CN107985429A - 空气动力致动器控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

车辆的空气动力控制系统包括利用模块，利用模块基于纵向上的轮胎上的纵向力和横向上的轮胎上的横向力来确定车辆的轮胎上的利用力和利用力的方向。最大值模块基于利用力的方向确定用于维持轮胎与接触轮胎的路面之间的牵引力的轮胎的最大力。差值模块确定车辆轮胎上的利用力与轮胎上的最大力之间的差值。空气动力致动器控制模块基于差值选择性地调节车辆的空气动力致动器的位置。

Description

空气动力致动器控制系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请涉及于2016年4月7日提交的美国专利申请第15/093,071号。上述申请的全部公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及车辆的空气动力学，更具体地涉及用于控制车辆的空气动力致动器的系统和方法。

背景技术

在此提供的背景描述是为了总体上呈现本公开的背景的目的。当前署名的发明人的工作就其在该背景部分所描述的以及在提交时可以不另外被作为是现有技术的多个方面的描述而言既不明确地也不隐含地被认可为是本公开的现有技术。

内燃机在气缸内燃烧空气和燃料混合物以驱动活塞，从而产生扭矩。在某些类型的发动机中，进入发动机的空气流量可经由节气门调节。节气门可调节节气门面积，这增加或减少进入发动机的空气流量。随着节气门面积增加，进入发动机的空气流量增加。

燃料控制系统调节燃料喷射的速率以向气缸提供期望的空气/燃料混合物和/或实现所需的扭矩量。增加提供给气缸的空气和燃料的量通常增加发动机的扭矩输出。发动机通过变速器向车轮输出扭矩。

发明内容

在一个特征中，描述了一种车辆的空气动力控制系统。利用模块基于纵向上的轮胎上的纵向力和横向上的轮胎上的横向力确定车辆轮胎上的利用力和利用力的方向。最大值模块基于利用力的方向确定用于维持轮胎与接触轮胎的路面之间的牵引力的轮胎的最大力。差值模块确定车辆轮胎上的利用力与轮胎上的最大力之间的差值。空气动力致动器控制模块基于差值选择性地调节车辆的空气动力致动器的位置。

在进一步的特征中，当差值指示轮胎上的利用力大于轮胎的最大力时，致动器控制模块将空气动力致动器的位置调节到完全打开位置，并且当空气动力致动器的位置朝向完全打开位置移动时，空气动力致动器增加轮胎上的下压力。

在进一步的特征中，当差值指示轮胎的最大力大于轮胎的利用力时，致动器控制模块将空气动力致动器的位置调节到关闭位置，并且当空气动力致动器的位置朝向关闭位置移动时，致动器减小轮胎上的下压力。

在进一步的特征中，轮胎是车辆的前轮胎，并且空气动力致动器与车辆的前部相关联。

在进一步的特征中，轮胎是车辆的后轮胎，并且空气动力致动器与车辆的后部相关联。

在进一步的特征中：利用模块进一步基于第二轮胎上的第二纵向力和第二轮胎上的第二横向力确定车辆的第二轮胎上的第二利用力和第二利用力的第二方向；最大值模块进一步基于第二利用力的第二方向确定用于维持第二轮胎与接触第二轮胎的第二路面之间的牵引力的第二轮胎的第二最大力；差值模块进一步确定车辆的第二轮胎上的第二利用力与第二轮胎的第二最大力之间的第二差值；并且当差值大于第二差值时，致动器控制模块基于差值选择性地调节空气动力致动器的位置。

在进一步的特征中，当第二差值大于差值时，致动器控制模块基于第二差值调节空气动力致动器的位置。

在进一步的特征中，容量模块基于轮胎上的下压力和利用力的方向确定轮胎的力容量，并且当轮胎上的利用力大于轮胎的力容量时，轮胎相对于路面滑动。调节模块基于力容量确定力调节，并且最大值模块基于力调节将轮胎的最大力设定为小于轮胎的力容量。

在进一步的特征中，最大值模块基于轮胎的力容量乘以力调节来设置最大力。

在进一步的特征中，最大值模块基于轮胎的力容量减去力调节来设置最大力。

在一个特征中，一种用于车辆的空气动力控制方法包括：基于纵向上的轮胎上的纵向力和横向上的轮胎上的横向力确定车辆轮胎上的利用力和利用力的方向；基于利用力的方向，确定用于维持轮胎与接触轮胎的路面之间的牵引力的轮胎的最大力；确定车辆的轮胎上的利用力与轮胎的最大力之间的差值；并且基于差值选择性地调节车辆的空气动力致动器的位置。

在进一步的特征中，选择性地调节位置包括当差值指示轮胎上的利用力大于轮胎的最大力时将空气动力致动器的位置调节到完全打开位置，并且当空气动力致动器的位置朝向完全打开位置移动时，空气动力致动器增加轮胎上的下压力。

在进一步的特征中，选择性地调节位置包括当差值指示轮胎的最大力大于轮胎的利用力时将空气动力致动器的位置调节到关闭位置，并且当空气动力致动器的位置朝向关闭位置移动时，致动器减小轮胎上的下压力。

在进一步的特征中，轮胎是车辆的前轮胎，并且空气动力致动器与车辆的前部相关联。

在进一步的特征中，轮胎是车辆的后轮胎，并且空气动力致动器与车辆的后部相关联。

在进一步的特征中，空气动力控制方法进一步包括：基于第二轮胎上的第二纵向力和第二轮胎上的第二横向力，确定车辆的第二轮胎上的第二利用力和第二利用力的第二方向；基于第二利用力的第二方向，确定用于维持第二轮胎与接触第二轮胎的第二路面之间的牵引力的第二轮胎的第二最大力；以及确定车辆的第二轮胎上的第二利用力与第二轮胎的第二最大力之间的第二差值。当差值大于第二差值时，选择性地调节位置包括基于差值调节空气动力致动器的位置。

