CN111361644B - 等离子体致动减阻 - Google Patents

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Abstract

提供了一种配置为减小阻力的装置。该装置包括：等离子体致动器，其包括具有两个开口基部的中空圆筒、设置在圆筒内部的第一电极、设置在圆筒外部的第二电极，以及设置在靠近第一电极的圆筒内部的等离子体层；表面，其包括设置在表面上的等离子体致动器；以及运动致动器，其被配置为使等离子体致动器以横跨表面的面部的扫掠运动的方式移动。

Description

等离子体致动减阻
引言
与示例性实施例一致的装置和方法涉及减阻。更具体地，与示例性实施例一致的装置和方法涉及配置为减小阻力的等离子体致动器。
发明内容
一个或多个示例性实施例提供减阻装置。更具体地，一个或多个示例性实施例提供了一种配置为通过等离子体致动器的配置减小阻力的装置。
根据示例性实施例的一方面，提供了一种被配置为减小阻力的装置。该装置包括：等离子体致动器，其包括具有两个开口基部的中空圆筒、设置在圆筒内部的第一电极、设置在圆筒外部的第二电极，以及靠近第一电极的圆筒内部的等离子体层；表面，其包括设置在表面上的至少一个等离子体致动器；以及运动致动器，其被配置为使等离子体致动器中的至少一个以横跨表面的扫掠运动的方式移动。
表面可包括车辆的侧视镜的顶部、车辆的A柱、车辆的前保险杠下方的区域的底部、车辆前后轮之间区域的底部、车辆的轮窝、行李箱的顶部、提升式车门、车辆的后挡板或舱口、车辆的后保险杠下方的区域的底部，以及在驾驶员侧或车辆后部的乘客侧的垂直边缘。
等离子体致动器中的至少一个可包括多个等离子体致动器中的一个或多个。
运动致动器可以被配置为移动表面以使至少等离子体致动器扫过表面。
运动致动器可以被配置为移动等离子体致动器以扫过表面。运动致动器可包括压电设备。
该装置可包括：车辆速度传感器，其被配置为测量车辆的速度；并且运动致动器可包括功率控制器，该功率控制器被配置为根据由速度传感器测量的车辆的速度来调节提供给压电设备的功率的频率和电压。
该装置可包括基础压力传感器，该基础压力传感器被配置为检测车辆后方区域的基础压力，并且功率控制器可被配置为根据车辆的速度和由基础压力传感器测量的基础压力来调节提供给压电设备的功率的频率和电压。
功率控制器可以被配置为根据车辆的速度和基础压力将频率调节在2KHz和20KHz之间的范围内。
该装置可包括基础压力传感器，该基础压力传感器被配置为检测车辆后方区域的基础压力，并且该功率控制器被配置为根据由基础压力传感器测量的基础压力来调节提供给压电设备的功率的频率和电压。
功率控制器可以被配置为根据车辆的速度和基础压力将频率调节在2KHz和20KHz之间的范围内。
功率控制器可以被配置为向压电设备输出高达10KV的电压。
运动致动器可以包括直流(DC)到DC转换器，该直流(DC)到DC转换器被配置为将功率转换为适当的电压和频率以操作压电设备。直流(DC)到DC转换器可以包括信号发生器和放大器。
压电设备可包括压电谐振器，该压电谐振器被配置为接收由信号发生器和放大器处理的信号。
表面可以是弯曲表面。
中空圆筒可包括绝缘体。
根据另一示例性实施例的一方面，提供了一种被配置为减小阻力的装置。该装置可包括等离子体致动器、包括设置在表面上的至少一个等离子体致动器的表面，以及配置为使至少一个等离子体致动器以横跨表面的扫掠运动的方式移动的运动致动器。
运动致动器可包括压电设备，该装置可进一步包括：车辆速度传感器，其被配置为测量车辆的速度；并且运动致动器可包括功率控制器，该功率控制器被配置为根据由速度传感器测量的车辆速度调节供应给压电设备的功率的频率和电压。
该装置可包括基础压力传感器，该基础压力传感器被配置为检测车辆后方区域的基础压力，并且该功率控制器可被配置为根据车辆速度和由基础压力传感器测量的基础压力调节提供给压电设备的功率的频率和电压。
根据示例性实施例的以下详细描述和附图，示例性实施例的其它目的、优点和新颖特征将变得更加明显。
附图说明
在下文中将结合以下附图描述所公开的示例，其中相同的数字表示相同的元件，并且在附图中：
