CN106553708A - 使用压力传感器诊断主动气动系统并验证车辆气动力估算的方法 - Google Patents

Abstract

一种控制具有主动气动部件的车辆的方法包括感测在主动气动部件附近的静压力。根据所感测的在气动部件附近的静压力计算根据测量压力得出的估算气动力。将根据测量压力得出的估算气动力与根据当前车辆运行状况得出的估算气动力进行比较，以确定它们之间的偏差。将包括该偏差的控制信号发送至车辆控制系统，从而使得该车辆控制系统可以基于该偏差对车辆的系统进行控制。

Description

使用压力传感器诊断主动气动系统并验证车辆气动力估算的 方法

技术领域

本公开总体上涉及一种控制具有主动气动部件的车辆的方法，所述主动气动部件可移动以改变气动力。

背景技术

与气动相关的车辆设计包括影响车辆牵引阻力和下压力的因素，这些因素影响车辆牵引、转弯以及车辆稳定性的其他元素。正如本领域技术人员所理解的，车辆牵引阻力包括作用在与车辆的行驶方向相反的方向上的气动摩擦力和/或流动阻力，而车辆下压力包括在相对于车辆的行驶方向的向下的正常方向上作用在车辆上的升力。气动设计元件可包括被动气动部件和/或主动气动部件。被动气动部件被固定就位且不移动。主动气动部件可移动并可重新定位以改变或控制气动力，例如作用在车辆上的气动牵引阻力或气动下压力。车辆可包括位于车辆上的不同位置处的多个主动和/或被动气动部件。

发明内容

本公开提供了一种控制具有主动气动部件的车辆的方法。所述方法包括感测在主动气动部件附近的静压力。根据所感测的在气动部件附近的静压力，利用诊断控制器计算在主动气动部件处作用在车辆上的气动力。计算出的气动力被定义为根据测量压力得出的估算气动力。诊断控制器将根据测量压力得出的估算气动力与根据当前车辆运行状况得出的估算气动力进行比较，以确定根据测量压力得出的估算气动力与根据当前车辆运行状况得出的估算气动力之间的偏差。诊断控制器将包括所述偏差的控制信号发送至车辆控制系统，从而使得车辆控制系统可以基于根据测量压力得出的估算气动力与根据当前车辆运行状况得出的估算气动力之间的偏差对车辆的系统进行控制。

根据当前车辆运行状况得出的估算气动力为车辆的气动控制器估算的应该由主动气动部件产生的用于车辆的当前运行状况的气动力。将根据测量静压力计算出的在主动气动部件处作用在车辆上的气动力与根据当前车辆运行状况得出的估算气动力进行比较提供了诊断检验以验证根据当前车辆运行状况得出的估算气动力的值。该诊断比较可确定根据当前车辆运行状况得出的估算气动力的值是有效的，从而可以基于该值控制车辆；或者该值是无效的，从而不应基于该值控制车辆。

从以下结合附图对实施教导的最佳模式进行的详细描述中能够很容易了解到本公开教导的上述特征和优点以及其他特征和优点。

附图说明

图1是示出了主动气动部件的车辆的示意性侧视图。

图2是示出了主动气动部件和可选传感器位置的车辆的放大的示意性侧视图。

图3是表示控制车辆的方法的流程图。

图4是示出了主动气动部件和可选传感器位置的车辆的放大的示意性侧视图。

具体实施方式

本领域的普通技术人员将认识到，术语诸如“在……之上”、“在……之下”、“向上”、“向下”、“顶部”、“底部”等是用于描述附图，并不表示对由所附权利要求书限定的本公开的范围的限制。此外，在本文教导可以按照功能性和/或逻辑块组件和/或不同的处理步骤进行描述。应该认识到，这种块组件可以包括被配置成执行指定功能的任意数量的硬件、软件和/或固件组件。

参照附图，其中在所有几个视图中相同的附图标记表示相同的部分，在图1中车辆通常以20示出。参照图1，车辆20可以包括任何类型和/或配置的车辆20，并且包括至少一个主动气动部件22。主动气动部件22被附接到车辆20的外部车身表面23，并且是可控制的以在不同位置之间移动，从而影响车辆20上的气动力24。如图1所示，主动气动部件22包括并被示为设置在车辆20的下部前端附近的古奈扰流板(Gurney Flap)。然而，应该认识到，主动气动部件22可以被具体化为在车辆20上的某个其他位置处的某个其他装置，例如但不限于前或后扰流板。主动气动部件22可操作以产生气动牵引阻力和/或气动下压力(通常被称为气动力24)的值。主动气动部件22可以以任何方式被配置，并且可以位于使主动气动部件22能够产生作用在车辆20上的气动力24的车辆20的任何位置处。

