CN109664953A - 用于控制主动空气动力构件的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种机动车辆包括车身。带有具有不同空气动力轮廓的第一位置和第二位置的可移动构件设置在车身的外部上。致动器联接到可移动构件并且配置为在第一位置和第二位置之间致动可移动构件。传感器配置为在驾驶循环期间检测第二空气动力轮廓与第一空气动力轮廓之间的相对道路载荷。控制器配置为在驾驶循环期间响应于满足第一操作条件而控制致动器将可移动构件移动到第一位置，以响应于满足第二操作条件而控制致动器将可移动构件移动到第二位置，并且响应于相对道路载荷为正而控制致动器将可移动构件移动到第一位置。

Description

用于控制主动空气动力构件的系统和方法

技术领域

本公开涉及机动车辆，并且更具体地涉及机动车辆的空气动力特征。

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，燃料消耗越大，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。

发明内容

根据本公开的机动车辆包括车身和设置在车身的外部上的可移动构件。可移动构件具有第一位置和第二位置。第一位置具有第一空气动力轮廓，且第二位置具有不同于第一空气动力轮廓的第二空气动力轮廓。车辆另外包括联接到可移动构件的致动器。致动器配置为在第一位置和第二位置之间致动可移动构件。该车辆还包括传感器，该传感器配置为在驾驶循环期间检测第二空气动力轮廓与第一空气动力轮廓之间的相对道路载荷。车辆还包括控制器，该控制器配置为在驾驶循环期间响应于满足第一操作条件而控制致动器将可移动构件移动到第一位置，响应于满足第二操作条件而控制致动器将可移动构件移动到第二位置，并且响应于相对道路载荷为正而控制致动器将可移动构件移动到第一位置。

在示例性实施例中，第二操作条件包括车辆加速度低于校准的加速度阈值并且车辆速度高于校准的速度阈值。

在示例性实施例中，第一操作条件包括检测到的车辆速度，并且控制器配置为基于致动器设置来控制致动器将可移动构件移动到第一位置，该致动器设置是基于检测到的车辆速度从查找表获得的。

在示例性实施例中，致动器配置为在第一和第二位置之间连续地致动可移动构件。

在示例性实施例中，可移动构件具有第三位置，该第三位置具有第三空气动力轮廓，该第三空气动力轮廓不同于第一空气动力轮廓和第二空气动力轮廓。在这样的实施例中，致动器还配置为将可移动构件致动到第三位置，并且控制器还配置为响应于相对道路载荷为负，控制致动器将可移动构件移动到第三位置。

根据本公开的控制车辆的方法包括检测第一车辆操作状况，并且响应于检测到第一车辆操作状况，经由控制器将联接到主动空气动力装置的致动器自动控制到第一设置。该方法还包括检测第二车辆操作状况，并且响应于在第一设置中利用致动器检测到第二车辆操作状况，经由控制器将致动器自动控制到第二设置。该方法还包括经由控制器确定第二设置和第一设置之间的相对道路载荷，并且响应于相对道路载荷为正，经由控制器将致动器自动控制到第一设置。

在示例性实施例中，第二操作条件包括车辆加速度低于校准的加速度阈值并且车辆速度高于校准的速度阈值。

在示例性实施例中，致动器配置为在第一和第二设置之间连续致动。

在示例性实施例中，该方法还包括响应于相对道路载荷为负，经由控制器将致动器自动控制到第三设置，其中第二设置在第一设置和第三设置之间。这样的实施例还可以包括经由控制器确定第三设置和第二设置之间的第二相对道路载荷，并且响应于第二相对道路载荷为正，经由控制器将致动器自动控制到第二设置。这样的实施例可以包括将第二设置存储在非易失性车辆存储器中以便在随后的驾驶循环期间进行访问。

在示例性实施例中，该方法还包括经由控制器将致动器自动控制到第三设置，其中第一设置在第三设置和第二设置之间。这样的实施例还可以包括经由控制器确定第三设置和第二设置之间的第二相对道路载荷，并且响应于第二相对道路载荷为正，经由控制器将致动器自动控制到第一设置。

根据本公开的主动空气动力系统包括设置在车辆外部的可移动构件。可移动构件具有第一位置和不同于第一位置的第二位置。该系统另外包括致动器，该致动器联接到可移动构件并且配置为在第一位置和第二位置之间致动可移动构件。该系统还包括传感器，该传感器配置为在驾驶循环期间检测第二位置和第一位置之间的相对道路载荷。该系统还包括设置有致动器校准的非瞬态数据存储器。该系统还包括控制器。控制器配置为在驱动循环期间控制致动器以基于致动器校准将可移动构件移动到第一位置。控制器还配置为响应于车辆处于稳定状态且可移动构件处于第一位置，自动地将致动器控制到第二位置。控制器还配置为响应于相对道路载荷为负，基于第二位置修改致动器校准。

