明的裝置可安裝到裝有其它類型懸架系統的車輛，包括例如，麥克弗森/查普曼支柱（McPherson/Chapman strut）懸架系統、尾部臂懸架、多連杆懸架和固橋懸架系統。
在整個本公開中示出了非轉向輪，但按照本發明，本發明的車輪整流罩裝置可用於機動車輛的轉向輪。當車輪整流罩裝置要裝配到轉向車輪時，所述車輪整流罩裝置顯然可以配置為，容納所述轉向車輪的轉向運動範圍。本發明的替代實施例可以令整流罩體適於繞垂直軸轉動，以跟隨轉向輪的轉向運動。
在整個本公開內容中，展示了該裝置裝配到四輪機動車輛的左後輪，但可以理解，該裝置也可以裝配到對面的車輪。可選地，該裝置可以安裝到四輪車輛的一個或兩個前輪或所有車輪。所述裝置也可以安裝到多於四個輪子的車輛的車輪上，包括卡車，以及安裝到具有緊密安裝的成對車輪的車輛上。
為了本公開的目的，車體118包括車輛的所有完全簧上部件，所述部件通過車輛懸架系統的衝擊阻尼系統從車輛車輪和懸架端部的運動分離。這包括車輛底盤。機動車輛的簧下部件包括車輪和懸架系統中緊密且永久地隨車輪往復運動的部分，例如懸架立柱121。為了本公開的目的， 「懸架系統」是指將車輪117連接到所述車輛的完全簧上車體118，且允許車輪117相對於車體118相對垂直位移的車輛部件。
圖1A和圖1B是本發明的基本實施例處於展開位置（圖1A）和回縮位置（圖1B）的後剖面圖，該視圖沿著圖2A中的線1-1得到。為了說明的簡明起見，在圖1A和圖1B中，車輪117展示為輪廓而非橫截面。描繪本發明附加實施例的圖6C也採用了相同做法。
圖2B是車輛的左車輪整流罩裝置中的本發明基本實施例處於展開位置的左側視圖，圖2C是其在回縮位置的的左側視圖。圖3A是車輪整流罩裝置100的平面圖，其中展示了整流罩體101相對於左車輪117和車輛懸架的位置。
如圖1A所示，整流罩體101通過一對平行的導引連杆，即上導引連杆104和下導引連杆105，連接到車體118。圖4A是從下導引連杆105上方觀看的後四分之三透視視圖。上導引連杆104和下導引連杆105可以由任何具有足夠的剛性且優選為輕質的材料製成，如鋁、玻璃鋼或複合碳纖維。其它材料也可以是合適的。本申請公開了導引連杆的其他實施例，且可以替代使用。
下導引連杆105通過下導引連杆基部鉸鏈108可樞轉地附連到車體118，在本實施例中，下導引連杆基部鉸鏈108緊接在車輛懸架的上方。同樣地，上導引連杆104通過位於下導引連杆基部鉸鏈108上方的導引連杆基部鉸鏈106樞轉地附連到車體118。
如圖4A所示，下導引連杆105的基部被和下導引連杆基部鉸鏈108分開。在該示例實施例中，這為懸架部件提供了空間，如衝擊阻尼器裝置。上導引連杆鉸鏈106和下導引連杆基部鉸鏈108的旋轉軸線均為縱向定向。按照本發明導引連杆也可以使用其它形狀。取決於裝置是如何安裝到車輛時，下導引連杆105和/或上導引連杆104可位於相對於車輛懸架的其它位置（參見附加實施例中的其他例子）。可選地，導引連杆可以可樞轉地連接到車輛懸架的基部或連接到車輛懸架基部和車體118的組合。
上導引連杆104通過上導引連杆頂部鉸鏈107可樞轉地連接到整流罩體101。類似地，下導引連杆105通過下導引連杆頂部鉸鏈109可樞轉地連接到整流罩體101。上部導引連杆頂部鉸鏈107的旋轉軸線和下導引連杆頂部鉸鏈109的旋轉軸線均縱向定向。通過使用兩個導引連杆，可以在整流罩體101的整個運動範圍內維持並控制整流罩體101的定向，就像車輪的外傾角可以通過具有雙叉杆懸架的機動車輛的一對控制臂來維持和控制。
本發明的車輪整流罩裝置100（圖3A）是包括所述裝置所有結構的組件，包括整流罩體101、上導引連杆104、下導引連杆105、上支承託架102、下支承託架103和車輪整流罩回縮器190。
車輪整流罩裝置100由安裝在下導引連杆105上的上支承託架102，支承在懸架的上控制臂120上，所述下導引連杆105按壓在安裝在懸架的上控制臂120上的下支承託架103上。上支承託架102的下端製作為上支承託架123的光滑圓形支承表面，其相對著下支承託架124的對應類似形狀的支承表面。