图1示出了根据示例性实施例的被配置为减小阻力的装置的框图；
图2A和图2B示出了根据示例性实施例的若干方面的由配置为减小阻力的装置控制的等离子体致动器的各种配置的图示；
图3示出了根据示例性实施例的方面的被配置为减小阻力的装置的等离子体致动器和若干等离子体致动器的配置；以及
图4示出了根据示例性实施例的一方面的由配置为减小阻力的装置控制的等离子体致动器的扫掠运动的图示。
具体实施方式
现在将参考附图的图1-4详细描述配置为减小阻力的装置，其中相同的附图标记始终表示相同的元件。
以下公开内容将使本领域技术人员能够实践本发明构思。然而，在此公开的示例性实施例仅仅是示例性的，并不将本发明构思限制于本文描述的示例性实施例。此外，通常应当认为每个示例性实施例的特征或方面的描述可用于其它示例性实施例的各方面。
还应理解，在本文中陈述第一元件“连接到”、“附接到”、“形成在”或“设置在”第二元件上的情况下，第一元件可以直接连接到第二元件，直接形成或直接设置在第二元件上，或者在第一元件和第二元件之间可以存在中间元件，除非声明第一元件“直接”连接到、附接到、形成或设置在第二元件上。另外，如果第一元件被配置为从第二元件“发送”或“接收”信息，则第一元件可以直接向第二元件发送信息或从第二元件接收信息，经由总线发送或接收信息，经由网络发送或接收信息，或者经由中间元件发送或接收信息，除非第一元件被指示为“直接”向第二元件发送信息或从第二元件接收信息。
在整个公开内容中，所公开的一个或多个元件可以组合到单个设备中或组合成一个或多个设备。另外，可以在单独的设备上提供单独的元件。
由于法规和消费者对更省油的车辆的需求，燃料经济性是汽车设计和工程中的主要问题之一。燃料效率取决于诸如发动机设计、车身设计、燃料等元素。燃料经济性、风格、尺寸和效用之间的权衡是加权的，并且可以选择特定的设计。车辆的形状或设计可能影响车辆的空气动力阻力(“阻力”)，其进而影响燃料效率。
可以通过延迟或消除车辆表面上的气流分离或控制车辆后部的流动分离来减小阻力。可以实施气流控制，将附加的机械设备或机电设备添加到车辆的车身以调节或偏转气流。可用于影响车辆周围气流的一种设备是等离子体致动器。然而，等离子体致动器具有限制其在减阻应用中的有效性的限制。
本申请解决了具有等离子体致动器设计和配置的等离子体致动器的限制，该等离子体致动器设计和配置使用圆筒等离子体致动器设计在车辆周围生成气流以减小空气动力阻力。
图1示出了根据示例性实施例的被配置为减小阻力100的装置的框图。如图1中所示，根据示例性实施例，被配置为减小阻力100的装置包括控制器101、电源102、存储设备103、输出104、传感器105、用户输入106、运动致动器107、通信设备108以及等离子体致动器109。然而，配置为减小阻力100的装置不限于上述配置，并且可以配置为包括附加元件和/或省略一个或多个上述元件。被配置为减小阻力100的装置可以被实施为车辆的一部分，作为独立组件，作为车载和车辆外设备之间的混合，或者被实施在另一计算设备中。
控制器101控制被配置为减小阻力100的装置的整体操作和功能。控制器101可以直接或间接地控制被配置为减小阻力100的电源102、存储设备103、输出104、传感器105、用户输入106、运动致动器107、通信设备108和等离子体致动器109中的一个或多个。控制器101可包括处理器、微处理器、中央处理单元(CPU)、图形处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、电路以及硬件、软件和固件组件的组合中的一个或多个。
控制器101被配置为从被配置为减小阻力100的装置的电源102、存储设备103、输出104、传感器105、用户输入106、运动致动器107、通信设备108和等离子体致动器109中的一个或多个发送和/或接收信息。该信息可以经由总线或网络发送和接收，或者可以直接从被配置为减小阻力100的装置的电源102、存储设备103、输出104、传感器105、用户输入106、运动致动器107、通信设备108和等离子体致动器109中的一个或多个读取或写入。合适的网络连接的示例包括控制器区域网络(CAN)、面向媒体的系统传输(MOST)、本地互连网络(LIN)、局域网(LAN)、诸如蓝牙和802.11的无线网络，以及诸如以太网的其它适当的连接。