在进一步的特征中，当第二差值大于差值时，选择性地调节位置包括基于第二差值调节空气动力致动器的位置。

在进一步的特征中，空气动力控制方法进一步包括：基于轮胎上的下压力和利用力的方向确定轮胎的力容量，其中，当轮胎上的利用力大于轮胎的力容量时，轮胎相对于路面滑动；并且基于力容量确定力调节。确定最大力包括基于力调节将轮胎的最大力设置为小于轮胎的力容量。

在进一步的特征中，确定最大力包括基于轮胎的力容量乘以力调节来设置最大力。

在进一步的特征中，确定最大力包括基于轮胎的力容量减去力调节来设置最大力。

通过详细描述、权利要求和附图，本公开的其它应用领域将变得明显。详细描述和具体实例仅仅用于示例目的，并不旨在限制本公开的范围。

附图说明

通过详细描述和附图将更全面地理解本公开，其中：

图1是实例性发动机控制系统的功能框图；

图2是包括空气动力致动器的实例性车辆的示意性侧面轮廓图；

图3是实例性空气动力控制模块的功能框图；以及

图4是描绘基于轮胎容量来控制车辆的一个或多个空气动力致动器的实例性方法的流程图。

在附图中，可重复使用附图标记来标识相似和/或相同的元件。

具体实施方式

空气动力控制模块(ACM)控制车辆的一个或多个空气动力致动器的致动。空气动力致动器的实例可包括可调节后阻流板、可调节后扩散器、可调节下巴阻流板、可调节罩百叶窗和移动以改变车辆空气动力学的其它类型的致动器。ACM基于车辆的相应轮胎的目标下压力值来控制空气动力致动器。

当轮胎处的下压力增加时，该轮胎的抓地力增加。相反地，当轮胎处的下压力降低时，该轮胎的抓地力降低。然而，超过维持轮胎抓地力所需的下压力会增加燃料消耗。因此，ACM控制与轮胎相关联的一个或多个空气动力致动器，以在最小化下压力的同时维持该轮胎的抓地力。

现在参照图1，呈现了实例性发动机控制系统的功能框图。发动机102生成用于车辆的驱动扭矩。空气通过进气歧管104被吸入发动机102。进入进气歧管104的空气流可由节流阀106改变。节气门致动器模块108(例如，电子节气门控制器)控制节流阀106的打开。诸如燃料喷射器110的一个或多个燃料喷射器将燃料与空气混合，以形成可燃空气/燃料混合物。燃料致动器模块112控制燃料喷射器。

气缸114包括联接至曲轴116的活塞(未示出)。虽然发动机102被描绘为仅包括气缸114，但是发动机102可包括多于一个的气缸。气缸114的一个燃烧循环可包括四个冲程：进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。一个发动机循环包括经历一个燃烧循环的每个气缸。当四冲程燃烧循环作为实例被提供时，可使用另一个合适的操作循环。火花塞118可点燃各种类型的发动机中的空气/燃料混合物。火花致动器模块120控制火花塞118。

发动机控制模块(ECM)122调整发动机102的操作以实现所请求的扭矩量。例如，ECM 122可基于所请求的扭矩量来调整节流阀106的打开、燃料喷射的量和正时、火花正时、凸轮轴定相、升程模式和其它发动机操作参数。

ECM 122可基于例如来自驾驶员输入模块124的驾驶员输入(诸如加速器踏板位置、制动踏板位置、离合器踏板位置)和/或一个或多个其它驾驶员输入来确定所请求的扭矩量。其它类型的驾驶员输入可包括自主车辆输入。

ECM 122可与混合控制模块126通信，以协调发动机102和电动机128的操作。电动机128还可用作发电机，并且可用于产生电能以由车辆电气系统所使用和/或存储在电池中。虽然仅示出和讨论了电动机128，但是可在各种类型的车辆中实施零个或多个电动机。

ECM 122还可与空气动力控制模块(ACM)130通信。如下面进一步讨论的，ACM 130控制一个或多个空气动力致动器202的操作。

图2是包括空气动力致动器的实例性车辆200的示意性侧面轮廓图。车辆200通常可沿着x方向行进，并在x方向上经受纵向于车体的力。车辆200也可在y方向上经受横向力，例如在粒化期间。车辆200也在z方向上经受升力和下压力。升力可指在正z方向上的车辆上的力，而下压力可指在负z方向上的力。

车辆200包括一个或多个空气动力致动器202，例如前上可调节空气动力致动器202-1(例如，可调节罩百叶窗)、前下可调节空气动力致动器202-2(例如，可调节下巴阻流板或分离器)、后上可调节空气动力致动器(例如，可调节后阻流板)和后下可调节空气动力致动器(例如，可调节后扩散器)。前上可调节空气动力致动器202-1和前下可调节空气动力致动器202-2统称为前空气动力致动器。后上可调节空气动力致动器202-3和后下可调节空气动力致动器202-4统称为后空气动力致动器。