上支承託架102和下支承託架103可以位於車輪整流罩裝置100和車輛懸架上的其它位置，條件是使整流罩體101在車輛行駛中隨車輪117的往復運動足夠好。
在本發明的替代實施例中，可以省略上支承託架102和下支承託架103，條件是當整流罩體101展開時，該車輛懸架的一部分支承車輪整流罩裝置100的一部分。根據下導引連杆105和上控制臂120的相對位置，上支承託架102和下支承託架103的相對表面可能需要能夠相對彼此滑動。因此，在這種情況下，令所述表面為圓形光滑表面是有用的。也可以潤滑上支承託架102和下支承託架103之間的界面，以協助這兩個部件之間的滑動。前述是對用於本發明的車輪整流罩裝置100的所謂「懸掛安裝支架」的一個例子。上支承託架102和下支承託架103包括基本實施例中的懸架式支架195。
在令可回縮車輪整流罩裝置適用於裝有除基本實施例中所示的雙橫臂系統以外的其它懸架類型的車輛時，必須選擇上支承託架102在車輪整流罩裝置上的適當位置和下部支承託架103在懸架系統上的適當位置。這些部件位置的選擇，應使得所述整流罩體101在車輛行駛期間展開時，整流罩體101能夠足夠好地隨著車輛車輪117往復運動。上支承託架102和下支承託架103應當用堅固耐用的適當材料構造而成，如鉻鉬鋼。也可以使用其它替代材料。
下導引連杆105的基部與導引杆112相連（圖4A）。導向杆112的旋轉軸是由下導引連杆基部鉸鏈108限定的，且為縱向定向。導引杆112被回縮杆111轉動， 其中回縮杆111的頂點上裝配有回縮杆軸承133。回縮杆111連接到位於車體118中的旋轉回縮致動器110並被其轉動。旋轉回縮致動器110可以由車輛的駕駛員通過駕駛員可操作回縮開關122進行操作（圖4A）。可選地或附加地，可以使用響應於傳感器裝置的自動控制裝置來驅動所述旋轉回縮致動器110。旋轉回縮致動器110朝下轉動回縮杆111，直到回縮杆軸承133與導向杆112連接，從而使導杆112向下方旋轉，由此向上轉動下導引連杆105。下導引連杆105的向上旋轉同時抬升整流罩體101並將該裝置從懸架脫離，使得整流罩體101回縮時，整流罩體101不隨車輛車輪117往復運動。
旋轉回縮致動器110可以是用電的或其他類型的。在此基本實施例中，導引杆112、回縮杆111、回縮杆軸承133和旋轉回縮致動器110包括示例性的「車輪整流罩回縮器」190。這僅是車輪整流罩回縮器的一個例子。車輪整流罩回縮器的其他示例實施例也是可能的，並且可以替代使用。在整流罩體101不可回縮的情況下，也可以省略車輪整流罩回縮器190。
當不與旋轉回縮致動器110連接時，下導引連杆在其基部由同軸扭簧129（圖4A）向下轉動。可以設置其它裝置來向下旋轉下導引連杆105，並由此將整流罩體101移動到其展開位置並擠壓車輛懸架。該裝置的質量和重力可以自身足以迅速將整流罩體101移動到其展開位置，並使其保持完全展開，從而可以省略同軸扭簧129。還可以使用一個或多個空氣動力結構，用於幫助展開車輪整流罩裝置，並幫助保持車輪整流罩裝置100在完全展開位置（見下文）。
如圖2B所示，整流罩體101的前部製成前導元件113，該前導元件113在回縮位置上容納於前導元件凹部126中，前導元件凹部126在車體118的下表面上位於下輪殼116之前並與之相連。前導元件113帶有下墜平面139，其提供了有助於在車輛行駛中將車輪整流罩保持在其完全展開位置上的下壓力量。整流罩體101上可以附加地或替代地包含較大的翼板，以產生更大的下壓力並提高輪胎抓地力。除了產生向下的力之外，下墜平面139可以在車輪117的底部產生空氣渦流，其可以幫助穩定車輪117周圍的氣流。前導元件113以及整流罩體101的其它部件，也可以在其下緣設有裙部或刷部，其設計為在車輛行駛過程中接觸道路199，以改善空氣動力性能。還可以包括可在上整流罩體101上改變形狀的摺疊元件或部分，從而當整流罩體101回縮到輪殼116內時，整流罩體101可以更緊湊地與車體118配合。還可以在整流罩體101上包括可能產生有用效果的其他氣動元件，例如產生更直接的下壓力，或提高車輛擴散器143或車底文氏管風洞的性能。
