CN109664952B - 具有磁流变阻尼器的致动系统 - Google Patents

Abstract

一种机动车辆包括具有外表面的车身和可移动地联接到外表面的空气动力构件。空气动力构件具有相对于外表面的第一位置和相对于外表面的第二位置。第一位置呈现出与第二位置不同的空气动力轮廓。该车辆另外包括致动器，该致动器联接到空气动力构件并且配置成在第一位置和第二位置之间致动空气动力构件。车辆还包括联接到空气动力构件的阻尼器。阻尼器设有磁流变液。

Description

具有磁流变阻尼器的致动系统

技术领域

本公开涉及机动车辆，并且更具体地涉及用于机动车辆的空气动力控制系统。

背景技术

机动车辆在行驶时会扰动其通过的空气。除其他因素外，这种空气扰动对机动车辆的能量消耗有影响。克服由车辆通过而产生的风阻和湍流要消耗能量，该能量必须从车辆的燃料、电力或其他储存的能量中获得。风阻和湍流越大，则燃料消耗越大，且燃料经济性越低。因此，通常在设计车辆时要考虑到空气动力性能。在传统的车辆设计中，空气动力特征通常是车辆外部的固定车身结构。然而，最近，在一些车辆上实施了可主动移动的空气动力特征。用于控制这种特征的行程终点速度和位置的已知方法通常包括基于摩擦的离合器，其是相对复杂且重量大的系统并随时间而劣化。

发明内容

根据本公开的机动车辆包括具有外表面的车身和可移动地联接到外表面的空气动力构件。空气动力构件具有相对于外表面的第一位置和相对于外表面的第二位置。第一位置呈现出与第二位置不同的空气动力轮廓。该车辆另外包括致动器，该致动器联接到空气动力构件并且配置成在第一位置和第二位置之间致动空气动力构件。车辆还包括联接到空气动力构件的阻尼器。阻尼器设有磁流变液。

在示例性实施例中，车辆另外包括磁场发生器和至少一个控制器。至少一个控制器配置成控制磁场发生器以改变磁流变液的粘度。至少一个控制器还可以配置成响应于满足致动操作条件来控制磁场发生器以降低磁流变液的粘度，并控制致动器将空气动力构件从第一位置移动到第二位置。至少一个控制器还可以配置成响应于致动器从第一位置移动到第二位置并且处于第一位置和第二位置之间的中间位置处来控制磁场发生器以增加磁流变液的粘度。至少一个控制器还可以配置成响应于致动器被致动到第二位置来控制磁场发生器以进一步增加磁流变液的粘度。中间位置可以对应于从第一位置到第二位置的90％的致动。

在示例性实施例中，空气动力构件包括联接到外表面的后部的翼面。

根据本公开的控制机动车辆的方法包括提供第一部件和第二部件。第一部件可移动地联接到第二部件。该方法还包括提供致动器，该致动器联接到第二部件并且配置成在第一位置和相对于第一部件的第二位置之间致动第二部件。该方法另外包括提供联接到第一部件和第二部件的阻尼器。阻尼器设有磁流变液并包括磁场发生器。该方法还包括提供与致动器和磁场发生器通信的至少一个控制器。该方法还包括，响应于满足致动操作条件，经由至少一个控制器自动控制磁场发生器，以降低磁流变液的粘度，并经由至少一个控制器自动控制致动器，将第二部件从第一位置移动到第二位置。

在示例性实施例中，该方法还包括，响应于致动器将第二部件从第一位置移动到第二位置并且处于第一位置和第二位置之间的中间位置处来自动控制磁场发电机经由至少一个控制器增加磁流变液的粘度。这些实施例可以另外包括，响应于第二部件被致动到第二位置，经由至少一个控制器自动控制磁场发生器，以进一步增加磁流变液的粘度。中间位置可以对应于从第一位置到第二位置的90％的致动。

在示例性实施例中，第二部件包括翼面，并且第一部件包括机动车辆的车身结构。

根据本公开的用于机动车辆的组件包括第一部件和第二部件。第一部件可移动地联接到第二部件。第二部件具有第一位置和相对于第一部件的第二位置。该组件还包括联接到第二部件并且配置成在第一位置和相对于第一部件的第二位置之间致动第二部件的致动器。该部件还包括联接到第一部件和第二部件的阻尼器。阻尼器设有磁流变液并包括磁场发生器。该组件还包括至少一个与致动器和磁场发生器连通的控制器。该控制器还可以配置成响应于满足致动操作条件来控制磁场发生器以降低磁流变液的粘度，并控制致动器将第二部件从第一位置移动到第二位置。

