CN114537540B - 用于最佳车辆下压力分配的系统和方法 - Google Patents

Abstract

提供了用于在车辆上产生下压力的系统和方法。车辆上的空气动力偏转器是可重新定位的。促动器与空气动力偏转器联接。控制器，被配置为:检测车辆运行的性能模式；确定所请求的横向加速度；计算空气动力偏转器的控制调节，以产生下压力，从而实现所请求的横向加速度并最大化车辆的横向抓地力；并且操作促动器以实现空气动力偏转器的控制调节，从而在车辆上产生下压力。

Description

用于最佳车辆下压力分配的系统和方法

技术领域

本发明总体上涉及外部车辆气流的主动控制，更具体地说，涉及在高性能车辆中平衡横向轮胎力和增强横向抓地力的最佳下压力分配(downforce allocation)。

背景技术

陆地车辆加速、制动和转弯的能力受到车轮和路面之间牵引力的限制。牵引力或摩擦力是适用的摩擦系数和由于车辆重量而施加的法向力的函数。各种装置在车辆上产生额外的向下的力，以通过例如使用迎面而来的空气的力来向下推动车辆，从而增加其法向力。对于许多类型的地面车辆来说，低拖曳力和低举升力(增加的下压力)对于效率和性能等各种结果都是理想的。如果没有抵消，例如通过减少拖曳力和/或增加下压力的装置，拖曳力和举升力都倾向于随着运行速度的增加而显著增加。举升会降低车辆的法向力，从而降低牵引力。

各种类型的空气动力装置和结构已经被用于影响车辆周围气流的变化。翼型(airfoil)通常会产生压差，有时会被改造成具有光滑、适当形状和倾斜表面的翼状物，以产生下压力。空气坝增加下压力/减少举升力和减少拖曳力。各种空气坝通过降低车下气流速度来减少拖曳力，避免了车下结构造成的拖曳力。扰流器的设计是为了减少举升力和增加法向力，但也会大大增加拖曳力。各种装置改变/偏转运动中的车身上的空气运动，以实现期望的结果，例如增加向下的力以改善轮胎抓地力。

空气动力装置已被用于提高轮胎能力，但同时过度使用会导致纵向拖曳力过大和效率低下，并在某些情况下降低车速。不同的车辆运行条件具有不同的下压力请求，因此产生下压力理想地被限制在运行条件所需的必要量。最好避免产生导致效率低下的过大下压力。

因此，期望提供用于车辆中最佳下压力分配的方法和系统。此外，结合附图和前述技术领域和背景，从随后的详细描述和所附权利请求中，本发明的其他期望的特征和特性将变得易于理解。

发明内容

许多实施例包括用于在车辆上产生下压力的系统和方法。在一些实施例中，车辆上的空气动力偏转器是可重新定位的。促动器与空气动力偏转器联接。控制器被配置为:检测车辆运行的性能模式；确定所请求的横向加速度；计算空气动力偏转器的控制调节，其中该计算确定下压力以实现所请求的横向加速度并最大化车辆的横向抓地力；并且操作促动器以实现空气动力偏转器的控制调节，从而在车辆上产生下压力。

在另外的实施例中，控制器确定车辆前部和后部之间的下压力的最佳分配。

在另外的实施例中，转向角度传感器设置在车辆上，踏板位置传感器设置在车辆上。控制器根据转向角度传感器和踏板位置传感器的输入确定所请求的横向加速度。

在另外的实施例中，控制器确定车辆可实现的最大横向抓地力，其中在车辆的横向方向上使用所有可用的轮胎能力。

在另外的实施例中，控制器确定由空气动力偏转器贡献的最小所需下压力，以最小化空气动力偏转器对车辆向前运动的影响。

在另外的实施例中，控制器评估所述空气动力偏转器在产生下压力方面的约束条件。

在另外的实施例中，控制器确定前轮和后轮的受力能力之间的关系，以产生横向抓地力。

在另外的实施例中，控制器基于所请求的横向加速度来确定横向力请求，并确定满足前轮和后轮的受力能力之间的关系以及横向力请求的最佳解决方案。

在另外的实施例中，前轮和后轮的力能力之间的关系定义为: 其中/>是前轮处的横向力极限，/>是后轮处的横向力极限，L_F是从车辆重心到前轮的距离；L_R是从重心到后轮的距离，/>是车辆的外部偏航力矩。

在另外的实施例中，横向力请求由定义，其中m为车辆质量，δ为车辆转向角，V为车辆纵向速度，L为车辆轴距。

在多个额外实施例中，一种用于在车辆上产生下压力的方法包括由控制器检测车辆运行的性能模式。控制器确定所请求的横向加速度。控制器计算空气动力偏转器的控制调节，以产生下压力，从而实现所请求的横向加速度并最大化车辆的横向抓地力。控制器操作联接到空气动力偏转器的促动器，以实现空气动力偏转器的控制调节，从而在车辆上产生下压力。