整流罩體101的後部被製作成平滑彎曲尾部元件114，尾部元件114在該裝置回縮時容納於尾部元件凹部127中，尾部元件凹部127在車體118的下表面上位於下輪殼116之後並與之相連。
前導元件113和尾部元件114之間是輪罩128。輪罩128成形為在車輪整流罩裝置100的整個運動範圍內緊密配合併容納車輪117。通過行駛中的機動車輛的旋轉車輪117周圍的減小湍流空氣體積，輪罩128可以減小車輛的空氣動力阻力。儘管在本公開中未示出，但輪罩128還可以包括部分包圍車輪117外側的外表面，以提高空氣動力學效果。所述輪罩外表面可以製成可拆卸的。輪罩128也可以配置有適當地定位和成形的孔和/或管道，以提高制動冷卻（見下文）。因為輪罩128在其展開位置中時可以緊密地符合車輪，其也可以有助於限制被行駛中的車輛車輪117所帶起並濺射的道路材料。所述材料可能包括水、泥、灰塵、石頭和可能覆蓋道路表面的其他物質。在本公開中，任何被行駛中的車輛車輪117所帶起並濺射的材料均稱為「車輪濺射物（wheel spray）」。整流罩體101的其它部件，包括尾部元件114和前導元件113，也可以幫助減少車輪濺射物。
前導元件113、尾部元件114以及輪罩128，包括整流罩體101，整流罩體101可以構造為連續結構或分離部件。整流罩體101可以用，例如，塑料、玻璃鋼、符合碳纖維、鋁或其他優選為既輕質又堅固的適當材料或材料組合來構造。替代地，可以使用本申請其它實施例的例子中所公開的整流罩體101。
前導元件113和尾部元件114的形狀均在於，穩定輪盤117周圍的氣流，並幫助減少由車輪117產生的空氣阻力。尤其是，前導元件113趨於減小緊接在車輪117的基部之前的高壓區。通過減小緊接在車輪117的基部之前的高壓區，出現在車輪117的側面的湍流空氣量（所謂的「輪胎噴射（tire squirt）」）得到降低，使得空氣動力學阻力降低，並增加了車輛下方的氣流速度，從而增加下壓力。此外，被向上壓入輪殼116的湍流空氣的量減少，從而減少了輪殼116中的湍流氣流並減小了空氣阻力。前導元件113和尾部元件114可以是各種形狀，包括簡單平面裙邊形式。在其他實施例中，前導元件可以包括朝前的進氣口和管道，以將高壓空氣重定向到其他位置。所述前導元件進氣口750如整流罩體701的圖3D所示，用於增強剎車冷卻。在本實施例中，前導元件進氣口750與通向輪罩728上的出氣口的管道相連。這種布置將冷卻空氣引向車輛制動器。
除了其對氣動阻力的作用外，尾部元件114還可以通過限制來自擴散器143側面的進入氣流，提高位於機動車輛後部的擴散器143的性能（或者，如果車輪整流罩裝置100安裝在前輪，則提高前擴散器的性能）。這可以提高車輛下方的氣流速度，從而增加下壓力產生。
上支承託架102包括位於上支承託架123的支承面之下的橡膠薄緩衝墊135，用於緩衝車輛懸架和下導引連杆105之間的運動。還有其他許多方法可以提供所述緩衝，諸如包含在上支承託架102或下支承託架103中的彈簧或阻尼器裝置。所述緩衝也可以省略。輪殼116的上表面上設有回縮墊147，以當整流罩體101回縮時，幫助緩衝整流罩體101和輪殼116之間的接觸。回縮墊147也可以省略。
操作方式
在整流罩體101的展開位置上，如圖1A中的後剖視圖所示，整流罩體101由上支承託架102和下支承託架103之間的物理接觸支承。以這種方式，處於展開位置的整流罩體101相對於道路199保持基本恆定的位置關係，無論車輛行駛過程中車體118在道路上方的高度和定向發生怎樣的變化。也可以使用多個上支承託架102和下支承託架103來從車輛懸架支持整流罩體101。在整個本公開中，當車輪整流罩裝置100由車輛懸架來支承，以隨著相關車輪往復運動時，將車輪整流罩裝置100稱為與懸架「連接（engage）」。當車輪整流罩裝置100回縮，而不由車輛懸架支承時，車輪整流罩裝置100稱為為從懸架「脫離（disengage）」。
