CN106541798B - 用于控制车辆空气动力性的车辆行驶高度的确定 - Google Patents

Abstract

一种系统被配置成控制车辆的空气动力性。车辆包括具有当车辆相对于路面正在运动时面向环境气流的前端的车身。该系统包括被安装至车身的可调整空气动力性辅助元件。该系统还包括机构，所述机构被配置成改变可调整空气动力性辅助元件相对于车身的位置并且由此控制气流的移动。该系统另外包括被配置成检测车身相对于预定参考系的高度的传感器和被配置成从传感器接收指示所检测车身高度的信号的控制器。控制器还被配置成利用所检测车身高度确定车辆的行驶高度并且响应于所确定行驶高度调节所述机构以控制车辆的空气动力性。

Description

用于控制车辆空气动力性的车辆行驶高度的确定

技术领域

本公开涉及用于控制车辆的空气动力性的机动车辆行驶高度的确定。

背景技术

空气动力性在车辆设计(包括汽车)中是一个重要的因素。汽车空气动力性是对道路车辆的空气动力性的研究。研究的主要目的是减小阻力和风噪音，将噪声排放降至最小，以及阻止在高速下不需要的提升力和空气动力性不稳定性的其它原因。

研究通常用于成形车身以及使用专用的空气动力性装置以实现在用于特定车辆用途的以上特征中的所期望折衷。另外，空气动力性研究也可用于在车辆中实现向下力以改善车辆牵引、高速稳定性、和转弯。

发明内容

公开了一种用于确定车辆的行驶高度和控制其空气动力性的系统。车辆包括沿纵向轴线布置并具有被配置成当车辆相对于路面运动时面向靠近的或入射的环境气流的第一车身端的车身。系统包括被安装到车身并被配置成控制车辆的空气动力性的可调整的空气动力性辅助元件。该系统也包括机构，所述机构被配置成改变可调整的空气动力性辅助元件相对于车身的位置以从而控制环境气流相对于车身的运动。系统另包括被布置在车辆上并被配置成检测车身相对于预定参考点的高度的传感器。并且，系统包括被配置成从传感器接收表示车身相对于预定参考点的检测高度的信号的控制器。控制器也被配置成使用车身相对于预定参考点的检测高度确定车辆的行驶高度并响应于所确定的车辆行驶高度调节机构以控制车辆的空气动力性。

车辆可包括路面车轮和操作地将车身连接到路面车轮的车辆悬架角部。在此情况中，路面车轮的中心可用作预定参考点。

传感器可被布置在悬架角部处并被配置成通过感测车身相对于路面车轮的中心的高度检测车辆的行驶高度。同样，控制器可被配置成利用车身相对于路面车轮的中心的感测高度确定车辆的行驶高度。