如本文中所使用的，术语“气动牵引阻力”被定义为在与车辆20的行驶方向相反的方向上作用在车辆20上的力，以抵抗车辆20的移动。如本文中所使用的，术语“气动下压力”被定义为在相对于车辆20的行驶方向的向下的正常方向上作用在车辆20上的升力。在图1的示例性实施例中所示的气动力24被描述为气动下压力。

气动部件可包括使气动部件在一个或多个不同位置之间移动的一个或多个致动器(未示出)。气动部件的每一个位置提供了不同量的气动力24，即气动牵引阻力和/或气动下压力。气动部件的具体构造和操作与本公开的教导无关，因此不在本文中详细描述。

参照图1和图2，车辆20包括紧邻主动气动部件22设置并且设置在其后方的第一压力感测系统26。尽管第一压力感测系统26被示出在主动气动部件22的紧临后方，但是应该认识到，第一压力感测系统26可以位于主动气动部件22的前方。如在本文中描述第一压力感测系统26的位置所使用的，术语“在……附近”应该被理解为位于气流受到影响的距离之内，而“不在……附近”应该被理解为位于气流没有受到影响的位置中。在一些实施例中，使第一压力感测系统26位于主动气动部件22的前方可以提供用于计算主动气动部件22产生的气动力的最佳测量。如图所示，第一压力感测系统26被定位成在通过主动气动部件22的气流的气压已经受到主动气动部件22影响之后测量静气压和/或总气压。由在主动气动部件22附近的第一压力感测系统26所感测的静气压和/或总气压被用于计算主动气动部件22处的空速，在下文进行更加详细地描述。

第一压力感测系统26可包括能够感测至少一个静气压的任何传感器。此外，第一压力感测系统26可包括还能够感测总气压的传感器。正如已知的，总气压有时被称为停滞气压或皮托管气压。第一压力感测系统26可包括但不限于，例如图1所示的能够用单个探针同时感测总气压和静气压的皮托管-静压力传感器28。可选地，并且如图2最佳显示的，第一压力感测系统26可包括用于感测静气压的静压力传感器28和用于感测总气压的皮托管压力传感器30。第一压力感测系统26与诊断控制器32连通，并将所感测的与在主动气动部件22附近的静压力和总压力相关的数据传送至诊断控制器32以使得诊断控制器32能够操作，在下文进行更加详细地描述。

车辆20还可包括第二压力感测系统34。如图1所示，第二压力感测系统34被定位在车辆20的上表面上，例如在车辆20的车顶上或者在车辆20的发动机罩的顶部上，并且第二压力感测系统34可操作以感测在车辆20的上表面附近的总气压和/或静气压中的至少一个。然而，第二压力感测系统的位置可以改变，并可以包括车辆上的第二位置，该第二位置不在主动气动部件22附近，也不位于车辆的上表面上。如在本文中描述第二压力感测系统的位置所使用的，术语“在……附近”应该被理解为位于气流受到主动气动部件22影响的距离之内，而“不在……附近”应该被理解为位于气流没有受到主动气动部件22的影响的位置中。第二压力感测系统34的位置可根据主动气动部件22的配置和位置而改变。例如，参照图4，第二压力感测系统34被示出位于主动气动部件22的前方，且在车辆20的下表面上。由第二压力感测系统34所感测的总气压和/或静气压可被用于计算车辆20的空速，在下文进行更加详细地描述。

第二压力感测系统34可包括能够感测静气压和/或总气压的任何传感器。如图1所示，第二压力感测系统34可包括但不限于，能够用单个探针同时感测总气压和静气压的皮托管-静压力传感器36。可选地，第二压力感测系统34可包括用于感测静气压的静压力传感器和/或用于感测总气压的皮托管压力传感器。参照图4，第二压力感测系统34被示出包括位于主动气动部件22的前方、与位于主动气动部件22的后方的第一压力感测系统26的静压力传感器28相结合的静压力传感器35。第二压力感测系统34与诊断控制器32连通，并将所感测的与第二压力感测系统34的位置处的静压力和/或总压力相关的数据传送至诊断控制器32以使得诊断控制器32能够操作，在下文进行更加详细地描述。