整流罩體101通過啟動旋轉回縮致動器110而回縮。當旋轉回縮致動器110啟動時，旋轉回縮致動器110向下轉動回縮杆111，後者向下轉動導杆112。由此，向上轉動下導引連杆105，由此使得整流罩體101離開車輪117並朝車體118向上移動，在車體118處，整流罩體101可以牢固地靠在回縮墊147上。當處於回縮位置時，所述整流罩體101從該懸架分離並不再隨著懸架移動。相反，處於回縮位置時，如圖1B中的後剖視圖所示，整流罩體101被旋轉回縮致動器110施加的張力、回縮墊147施加的反向壓力和被上導引連杆104和下導引連杆105（固定其水平位置）固定在輪殼116的內部。也可以由遠程操作的閂鎖或其他裝置，包括電磁鐵，來將車輪整流罩裝置100固定在其回縮位置。
令整流罩體101回縮的能力，在道路199的特性不允許低地面間隙的車輛通過，或當車輛以低速行進且車輛的流線型不那麼重要時，能夠允許提高底面間隙。如果整流罩體101不包括車輪整流罩回縮器190，則整流罩體101可以永久展開。本發明的一個不含車輪整流罩回縮器190的實施例，可以仍然具有如下優點：由於車輪整流罩裝置100不固定連接到車輛懸架，由此不會增加車輛的簧下質量。此外，所述車輪整流罩裝置100可以仍然能夠順應與道路或其上物體的撞擊。
在一個替代實施例中，還包括以下構思：包括一個或多個在向上方向上進行約束的（在本申請中稱為「車輪整流罩向上約束」）展開的整流罩體101的結構，使整流罩體101在車輛行駛過程中不會從車輪117分離或至少不容易分離。「分離（separate）」的意思是整流罩體101和車輪117之間的距離增加。所述車輪整流罩向上約束155，例如，可以是通過使用車輪整流罩固定閂鎖146（圖4B），所述車輪整流罩固定閂鎖146連接到下導引連杆105，而下導引連杆105與連接到上控制臂120的對應車輪整流罩固定鉤134相連。車輪整流罩固定閂鎖146可樞轉地連接到下導引連杆105並由車輪整流罩固定閂鎖簧136保持在比和位置。在展開時，車輪整流罩固定閂鎖將在其與車輪整流罩固定鉤134連接時自動打開。
車輪整流罩固定閂鎖146通過旋轉回縮致動器110的最初啟動而從車輪整流罩固定鉤134脫離。所述閂鎖由車輪整流罩固定閂鎖存波頓拉索（Bowden cable）137給予的推力打開，所述車輪整流罩固定閂鎖存波頓拉索137的另一端由回縮杆111鄰近位置上的車輪整流罩固定閂鎖凸輪138推動。當旋轉回縮致動器110啟動時，車輪整流罩固定閂鎖凸輪138轉動，由此按壓車輪整流罩固定閂鎖波頓拉索137的端部，從而打開車輪整流罩固定閂鎖146。這允許整流罩體101在旋轉回縮致動器110的再一次啟動下回縮。波頓拉索137的基端由拉索回位彈簧140保持抵靠在車輪整流罩固定閂鎖凸輪138上。
以下是發明人構思的其它種類的車輪整流罩向上約束，可用於暫時約束整流罩體101從車輛懸架的向上移動，包括，例如，安裝在上支承託架102和下支承託架103的相對表面上的相對維可牢（Velcro）帶，安裝在上支承託架102和下支承託架103的相對面上的吸引磁體，或安裝在上支承託架102上並在以電流激活後吸引下支承託架103的電磁體。這些僅僅是各種車輪整流罩向上約束的舉例。其他機構可以替代性地用於此目的。在本發明的其他實施例中，所述車輪整流罩向上約束可以被省略，例如在本申請中公開的基本實施例和其它實施例中。
本發明的實施者應考慮到，使用車輪整流罩向上約束155的結果之一是，車輪整流罩裝置100的質量增加了車輛的簧下質量。使用所述車輪整流罩向上約束155的另一結果是，整流罩體101可能不會順應道路199或其上物體的撞擊。
整流罩體101的展開是通過反轉旋轉回縮致動器110，由此向上轉動回縮杆111從而向上轉動導杆112來完成的。這會導致下導引連杆105向下轉動，從而令整流罩體101移向車輪117。旋轉回縮致動器110轉動得足夠遠，使得回縮杆軸承133脫離導向杆112，由此當車輪整流罩裝置100展開時，整流罩體101的垂直運動不受約束。車輪整流罩裝置100的展開是通過重力和由通過同軸扭簧129的基部施加在下導引連杆105上的向下扭矩來推動。其它類型的彈簧也可以用於此目的。前導元件113上的下墜平面139還可以對整流罩體101賦予空氣動力學向下力。作為該向下運動的結果，下導引連杆105通過上支承託架102和下支承託架103之間的接觸而被支承在懸架的上控制臂120上。由此，功能性地將車輪整流罩裝置100連接在懸架系統上，使得整流罩體101隨車輛車輪117往復運動。