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为主动空气动力装置提供校准的车载优化，从而减少与使用风洞实验或模拟的这种校准相关联的时间和费用。此外，根据本公开的系统和方法可以根据需要响应于空气动力性能的变化(例如拖车与车辆的附连)来修改用于主动空气动力装置的校准。

结合附图，从以下优选实施例的详细描述中，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示意图；

图2是根据本公开的第一实施例的主动空气动力装置的图示；

图3A和图3B是根据本公开的第二实施例的主动空气动力装置的图示；并且

图4是根据本公开的实施例的控制主动空气动力装置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，以显示特定组件的详细信息。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。

可以为机动车辆提供一个或多个主动空气动力装置。主动空气动力装置是指空气动力构件，其可以在呈现不同空气动力轮廓的多个不同位置之间致动。因此，主动空气动力装置可以在驾驶循环期间被致动，以改变车辆的空气动力属性，例如阻力或下压力。

现在参考图1，示出了根据本公开的车辆10的示意图。车辆10包括动力系统12。在示例性实施例中，动力系统12包括内燃机；然而，在其他实施例中，动力系统12可以具有其他配置，例如纯电动或燃料电池动力系统。车辆10另外包括至少一个传感器14。在示例性实施例中，至少一个相应的传感器14配置为检测车辆10的道路载荷。在图1所示的实施例中，传感器14中的至少一个与动力系统12相关联。在所示实施例中，传感器14可包括：配置为监测动力系统12的燃料消耗的燃料流量传感器、配置为监测由动力系统12输出的扭矩的扭矩传感器，或配置为以其他方式监测动力系统12上的载荷的其他传感器。然而，在其他实施例中，可以实施能够监控道路载荷的其他传感器。另外，传感器14可以包括附加传感器，例如车速传感器、转向位置传感器和加速度计。

车辆10另外包括至少一个主动空气动力系统24，该主动空气动力系统24包括至少一个可移动空气动力构件16。主动空气动力系统24可以包括如下面将参考图2进一步详细讨论的主动后翼、下面将参照图3进一步详细讨论的主动车身底部空气导流器、其他主动空气动力设备或其组合。可移动空气动力构件16可在多个不同位置之间移动。主动空气动力系统24包括至少一个致动器18，该致动器18联接到可移动空气动力构件16并且配置为在多个位置之间移动可移动空气动力构件16。致动器18可包括线性致动器、电动马达、智能材料致动器、任何其他适当的致动器或其组合。

动力系统12、传感器14和致动器18与控制器20通信或在控制器20的控制下。虽然被描绘为单个单元，但是控制器20可以包括一个或多个另外的控制器，统称为“控制器”。控制器20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器。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20与非瞬态数据存储介质22通信。数据存储介质22设置有用于控制致动器18的控制信息，这将在下面进一步详细讨论。在示例性实施例中，控制信息包括具有基于传感器14可检测的一个或多个车辆参数的默认致动器设置的查找表，例如车辆速度、加速度和转弯。

现在参考图2，示出了用于机动车辆10’的示例性主动空气动力装置24’的等距视图。在该实施例中，主动空气动力装置24’可以称为后翼24’；然而，在本公开范围内的其他实施例包括其他类型的主动空气动力装置。后翼24’通过至少一个支柱26联接到车辆10’的后部28。后翼24’包括细长的空气动力构件或翼型件16’。翼型件16’具有面向接地平面的吸力表面30和背离接地平面的压力表面32。因此，当空气流过翼型件16’时，压力表面32和吸力表面30之间产生压力差，并且下压力施加在车辆10’的后部28上。

至少一个致动器18’布置成使翼型件16’枢转，例如，以调整翼型件16’的攻角。根据各种实施例，致动器18’可配置为使翼型件16相对于支柱26枢转，以使支柱26的一部分相对于支柱26的另一部分枢转，或者用于调节翼型件16’的攻角的其他适当的配置。致动器18’可以由控制器20’控制，以响应于例如车辆速度和横向加速度在行驶循环期间使翼型件16’在不同位置之间枢转。通过枢转翼型件16’，可以基于当前的操作条件来修改由翼型件16’产生的下压力和阻力。