电源102向被配置为减小阻力100的装置中的存储设备103、输出104、传感器105、用户输入106、运动致动器107、通信设备108和等离子体致动器109中的一个或多个提供电力。电源102可包括电池、插座、电容器、太阳能电池、发电机、风能设备、交流发电机等中的一个或多个。
存储设备103被配置用于存储信息并检索由被配置为减小阻力100的装置使用的信息。存储设备103可以由控制器101控制，以存储和检索从一个或多个传感器105接收的信息以及控制等离子体致动器109的计算机或机器可执行指令。存储设备103可以包括软盘、光盘、CD-ROM(光盘只读存储器)、磁光盘、ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)、EPROM(可擦除可编程只读存储器)、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)、磁卡或光卡、闪存、高速缓冲存储器以及适用于存储机器可执行指令的其它类型的介质/机器可读介质中的一个或多个。
该信息可包括关于由车辆周围的一个或多个位置处的气压传感器提供的气压的信息。该信息还可以包括由车辆速度传感器提供的信息车辆速度。
输出104以一种或多种形式输出信息，该形式包括：视觉、听觉和/或触觉形式中的一个或多个。输出104可以由控制器101控制，以向被配置为减小阻力100的装置的用户提供输出。输出104可以包括扬声器、音频装置、显示器、位于中央的显示器、抬头显示器、挡风玻璃显示器、触觉反馈设备、振动设备、触觉反馈设备、分接反馈设备、全息显示器、仪表灯、指示灯等中的一个或多个。
输出104可以输出包括可听通知、灯通知和显示通知中的一个或多个的通知。该通知可以包括通知等离子体致动器109或被配置为减小阻力109的装置的激活或停用的信息。输出104还可以显示由一个或多个传感器105提供的图像和信息。
传感器105可包括基础压力传感器、后驾驶员侧挡泥板压力传感器、后乘客侧挡泥板压力传感器、车辆速度传感器以及适于检测被配置为减小阻力100的装置周围的气动阻力的任何其它传感器中的一个或多个。传感器105还可以包括车辆速度传感器，诸如速度计、GPS设备等。
用户输入106被配置为向被配置为减小阻力100的装置提供信息和命令。用户输入106可以用于向控制器101提供用户输入等。用户输入106可以包括触摸屏、键盘、软键盘、按钮、运动检测器、语音输入检测器、麦克风、相机、触控板、鼠标、触摸板等中的一个或多个。用户输入106可以被配置为接收用户输入以确认或解除输出104输出的通知。用户输入106还可以被配置为接收用户输入以激活或停用被配置为减小阻力100的装置。
运动致动器107可包括功率控制器和致动器。致动器可以是压电设备，诸如压电谐振器。致动器可包括柔性构件，该柔性构件被配置为附接到致动器并附接到等离子体致动器109。
功率控制器可以包括电路，该电路包括：信号发生器，诸如脉冲发生器(例如，固态脉冲发生器)，以及放大器。另外，功率控制器可以包括直流到直流转换器和脉冲发生器，诸如固态脉冲发生器。根据一个示例，功率控制器可以包括变压器，该变压器被配置为将由电源供应的AC功率转换为AC电压和频率以操作等离子体致动器。根据另一示例，功率控制器可以包括直流(DC)到DC转换器，其被配置为将由电源供应的功率转换为适当的电压和频率以操作等离子体致动器。根据另一示例，功率控制器可以被配置为将由电源102供应的12V直流功率转换为10 KV 500 HZ DC信号。
功率控制器可以被配置为根据车辆的速度和基础压力将输出信号的频率调节在2KHz和20KHz之间的范围内。功率控制器还可以被配置为根据车辆的速度和基础压力将输出信号的频率调节在2KHz和20KHz之间的范围内。此外，功率控制器可以被配置为向压电设备输出高达10KV的电压。