因為車輪整流罩裝置100未固定在懸架上，車輪整流罩裝置100的質量也不固定到車輛的簧下質量。這有益於車輛操縱，因為其允許該懸架更迅速地調整適應到道路199的凹凸。這種布置也使得整流罩體101能夠順應道路199或其上物體的撞擊。
上導引連杆104和下導引連杆105用於將整流罩體101限制到單一運動路徑上，並遵循車輛車輪117的運動路徑和定向。對於任何給定的垂直位置，該上導引連杆104和下導引連杆105令整流罩體101在其縱向位置、橫向位置和相對於車體118的定向上得到固定。
可以使用適用於本發明的其他導引連杆布置，包括包含附加導引連杆以幫助穩定該整流罩體101運動的布置。在各種多連杆布置中，導引連杆還可以通過球窩接頭連接到整流罩體101或車體118。取決於導引連杆的排列方式，球窩接頭所允許的運動額外自由度，例如，可以允許整流罩體101在回縮到輪殼116時改變定向。這樣做的原因可能多種多樣，包括允許整流罩體101更好地與輪殼116配合。
如在本發明的附加實施例中所例示，還存在可用於約束整流罩體101的運動路徑，同時允許整流罩體101垂直移動的其他機構。在本公開中，任何用於約束和確定整流罩體101的移動路徑，同時允許整流罩體101垂直移動的結構或結構組件，稱為「整流罩體導件」。上導引連杆104和下導引連杆105包括基本實施例的整流罩體導件150。
可以提供一種結構或結構來限制整流罩體101向下延伸，由此其不會跟隨車輪117的全運動行程。例如，整流罩體101可被設計成僅在懸架壓縮的上限範圍內跟隨車輪117的運動。這很容易通過，例如，包含設計為在下導引連杆105的行程下端處支持該下導引連杆105的車體支承託架來達成。
車輪整流罩回縮器190可以通過使用駕駛員可操作回縮開關122來操作。可選地或附加地，可以提供車輪整流罩回縮控制ECU（電子控制單元）125（圖10A），其可以根據傳感器或其他處理器輸入來自動驅動車輪整流罩回縮器190。例如，所述自動車輪整流罩回縮控制ECU 125可以制為響應於車輛速度傳感器132並根據車速來驅動車輪整流罩回縮器190。例如，車輪整流罩回縮控制ECU 125可以在等於或高於70公裡/小時的車速閾值時，展開車輪整流罩裝置100。為了防止所述裝置在該閾值附近持續交替展開和回縮，車輪整流罩回縮控制ECU 125可以被編程為，僅當車速降到或低於一個遠低於展開閾值的閾值時，才回縮車輪整流罩裝置100。在本實施例中，以60公裡/小時為回縮速度閾值，可以防止車輪整流罩裝置100的持續快速展開和回縮狀態。
圖10B是車輪整流罩回縮控制ECU系統產生上述所需輸出的流程圖。
在步驟1000中，從車速傳感器132產生的輸出中檢測車速。然後，該過程進行到步驟1001。
在步驟1001中，步驟1000中確定的車輛速度與70公裡/小時的存儲值相比較。如果車輛速度大於或等於70公裡/小時，則進程前進到步驟1002，否則進程前進到步驟1000。
在步驟1002中，車輪整流罩裝置100通過向回縮致動器110的適當輸出來展開。然後，該過程進行到步驟1003。
在步驟1003中，從車速傳感器132產生的輸出中檢測車速。然後，該過程進行到步驟1004。
在步驟1004中，步驟1003中確定的車輛速度與60公裡/小時的存儲值相比較。如果車輛速度小於或等於60公裡/小時，則進程前進到步驟1005，否則進程前進到步驟1003。
在步驟1005中，車輪整流罩裝置100通過向回縮致動器110的適當輸出來回縮。然後，該過程進行到步驟1000。
第一附加實施例——圖3B、5A、5B
圖3B是本發明所述的車輪整流罩裝置200的第一附加實施例的平面圖。圖5A是本發明所述的第一附加實施例的左側視圖，其中整流罩體201處於展開位置。圖5B是同一實施例中整流罩體201處於回縮位置的對應視圖。
該第一附加實施例在結構上和操作上與上述基本實施例相同，但有一些例外。所述例外在於，整流罩體201主要由車輛車輪117前的前導元件213構成。本第一附加實施例的整流罩體201不包括尾部元件，以及輪罩228呈現為前導元件213的內側後緣相連的短裙部。