每个空气动力致动器202可在关闭位置(例如，0％)和完全打开位置(例如，100％)之间单独地调节。相对于空气动力致动器至少部分地打开(例如1-100％)时，当处于关闭位置时，空气动力致动器不会增加下压力。随着该空气动力致动器从关闭位置朝向完全打开位置打开，归因于该空气动力致动器的下压力可增加，尽管关系可为非线性的。这种关系可适用于每个空气动力致动器202。一个或多个空气动力致动器202可致动以改变车辆上的下压力和升力。例如，后空气动力致动器可致动以改变车辆后部的下压力和升力，同时前空气动力致动器可致动以改变车辆前部的下压力和升力。

车辆200包括诸如前轮204的一对前轮和诸如后轮206的一对后轮。车辆200可被配置使得后轮和/或前轮被驱动以沿x方向推进车辆200。在四轮车辆的情况下，该对前轮包括左前轮(LF)和右前轮(RF)。类似地，该对后轮包括左后轮(LR)和右后轮(RR)。尽管提供了四轮车辆的实例，车辆可包括更少或更多数量的车轮。

现在参照图3，呈现了ACM 130的实例实施的功能框图。ACM 130包括气动力估计模块302、车轮扭矩模块304、轮胎力估计模块306、表面摩擦系数估计模块308、轮胎胎面温度模块310、轮胎模拟数据模块312、利用模块314、容量模块316、调节模块318、最大值模块320、差值模块322和致动器控制模块324。

气动力估计模块302可基于第一个或多个输入来确定气动力估计303，例如空气动力位置指示器、车辆速度、车辆行驶高度、空气密度、车辆侧倾和车辆俯仰。气动力估计模块302可使用将第一输入与气动力估计相关联的一个或多个等式和/或查找表来确定气动力估计303。气动力估计303是沿z方向的车辆200上的空气动力。气动力估计303包括(i)前轮204的气动力估计和(ii)后轮206的气动力估计。前轮204的气动力估计对应于车辆200的前轮204的当前下压力(在z方向上)。后轮206的气动力估计对应于车辆200的后轮206的当前下压力(在z方向上)。

空气动力位置指示器可包括并且基于车辆的一个或多个空气动力致动器202的位置来确定。例如，就用来确定前轮204的气动力估计303的空气动力位置指示器而言，可使用前空气动力致动器的平均位置或前空气动力致动器的最大打开的位置之一。可使用传感器来测量前空气动力致动器的位置。可选择地，可使用前空气动力致动器的指令打开。后轮206的气动力估计303可基于后空气动力致动器的平均值或作为空气动力位置指示器的后空气动力致动器的最大打开的一个位置来确定。可使用传感器来测量后空气动力致动器的位置。可选择地，可使用后空气动力致动器的指令打开。

可使用一个或多个其它测量参数来测量或确定车辆速度。例如，可基于两个或多个所测量车轮速度来确定车辆速度。车辆行驶高度包括前轮204的前行驶高度和后轮206的后行驶高度。可使用一个或多个其它测量参数来测量或确定前后行驶高度。例如，车辆行驶高度可被确定为车体上的点与地面之间的距离。

可使用一个或多个其它测量参数来测量或确定空气密度。可使用一个或多个其它测量参数来测量或确定车辆侧倾。例如，车辆侧倾可由底盘控制模块(未示出)提供和确定。可使用一个或多个其它测量参数来测量或确定车辆俯仰。例如，车辆俯仰可由底盘控制模块提供和确定。

车轮扭矩模块304可基于第二个或多个输入来确定用于每个车轮的车轮扭矩305，例如用于给定车轮的底盘制动轴扭矩、轴驱动扭矩和后差速耦合指示器。车轮扭矩模块304可使用将第二输入与车轮扭矩305相关联的一个或多个等式和/或查找表来确定车轮扭矩305。底盘总制动轴扭矩可为与该车轮相关联的前轴或后轴处的当前制动扭矩。车轮扭矩模块304可从电子制动控制模块(未示出)接收底盘总制动轴扭矩。可使用一个或多个其它测量参数来测量或确定底盘总制动扭矩。例如，电子制动控制模块可基于或等于每个车轮处的估计扭矩的总和来设置底盘总制动扭矩。对于给定的车轮，轴驱动扭矩是由施加至与该车轮相关联的前轴或后轴的发动机102生成的扭矩的量。车轮扭矩模块304可从ECM 122接收轴驱动扭矩。可使用一个或多个其它测量参数来测量或确定轴驱动扭矩。后差速耦合指示器确定锁定状态与解锁状态之间的后差速耦合。车轮扭矩模块304可从后驱动控制模块(未示出)接收后差速耦合指示器。可使用一个或多个测量参数、估计参数和/或其它参数来测量或确定后差速耦合指示器。尽管讨论了后差速耦合指示器，但是车轮扭矩模块304可接收附加的输入，例如前差速耦合指示器(例如，在前轮驱动车辆中)或中心差速耦合指示器(例如，在全轮驱动车辆中)。

对于每个轮胎，轮胎力估计模块306可基于第三个或多个输入来确定该轮胎上的x方向(纵向)轮胎力估计(F_x)325，该轮胎上的y方向(横向)轮胎力估计(F_y)327，以及该轮胎上的z方向轮胎力估计(F_z)307。对于轮胎来说，第三个或多个输入可包括气动力估计303、与该轮胎相关联的车轮的车轮扭矩305、车辆加速度、与该轮胎相关联的车辆的部分(前部或后部)处的滑移角、车辆横摆率和与该轮胎相关联的车轮的车轮加速度。轮胎力估计模块306可使用将第三输入与x方向轮胎力估计F_x 325相关联的一个或多个等式和/或查找表来确定x方向轮胎力估计F_x 325。轮胎力估计模块306还可使用将第三输入与y方向轮胎力估计F_y 327相关联的一个或多个等式和/或查找表来确定y方向轮胎力估计F_y 327。类似地，轮胎力估计模块306可使用将第三输入与z方向轮胎力估计F_z 307相关联的一个或多个等式和/或查找表来确定z方向轮胎力估计F_z 307。对于车辆的前轮204的轮胎，轮胎力估计模块306使用用于前轮204的气动力估计303。对于车辆的后轮206的轮胎，轮胎力估计模块306使用用于后轮206的气动力估计303。