路面车轮可包括安装在其上的充气轮胎。控制器也另被配置成确定轮胎的偏角并利用确定的轮胎偏角确定车辆的行驶高度。

控制器可利用建立车身相对于路面车轮的检测高度与轮胎偏角之间的相互关系的查找表程式化。控制器可被配置成利用查找表确定轮胎的偏角。

控制器可另被配置成确定车身沿纵向轴线的俯仰并使用确定的车身俯仰确定车辆的行驶高度。

路面可用以限定预定的参考点。在此情况中，传感器可被配置成通过直接地感测车身相对于路面的高度检测车辆的行驶高度。

传感器可为超声传感器和激光传感器中的一个。

空气动力性辅助元件可为可调整扰流板、阻流器、分流器、扩散器、和挡板中的一个。

车辆可包括相对于第一车身端定位的第二车身端。因此，机构的调节可被配置成改变第一车身端和第二车身端中的一个上的空气动力性辅助元件产生的空气动力性向下力的大小。

机构可包括被配置成改变空气动力性辅助元件相对于车身的位置的致动器。

以上特点和优势，以及本公开的其它特点和优势当结合附图和随附权利要求时会从用于实施所述公开内容的实施方案和最佳模式的以下详细描述中轻易地了解。

附图说明

图1是根据本公开的具有布置在车身平面中并沿着纵向轴线的车身，并具有安装到车身的多个可调整的空气动力性辅助元件及多个传感器以确定车辆行驶高度的车辆的示意俯视图。

图2是图1中所示车辆的代表性悬架角部的放大剖视图，此描述根据本公开的车辆行驶高度的不同测量。

图3是根据本公开的水平位置的图1所示车辆的示意性侧视图。

图4是图3中所示车辆的示意性侧视图，其说明根据本公开的俯仰方向，并显示在制动事件期间特定俯仰向前位置的车辆。

图5是图1中所示车辆的示意性正视图，其说明根据本公开的在转弯事件期间的车辆侧倾方向。

具体实施方式

参考附图，其中类似附图标记指代类似部件，图1显示了机动车辆10相对于路面12定位的示意图。车辆10包括在车身平面PL中沿着虚纵向轴线X布置的车身14，当车辆静止时，车身平面PL基本上平行于路面12。车身14限定六个车身侧面。这些车身侧面包括第一车身端或前端16、相对于前端布置的第二车身端或后端18、第一横向车身侧面或左侧20、和第二横向车身侧面或右侧22、可包括车辆顶部的车身顶部24(所有显示在图1中)以及在图3和4中显示的车身底座部分26。

左侧20和右侧22大致上平行于彼此并相对于纵向轴线X设置，并跨越前端16与后端18之间的距离。限定车身平面PL以包括纵向轴线X。车辆10的乘客室(未显示)通常由车身14的前和后端16、18以及左和右侧20、22限定。如技术人员所理解，前端16被配置成当车辆10相对于路面12运动时面向靠近的环境气流27。当车辆10运动时，靠近的环境气流27基本上平行于车身平面PL并沿着纵向轴线X运动。

如所示，车辆10也包括动力装置28，例如内燃机、混合-电传动系(未显示)、或其它可选类型的推进系统。当车辆10相对于路面12运动时，例如在来自动力装置28的扭矩输入下，环境气流27通过车身14周围并分成相应的第一气流部分27-1、第二气流部分27-2、第三气流部分27-3、和第四气流部分27-4，它们最终再结合在紧邻后端18之后的尾流区或再循环气流区域27-6中。具体地讲，如图1所示，第一气流部分27-1通过车身顶部24之上，第二气流部分27-2通过左侧20之上，第三气流部分27-3通过右侧22之上，以及第四气流部分27-4(图1中幻像中所示)在车身底座部分26与路面12之间通过车身14下面。如技术人员所理解，再循环气流区域27-6一般在高车辆速度下由车身14的六个车身侧面周围的周围空气的流动引起。

该车辆10还包括多个路面车轮，其包括前轮30和后轮32。如图所示，各路面车轮30、32可具有安装于车轮上的充气轮胎。确切地说，在所示的四轮车辆10的情形下，布置在前端16附近的一对前轮30以及布置在后端18附近的一对后轮32包括安装在相应的前轮及后轮上的前轮胎30-1及后轮胎32-1。尽管图1中示出了这四个车轮，即一对前轮30和一对后轮32，但也设想了具有更少或更多车轮的车辆。如图2所示，车辆悬架系统34操作地将车身14连接到前轮30和后轮32，以保持车轮与路面12之间的接触并保持该车辆的操纵。该悬架系统34包括多个转向节36，每个配置成通过轮毂30-2、32-2和轴承组件(图中未示)支撑相应的路面车轮30、32。如图所示，每个转向节36可通过上控制臂38和下控制臂40操作地连接至车身14。图2示出了存在于该悬架系统34每个左右前路面车轮30和左右后路面车轮32处的代表性角部42，每个角部包括代表性转向节36并可包括控制臂38、40的每个。本领域技术人员已获知并且还设想了其它在特定路面车轮处采用各个角部的悬架设计。