前導元件213帶有下墜平面239，並在車輪整流罩回縮時容納在前導元件凹部226中。整流罩體201通過固定連接到整流罩體201且形狀相對寬的簡單導引連杆204與車體118連接。簡單導引連杆204通過簡單導引連杆基部鉸鏈206可樞轉地附連到車體118。簡單導引連杆基部鉸鏈206與下控制臂131的基部鉸鏈的旋轉軸線同軸。
簡單導引連杆204支承著上支承託架202，上支承託架202位於簡單導引連杆204的後部，並設計成與安裝在懸架的下控制臂119前部邊緣的上表面的下支承託架203相對。因為簡單導引連杆基部鉸鏈206和下控制臂131的基部鉸鏈是同軸的，因此上支承託架202和下支承託架203基本上不會隨著懸架移動而相對於彼此移動。
減震墊248位於上支承託架202上。可選地，該緩衝墊可以位於下支承託架203上，以緩衝懸架和車輪整流罩裝置200之間的接觸。本第一附加實施例的車輪整流罩回縮器290與基本實施例中所述相同，並包括可由駕駛員操作的回縮開關222來操作的旋轉致動器回縮210、回縮杆211、回縮杆軸承233和導引杆212。該車輪整流罩裝置200也包括同軸扭簧229，其幫助保持車輪整流罩裝置200完全展開，並在車輪整流罩裝置200展開時抵靠控制臂119。
簡單整流罩體201設計為，穩定車輛車輪117前部周圍的空氣氣流，以減少空氣阻力。可以擴展所述簡單導引連杆204，以在車輪整流罩裝置200展開時，覆蓋輪殼116的下水平部的一部分，以使得該輪殼116的下水平部上和穿過懸架的下控制臂119空氣氣流流線化，從而減小氣動阻力以及增加下壓力。
第二附加實施例——圖6A、6B、6C、6D
圖6A是本發明所述的車輪整流罩裝置300的第二附加實施例的左側視圖，其中整流罩體301處於展開位置。圖6B是整流罩體301處於回縮位置的對應視圖。圖6C是第二附加實施例在展開位置的後剖面圖。圖6D是用於本實施例中的正視縮放式導引連杆304的四分之三背面透視視圖。
該第二附加實施例在結構上和操作上與上述基本實施例相同，但有一些例外。所述例外在於，整流罩體導軌350由一對縮放式導引連杆構成：位於前導元件313上方的前縮放式導引連杆304和位於輪罩328上的後縮放式導引連杆305。此外，上支承託架302直接安裝在整流罩體301上，且整流罩體301不包括尾部元件。
如圖6D所示，前縮放式導引連杆304包括由兩組摺疊支承杆對（內摺疊支承杆對362和外摺疊支承杆對363）連接的上板360和下板361。每一摺疊支承杆對的各部分的後端通過支承杆鉸鏈364鉸接到上板360或下板361，而每一摺疊支承杆對的各部分的前端通過支承杆滑塊365鉸接到上板360或下板361。後縮放式導引連杆305的形式與前縮放式導引連杆304所述形式相同。
前縮放式導引連杆304的上板360固定到前導元件凹部326的頂部，而後縮放式導引連杆305的上板360固定到輪殼116的頂部。前縮放式導引連杆304的下板361固定到前導元件313的頂部，而後縮放式導引連杆305的下板361固定到整流罩體301的輪罩328的頂部。
上支承託架302直接連接到整流罩體301，並設計成與安裝在懸架的上控制臂120端部的下支承託架303相連。由於上部支承託架302垂直移動（與前縮放式導引連杆304和後縮放式導引連杆305的運動一致），而下支承託架303沿著由上控制臂120的長度和方向確定的淺圓弧移動，上支承託架302和下支承託架303必須設計為在其各自軸承表面之間容納小幅度運動。
車輪整流罩回縮器390由安裝在車體118內的線性回縮致動器310組成，其用於通過垂直提升整流罩體301的滑輪352來牽引回縮拉索351。不同於基本實施例，整流罩體301沿直線移動，而不是沿短弧移動。當整流罩體301展開時，回縮拉索351必須足夠鬆弛，以適應整流罩體301在其展開位置的全範圍運動。