在示例性实施例中，控制器还配置成响应于致动器将第二部件从第一位置移动到第二位置并且处于第一位置和第二位置之间的中间位置处来自动控制磁性场发生器以增加磁流变液的粘度。在这样的实施例中，控制器还可以配置成响应于第二部件被致动到第二位置，自动控制磁场发生器以进一步增加磁流变液的粘度。中间位置可以对应于从第一位置到第二位置的90％的致动。

在示例性实施例中，第二部件包括翼面，并且第一部件包括机动车辆的车身结构。

根据本公开的实施例提供了许多优点。例如，根据本公开的系统和方法可以通过经由MR阻尼器来调节系统的阻尼特性从而调整系统，例如空气动力控制系统中的致动器的运动。此外，MR阻尼器可用于将系统保持在所需的设置，例如，在所需位置处的空气动力构件。因此，根据本公开的实施例可以相对于已知解决方案减少系统中的部件的磨损和破损。

结合附图，根据优选实施例的以下详细描述，本公开的上述优点和其他优点和特征将变得显而易见。

附图说明

图1是根据本公开的实施例的车辆的图示；

图2是根据本公开的实施例的空气动力控制系统的示意图；

图3是根据本公开的实施例的磁流变阻尼器的示意图；并且

图4是根据本公开的实施例的控制空气动力控制系统的方法的流程图图示。

具体实施方式

本文描述了本公开的实施例。然而，应该理解，所公开的实施例仅仅是示例，并且其他实施例可以采用各种和替代形式。附图并不一定是成比例的；某些功能可能会被夸大或最小化，以显示特定部件的详细信息。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅仅作为用于教导本领域技术人员以各种方式使用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参考任何一个附图示出和描述的各种特征可以与一个或多个其他附图中示出的特征组合以产生未明确示出或描述的实施例。所示特征的组合提供了典型应用的代表性实施例。然而，对于特定应用或实施方式，可能需要与本公开的教导一致的特征的各种组合和修改。

现在参考图1，示出了具有根据本公开的空气动力控制系统12的机动车辆10。车辆10包括车身结构或车身14。空气动力控制系统12联接到车身14。虽然在图1中描绘为联接到车身14的后部的后翼，但在其他实施例中，空气动力控制系统12可包括其他类型的空气动力构件，例如主动前导流板或其他可移动的空气动力表面。另外，车身14包括乘客舱16。通常，一个或多个乘员可以布置在乘客舱16中。乘客舱16可设有一个或多个打开和关闭以允许乘员进入和离开车辆10的门。

车身14包括前部22和后部24，该前部22和后部24具有多个面板件或仪表板，其中一些或全部可从车辆10的乘客舱16的外部看到。前部22和后部24沿着车辆10的纵向方向(参见图1中的双箭头26)彼此间隔开。通常，面板件或仪表板围绕车辆10。车辆10还可包括一个或多个车轮(即前轮18和后轮20)。

面板件或仪表板可包括以下中的一个或多个：可包括前保险杠面板的前仪表板、可包括后保险杠面板的后仪表板，以及可包括前四分之一仪表板面板和后四分之一仪表板面板的侧仪表板。图1示出了车辆10的一侧，并且车辆10的另一侧通常可以是所示侧面的镜像。车辆10的侧面在横向方向上彼此间隔开。横向方向横向于或垂直于车辆10的纵向(如双箭头26所示)。通常，前保险杠面板可以沿着车辆10的前部22设置，并且后保险杠面板可以沿着车辆10的后部24设置。因此，前四分之一的仪表板面板可以设置在前保险杠面板附近，后四分之一的仪表板面板可以设置在后保险杠面板附近。

参考图1和图2，空气动力控制系统12包括联接到部件的支撑结构30。在图1和2所示的实施例中，支撑结构30包括联接到后部24的顶部32的支柱，例如行李箱盖。然而，在其他实施例中，支撑结构30可包括其他类型的联接到其他部件的结构，或其组合。支撑结构30通过任何合适的方法固定到部件上，包括紧固件、焊接、粘合剂、联接器、压配合、过盈配合，其他固定方法或其组合。作为其他实施例的非限制性示例，支撑结构30可以是一个或多个柱和/或车身14的一部分，例如前保险杠。