车辆加速度可包括车辆200的横向(y方向)加速度的第一值和车辆200的纵向(x方向)加速度的第二值。车辆加速度可使用一个或多个传感器(例如，加速度计)来测量或者例如由ECM 122确定。滑移角可使用一个或多个传感器来测量或者例如由ECM 122确定。滑移角可包括前轮204的第一值和后轮206的第二值。轮胎力估计模块306将前轮204的第一值用于车辆200的前轮204的轮胎。轮胎力估计模块306将后轮206的第二值用于车辆200的后轮206的轮胎。车辆横摆率可使用一个或多个传感器来测量或者例如由ECM 122确定。车轮加速度可例如使用每个车轮的一个或多个车轮速度传感器或者基于一个或多个其它参数确定。

对于每个轮胎，利用模块314可基于第四个或多个输入来确定利用力(F_利用)315(例如以牛顿(N))和利用角(θ_利用)329，例如该轮胎的x方向轮胎力估计F_x 325和该轮胎的y方向轮胎力估计F_y 327。利用模块314可使用将第四输入与利用力F_利用相关联的一个或多个等式和/或查找表来确定利用力F_利用315。利用模块314可使用将第四输入与利用角θ_利用相关联的一个或多个等式和/或查找表来确定利用角θ_利用329。轮胎的利用力F_利用315可对应于具有指示在给定时刻作用在轮胎上的力(在x和y方向上)的长度的矢量。轮胎的利用角θ_利用329是在给定时刻作用在该轮胎上的估计力的角度(相对于诸如x方向或y方向的基准)。在轮胎的利用角θ_利用329处，可相对于基准来绘制轮胎的利用力F_利用315的矢量。仅举例而言，利用模块314可使用以下等式来确定轮胎的利用力F_利用315和轮胎的利用角θ_利用329：

(1)以及

(2)

其中F_利用是轮胎的利用力315，F_x是轮胎的x方向轮胎力估计325，F_y是轮胎的y方向轮胎力估计327，并且θ_利用是轮胎的利用角329。

作为一个实例，对于LF轮，利用模块314接收LF轮的x方向轮胎力估计F_x 325和y方向轮胎力估计F_y 327。如上所述，利用模块314可使用等式(1)和(2)来确定LF轮的利用力F_利用315和LF轮的利用角θ_利用329。利用模块314可使用它们各自的x方向轮胎力估计F_x 325和y方向轮胎力估计F_y 327来确定每个剩余车轮(例如，RF、LR和RR)的利用力F_利用315和利用角θ_利用329。如下面进一步讨论的那样，轮胎的利用力F_利用315将分别与轮胎的容量(例如，最大接地力)进行比较，以确定是否和/如何致动一个或多个空气动力致动器以调节下压力。

表面摩擦系数估计模块308可确定每个轮胎的摩擦系数(μ_表面)309。轮胎的摩擦系数μ_表面309对应于该轮胎与接触该轮胎的路面之间的摩擦系数。可根据一个或多个其它测量参数来测量或确定摩擦系数μ_表面309。摩擦系数μ_表面309可基于表面类型而改变，其中湿表面或结冰表面产生比干燥表面更低的值。

轮胎胎面温度模块310可确定每个轮胎的轮胎温度(K_tiretemp)311。可根据一个或多个其它测量参数来测量或确定轮胎温度K_tiretemp311。轮胎模拟数据模块312可基于某些测试条件下的特性和性质来确定轮胎系数(μ_轮胎)313。轮胎模拟数据模块312可使用将特性、性质和一个或多个操作条件与轮胎系数μ_轮胎相关联的一个或多个等式和/或查找表来确定轮胎系数μ_轮胎313。轮胎模拟数据模块312可例如使用MF-Tyre、MF-Swift或其它合适类型的轮胎分析来确定轮胎系数μ_轮胎313。

容量模块316可基于第五个或多个输入来确定每个轮胎的力容量(F_容量)317(例如以牛顿(N))。轮胎的力容量F_容量317可对应于该轮胎处的利用力F_利用，在该利用力F_利用之上，轮胎可想归于路面滑动(并且失去牵引力)。当轮胎的利用力F_利用315小于轮胎的力容量F_利用317时，轮胎可维持与路面的牵引力(轮胎与路面之间的滑动可能近似为零)。轮胎的第五输入可包括例如该轮胎的利用角θ_利用329、该轮胎的z方向轮胎力估计F_z 307、该轮胎的摩擦系数μ_表面309、该轮胎的轮胎温度K_tiretemp311以及该轮胎的轮胎系数μ_轮胎313。

容量模块316可使用将第五输入与该轮胎的力容量F_容量相关联的一个或多个等式和/或查找表来确定轮胎的力容量F_容量317。例如，容量模块316可使用以下等式确定轮胎的力容量F_容量317：

(3)

