進氣格柵常被比作汽車的嘴巴,不過它「吃」的不是飯,而是空氣,發動機燃燒、動力總成的散熱,都依賴於流經進氣格柵的空氣。不過一些高端的汽車,格柵的狀態不是固定不變,而是可以調整張開的幅度、甚至完全關閉的,就是所謂的「主動式進氣格柵」,或者「智能式進氣格柵」。
那麼問題來了,進氣格柵為什麼需要開閉的調整,有需要在什麼時候做怎樣的調整呢?
智能格柵的英文「Active Grille Shutter, AGS」,也有人翻譯為主動式進氣格柵。汽車廠商使用這項技術的原因一般都是用於降低油耗。
一般格柵的孔洞是都是通的狀態,氣體可以流進機艙內,而智能前格柵的「智能」之處,在於它可以根據工況把格柵打開或者關閉,允許或阻擋氣體流進機艙內。
如下圖的狀態,格柵允許不同程度地開度,比較常見的從全開和全閉狀態之間會有16個不同的開度。
AGS可以影響整車的風阻以及熱管理,所以它的控制一般都會根據這兩方面的需求展開。
下面是一些比較常見的要使用AGS功能的場景以及與不同參數的關係
降低風阻,這是最容易想到的:
在車輛高速行駛時,空氣阻力佔的比重會隨著車速的增大佔得越來越大,而空氣阻力是與車速成平方關係。
AGS可以通過改變格柵的不同位置,使風阻係數降低,從而空氣阻力減小,從而實現降低油耗。
那麼,AGS就要根據車速控制格柵的位置,使車在不同車速下對應的風阻係數最小。具體到底能起多大效果,不同的車設計不一樣,獲得的效果也不一樣.
具體到某個車,AGS對風阻係數最大分別有7個count和12個count左右的優化量(1 count=0.001)。
縮短熱機(warm-up)時間,也是比較容易想到的:
一般認為:
在冷啟動時,可以將格柵關閉,這樣從機艙往外散熱量就會的減少,從而這樣可以縮短冷機時間,使發動機快速進入到最佳的工作溫度,從而降低油耗。
但這樣通過減少了熱量往外散,從而縮短發動機冷機到熱機的時間,所以降低了油耗的說法,也有人認為是值得商榷的。
因為在冷機狀態下,發動機的冷卻水的水溫很低,走的冷卻小循環,並沒有打開大循環,此時即使格柵打開,從散熱器散出的熱量可以說是不會太多。
但從另外一個角度來說:
低溫下潤滑油阻力較大,而潤滑油的溫度上升要比水溫上升慢,關閉格柵有利於使發動機和變速箱的潤滑油溫加快上升,從而有利於降低油耗,那麼這樣的話,對於冷起動階段而言,通過AGS來降油耗可以說是與油溫的關係相對多一點。
空調管理和保護:
空調分為暖風和冷風。
對於暖風:
同上一條說到,關閉格柵有利於機艙內的溫度上升,熱風可以比別人來得更早那麼一點。
部分供應商也紛紛表示,使用AGS可以有利於縮短除霜時間,冬天早上開車起步更從容安全。
對於冷風:
空調的作用其實是將車內的熱量搬到外面散掉,所以它需求一部分的冷卻能力,因此當空調內的壓力上升到一定程度時,出於保護空調的原因,需要開啟風扇加強對空調系統蒸發器的散熱。
由於不同AGS的控制格柵開啟的位置不一樣,進入到機艙內的冷卻空氣是不一樣的。
因此此時的AGS的開度控制,需要與風扇的控制配合,保證有足夠的氣流進入,以滿足空調的冷卻需求。
此時空調壓力也可以說是參與控制AGS的一個變量。
動力總成(發動機及變速箱)的冷卻及潤滑溫度控制:
上面說到,發動機和變速箱等需要運行在一個合適的冷卻溫度及油溫範圍內,當水溫或油溫過高時,進行冷卻降溫,同上面的空調控制一樣,由原來的常規的單獨的風扇控制,變化為風扇和AGS配合工作來保證有足夠的氣流進入到機艙內冷卻。
因此可以根據不同的水溫或油溫,控制AGS處於不同位置來滿足這種冷卻需求。
上面的空調及動力總成的溫度控制這部分,說起來原理比較簡單。其實實際為了得到這些合適控制參數,達到最優的效果,需要做大量計算和試驗,工作量不少。其實在常規車上,單獨風扇和空調的控制策略就需要很多實驗去驗證,加上AGS需要更多的工作量。
說完場景,那麼AGS的控制邏輯就是要實現上述場景的控制功能。
由於廠商之間的實力與需求不同,不是每個廠商都會對上面每一個場景都使用AGS,所對應的控制策略也會有所不同。
一般,要想從AGS中獲得更多的收益,那麼考慮越多的因素進去,那麼模型就會更複雜,那麼對應所要投入就越大。
上面是大多數可能會用到參與控制AGS的情形及相關參數。不同廠商可以根據不同需求選取一種或多種情形都參與到AGS的控制中。
比如:比較簡單的,單單用發動機的水溫控制,當水溫達到多少度時,AGS對應開多大的角度。
也可以把車速加進來,當車速低於某個值時,單單由水溫來控制,當車速大於某個值時,同時參考水溫和車速來控制。
要做複雜可以多複雜呢,比如考慮了題目所說的水溫、車速、還有油溫等這些因素的對AGS和風扇的控制邏輯,其複雜程度大約可以用下面這個輸入輸出的框架圖示意。
可以看出,它並不是一個單一的輸入輸出關係,而是多輸入的多輸出的一個比較複雜的控制模型。