气动部件的致动器以及气动部件的位置由车辆控制器控制。车辆控制器通常可被称为但不限于，车辆20控制单元、模块或者车辆20控制模块、计算机或者其他类似的装置。车辆控制器在本文可被称为诊断控制器32。车辆控制器控制主动气动部件22的运行。车辆控制器可包括计算机和/或处理器，并且可包括管理和控制主动气动部件22的运行所必需的所有软件、硬件、存储器、算法、连接件、传感器等。这样，以下描述且大致在图3中示出的方法可被具体化为一种可在车辆控制器上运行的程序或算法。应该认识到，车辆控制器可包括能够分析来自各种传感器的数据、比较数据、做出控制气动部件的运行所需的必要决策、以及执行控制气动部件的运行所必需的所需任务的任何装置。

车辆控制器可被具体化为一个或多个数字计算机或主机，它们每一个都具有一个或多个处理器、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、电可编程序只读存储器(EPROM)、光驱动器、磁驱动器等、高速时钟、模数(A/D)电路、数模(D/A)电路、和任何所需的输入/输出(I/O)电路、I/O装置、和通信接口，以及信号调节和缓存电子仪器。

计算机可读存储器可包括参与提供数据或计算机可读指令的任何非瞬时/有形介质。存储器可以是非易失性或易失性的。非易失性介质可包括例如光盘或磁盘以及其他持久性存储器。示例性的易失性介质可包括可构成主存储器的动态随机存取存储器(DRAM)。存储器的实施例的其他示例包括软盘、柔性盘或者硬盘、磁带或其他磁性介质、CD-ROM、DVD和/或任何其他光学介质，以及诸如快闪存储器的其他可能存储器设备。

车辆控制器包括有形的、非瞬时存储器，在该存储器上记录有计算机可执行指令，包括气动诊断算法。车辆控制器的处理器被配置用于执行气动诊断算法，这就实现了控制车辆20的方法，并且更具体地说，实现了控制主动气动部件22的方法。

参照图3，控制车辆20的气动部件的方法包括感测车辆20的速度，其通常由方框50表示。车辆20的速度可以以任何适当的方式进行感测，并且可包括车辆20的地速或车辆20的空速。如果车辆20的地速用在下文描述的过程中，则车辆20的速度可通过利用转速传感器感测至少一个动力传动系部件的转速进行感测。例如，车轮的转速可利用轮速传感器进行感测。来自轮速传感器的数据可直接或通过一些其他车辆控制器被传送至诊断控制器32，以向诊断控制器32提供车辆20的地速。

然而，下文描述的过程的对车辆20的速度更为精确的测量是车辆20的相对空速，它同时考虑了车辆20的地速以及相对于车辆20的风速。为了感测车辆20的空速，即相对于车辆20的空气的流速，车辆20可配备有上述第二压力感测系统34，并且该第二压力感测系统34可被定位在车辆20的上表面上，例如车辆20的车顶或发动机罩上。为了计算相对于车辆20的空气的流速，第二压力感测系统34感测车辆20的上表面处的动压力，并使用车辆20的上表面处的动压力计算相对于车辆20的空气的流速。为了感测车辆20的上表面处的动压力，第二压力感测系统34感测车辆20的上表面处的总压力以及车辆20的上表面处的静压力。将静压力从总压力中减去以定义车辆20的上表面处的动压力。计算车辆20的上表面处的空速可包括例如通过等式1求出空气的流速。等式1计算流体流速，假定该流体是不可压缩流。

参照上述等式1，u是空气的流速(即计算出的空速)，P_t是总气压(通常被称为停滞气压)，P_s是静气压，以及ρ是以Kg/m³计的流体密度。

可选地，在主动气动部件附近的空速可通过下面的等式2计算得出，该等式2计算校准的空速。

参照上述等式2，V_c是校准的空速，A₀是动压力，P₀是标准海平面下的静气压(29.92126英寸汞柱)，以及q_c是标准海平面下的声速(661.4788节)。

除了感测车辆20的地速或空速，所述方法包括利用上述第一压力感测系统26感测在主动气动部件22附近的动压力，其通常由方框52表示。

诊断控制器32使用在主动气动部件22附近的动压力计算在主动气动部件22附近的空速，其通常由方框54表示。为了感测在主动气动部件22附近的动压力，第一压力感测系统26利用定位成紧邻主动气动部件22的皮托管压力传感器30感测总压力。此外，第一压力感测系统26利用定位成紧邻主动气动部件22的静压力传感器28感测静压力。

将静压力从总压力中减去以定义在主动气动部件22附近的动压力。计算在主动气动部件22附近的空速可以包括例如通过等式1中求出在主动气动部件22附近的空气的流速。为了进一步提高该计算的精确度，可能需要感测环境温度和环境大气压力，并且使用这些值计算用在等式1中的空气密度。