继续参考图1和图2，空气动力控制系统12还包括由支撑结构30支撑的至少一个空气动力构件34。在图1和图示的实施例中，空气动力构件34配置成翼形扰流器。如本文所用，“翼形”是指具有翼形状的物体，即具有由配置成产生升力或下压力的流线型横截面形状限定的翼型形状的翼片。术语“扰流板”是指能够在车辆10运动时扰动穿过车身14的空气运动的空气动力装置，从而减小阻力和/或在车辆10上引起空气动力下压力F。术语“下压力”是指垂直于车辆10的相对运动方向，即在纵向方向上朝向路面28的分力。为了结构稳定性，空气动力构件34可以由适当刚性但低质量的材料，例如工程塑料或铝形成。空气动力构件34可在相对于支撑结构30的第一位置和相对于支撑结构30的第二位置之间移动。图1示出了空气动力构件34的两个不同位置的示例，一个是实线，一个是虚线，仅用于说明目的。应当理解，空气动力构件34可以在除了图示之外的其他位置处移动。

当车辆10行驶穿过路面28时，气流可以穿过空气动力构件34。根据空气动力构件34的位置，可以改变气流，这可以改变车辆10的空气动力特性。例如，当车辆10行驶穿过路面28时，空气动力构件34可移动以改变施加到车辆10的空气动力下压力F。空气动力构件34可以配置成使得气流仅通过空气动力构件34的一个表面，例如，相对于路面28的压力表面53，或者可选地，空气动力构件34可以配置成使得气流穿过空气动力构件34的两个表面，例如相对于路面28的压力表面53和吸力表面55。

在被认为在本公开的范围内的各种实施例中，空气动力构件34可包括设置在沿着车辆10的顶部的任何位置处的一个或多个扰流板或翼、设置在沿着车辆10的一角的任何位置处的潜水翼、沿着车辆10的前部22设置在任何位置处或设置在扰流板上的翼板扰流装置、设置在沿车辆10的前部22的任何位置处的前分离器、设置在沿着车辆10的前部22的任何位置处的空气阻尼，其他空气动力构件或其组合。每个空气动力构件34可包括本文所讨论的用于单个空气动力构件34的一个或多个特征。

空气动力构件34可包括彼此间隔开的第一端38和第二端40。在图1所示的实施例中，第一端38可以被称为前缘，而第二端40可以被称为后缘。根据用于给定实施例的空气动力构件34的功能，空气动力构件34的第一端38可以设置成比空气动力构件34的第二端40更靠近乘客舱16，反之亦然。空气动力构件34可以是细长构件，其具有沿大致横向方向，即垂直于纵向方向26延伸的跨度。

空气动力控制系统12包括枢轴点46，该枢轴点46联接到空气动力构件34，以允许空气动力构件34在第一和第二位置之间移动。在某些实施例中，枢轴点46可设置在空气动力构件34的第一和第二端38、40之间。例如，如图1所示，空气动力构件34包括在第一和第二端38、40之间的枢轴点46。在其他实施例中，枢轴点46可设置在空气动力构件34的第一和第二端38、40中的一个处。例如，主动式底部空气导流板可包括设置在第一端38处的枢轴点46。

空气动力控制系统12还包括联接到空气动力构件34的致动器48。致动器48配置成使空气动力构件34在第一和第二位置之间移动。致动器48可以在任何合适的位置联接到空气动力构件34，以使空气动力构件34在这些位置之间移动。在某些实施例中，致动器48可设置在支撑结构30的内部或外部。在其他实施例中，致动器48可以联接或附连到车身14。在其他实施例中，致动器48可设置在空气动力构件34内。致动器48可包括马达、螺线管、臂和/或任何其他合适的装置，将空气动力构件34移动到期望位置。

空气动力控制系统12还包括联接到空气动力构件34的磁流变(“MR”)阻尼器50。MR阻尼器的各种设计是已知的。示例性MR阻尼器50在图3中示出；然而，任何已知的MR阻尼器设计可以在根据本公开的实施例中实施。