现在参考图3A和图3B，示出了用于机动车辆10”的第二示例性主动空气动力装置24”的视图。在图3A和图3B的实施例中，车辆10”设置有主动空气动力装置24”，其可以被称为空气导流器24”。空气导流器24”包括联接到致动器18的可移动构件16”。致动器18”配置为使可移动构件16”围绕横向延伸穿过车辆的大致水平的枢转轴线枢转。致动器18”处于控制器34”的控制之下。控制器配置为控制致动器18”以使可移动构件16”在阻挡位置(如图3A所示)和冷却位置(如图3B所示)之间移动。在阻挡位置，空气导流器24”用作气坝，阻止车辆10”下方的空气通过，从而减小阻力。在冷却位置，可移动构件16”枢转以呈现不同的阻挡模式，使空气朝向车轮偏转，从而增加车辆制动器的冷却。

根据预定义的校准方案控制已知的主动空气动力系统，例如，包括与速度或加速度值对应的致动器设置的查找表。校准方案通常设计用于在给定操作条件，例如减少的阻力或增加的下压力下的优选特性。最佳的致动器设置受到各种车辆因素的影响，例如车身类型、悬架、轮胎、轴距，因此特定于车辆的特定变型。通常基于风洞测试或模拟来确定预定义的校准方案。然而，由于针对每个新车辆或车辆的新变型重复测试或模拟，所以该校准过程可能是相对时间密集的。此外，校准通常针对车辆在正常操作条件下定义，并且可能不考虑可能改变现实世界空气动力性能的因素，例如拖车的存在。

现在参考图4，以流程图的形式示出了根据本公开的实施例的控制车辆的方法。该算法开始于框100。

如框102所示，检测当前车辆参数。车辆参数可以由一个或多个传感器检测，包括但不限于车速传感器、转向位置传感器和加速度计。在示例性实施例中，车辆参数包括速度、加速度和转弯。在其他实施例中可以测量其他参数或参数组合。

如框104所示，根据电流校准来控制主动空气动力装置。这可以包括基于在框102处检测到的车辆参数将致动器控制到从查找表获得的设置。如果先前未运行算法，则当前校准可以是由车辆制造商提供的默认校准。如果该算法已经运行，则可以相对于默认校准修改当前校准，这将在下面进一步详细讨论。

如操作106所示，确定车辆是否在高速行驶并且处于大致稳态操作。在示例性实施例中，该确定包括确定当前车辆加速度是否低于预定阈值，其中车辆速度高于预定阈值。

如果操作106的确定是否定的，则控制返回到框102。由此根据电流校准来控制主动空气动力装置，除非并且直到车辆处于大致稳态操作。

如果操作106的确定是肯定的，则主动空气动力装置相对于当前校准在第一方向上递增，如框108所示。在示例性实施例中，这通过将致动器控制为相对于当前校准更加展开或更缩回的设置来执行。

在空气动力装置位置的变化期间监测车辆道路载荷，如框110所示。这可以包括例如监测燃料消耗率或发动机扭矩。燃料消耗率或发动机扭矩的减小可以对应于道路载荷的减小，并且同样对应于当前操作条件下的主动空气动力装置的阻力减小和更理想的位置。

确定当前主动空气动力装置位置与先前主动空气动力位置相比是否具有负相对道路载荷，即具有比先前主动空气动力装置位置更低的道路载荷，如框112所示。如果确定是肯定的，则控制返回到框108。因此，主动空气动力装置在第一方向上增加，直到道路载荷不再减小。

如果确定是否定的，则存储第一最小道路载荷和位置，如框114所示。第一最小道路载荷和位置对应于在主动空气动力装置沿第一方向扫过时测量的最小道路载荷值，并且对应于获得该道路载荷值的主动空气动力装置位置。

然后，如框116所示，主动空气动力装置返回到根据当前校准的位置。如上所述，这可以包括基于在框102处检测到的车辆参数将致动器控制到从查找表获得的设置。

如框118所示，主动空气动力装置相对于当前校准在第二方向上递增。在示例性实施例中，这通过相对于框108中的相反方向控制致动器来执行。

如框120所示，在空气动力装置位置的变化期间监测车辆道路载荷。如上所述，这可以包括例如监测燃料消耗率或发动机扭矩。

确定当前主动空气动力装置位置与先前主动空气动力位置相比是否具有负相对道路载荷，即具有比先前主动空气动力装置位置更低的道路载荷，如框122所示。如果确定是肯定的，则控制返回到框118。因此，主动空气动力装置在第一方向上增加，直到道路载荷不再减小。