在另外的实施例中，控制器确定车辆前部和后部之间的下压力的最佳分配。

在另外的实施例中，控制器基于来自转向角度传感器和踏板位置传感器的输入来确定所请求的横向加速度。

在另外的实施例中，控制器确定车辆可实现的最大横向抓地力，其中在车辆的横向方向上使用所有可用的轮胎能力。

在另外的实施例中，控制器确定由空气动力偏转器贡献的最小所需下压力，以最小化空气动力偏转器对车辆向前运动的影响。

在另外的实施例中，控制器评估空气动力偏转器在产生下压力方面的约束。

在另外的实施例中，控制器确定车辆前轮和后轮的受力能力之间的关系，以产生横向抓地力。

在另外的实施例中，控制器基于所请求的横向加速度来确定横向力请求，并确定满足前轮和后轮的受力能力之间的关系以及横向力请求的最佳解决方案。

在另外的实施例中，前轮和后轮的力能力之间的关系定义为: 其中/>是前轮处的横向力极限，/>是后轮处的横向力极限，L_F是从车辆重心到前轮的距离；L_R是从重心到后轮的距离，/>是车辆的外部偏航力矩。横向力请求由/>定义，其中m为车辆质量，δ为车辆转向角，V为车辆纵向速度，L为车辆轴距。

在许多其他实施例中，具有主动空气动力促动器的车辆包括位于车辆前部的第一空气动力偏转器和位于车辆后部的第二空气动力偏转器。第一促动器与第一空气动力偏转器连接，第二促动器与第二空气动力偏转器连接。控制器被配置为:检测车辆运行的性能模式；确定车辆的最大横向抓地状态，而不需要主动空气促动器的贡献；确定所请求的横向加速度；计算第一和第二空气动力偏转器的控制调节，以产生在车辆的前部和后部之间平衡的下压力，从而实现所所请求的横向加速度并最大化车辆的横向抓地力；并且操作第一和第二促动器以实现第一和第二空气动力偏转器的控制调节，从而在车辆上产生下压力。

附图说明

下文将结合以下附图描述示例性实施例，其中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中:

图1是根据各种实施例的具有下压力分配系统的车辆的示意图；

图2是示出根据各种实施例的图1的下压力分配系统的控制系统的控制方面的数据流图；

图3是根据各种实施例的图1的车辆的轮胎能力的力椭圆图；

图4是示出根据各种实施例的下压力分配过程的流程图；

图5是示出根据各种实施例的性能模式检测过程的流程图；

图6是根据各种实施例的图1的车辆转弯的示意图；

图7是根据各种实施例的多个条件的曲线图；和

图8是根据各种实施例的描绘促动器约束的多个条件的曲线图。

具体实施方式

以下详细描述本质上仅仅是示例性的，并不旨在限制应用和使用。此外，不打算受前面的技术领域、背景、简要概述或下面的详细描述中提出的任何明示或暗示的理论的约束。如这里所使用的，术语模块指的是任何硬件、软件、固件、电子控制组件、处理逻辑和/或处理器装置，单独地或以任何组合，包括但不限于:专用集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共享的、专用的或成组的)和执行一个或多个软件或固件程序的存储器、组合逻辑电路和/或提供所述功能的其他合适的组件。

这里可以根据功能和/或逻辑块组件和各种处理步骤来描述本公开的实施例。应当理解，这种块组件可以由被配置为执行指定功能的任何数量的硬件、软件和/或固件组件来实现。例如，本公开的实施例可以采用各种集成电路组件，例如存储元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查找表等，其可以在一个或多个微处理器或其他控制装置的控制下执行各种功能。此外，本领域技术人员将理解，本公开的实施例可以结合任何数量的各种系统来实施，并且本文描述的车辆系统仅仅是本公开的一个示例实施例。

为了简洁起见，这里可能不详细描述与信号处理、数据传输、信令、控制和系统的其他功能方面(以及系统的各个操作组件)相关的传统技术。此外，本文包含的各图中所示的连接线旨在表示各种元件之间的示例功能关系和/或物理联接。应当注意，在本公开的实施例中可以存在许多替代的或额外的功能关系或物理连接。

如本文所述，所公开的系统和方法使用主动空气动力偏转器能力在车辆前轴和后轴上协同产生可变下压力，以保持平衡的横向轮胎力载荷。空气动力偏转器(aerodynamicdeflector)是改变车辆上方气流并产生下压力和/或降低举升力的任何装置，如扰流板、翼状物、车门、空气坝(air dam)或其他装置。车辆上的法向力增加时，会增加轮胎能力，即轮胎在车辆和道路之间产生力的能力。总法向力是来自车辆的静态(重量)载荷加上横向和纵向加速度的力分量，加上主动空气动力偏转器贡献的向下力的总和。总法向力是轮胎总能力的一个指标。轮胎总能力是轮胎产生力的极限，在车辆运行过程中，轮胎总能力沿纵向和横向分布，其中一些用于纵向力，一些用于横向力。产生纵向和横向力的能力是总法向力的函数，因此也是主动空气动力偏转器产生的向下力的函数。