MR阻尼器50包括填充有一定量MR流体56的壳体54。MR流体通常由载体流体如油、水或乙二醇组成，提供有铁颗粒如羰基铁。壳体50具有封闭端，该封闭端设有蓄能器58和隔膜60以及设有环形密封件62的开口端。活塞64穿过密封件62并且至少部分地保持在壳体54内并且布置成相对于壳体54滑动。提供隔膜60和蓄能器58以适应由于活塞64的滑动运动而产生的体积变化。通过活塞64的头部提供流体孔66，使得当活塞64相对于壳体54滑动时，MR流体56可以穿过孔66。电磁线圈68设置在活塞64的头部上并且联接到电极70。

当电极70通电时，电流被提供给线圈68，从而产生磁场。响应于磁场，MR流体56中的铁颗粒被对准并且MR流体56的粘度增加。可以通过改变施加到电极70的电流来改变MR流体56中的铁颗粒对准的程度，并因此改变MR流体56的粘度。因此，MR阻尼器50提供可控制量的阻尼力，阻止活塞64的运动。

MR阻尼器50联接在空气动力构件34和相对于车身14固定的部件(例如支撑结构30)之间，从而提供阻止空气动力构件34相对于车身14运动的可控阻尼力。

致动器48和MR阻尼器50处于控制器52的控制下。虽然被描绘为单个单元，但是控制器52可以包括一个或多个另外的控制器，统称为“控制器”。控制器52可以包括与各种类型的计算机可读存储设备或介质通信的微处理器或中央处理单元(CPU)。计算机可读存储设备或介质可以包括例如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和保活存储器(KAM)中的易失性和非易失性存储装置。KAM是可用于在CPU断电时存储各种操作变量的持久性或非易失性存储器。计算机可读存储设备或介质可以使用许多已知存储器设备中的任何一种来实施，例如PROM(可编程只读存储器)、EPROM(电子PROM)、EEPROM(电可擦除PROM)、闪存或能够存储数据的任何其他电子、磁性、光学或组合存储器设备，其中一些代表由控制器用于控制发动机或车辆的可执行指令。

控制器52被编程为控制致动器48以响应于各种操作条件的满足而使空气动力构件34在第一和第二位置之间移动。作为示例，控制器52可以被编程为控制致动器48以移动空气动力构件34以响应于满足转动操作条件而增加下压力。

此外，控制器52被编程为控制MR阻尼器50，如下面将参考图4进一步详细讨论的。简而言之，控制器52可以选择性地控制MR阻尼器50以例如通过激励或去激励电极70来根据需要修改阻尼力。

现在参考图4，以流程图的形式示出了根据本公开的控制空气动力控制系统的方法。在示例性实施例中，空气动力控制系统大致类似于图1-3中所示的布置，并且图4中所示的算法由通常类似于控制器52的控制器执行。

如框100所示，用于空气动力控制系统的致动器被部署到初始设置。可选地，与空气动力控制系统相关联的MR阻尼器被激励以维持空气动力控制系统的空气动力构件的位置，也如框100所示。

确定是否满足致动操作条件，如操作102所示。作为非限制性示例，致动操作条件可以对应于车辆正在经历转弯操纵的确定，或者对应于期望空气动力构件的致动的任何其他操作条件。

如果操作102的确定是否定的，则致动器保持在当前设置，如框104所示。然后，控制返回到操作102。因此，致动器保持在电流设置，除非并且直到满足致动操作条件。

如果操作102的确定是肯定的，那么MR阻尼器被断电以允许空气动力构件的运动，并且启动致动器控制到新设置，如框106所示。根据致动器的配置和致动的幅度，可以在大约0.5秒的时间内完成对新设置的完全致动。

如框108所示，确定致动器是否在新设置的预定阈值内。在示例性实施例中，预定阈值对应于致动器至少完成90％，即在新设置的10％内。可以基于来自与致动器、空气动力构件或两者相关联的传感器的读数来进行确定。在致动器包括电动机的示例性实施例中，可以基于与电动机相关联的编码器来进行确定。

如果操作108的确定是否定的，则继续将致动器控制到当前循环的新设置，如框110所示。然后，控制返回到操作108以进行后续评估。

如果操作108的确定是肯定的，则MR阻尼器被部分激励，如框112所示。在示例性实施例中，MR阻尼器以最大MR阻尼器电流的25％通电。由此增加了MR流体的粘度，增加了对空气动力构件的运动的阻力，并且在完成当前致动时轻柔地到达空气动力构件的最终位置。

确定当前致动是否完成，即致动器是否已到达新设置，如框114所示。如果操作114的确定是否定的，则致动器继续被控制到当前循环的新设置，如框116所示。然后，控制返回到操作114以进行后续评估。