通常，该车辆10的特征在于车身14相对路面12的高度通常称之为“车辆行驶高度”。如可以在图2中看到，一般而言，车辆行驶高度指定车身14相对路面12的垂直位置。可通过许多不同的方法来确定该车辆10的行驶高度，下文会详细描述。例如，如图2所示，可将车辆行驶高度直接限定为车身14相对于路面12的高度H1。另一方面，可将车辆行驶高度描述为车身14相对于预定参考点的高度。例如，可将车辆行驶高度描述为车身14相对于特定路面车轮30、32的高度H2，然后如下文示例性实施例中所述，其用于确定高度H1。为了实践目的，位于相应轮毂30-2、32-2上的特定路面车轮30、32的中心可识别为主体预定参考点。因此，可将高度H2规定为车身14上的设定点14A与相应轮毂30-2、32-2之间的垂直距离(图2中示出)。可通过底盘位置传感器检测从上控制臂38至车身14上的设定点14A的距离H2-1，下文会详细描述。于是，该高度H2可以确定为从设定点14A至相应上控制臂38所检测到的距离H2-1和主体上控制臂与相应轮毂30-2、32-2之间的已知距离H2-2之和。然后该高度H2可用于估计，即，确定在可允许误差范围内，车身14相对于路面12的高度H1。出于说明性目的，在图2中，依据高度H1和高度H2，在代表性悬架角部42处示出了车辆10的行驶高度。

为使用高度H2来确定高度H1，可在车辆运行期间的任何特定时刻在负载下，针对每个前充气轮胎30-1和每个后充气轮胎32-1的轮胎偏角TD(图2阴影中示出)进一步调整特定高度H2。按照本领域技术人员的理解，可以响应于作用在车身14上的各种力来改变车辆10的行驶高度。例如，该悬架系统34可允许车身14在加速下移动，也可在车辆10的减速/制动操作下移动。为考虑当使用高度H2来确定高度H1时车辆10行驶高度的动态改变，可针对车身14沿着纵向轴线X相对于路面12的俯仰P(图4示出)另外调整行驶高度估计。

参考图3及图4，为确定车身14的俯仰P，车辆10可具有建立在前端16处的第一空气动力性参考点AR1和建立在后端18处的第二空气动力性参考点AR2。第一空气动力性参考点AR1和第二空气动力性参考点AR2的相应高度可在车辆10的静态位置上确定并对于高度H1可相互参考。相应地，可基于在各个悬架角部42处已确定的相应高度H1直接检测或估计在各种车辆操作期间第一空气动力性参考点AR1和第二空气动力性参考点AR2的改变。此外，为考虑转弯时车辆10遇到的侧向g-负载，第一空气动力性参考点AR1可以进一步离散化为左前参考点AR1_L和右前参考点AR1_R(如图1所示)，同时第二空气动力性参考点AR2可以进一步离散化为左后参考点AR2_L和右后参考点AR2_R(如图1所示)。因此，也可为车身14相对于路面12的侧倾R(图5示出)调整行驶高度估计，其通常是围绕纵向轴线X发生的。确切地讲，左侧第一空气动力性参考点AR1_L和右侧第一空气动力性参考点AR1_R之间的高度差与左侧第二空气动力性参考点AR2_L和右侧第二空气动力性参考点AR2_R之间的高度差可用于确定车辆10相对于路面12的侧倾R的程度。

车辆10也包括可调整的空气动力性辅助元件，其一般通过图2中附图标记44来示出和标示。该可调整的空气动力性辅助元件44安装在车身14上。例如，该可调整的空气动力性辅助元件44的形式可以为在打开位置与关闭位置之间可移动的扰流板44A(图1、图3和图4中示出)、阻流板44B(图3和图4中示出)、分流器44C(图5中示出)、扩散器44D(图3和图4中示出)或具有可移动百叶窗44E-1的挡板44E(图3、图4和图5中示出)，也可为特制翼、机翼或驱动平面(因能由本领域技术人员设想而未示出这些元件)。同样地，特定可调整的空气动力性辅助元件44可定位在车辆10的前端16或后端18上。该空气动力性辅助元件44可相对于车身14通过电机或另一类型的致动器来调整，下文将更详细描述。如所示，车辆10还包括一个或多个布置在车身14上的并配置为确定车辆行驶高度的高度传感器。