其中

(4)F_最大,x＝F_{z,with_aero}×μ_表面×K_tiretemp×μ_轮胎,x,以及

(5)F_最大,y＝F_{z,with_aero}×μ_表面×K_tiretemp×μ_轮胎,y,

其中，F_容量(θ)是轮胎的力容量F_容量317，θ是轮胎的利用角θ_利用329，F_{z，with_aero}是轮胎的z方向轮胎力估计F_z 307，μ_表面是轮胎的摩擦系数309，K_tiretemp是轮胎的轮胎温度311，μ_轮胎，x是轮胎的x方向上的轮胎系数313，μ_轮胎，y是轮胎的y方向上的轮胎系数313，F_最大，x可在维持牵引力的同时对应于可能x方向上的轮胎处的最大力量，F_最大，y可在维持牵引力的同时对应于可能y方向上的轮胎处的最大力，并且n是预定值。n是校准值并且可被设置为使得如果使用实例等式(5)或(6)将力容量F_容量确定为全部或足够大数量的θ值，则确定全部或的力容量Fc容量，则力容量F_容量将形成围绕x轴和y轴的交点的超椭圆。

容量模块316可替代地使用以下等式来确定轮胎的力容量F_容量：

(6)

其中，F_容量(θ)是轮胎的力容量F_容量317，θ是该轮胎的利用角θ_利用329，F_{z，aerocurrent}是该轮胎的气动力估计303，K_tiretemp是该轮胎的轮胎温度311，F_z是该轮胎的z方向轮胎力估计307，μ_轮胎，x是该轮胎的x方向上的轮胎系数313，μ_轮胎，y是该轮胎的y方向上的轮胎系数313。n如上所述。当前后空气动力致动器202处于关闭位置时，F_z，PL是该轮胎的z方向下压力。

调节模块318可基于第六个或多个输入来确定每个轮胎的力调节319，例如该轮胎的利用力F_利用315和车辆速度。调节模块318可使用将第六输入与调节相关联的一个或多个等式和/或查找表来确定力调节319。如下文进一步讨论的，轮胎的力调节319可为用于产生小于力容量F_容量317的力的标量值或偏移值，使得在牵引力损失之前调节空气动力。例如，轮胎的力调节319(标量值)可使用以下等式来确定：

(7)其中K_调节是轮胎的力调节319的标量值(例如，在0.0与1.0之间，不包括0.0和1.0)，F_利用是该轮胎的利用力315，并且V_x是x方向上的车辆速度。如下面进一步讨论的，力调节319的标量值与力容量F_容量317相乘以获得小于力容量F_容量317的力值。

在偏移值的情况下，调节模块318还可基于该轮胎的力容量F_容量317来确定轮胎的力调节319。例如，轮胎的力调节319(偏移值)可使用以下等式来确定：

(8)其中，F_调节是轮胎的力调节319的偏移值(例如，以N为单位)(例如，大于0并小于力容量F_容量317)，F_利用是该轮胎的利用力315，V_x是x方向上的车辆速度，F_容量(θ)是该轮胎的力容量F_容量317。

最大值模块320可基于第七个或多个输入来确定每个轮胎的最大力(F_最大)321(例如，以N为单位)，例如该轮胎的力容量F_容量317和该轮胎的力调节319。最大值模块320可使用将第七输入与最大力相关联的一个或多个等式和/或查找表来确定最大力F_最大321。最大力321可为利用力的最大目标值，在该最大目标值上，轮胎可能失去牵引力。

例如，在力调节319是标量值的情况下，最大值模块320可使用以下公式通过将该轮胎的力调节319乘以该轮胎的力容量F_容量317来确定轮胎的最大力F_最大321：

(9)F_最大＝K_调节×F_容量(θ)，

其中，F_最大是轮胎的最大力F_最大321，K_调节是该轮胎的力调节319的标量值，并且F_容量(θ)是该轮胎的力容量F_容量317。在力调节319为偏移值的情况下，最大值模块320可使用以下等式通过从该轮胎的力容量F_容量317中减去该轮胎的力调节319来确定轮胎的最大力F_最大321：

(10)F_最大＝F_容量(θ)-F_调节，

其中，F_最大是轮胎的最大力321，F_调节是该轮胎的力调节319的偏移值，并且F_容量(θ)是该轮胎的力容量F_容量317。

差值模块322可基于第八个或多个输入来确定每个轮胎的轮胎容量增量(F_{tirecapacitydelta})323，例如该轮胎的利用力F_利用315和该轮胎的最大力F_最大321。轮胎容量增量F_{tirecapacitydelta} 323用于确定是否调节与该轮胎相关联的一个或多个空气动力致动器202的位置，或者维持与该轮胎相关联的一个或多个空气动力致动器202的当前位置。

差值模块322可使用将第八输入与轮胎容量增量F_{tirecapacitydelta} 323相关联的一个或多个等式和/或查找表来确定轮胎容量增量F_{tirecapacitydelta} 323。例如，差值模块322可基于该轮胎的利用力F_利用315与该轮胎的最大力F_最大321之间的差值来确定轮胎的轮胎容量增量F_{tirecapacitydelta} 323，例如使用以下等式：

(11)F_{tirecapacitydelta}＝F_利用-F_最大,

其中，F_{tirecapacitydelta}是轮胎的轮胎容量增量323，F_利用是该轮胎的利用力315，并且F_最大是该轮胎的最大力321。

可选择地，差值模块322可基于该轮胎的利用力F_利用315和该轮胎的力容量F_容量317来确定每个轮胎的轮胎容量增量F_{tirecapacitydelta} 323。例如，差值模块322可使用以下等式基于该轮胎的利用力F_利用315与该轮胎的力容量F_容量317之间的差值来确定轮胎的轮胎容量增量F_{tirecapacitydelta} 323：