诊断控制器32通过所感测的车辆20的速度和所感测的在气动部件附近的空速计算在主动气动部件22处作用在车辆20上的气动力24，其通常由方框56表示。在主动气动部件22处作用在车辆20上的气动力24的值被定义在诊断控制器32的存储器中并且在下文中被称为“根据测量压力得出的估算气动力”。如上所述，根据主动气动部件22的具体配置，根据测量压力得出的估算气动力可以包括气动下压力和/或气动牵引阻力。根据测量压力得出的估算气动力表示由气动部件施加到车辆20上的气动力24的测量值。

为了计算或定义根据测量压力得出的估算气动力，诊断控制器32将所感测的车辆20的速度和计算出的在主动气动部件22附近的空速输入至计算机模型中，该计算机模型输出根据测量压力得出的估算气动力。用于输出根据测量压力得出的估算气动力的计算机模型可以基于和/或源于风洞试验和/或计算机流体动力学计算。此外，用于输出根据测量压力得出的估算气动力的计算机模型可以包括存储在诊断控制器32的存储器中并用于将车辆20的速度和在主动气动部件22附近的空速的值与根据测量压力得出的估算气动力相关的一个或多个查找表。

如果车辆20配备有能够感测不在主动气动部件附近的位置(例如但不限于车辆20的车身的上表面)处的静压力的第二压力感测系统34，那么可以以除了以上描述的之外的可选方法计算根据测量压力得出的估算气动力。计算根据测量压力得出的估算气动力的可选方法包括例如上面所述的感测在主动气动部件22附近的静压力，以及感测车辆20的车身上远离主动气动部件22的第二位置(例如但不限于车辆20的车身的上表面)附近的静压力。诊断控制器32可以将在主动气动部件22附近的静压力和在车身上的第二位置处的静压力输入至计算机模型中，该计算机模型输出根据测量压力得出的估算气动力。用于输出根据测量压力得出的估算气动力的计算机模型可以基于和/或源于风洞试验和/或计算机流体动力学计算。此外，用于输出根据测量压力得出的估算气动力的计算机模型可以包括存储在诊断控制器32的存储器中并用于将在主动气动部件附近的静压力和在车身上的第二位置附近的静压力的值与根据测量压力得出的估算气动力相关的一个或多个查找表。

此外，代替使用两个不同的压力感测系统，即第一压力感测系统26和第二压力感测系统34，车辆可以只配备有能够测量车辆20的车身上的两个不同位置(即在主动气动部件22附近的第一位置以及不在主动气动部件22附近的第二位置(例如但不限于车辆20的上表面))之间的压力差的单个压差系统。

一旦诊断控制器32已经定义或计算出根据测量压力得出的估算气动力，则诊断控制器32将根据测量压力得出的估算气动力与“根据当前车辆运行状况得出的估算气动力”进行比较，其通常由方框58表示。根据当前车辆运行状况得出的估算气动力为车辆20的气动控制器估算的应该由主动气动部件22产生的用于车辆20的当前运行状况并且由车辆20的其他控制系统使用来控制车辆20的不同方面的气动力24。可以以任何适当的方式确定和/或定义根据当前车辆运行状况得出的估算气动力。确定根据当前车辆运行状况得出的估算气动力通常由方框60表示。例如，气动控制系统可以包括使用多个不同的车辆20运行状况作为输入(其通常由方框62表示)并输出根据当前车辆运行状况得出的估算气动力的模型或查找表。在定义根据当前车辆运行状况得出的估算气动力时可能考虑的当前运行状况可以包括但不限于，主动气动部件22的当前位置、车辆20的速度、所估算的车辆20的行驶高度、空气密度、车辆20滚转、车辆20俯仰、车辆20航向角、车辆20加速度等。在2015年9月17日提交的、在此引入作为参考并转让给该申请的受让人的美国临时专利申请序列号62/220,010中描述了一个能够确定所估算的车辆的行驶高速的气动控制系统的实例。

诊断控制器32将根据测量压力得出的估算气动力与根据当前车辆运行状况得出的估算气动力进行比较以确定它们之间的偏差。如上所述，根据当前车辆运行状况得出的估算气动力为车辆20控制系统使用来控制车辆20的不同系统的定义值，而根据测量压力得出的估算气动力源自当前作用在车辆20上的测量力。根据测量压力得出的估算气动力在本文描述的过程中用作对根据当前车辆运行状况得出的估算气动力的诊断检验以确定根据当前车辆运行状况得出的估算气动力是否为在主动气动部件22处施加到车辆20上的气动力24的有效估算。