如果确定是否定的，则存储第二最小道路载荷和位置，如框124所示。第二最小道路载荷和位置对应于在主动空气动力装置沿第二方向扫过时测量的最小道路载荷值，并且对应于获得该道路载荷值的主动空气动力装置位置。

然后将主动空气动力装置控制到第一存储位置和第二存储位置之间的最小道路载荷位置，如框126所示。因此，如果第一最小道路载荷小于第二最小道路载荷，则主动空气动力装置被控制到第一位置。同样，如果第二最小道路载荷小于第一最小道路载荷，则主动空气动力装置被控制到第二位置。因此，无论电流校准如何，主动空气动力装置都被控制到与最小测量的道路载荷相对应的位置。

然后更新主动空气动力装置的校准，如框128所示。在示例性实施例中，这通过基于当前操作参数修改包含致动器设置的查找表来执行。在一些这样的实施例中，可以通过计算与最小测量的道路载荷相对应的位置与当前校准之间的偏移或乘数来执行更新。之后将计算的偏移或乘数应用于查找表中的多个设置，从而为一系列潜在的操作参数建立更新的校准。在其他这样的实施例中，仅修改基于当前操作参数的设置，导致对查找表的更有限和更细致的更新。

然后，算法在框130处终止。

在以上变型中，在框128处更新校准之前，可以将步骤108至126重复一次或多次以用于验证目的。

在另一变型中，可以仅响应于满足学习模式条件而执行图4中所示的算法，例如，操作员选择学习模式，或里程表读数低于对应于初始化时段的预定阈值。

在又一变型中，在框128中执行的校准更新仅在当前驾驶循环的持续时间内持续，之后校准恢复到默认校准。因此，该算法可以适应车辆空气动力性能的瞬时变化，例如拖车与车辆的附连。

在具有多个主动空气动力装置的车辆中，可以针对车辆上的每个主动空气动力装置单独地执行图4中所示的算法。

可以看出，根据本公开的实施例提供了用于主动空气动力装置的校准的车载优化的系统和方法，从而减少了与使用风洞实验或模拟校准这种校准相关联的时间和费用。此外，根据本公开的系统和方法可以根据需要响应于空气动力性能的变化(例如拖车与车辆的附接)来修改用于主动空气动力装置的校准。

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于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现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于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现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 (6)

1.一种机动车辆，包括：

车身；

设置在所述车身外部的可移动构件，所述可移动构件具有第一位置和第二位置，所述第一位置具有第一空气动力轮廓，并且所述第二位置具有与所述第一空气动力轮廓不同的第二空气动力轮廓；

致动器，其联接到所述可移动构件并且配置为在所述第一位置和所述第二位置之间致动所述可移动构件；

传感器，其配置为在驾驶循环期间检测所述第二空气动力轮廓与所述第一空气动力轮廓之间的相对道路载荷；

控制器，其配置为在驾驶循环期间响应于满足第一操作条件而控制所述致动器将所述可移动构件移动到所述第一位置，响应于满足第二操作条件而控制所述致动器将所述可移动构件移动到所述第二位置，以及响应于所述相对道路载荷为正而控制所述致动器将所述可移动构件移动到所述第一位置。

2.根据权利要求1所述的机动车辆，其中所述第二操作条件包括车辆加速度低于校准的加速度阈值并且车辆速度高于校准的速度阈值。

3.根据权利要求1所述的机动车辆，其中所述第一操作条件包括检测到的车辆速度，并且其中所述控制器配置为基于致动器设置来控制所述致动器将所述可移动构件移动到所述第一位置，所述致动器设置是基于所述检测到的车辆速度从查找表获得的。

4.根据权利要求1所述的机动车辆，其中所述致动器配置为在所述第一位置和所述第二位置之间连续地致动所述可移动构件。

5.根据权利要求1所述的机动车辆，其中所述可移动构件具有第三位置，所述第三位置具有与所述第一空气动力轮廓和所述第二空气动力轮廓不同的第三空气动力轮廓，其中所述致动器还配置为将所述可移动构件致动到所述第三位置，并且其中所述控制器还配置为响应于所述相对道路载荷为负，控制所述致动器将所述可移动构件移动到所述第三位置。

6.根据权利要求1所述的机动车辆，其中所述传感器包括配置为监测燃料消耗的燃料流量传感器或配置为监测扭矩输出的扭矩传感器。