(12)F_{tirecapacitydelta}＝F_利用-F_容量(θ)

其中，F_{tirecapacitydelta}是轮胎的轮胎容量增量323，F_利用是该轮胎的利用力315，并且F_容量(θ)是该轮胎的力容量F_容量317。

致动器控制模块324基于每个轮胎的轮胎容量增量F_{tirecapacitydelta} 323选择性地调节一个或多个空气动力致动器202中的位置。例如，一般而言，致动器控制模块324可确定每个轮胎的轮胎容量增量F_{tirecapacitydelta} 323是否为正、负或零。当轮胎的轮胎容量增量F_{tirecapacitydelta} 323为正时，致动器控制模块324可确定以增加该轮胎处的下压力，以增加抓地力并防止该轮胎的牵引力损失。致动器控制模块324调节与该轮胎相关联的一个或多个空气动力致动器202的位置(例如，打开)，以增加该轮胎处的下压力。当轮胎的轮胎容量增量F_{tirecapacitydelta} 323为负时，致动器控制模块324可确定以降低该轮胎处的下压力，以降低气动阻力。致动器控制模块324调节与该轮胎相关联的一个或多个空气动力致动器202的位置(例如，关闭)，以降低该轮胎处的下压力。当轮胎的轮胎容量增量F_{tirecapacitydelta} 323为零时，致动器控制模块324可维持与该轮胎相关联的空气动力致动器202的位置。在各种实施方式中，调节可为预定增量，或者可使用闭环控制(例如，使用一个或多个比例(P)、积分(I)和微分D闭环控制)来确定调节。

在前轮204方面，致动器控制模块324可控制一个或多个前空气动力致动器。例如，如上所述，致动器控制模块324可确定前轮204的轮胎容量增量F_{tirecapacitydelta} 323的平均值，并且基于平均值来定位前空气动力致动器。可选择地，致动器控制模块324可确定前轮204的轮胎容量增量F_{tirecapacitydelta} 323值中的最大(最高)一个，并且基于最大值来定位前空气动力致动器。如上所述，致动器控制模块324可确定后轮206的轮胎容量增量F_{tirecapacitydelta} 323的平均值，并且基于平均值来定位后空气动力致动器。可选择地，致动器控制模块324可确定后轮206的轮胎容量增量F_{tirecapacitydelta}323值中的最大(最高)一个，并且基于最大值来定位后空气动力致动器。如上所述，通过控制空气动力致动器，控制每个轮胎的下压力，从而尽量维持牵引力，同时最小化下压力，例如以降低燃料消耗。

图4是描绘控制车辆空气动力致动器的实例性方法的流程图。尽管以下将按照一个轮胎和车轮进行描述，但是，可对每个轮胎和车轮执行图4的实例。而且，虽然示出了一个实例控制环路，但是控制可以返回到402。

控制可在402处开始，其中，利用模块314可确定轮胎的利用力F_利用315和轮胎的利用角θ_利用329。利用模块314可基于轮胎的x方向轮胎力估计F_x 325和轮胎的y方向轮胎力估计F_y 327来确定轮胎的利用力F_利用315和轮胎的利用角θ_利用329。例如，如上所述，利用模块314可使用等式(1)和(2)来确定轮胎的利用力F_利用315和轮胎的利用角θ_利用329。

在404处，容量模块316可基于轮胎的利用角θ_利用329、轮胎的z方向轮胎力估计F_z307、轮胎的摩擦系数μ_表面309、轮胎的轮胎温度K_tiretemp311以及轮胎的轮胎系数μ_轮胎313确定轮胎的力容量F_容量317。例如，如上所述，容量模块316可使用等式(3)-(5)或(6)确定轮胎的力容量F_容量317。

调节模块318可确定在406处的轮胎的力调节319。调节模块318可基于轮胎的利用力F_利用315和车辆速度来确定轮胎的力调节319。例如，如上所述，调节模块318可使用等式(7)或(8)确定轮胎的力调节319。

最大值模块320可确定在408处的轮胎的最大力F_最大321。最大值模块320可基于轮胎的力容量F_容量317和轮胎的力调节319来确定轮胎的最大力F_最大321。例如，如上所述，最大值模块320可使用等式(9)或(10)来确定轮胎的最大力F_最大321。

在410处，差值模块322可确定用于轮胎的轮胎容量增量F_{tirecapacitydelta}323。差值模块322可基于轮胎的利用力F_利用315与轮胎的最大力F_最大321之间的差值来确定轮胎的轮胎容量增量F_{tirecapacitydelta} 323。例如，如上所述，差值模块322可使用等式(11)或(12)来确定轮胎的轮胎容量增量F_{tirecapacitydelta} 323。

在412处，控制可确定轮胎的轮胎容量增量F_{tirecapacitydelta} 323是否等于零。如果为真，控制进行到414；如果为假，控制进行到416。例如，当轮胎的利用力F_利用315等于轮胎的最大力F_最大321或轮胎的力容量F_容量317时，轮胎的轮胎容量增量F_{tirecapacitydelta} 323可等于零。在414处，控制确定已经实现了目标下压力值，并且不需要调节前和/或后空气动力致动器202。因此，控制可在414处维持与该车轮相关联的前和/或后空气动力致动器202的当前位置。