该高度传感器的一种实施例可为底盘位置传感器48-1，其布置在上控制臂38(如图2及图4所示)上悬架角部42处并配置为感测车身14相对于代表性路面车轮30、32中心的高度以确定车辆10的行驶高度。底盘位置传感器48-1在上控制臂38上的此种布置将能检测到路面车轮30、32相对于车身14上一些预定固定点的位置变化。该高度传感器的另一种实施例可为这样的传感器48-2(图3中示出)，其配置为通过直接感测车身14相对于路面12的高度来检测车辆10的行驶高度。例如，该传感器48-2可为超声传感器或激光传感器。另外，加速度计46可以安装在车辆10上以检测车辆的加速和制动。

车辆10还包括控制器50，其经配置或编程以接收来自加速度计46和传感器(多个)48-1或48-2的信号，该信号指示所检测到的车辆行驶高度。使用车身14相对于特定参考点所检测到的高度，控制器50还经配置以确定车辆10的行驶高度，该相对参考点例如是相应路面车轮30、32或路面12的中心，如上文所述。在传感器48-1感测到车身14相对于代表性路面车轮30、32的高度下，使用车身相对于相应轮毂30-2、32-2所感测到的高度，控制器50可经配置以确定车辆的行驶高度。控制器50另外经配置以响应于所确定的车身14相对于路面12的高度、调节可调整空气动力性辅助元件44的位置这种可调整空气动力性辅助元件44位置的调节一般是为了控制车辆10的空气动力性，且确切地是车身14上的下压力F_d(图2、4和5所示)。

如图3和4所示，可调整空气动力性辅助元件44中的至少实施例44A和44B可具有特定地定形的元件主体45，其通常以垂直于纵向轴X来布置。更特别地，元件主体45可以是翼形的。“翼形”在此处定义为具有翼的形状，即具有机翼形状的鳍状物。在元件主体45的侧视图或剖视图中，从图3和4所示的车辆10的侧视图看出，由流线形所限定的本发明鳍状物为穿过流体的飞行或推进产生升力。如图2和5中所示，机构52经配置以改变元件主体45相对于车身14的位置，以便由此控制环境气流27相对于车辆10的位置。

机构52可包括一个或多个致动器54，其经配置以改变元件主体45相对于车身14的位置。这种致动器54可以是可应用于特定空气动力性辅助元件44的使用的电动、机械、电动-机械、气动或任何其它适于特定封装、效率和成本限制的类型。对于车辆10所使用的可调整空气动力性辅助元件44的任何实施例，控制器50也可经编程来调节机构52，且由此改变，即选择性增加或减小作用在车辆前端16或后端18上的下压力F_d的大小。

控制器50可配置成中央处理单元(CPU)，其经配置来调节动力装置28以及其他车辆系统或专用控制器的运行。控制器50可配置成通过机构52响应于从加速度计46和传感器(多个)48-1或48-2所接收的信号、改变元件主体45相对于路面12的角度(图4所示)，该信号指示车辆10的行驶高度。为恰当地控制机构52的运行，控制器50包括存储器，至少一些存储器是有形且非瞬时的。存储器可以是任何可记录介质，其参与提供计算机可读数据或进程指令。这种介质可采取多种形式，包括但不限于非易失性介质和易失性介质。

用于控制器50的非易失性介质可包括(例如)光盘或磁盘以及其它持久存储器。易失性介质可包括(例如)动态随机存取存储器(DRAM)，其可构成主存储器。这种指令可由一种或多种传输媒介发出，包括同轴电缆、铜线和光纤，并包括包含耦接到计算机处理器的系统总线的线缆。控制器50的存储器还可包括闪存盘、软磁盘、硬盘、磁带、任何其它磁性介质、CD-ROM、DVD和任何其它光学介质等。控制器50可配置或装配有其它必须的计算机硬件，例如高速时钟、要件模数转换器(A/D)和/或数字-模拟(D/A)电路、任何必要的输入/输出电路及装置以及适当的信号调制和/或缓存电路。控制器50所需或可访问的任何算法从而可储存在相应的存储器中且自动执行以提供所需功能。