通信设备108可以由被配置为根据各种通信方法减小阻力100以与若干类型的外部装置通信的装置使用。通信设备108可以用于发送/接收各种信息，诸如关于车辆的操作模式的信息和用于操作被配置为减小对控制器101的阻力100的装置的控制信息。
通信设备108可以包括各种通信模块，诸如远程信息处理单元、广播接收模块、近场通信(NFC)模块、GPS接收器、有线通信模块或无线通信模块中的一个或多个。广播接收模块可以包括地面广播接收模块，其包括用于接收地面广播信号的天线、解调器和均衡器等。NFC模块是根据NFC方法与位于附近距离的外部装置通信的模块。GPS接收器是从GPS卫星接收GPS信号并检测当前位置的模块。有线通信模块可以是通过诸如局域网、控制器局域网(CAN)或外部网络的有线网络接收信息的模块。无线通信模块是通过使用诸如IEEE 802.11协议、WiMAX、Wi-Fi或IEEE通信协议的无线通信协议连接到外部网络并与外部网络通信的模块。无线通信模块可以进一步包括移动通信模块，其访问移动通信网络并根据各种移动通信标准(诸如第3代(3G)、第3代合作伙伴计划(3GPP)、长期演进(LTE)、蓝牙、EVDO、CDMA、GPRS、EDGE或ZigBee)执行通信。
等离子体致动器109是如下电气设备，其在不使用移动部件的情况下生成壁限定射流。特别地，等离子体致动器109通过在一对电极之间形成等离子体来工作，该电极使围绕电极的空气分子通过电场电离和加速，从而引起等离子体射流。关于图3详细描述被配置为减小阻力100的装置的等离子体致动器的示例性实施例。
图2A和图2B示出了根据示例性实施例的若干方面的由配置为减小阻力的装置控制的等离子体致动器的各种配置的图示。参考图2，示出了等离子体致动器的三个示例配置。然而，示例性实施例不限于这些示例，并且被配置为减小阻力100的装置可以具有一个或多个等离子体致动器201，该等离子体致动器201定位成以减小车辆的气动阻力的配置在车辆上的任何位置处发射微等离子体射流205。
在第一示例中，当车辆210在由箭头203表示的向前方向中移动时生成阻力202。在车辆210的轮窝和侧视镜周围生成阻力。在车辆220中，被配置为减小阻力100的装置的等离子体致动器201放置在轮窝的前部中，A柱和侧视镜上。箭头204示出了当等离子体致动器201发射射流205时阻力的减小。
在第二示例中，当车辆230在由箭头203表示的向前方向中移动时，生成阻力202。在车辆230的后周边周围生成阻力。在车辆240中，被配置为减小阻力100的装置的等离子体致动器201被放置在提升式车门的顶部，后保险杠下方，后乘客侧边缘上以及车辆240的后驾驶员侧边缘上。箭头204示出了当等离子体致动器201发射射流205时阻力的减小。
参考图2B，车辆250的侧视图示出了被配置为减小阻力100的装置的等离子体201致动器的放置。具体地，等离子体致动器201被放置在提升式车门的顶部，后保险杠下方，前保险杠下方，以及前轮和后轮之间。随着等离子体致动器201发射射流205，实现阻力的减小。
图3示出了根据示例性实施例的各方面的被配置为减小阻力100的装置的等离子体致动器300。参考图3，示出了等离子体致动器300和沿表面306设置的多个等离子体致动器300。
等离子体致动器300可以包括沿着圆筒302的外圆周轴线设置的暴露的外部电极301。内部电极304设置在暴露电极301上游的圆筒303的内圆周轴线。此外，等离子体层303设置在暴露的外部电极301和内部电极304之间的圆筒303的内圆周轴线。等离子体层303可以与内部电极304相邻。在直通圆筒302之间的诱导气流305或等离子体射流影响施加到一个或多个电极的输入电压和输入频率。圆筒302可包括绝缘体。例如，圆筒302可以由陶瓷制成。
示出了沿表面306设置的多个等离子体致动器300。运动致动器可以配置为使表面306或等离子体致动器300移动。运动致动器可以使等离子体致动器300以扫掠运动的方式移动，同时发射等离子体射流。
图4示出了根据示例性实施例的一方面的由配置为减小阻力的装置控制的等离子体致动器的扫动运动的图示。参考图4，等离子体致动器403正在执行扫掠运动404，而等离子体致动器403发射微等离子体射流405。