在416处，当轮胎的轮胎容量增量F_{tirecapacitydelta} 323不等于零时，控制确定轮胎的轮胎容量增量F_{tirecapacitydelta} 323是否大于零。如果为假，控制进行到418；如果为真，控制进行到420。在418处，当轮胎的轮胎容量增量F_{tirecapacitydelta} 323小于零时，控制确定以降低轮胎处的下压力。这可能会降低车辆上的气动阻力，从而降低燃料消耗。因此，控制可能要求在418处降低该轮胎处的下压力。控制进行到422，这将在下面进一步讨论。

在420处，当轮胎的轮胎容量增量F_{tirecapacitydelta} 323大于零时，控制确定以增加下压力，以便增加或维持轮胎处的抓地力/牵引力。因此，控制可能要求在420处增加轮胎处的下压力。控制进行到422。在422处，致动器控制模块324基于该请求来调节与轮胎相关联的前和/或后空气动力致动器202。例如，当请求增加下压力时，致动器控制模块324可打开与轮胎相关联的前和/或后空气动力致动器202(例如，朝向或向完全打开位置调节位置)。相反地，当请求降低下压力时，致动器控制模块324可关闭与轮胎相关联的前和/或后空气动力致动器202(例如，朝向或向关闭位置调节位置)。

如上所述，致动器控制模块324可基于分别为前轮和后轮确定的轮胎容量增量F_{tirecapacitydelta} 323值调节相关联的前后空气动力致动器202，而不是基于仅仅轮胎的轮胎容量增量。例如，致动器控制模块324可基于前轮/轮胎的轮胎容量增量F_{tirecapacitydelta} 323值中的较大一个来调节前空气动力致动器202中的一个或多个。致动器控制模块324可基于前轮/轮胎的轮胎容量增量F_{tirecapacitydelta} 323值中的较大一个来调节后空气动力致动器202中的一个或多个。

上述描述本质上仅是示例性的，并且绝非旨在限制本公开、其应用或使用。本公开的广泛教导可以通过各种形式来实施。因此，虽然本公开包括特定实例，但是本公开的真实范围不应该局限于此，因为在研读了附图、说明书和所附权利要求之后其它修改将变得显而易见。应当理解，方法中的一个或多个步骤可以以不同的顺序(或同时)执行，而不改变本公开的原理。进一步，尽管以上每个实施例被描述为具有某些特征，但是关于本公开的任何实施例描述的那些特征中的任何一个或多个可以在任何其它实施例的特征中实现和/或与其它实施例中的任何一个的特征组合，即使该组合没有明确描述。换句话说，所描述的实施例不是相互排斥的，并且一个或多个实施例的排列彼此保持在本公开的范围内。

使用各种术语来描述元件之间(例如，模块、电路元件、半导体层等之间的)的空间和功能关系，包括“连接”、“接合”、“耦合”、“相邻”、“临近”、“在上面”、“上方”、“下方”和“设置”。除非被明确描述为“直接”，否则当在上述公开内容中描述第一和第二元素之间的关系时，该关系可以是其中在第一和第二元件之间不存在其它中间元件的直接关系，但也可以是其中第一和第二致动器之间存在(空间上或功能上)一个或多个中间致动器的间接关系。如本文所使用的，短语A、B和C中的至少一个应当被解释为使用非排他性逻辑“或”来表示逻辑(A或B或C)，并且不应被解释为表示“至少一个A、至少一个B和至少一个C。”

在附图中，如箭头部所示，箭头的方向通常表明了图示感兴趣的信息(例如数据或指令)的流动。例如，当元件A和元件B交换各种信息但是从元件A传送到元件B的信息与图示相关时，箭头可从元件A指向元件B。该单向箭头并不意味着没有其他信息从元件B传送到元件A.进一步，对于从元件A发送至元件B的信息，元件B可向元件A发送对该信息的请求或接收信息的确认。

在本申请中，包括以下定义，术语“模块”或术语“控制器”可用术语“电路”来代替。术语“模块”可指部分或包括：专用集成电路(ASIC)；数字、模拟或混合模拟/数字分立电路；数字、模拟或混合模拟/数字集成电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列(FPGA)；执行代码的处理器电路(共享、专用或组)；存储由处理器电路执行的代码的存储器电路(共享、专用或组)；提供所述功能的其它合适的硬件部件；或诸如上系统中的上述的一些或全部的组合。

模块可包括一个或多个接口电路。在一些实例中，接口电路可包括连接至局域网(LAN)、因特网、广域网(WAN)或其组合的有线或无线接口。本公开的任何给定模块的功能可分布在经由接口电路连接的多个模块中。例如，多个模块可允许负载平衡。在进一步的实例中，服务器(也称为远程或云)模块可代表客户端模块来实现一些功能。

如以上所使用的，术语代码可包括软件、固件和/或微代码，并且可指程序、例程、功能、类、数据结构和/或对象。术语共享处理器电路包含执行来自多个模块的一些或全部代码的单个处理器电路。术语组处理器电路包含处理器电路，其结合附加的处理器电路执行来自一个或多个模块的一些或全部代码。对多个处理器电路的引用包含分立管芯上的多个处理器电路、单个管芯上的多个处理器电路、单个处理器电路的多个核心、单个处理器电路的多个线程或上述组合。术语共享存储器电路包含存储来自多个模块的一些或全部代码的单个存储器电路。术语组处理器电路包含存储器电路，其结合附加的存储器存储来自一个或多个模块的一些或全部代码。