存在能夠得到類似結果的其他導引連杆布置，即基本上約束整流罩體301的水平位置，同時允許整流罩體301自由地垂直移動。例如，可以使用垂直定向的伸縮杆，或杆和軌道，或杆和線性軸承，以及其它可能類型的整流罩體導件。可樞轉地安裝的導引連杆，例如基本實施例所述，也可以結合，例如，適當安裝的垂直定向伸縮杆，以得到與麥克弗遜式獨立懸架系統（McPherson Strut suspension system）相類似的整流罩體導件。
第三附加實施例——圖7A和7B
圖7A和7B是本發明所述的車輪整流罩裝置400的第三附加實施例的左側視圖，其中整流罩體401處於展開位置（圖7A）和回縮位置（圖7B）。該第三附加實施例在結構上和操作上與上述本發明第一附加實施例相同，但有一些例外。所述例外在於，簡單整流罩體401在展開時，其從懸架受到的支承來自於從懸架的上控制臂120垂下的支承連杆440，而不是如本申請基本實施例及其他附加實施例中所描述的壓在所述懸架上。因此，其沒有上支承託架102和下支承託架103。
支承連杆440由一段長度的Kevlar芳綸織帶構成，該織帶的上端通過支承連杆上安裝託架441固定到上控制臂120，且其下端通過支承連杆下安裝託架442固定到簡單導引連杆404。簡單導引連杆404位於上控制臂120下方。當簡單整流罩體401回縮時，支承連杆440變得鬆弛，且車輛懸架可以垂直移動，而簡單整流罩體401保持固定在簡單車輪整流罩凹部426內。其它合適的支承連杆可以由其他合適的材料製成，例如拉索、滾鏈或鉸接對臂，以及其他可能形式。支承連杆應該具有傳遞張力而非實質壓力的性質。適合的支承連杆還必須允許車輪整流罩裝置400在回縮時的功能性脫離。彈簧，如果用作支承連杆，不能很好地起到此作用，因其不允許車輪整流罩裝置400從車輛懸架完整功能性脫離。
本實施方式的支承連杆440、支承連杆上安裝託架441和支承連杆下安裝託架442，包括本申請中所述的車輪整流罩裝置400的懸架式支架495的又一個例子。本申請所述的另一懸架式支架以基本實施例的上支承託架102和下支承託架103為例。
不同於本申請所描述的本發明的其他實施例，本附加實施例中，當車輪整流罩裝置400回縮時，懸架系統和車輪整流罩裝置400之間總是通過支承連杆440存在物理連接。在本申請描述的本發明的其他實施例中，支承連杆440也可用於功能性地連接車輪整流罩和懸架。
第四附加實施例——圖8A和8B
圖8A是本發明所述的車輪整流罩裝置500的第四附加實施例的四分之三前透視圖，其中整流罩體501處於展開位置。圖8B是同一實施例中車輪整流罩裝置500處於回縮位置的對應視圖。
本第四附加實施例具有上導引連杆504，其通過上導引連杆基部鉸鏈506連接到車體，並通過上導引連杆頂部鉸鏈507連接到整流罩體501的縱向延伸端部。本第四附加實施例還具有下導引連杆505，其通過下導引連杆基部鉸鏈508連接到車體118，並通過下導引連杆頂部鉸鏈509連接到整流罩體501。所述兩個導引連杆在整流罩體垂直移動時，維持整流罩體501相對於車體的定向。
整流罩體501帶有突出延伸的下墜平面539，其總是暴露於由機動車輛198的行駛所產生的氣流中，即使是當整流罩體501處於其回縮位置的時候。不同於本申請所描述的本發明的其他實施例，車輪整流罩回縮器590以由回縮配重580補充的回縮彈簧510構成。回縮配重580和回縮彈簧510用於，通過施加足以對抗由車輪整流罩裝置500的質量施加的向下力矩的向上扭矩，將車輪整流罩裝置500固定在其回縮位置。回縮彈簧510在下導引連杆505的基部施加向上力矩，而回縮衡重580在下導引連杆基部鉸鏈508處連接到下導引連杆504的基部。
下墜平面539設計為，產生可隨著機動車輛198的前進速度增加而增加的向下力。這一可能性的來源，是因為空氣動力傾向於與空氣速度的平方成比例地增加。超過某一前進速度閾值時，由下墜平面539施加的向下扭矩超過了回縮彈簧510和回縮配重580施加的向上扭矩。結果就是簡單整流罩體501在超過車速閾值時自動展開。用於此目的的有用速度閾值的示例之一為70公裡/小時。低於70公裡/小時時，道路通常可能是不適合展開，且空氣動力往往不太顯著，而等於或高於70公裡/小時時，道路往往是光滑性質的，並適合車輪整流罩裝置500展開。當然，也可以使用其他的車速閾值。