等离子体致动器403通过长柔性主体402附接到压电设备401。压电设备401被触发并以一定频率致动，使柔性主体402弯曲或折曲，从而关于等离子体致动器403所附接的表面，以上下或左右运动扫过等离子体致动器403。
本文公开的过程、方法或算法可以由处理设备、控制器或计算机递送/实施，该处理设备、控制器或计算机可以包括任何现有的可编程电子控制设备或专用电子控制设备。类似地，过程、方法或算法可以存储为可由控制器或计算机以许多形式执行的数据和指令，该形式包括但不限于永久存储在诸如ROM设备的不可写存储介质上的信息和可变地存储在可写存储介质(诸如软盘、磁带、CD、RAM设备和其它磁性和光学介质)上的信息。过程、方法或算法也可以在软件可执行对象中实现。可替代地，可以使用合适的硬件组件(诸如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或其它硬件组件或设备，或硬件、软件和固件组件的组合)全部或部分地实现过程、方法或算法。
上面已经参考附图描述了一个或多个示例性实施例。上述示例性实施例应仅被认为是描述性的，而不是为了限制的目的。此外，在不脱离由所附权利要求限定的本发明构思的精神和范围的情况下，可以修改示例性实施例。

Claims (10)

1.一种配置为减小阻力的装置，所述装置包括：
等离子体致动器，其包括具有两个开口基部的中空圆筒，设置在所述圆筒内部的第一电极，设置在所述圆筒外部的第二电极，以及靠近所述第一电极的所述圆筒内部的等离子体层；
表面，其包括设置在所述表面上的至少一个所述等离子体致动器；以及
运动致动器，其被配置为使所述至少一个所述等离子体致动器以横跨所述表面的扫掠运动的方式移动。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述表面包括车辆的侧视镜的顶部、车辆的A柱、车辆的前保险杠下方的区域的底部、车辆前后轮之间区域的底部、车辆的轮窝、行李箱的顶部、提升式车门、车辆的后挡板或舱口、车辆的后保险杠下方的区域的底部，以及在驾驶员侧或车辆后部的乘客侧的垂直边缘中的一个或多个。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述等离子体致动器中的所述至少一个包括多个等离子体致动器。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述运动致动器被配置为移动所述表面以使所述至少一个所述等离子体致动器扫过所述表面。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述运动致动器被配置为移动所述等离子体致动器以扫过所述表面。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述运动致动器包括压电设备。
7.根据权利要求6所述的装置，进一步包括：车辆速度传感器，其被配置为测量车辆的速度，
其中，所述运动致动器包括功率控制器，所述功率控制器被配置为根据由所述车辆速度传感器测量的所述车辆的速度来调节提供给所述压电设备的功率的频率和电压。
8.根据权利要求7所述的装置，进一步包括基础压力传感器，所述基础压力传感器被配置为检测车辆后方区域的基础压力，
其中，所述功率控制器被配置为根据所述车辆的所述速度和由所述基础压力传感器测量的所述基础压力来调节提供给所述压电设备的功率的所述频率和所述电压。
9. 根据权利要求8所述的装置，其中，所述功率控制器被配置为根据所述车辆的所述速度和所述基础压力将所述频率调节在2 KHz和20 KHz之间的范围内。
10.根据权利要求7所述的装置，进一步包括基础压力传感器，所述基础压力传感器被配置为检测车辆后方区域的基础压力，
其中，所述功率控制器被配置为根据由所述基础压力传感器测量的所述基础压力来调节提供给所述压电设备的功率的频率和电压。
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