术语存储器电路是术语计算机可读介质的子集。如本文所使用的，术语计算机可读介质不包含通过介质(例如在载波上)传播的瞬时电或电磁信号；术语计算机可读介质因此可被视为有形的和非瞬时的。非瞬时有形的计算机可读介质的非限制性实例是非易失性存储器电路(诸如闪速存储器电路、可擦除可编程只读存储器电路或掩模只读存储器电路)、易失性存储器电路(诸如静态随机存取存储器电路或动态随机存取存储器电路)、磁性存储介质(诸如模拟或数字磁带或硬盘驱动器)和光学存储介质(诸如CD、DVD或蓝光光盘)。

本申请中描述的设备和方法可由通过配置通用计算机来执行体现在计算机程序中的一个或多个特定功能而创建的专用计算机部分或完全实现。上述功能块、流程图部件和其它元件用作软件规格，其可以通过熟练技术人员或程序员的日常工作转换成计算机程序。

计算机程序包括存储在至少一个非瞬时有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序还可包括或依赖于所存储数据。计算机程序可包含与专用计算机的硬件相互作用的基本输入/输出系统(BIOS)、与专用计算机的特定装置相互作用的装置驱动器、一个或多个操作系统、用户应用程序、后台服务、后台应用程序等。

计算机程序可包括：(i)诸如HTML(超文本标记语言)或XML(可扩展标记语言)的要解析的描述性文本、(ii)汇编代码、(iii)由编译器从源代码生成的目标代码、(iv)解释器执行的源代码和(v)由即时编译器编译和执行的源代码等。仅作为实例，源代码可使用来自语言的语法来编写，语言包括C、C++、C#、Objective C、Swift、Haskell、Go、SQL、R、Lisp、Fortran、Perl、Pascal、Curl、OCaml、HTML5(超文本标记语言第5版)、Ada、ASP(活动服务器页面)、PHP(PHP：超文本预处理器)、Scala、Eiffel、Smalltalk、Erlang、Ruby、 Lua、MATLAB、SIMULINK和

权利要求中引用的元件都不是35U.S.C.§112(f)的含义中的装置加功能元件，除非使用短语“means for”(用于...的装置)明确叙述了一个元件，或者在使用“operationfor”(用于...的操作)或“step for”(用于...的步骤)这样的短语的方法权利要求的情况下。

Claims (10)

1.一种车辆的空气动力控制系统，包含：

利用模块，其基于纵向上的轮胎上的纵向力和横向上的所述轮胎上的横向力确定所述车辆的所述轮胎上的利用力和所述利用力的方向；

最大值模块，其基于所述利用力的方向确定用于维持所述轮胎与接触所述轮胎的路面之间的牵引力的所述轮胎的最大力；

差值模块，其确定所述车辆的所述轮胎上的所述利用力与所述轮胎上的所述最大力之间的差值；以及

空气动力致动器控制模块，其基于所述差值选择性地调节所述车辆的空气动力致动器的位置。

2.如权利要求1所述的空气动力控制系统，其中，当所述差值指示所述轮胎上的所述利用力大于所述轮胎的所述最大力时，所述致动器控制模块将所述空气动力致动器的所述位置调节到完全打开位置，

其中，当所述空气动力致动器的所述位置朝向所述完全打开位置移动时，所述空气动力致动器增加所述轮胎上的下压力。

3.如权利要求2所述的空气动力控制系统，其中，当所述差值指示所述轮胎的所述最大力大于所述轮胎的所述利用力时，所述致动器控制模块将所述空气动力致动器的所述位置调节到关闭位置，

其中，当所述空气动力致动器的所述位置朝向所述关闭位置移动时，所述致动器降低所述轮胎上的下压力。

4.如权利要求1所述的空气动力控制系统，其中，所述轮胎是所述车辆的前轮胎，并且所述空气动力致动器与所述车辆的前部相关联。

5.如权利要求1所述的空气动力控制系统，其中，所述轮胎是所述车辆的后轮胎，并且所述空气动力致动器与所述车辆的后部相关联。

6.如权利要求1所述的空气动力控制系统，其中：

所述利用模块进一步基于第二轮胎上的第二纵向力和所述第二轮胎上的第二横向力来确定所述车辆的所述第二轮胎上的第二利用力和所述第二利用力的第二方向；

所述最大值模块进一步基于所述第二利用力的所述第二方向来确定用于维持所述第二轮胎与接触所述第二轮胎的第二路面之间的牵引力的所述第二轮胎的第二最大力；

所述差值模块进一步确定所述车辆的所述第二轮胎上的所述第二利用力与所述第二轮胎的所述第二最大力之间的第二差值；以及

当所述差值大于所述第二差值时，所述致动器控制模块基于所述差值选择性地调节所述空气动力致动器的所述位置。

7.如权利要求6所述的空气动力控制系统，其中，当所述第二差值大于所述差值时，所述致动器控制模块基于所述第二差值调节所述空气动力致动器的所述位置。

8.如权利要求1所述的空气动力控制系统，进一步包含：

容量模块，其基于所述轮胎上的下压力和所述利用力的所述方向确定所述轮胎的力容量，其中，当所述轮胎上的所述利用力大于所述轮胎的所述力容量时，所述轮胎相对于所述路面滑动；以及

调节模块，其基于所述力容量确定力调节，

其中，所述最大值模块基于所述力调节将所述轮胎的所述最大力设定为小于所述轮胎的所述力容量。

9.如权利要求8所述的空气动力控制系统，其中，所述最大值模块基于所述轮胎的所述力容量乘以所述力调节来设置所述最大力。

10.如权利要求8所述的空气动力控制系统，其中，所述最大值模块基于所述轮胎的所述力容量减去所述力调节来设置所述最大力。