如果操作114的确定是肯定的，则MR阻尼器被全部激励，如框118所示。在示例性实施例中，MR阻尼器以最大MR阻尼器电流通电，以将空气动力构件保持在当前位置。然后，控制返回到框104。

当然，上述的变化是可能的。作为示例，致动器和MR阻尼器的类似组合可用于提供对车辆中的其他可移动部件的微调控制。

在根据本公开的各种实施例中，空气动力控制系统可用于车辆应用或非车辆应用中。车辆实施例的非限制性示例包括汽车、赛车、卡车、越野车、摩托车、飞机、农场设备或任何其他合适的可移动平台。车辆实施例可包括自主驾驶车辆或传统的人控车辆。非车辆实施例的非限制性示例包括机器、农场设备或任何其他合适的非车辆设备。

可以看出，根据本公开的实施例提供了一种用于通过经由MR阻尼器调节系统的阻尼特性来调整系统(例如空气动力控制系统)中的致动器的运动的系统和方法。此外，MR阻尼器可用于将系统保持在所需的设置，例如，在所需位置处的空气动力构件。因此，根据本公开的实施例可以相对于已知解决方案减少系统中的部件的磨损和破损。

如前所述，各种实施例的特征可以组合以形成可能未明确描述或说明的本发明的其他实施例。尽管各种实施例可以被描述为相对于一个或多个期望特性提供优势或优于其他实施例或现有技术实施方式，但是本领域普通技术人员认识到可以损害一个或多个特征或特性以实现期望的整体系统属性，这取决于具体的应用程序和实施方式。这些属性可包括但不限于成本、强度、耐用性、生命周期成本、适销性、外观、包装、尺寸、适用性、重量、可制造性、易组装性等。因此，描述为关于一个或多个特性而言不如其他实施例或现有技术实施方式所期望的实施例不在本公开的范围之外，并且对于特定应用可能是期望的。

虽然以上描述了示例性实施例，但并不意味着这些实施例描述了权利要求所包含的所有可能形式。说明书中使用的词语是描述性词语而不是限制性词语，并且应当理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以进行各种改变。如前所述，各种实施例的特征可以组合以形成可能未明确描述或说明的本发明的其他实施例。尽管各种实施例可以被描述为相对于一个或多个期望特性提供优势或优于其他实施例或现有技术实施方式，但是本领域普通技术人员认识到可以损害一个或多个特征或特性以实现期望的整体系统属性，这取决于具体的应用程序和实施方式。这些属性可包括但不限于成本、强度、耐用性、生命周期成本、适销性、外观、包装、尺寸、适用性、重量、可制造性、易组装性等。因此，描述为关于一个或多个特性而言不如其他实施例或现有技术实施方式所期望的实施例不在本公开的范围之外，并且对于特定应用可能是期望的。

Claims (5)

1.一种机动车辆，包括：

具有外表面的车身；

空气动力构件，其可移动地联接到所述外表面，所述空气动力构件具有相对于所述外表面的第一位置和相对于所述外表面的第二位置，所述第一位置呈现出与所述第二位置不同的空气动力轮廓；

致动器，其联接到所述空气动力构件并且配置成在所述第一位置和所述第二位置之间致动所述空气动力构件；

阻尼器，其联接到所述空气动力构件，所述阻尼器设有磁流变液；以及

磁场发生器和至少一个控制器，所述至少一个控制器配置成控制所述磁场发生器以改变所述磁流变液的粘度；

其中所述至少一个控制器还配置为响应于满足致动操作条件来控制所述磁场发生器以降低所述磁流变液的粘度并控制所述致动器以将所述空气动力构件从所述第一位置移动到所述第二位置。

2.根据权利要求1所述的机动车辆，其中所述至少一个控制器还配置为响应于所述致动器从所述第一位置移动到所述第二位置并且处于所述第一位置和所述第二位置之间的中间位置处来控制所述磁场发生器以增加所述磁流变液的粘度。

3.根据权利要求2所述的机动车辆，其中所述至少一个控制器还配置为响应于所述致动器被致动到所述第二位置来控制所述磁场发生器以进一步增加所述磁流变液的粘度。

4.根据权利要求2所述的机动车辆，其中所述中间位置对应于从所述第一位置到所述第二位置的90％的致动。

5.根据权利要求1所述的机动车辆，其中所述空气动力构件包括联接到所述外表面的后部的翼面。

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