控制器50可使用查找表55编程(图2所示)，来建立所检测到的车身14相对于特定路面车轮30、32的高度H2与相应的充气轮胎30-1、32-1的偏角TD之间的相关关系。这种相关性可(例如)基于先前记录的高度H2，例如上控制臂38在车辆10上各种已知载负下的测量位置。控制器50从而可以使用查找表55来确定每个前充气轮胎30-1和后充气轮胎30-2的偏角TD。如前所述，车身14的特征在于相对于路面12的指定高度H1。此外，从图2所示的示例性实施例可以看到，高度H1可近似为车身14相对于上控制臂38的高度H2、特定车轮30、32和相应充气轮胎30-1、30-2的已知组合的未加载直径以及轮胎偏角TD的总和，相应地，控制器50此外还可使用所确定的特定轮胎30-1、30-2的偏角TD来配置以确定高度H1。

控制器50此外还可经配置来确定车身14在车辆10加速情况下和减速/制动情况下的俯仰P。为解决这种当高度H2用于确定高度H1时车辆10行驶高度的动态变化，另外行驶高度估测值可针对车身14沿纵向轴线X的俯仰P进行调整或补偿。为确定车身14的俯仰P，控制器50可经配置以接收来自底盘位置传感器48-1(多个)或直接测量传感器48-2(多个)的信号，上述传感器用于在前端16的第一空气动力性参考点AR1和建立于后端18的第二空气动力性参考点。因此，控制器50继而可以启动以直接估计或确定在车辆10的前端16和后端18的各个行驶高度。如上所述，车辆10的加速和制动可经由加速度计46检测，且表示这种情况的信号可通信至控制器50。加速度计46信号可经由控制器50处理用于与所确定的俯仰P相关联，以确立车辆10的当前行驶高度。

参考图3和4，可以采用几何上的相似三角形法估计俯仰P和侧倾R。特定地，可以采用相似三角形法来估计由于俯仰P造成的前后空气动力性参考点AR1、AR2的高度变化，且也用来输出由于侧倾R造成的左侧第一空气动力性参考点AR1_L和右侧第一空气动力性参考点AR1_L之间的差及左侧和右侧空气动力性参考点AR2_R、AR2_L之间的高度差。

因此，每个空气动力性参考点AR1_L、AR1_R、AR2_R和AR2_L处的估计行驶高度可采用以下公式计算：

AR1处的行驶高度＝(前轮毂30-2处的高度)-E

AR2处的行驶高度＝(后轮毂32-2处的高度)+F

车辆俯仰

控制器50也可经配置来确定车身14在车辆10拐弯时所遇到的侧倾R。为确定侧倾R的程度，控制器50可经配置在左前参考点AR1_L、右前参考点AR1_R、左后参考点AR2_L及右后参考点AR2_R处接收并比较来自底盘位置传感器48-1(多个)或直接测量传感器48-2(多个)的信号。因此，控制器50可直接估计或确定车辆10的左侧20和右侧22的行驶高度，以考虑车身14的侧倾R。特别地，左侧第一空气动力性参考点AR1_L和右侧第一空气动力性参考点AR1_R之间的高度差及左侧和右侧空气动力性参考点AR2_R、AR2_L之间的高度差可用于确定车身14的侧倾R的程度。

例如，在前端16处，侧倾可通过下面的表达式表示：

AR1_L高度(轮胎偏角TD)－AR1_R高度(轮胎偏角TD)

相应地，在前端16处，可经由以下公式确定车辆侧倾R(以度数为单位)：

车辆10还可包括多个传感器，其用于检测每个路面车轮30、32的转速和控制器50所检测的相应路面车轮转速。车辆10可另外包括被配置成检测车身14上相对于路面12的偏航力矩或偏航率并且将所检测的偏航率传送至控制器50的传感器。车辆10可包括操作地连接至方向盘56(图1中示出)并且被配置成检测车辆的操作期间所述方向盘的角度的传感器。车辆10的预期方向可以通过由此传感器检测并且被传送至控制器50的方向盘角度来识别。又一传感器可用来检测环境气流27相对于车辆10的速度。第四传感器可以另外被配置成将环境气流27的所检测速度通信至控制器50以使环境气流与车辆10的路面速度关联。