一旦诊断控制器32计算出根据测量压力得出的估算气动力与根据当前车辆运行状况得出的估算气动力之间的偏差，则诊断控制器32可以向另一个车辆20控制系统发送包括偏差的控制信号，其通常由方框64表示，从而使得其他车辆20控制系统可以基于根据测量压力得出的估算气动力与根据当前车辆运行状况得出的估算气动力之间的偏差控制车辆20的相应系统。

此外，诊断控制器32可以定义力估算诊断标记，其通常由方框66表示。力估算标记为指示诊断控制器32已经确定根据当前车辆运行状况得出的估算气动力是否为在主动气动部件22处作用在车辆20上的气动力24的有效估算的计算机逻辑标记。诊断控制器32可以将力估算诊断标记传递到其他车辆20控制系统上，从而使得它们可以更精确地控制其相应的车辆20系统。当偏差等于或小于最大允许值时，力估算诊断标记可以被定义为有效。当偏差大于最大允许值时，力估算诊断标记可以被定义为无效。最大允许值可以基于具体车辆20性能特征或某种其他标准而定义，并且表示了根据当前车辆运行状况得出的估算气动力的允许范围。

详细描述和附图或视图支持并描述本发明，但是本发明的范围仅由权利要求书限定。尽管已经详细描述了用于实现所要求保护的教导的最佳模式和其他实施例中的一些，但是存在用于实施所附权利要求书中限定的公开内容的各种可选设计和实施例。

Claims (10)

1.一种控制具有主动气动部件的车辆的方法，所述方法包括：

感测在所述主动气动部件附近的静压力；

根据所感测的在所述气动部件附近的静压力计算在所述主动气动部件处作用在所述车辆上的气动力，以及将计算出的气动力定义为根据测量压力得出的估算气动力；

确定根据当前车辆运行状况得出的估算气动力；

将所述根据测量压力得出的估算气动力与所述根据当前车辆运行状况得出的估算气动力进行比较以确定所述根据测量压力得出的估算气动力与所述根据当前车辆运行状况得出的估算气动力之间的偏差；以及

将包括所述偏差的控制信号发送至车辆控制系统，从而使得所述车辆控制系统可以基于所述根据测量压力得出的估算气动力与所述根据当前车辆运行状况得出的估算气动力之间的所述偏差对所述车辆的系统进行控制。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：感测在所述主动气动部件附近的总压力。

3.根据权利要求2所述的方法，还包括：使用所感测的在所述主动气动部件附近的静压力以及所感测的在所述主动气动部件附近的总压力计算在所述主动气动部件附近的所述空气的流速。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，计算在所述主动气动部件附近的所述空气的流速包括：通过将所述静压力从所述总压力中减去计算出所述动压力。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，计算在所述主动气动部件附近的所述空气的流速包括：通过所述等式计算相对于所述车辆的所述空气的流速：

$u=\sqrt{\frac{2(P_t-P_s)}{\mathrm{\ρ}}}$

其中u是所述空气的所述流速，P_t是所述总气压，P_s是静气压，以及ρ是以Kg/m³计的所述空气的所述流体密度。

6.根据权利要求5所述的方法，还包括：感测所述车辆的速度。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，根据所感测的在所述气动部件附近的静压力计算在所述主动气动部件处作用在所述车辆上的所述气动力包括：将所感测的所述车辆的速度以及计算出的在所述气动部件附近的空气的流速输入至计算机模型中，所述计算机模型输出所述根据测量压力得出的估算气动力。

8.根据权利要求1所述的方法，还包括：定义力估算诊断标记，其中当所述偏差等于或小于最大允许值时，所述力估算诊断标记被定义为有效，并且其中当所述偏差大于所述最大允许值时，所述力估算诊断标记被定义为无效；以及将包括所述力估算诊断标记的控制信号发送至具有诊断控制器的车辆控制系统，从而使得所述车辆控制系统可以基于所述根据当前车辆运行状况得出的估算气动力对所述车辆的系统进行控制。

9.根据权利要求1所述的方法，还包括：感测在所述车辆上的第二位置附近的静压力，所述车辆上的第二位置不在所述主动气动部件附近。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，根据所感测的在所述气动部件附近的静压力计算在所述主动气动部件处作用在所述车辆上的气动力包括：将所感测的在所述气动部件附近的静压力以及所感测的在所述车辆上的第二位置附近的静压力输入至计算机模型中，所述计算机模型输出作用在所述车辆上的所述气动力。