在展開狀態下，所述整流罩體501通常由車輛懸架支承。因此，在展開狀態下，所述整流罩體501隨著車輛車輪117往復運動。因此，不同於本發明的其他實施例，整流罩體501的展開取決於車速，並由空氣動力誘導。
如在此實施例中所述，回縮彈簧510是扭簧形式，但其它類型彈簧，如螺旋彈簧、氣彈簧或用於對整流罩體501施加向上回縮力的其它合適的裝置也可以用於此目的。另外，在發明人的構思中，可以選擇只採用適當強度的回縮彈簧510，而不用回縮配重580，或只採用合適質量的回縮配重580，而不用回縮彈簧510。
此外，還構思了下墜平面539可以是能夠產生足以展開整流罩體501的合適下壓力水平的任何形式。可選地，所述下壓力可以由整流罩體501的整體形狀所施加，或由整流罩體501的其他空氣動力學部件施加。可選地，產生該向下的力的空氣動力學元件，可以設置在本實施例的車輪整流罩裝置500的一個或多個其它部件上，包括下導引連杆505，或者在物理地連接到車輪整流罩裝置500的一個或多個結構上。用於通過空氣動力展開整流罩裝置500的結構或結構組在此稱為「氣動展開器（aerodynamic deployer）」。
可以包括防止展開的機構。所述機構可以制為速度依賴性，由此在車輛速度遠遠超過車輪整流罩裝置500的氣動展開前進速度閾值之前，車輪整流罩裝置500的不會展開。這可以防止車輪整流罩裝置500過快地接連交替展開和回縮。
第五附加實施例——圖9A和9B
圖9A是本發明所述的車輪整流罩裝置600的第五附加實施例的左側正視圖，其中整流罩體601處於展開位置。圖9B是同一實施例的相應視圖，其中整流罩體601處於回縮位置。不同於本申請所公開的隨著車輪117而被車輛懸架機械地移動的其它實施例，本第五附加實施例的整流罩體601，由響應於懸架位置傳感器671的整流罩體位置致動器670而移動。
不同於本申請所描述的其他實施例，整流罩體601與車輛懸架之間沒有直接接觸。該懸架位置傳感器671是連接到車體118並連接到下控制臂119上的點的線性電位計。可以替代地使用其它合適的傳感裝置，以感測懸架位置並由此感測車輪117鄰近的車體118的行駛高度。
更普遍地，可以被使用用於感測車輪117鄰近的車體118的行駛高度的行駛高度傳感器，包括所述的懸架位置傳感器671。所述行車高度傳感器可以是，例如，車體搭載的雷射距離傳感器，用於測量道路和車輪117鄰近的車體118之間的距離。可以替代地使用其它行車高度傳感器裝置。
整流罩體位置致動器670連接到與該整流罩體601相連的支承連杆。本實施例中的支承連杆為拉索形式，其將車輪整流罩位置致動器670的升舉力傳遞給整流罩體601，但是不會將實質向上力從整流罩體601傳遞到整流罩體位置致動器670。這用於在若整流罩體601在與道路199或其上物體接觸而接收到向上力時，保護整流罩體位置致動器670不受損壞。
整流罩體的垂直運動在其整個運動範圍內受到縮放式導引連杆604的導引。也可以使用其他類型的整流罩體導件。可選地，支承連杆672可用於確定整流罩體601自身的的移動路徑，因此可同時用作支承連杆和整流罩體導件。這種支承連杆672可以是非柔性杆的形式，其固定連接到整流罩體位置致動器670且固定連接到整流罩體101。整流罩體位置致動器670可以是任何適當類型，只要能夠進行與大多數懸架運動速度近似的運動，包括電動線性致動器。
該懸架位置傳感器671感測懸架的位置，並輸出相應的值到整流罩體高度ECU（電子控制單元）673。整流罩體高度ECU 673用於輸出相應信號到整流罩體位置致動器670，由此該整流罩體601假定一個對應於相應車輛車輪117的位置或到車輪117鄰近的車體118的行駛高度。整流罩體高度ECU673也可以制為可以從其他傳感器裝置接收，例如速度傳感器，駕駛員操作的回縮開關，以及其它處理器裝置，如車輛穩定性輔助系統，並用於根據該輸入來輸出整流罩體601相關的合適行駛高度。
雖然上述詳細描述包含了許多細節，但這些不應解釋為限制本發明的範圍。相反，該詳細描述應被理解為舉例說明了部分當前優選實施例。所公開的主題的範圍因此應該由所附權利要求及其合法等同形式來確定，而不是僅僅鑑定為如上給出的示例。