控制器50可被编程成响应于来自各个传感器的信号和车身14的所确定的行驶高度来调节机构52。因此，每个个别空气动力性辅助元件44的元件主体45的位置可由控制器50调节以由此控制环境气流27相对于车辆10的移动。由于特定空气动力性辅助元件44的元件主体45的角度在加速、制动和/或转弯事件期间不断改变，位于前端16、后端18处或车身14上的其它位置处的空气动力性辅助元件能够利用环境气流27来控制车身14上的向下力F_d。此向下力F_d的控制继而又影响车辆10的动态行为并且增强车辆10的稳定性。

详述和图式或图支持并且描述本公开，但是本公开的范围仅仅是由权利要求书界定。虽然已详细描述了用于实行所述公开的某些最佳模式和其它实施例，但是也存在用于实践所附权利要求书中界定的本公开的各种替代设计和实施例。另外，图式中所示的实施例或本描述中提及的各个实施例的特性不一定被理解为实施例彼此独立。实情是，可行的是，实施例的一个实例中描述的每个特性可与来自其它实施例的一个或多个其它期望特性组合，从而产生没有以文字描述或没有通过参考图式描述的其它实施例。因此，这些其它实施例落在随附权利要求书的范围的框架内。

Claims (9)

1.一种用于控制车辆的空气动力性的系统，其中所述车辆包括沿纵向轴线布置并且具有被配置成当所述车辆相对于路面正在运动时面向靠近的环境气流的第一车身端的车身，所述系统包括：

可调整空气动力性辅助元件，其被安装至所述车身；

机构，其被配置成改变所述可调整空气动力性辅助元件相对于所述车身的位置以由此控制所述环境气流相对于所述车身的移动；

传感器，其被布置在所述车辆上并且被配置成检测所述车身相对于车身上的预定参考点的高度；以及

控制器，其被配置成：

从所述传感器接收指示所述车身相对于所述预定参考点的所述检测高度的信号；

确定所述车身沿所述纵向轴线的俯仰；

利用所述车身相对于所述预定参考点的所述检测高度和所述车身的确定的俯仰来确定所述车辆的行驶高度；以及

响应于所述车辆的所述行驶高度调节所述机构以控制所述车辆的所述空气动力性。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述车辆包括路面车轮和将所述车身操作地连接至所述路面车轮的车辆悬架角部，且其中所述路面车轮的中心用作所述预定参考点。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述传感器被布置在所述悬架角部处并且被配置成通过感测所述车身相对于所述路面车轮的所述中心的所述高度来检测所述车辆的所述行驶高度，且其中所述控制器被配置成利用所述车身相对于所述路面车轮的所述中心的所述感测高度来确定所述车辆的所述行驶高度。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述路面车轮包括安装在其上的充气轮胎，且其中所述控制器另外被配置成确定所述轮胎的受径向载荷的变形量并且利用所述轮胎的确定的受径向载荷的变形量来确定所述车辆的所述行驶高度。

5.根据权利要求4所述的系统，其中所述控制器是利用查找表来编程，所述查找表在所述车身相对于所述路面车轮的所述检测高度与所述轮胎的所述受径向载荷的变形量之间建立关联，且其中所述控制器被配置成使用所述查找表来确定所述轮胎的所述受径向载荷的变形量。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述路面用作所述预定参考点，且其中所述传感器被配置成通过直接地感测所述车身相对于所述路面的所述高度来检测所述车辆的所述行驶高度。

7.根据权利要求6所述的系统，其中所述传感器是超声传感器和激光传感器中的一种。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述可调整空气动力性辅助元件是阻流板、分流器、扩散器、可调整扰流板和具有可移动百叶窗的挡板中的一种。

9.根据权利要求1所述的系统，其中所述车辆包括被定位成与所述第一车身端相对的第二车身端，且其中所述机构的所述调节被配置成改变由所述可调整空气动力性辅助元件产生在所述第一车身端和所述第二车身端中的一者上的所述空气动力性向下力的大小。