如本文所述，确定车辆前轴和后轴之间的最佳下压力分配，以确保横向轮胎力在车辆水平(vehicle level)上平衡，并且限制主动空气动力偏转器(主动空气动力)产生的下压力的贡献，以出于效率的目的而避免不期望的纵向拖曳力。因此，在许多实施例中，只有当检测到请求车辆运行的性能模式的驾驶员输入时，才启动主动空气动力操作。在许多实施例中，最大横向抓地力被确定，以计算可能产生的横向加速度的极限。根据驾驶员的输入，确定所请求的横向加速度。如果所请求的横向加速度大于没有主动空气动力时最大横向抓地力的量，则主动空气动力被启动。因此，当所请求的横向加速度需要比可用于轮胎总能力横向分量的力更大的力时，所请求的横向加速度和车辆行为被考虑，以确定前轴和后轴需要多大的横向力来确保产生的力能满足该请求并被平衡。前轴和后轴之间的平衡关系取决于特定的车辆配置，因此根据不同的应用而不同。确定每个轴处所需的横向力的量。评估车辆法向力的分量(静态、载荷传递和下压力)，以确定下压力的量，该下压力的量是产生所请求的横向加速度所需的横向力所需要的。考虑了前部和后部主动空气动力偏转器的约束条件，并控制这些装置来提供所需的下压力分量。

参照图1，示出了在车辆22中实施的下压力分配系统20的一个例子。如图1所示，车辆22通常包括由悬挂系统27支撑在车轮25上的车身24。车身24基本上封闭了车辆22的部件，并且车轮25各自在车身24的相应拐角附近可旋转地连接。在各种实施例中，车辆22包括传动轴29，并且是后轮驱动车辆或全轮驱动车辆，然而也可以考虑其他驱动布置。车辆22使用由于车轮25的轮胎26和道路28之间的摩擦而产生的牵引力来操作。

如图所示，车辆22具有各种车辆系统，这些系统通常包括具有加速器系统32和传动系统34的推进系统30、转向系统36和制动系统38。制动系统可以通过踏板(未示出)和/或电子方式操作。在各种实施例中，推进系统30可以包括动力系统，该动力系统在当前实施例中包括内燃机40。在其他实施例中，除了发动机40之外或代替发动机40，推进系统30可以包括电机(例如电动机)、燃料电池和/或其他动力源。传动系统34可被构造成根据可选择的速比将动力从推进系统30传递到一个或多个车轮25。根据各种实施例，变速器系统34可包括有级变速自动变速器、无级变速器或其他合适的变速器。在当前实施例中，推进系统30包括电动全轮驱动(eAWD)系统42。eAWD系统42被配置成选择性地接合轴44、46中的一个。例如，在后轮驱动配置中，推进系统通常驱动后轴46，并且eAWD系统42接合前轴44，例如通过可以是电动机的促动器92。在前轮驱动配置中，推进系统30通常驱动前轴44，并且eAWD系统42接合后轴46，以在前轴44和后桥46之间传递选定量的扭矩。传递到前轴44和后轴46的扭矩总和等于例如由驾驶员请求的总扭矩。在全时全轮驱动系统中，推进系统30和eAWD系统42的组合在所有情况下都接合前轴44和后轴46。在各种实施例中，eAWD系统42与后轴46集成在一起。在当前实施例中，轴44、46中的一个，特别是后轴46，也包括电动限滑差速(electriclimited slip differential eLSD)系统49。eLSD系统49被配置成选择性地改变传递到两个后轮25的扭矩，例如用于将扭矩从轴46的一侧传递到另一侧的扭矩矢量导向(torquevectoring)。

加速器系统32被配置成启动推进系统30，以加速车辆22和减速车辆22。加速器系统32可以响应驾驶员输入，和/或可以响应电子控制。加速器系统32可包括油门(例如用于内燃机40)，电控(例如用于电动车辆)，或另一种控制加速的机构。制动系统38被配置为向车轮25提供制动扭矩，并且在操作中产生减速。在各种实施例中，制动系统38可包括摩擦制动器、线控制动器、再生制动系统，如电机和/或其他合适的制动系统。转向系统36影响多个车轮25的位置。例如，转向系统36被配置成在前轴44处转动车轮25，以改变车辆22的轨迹。加速器系统32、制动系统38和转向系统36经由加速器踏板48、制动踏板(未示出)和方向盘50从驾驶员接收输入。在许多实施例中，输入可以通过各种促动器以电子方式提供。

车辆22包括控制系统54，以通过多个控制器56控制各个方面。在当前实施例中，为了简单起见，示出了一个控制器56，然而，车辆22的各种系统可以具有独立控制功能和/或与其他控制器协作的独立控制器。提及一控制器或该控制器时是指一个或多个控制器。一般而言，控制器56可产生输出信号，用于输送到各种受控装置，这些受控装置被布置成控制包括下压力分配系统20在内的车辆22的各种系统的操作。例如，推进系统30、加速器系统32、传动系统34、转向系统36、制动系统38、eAWD系统42和eLSD系统49由控制器56和/或额外控制器控制。

控制系统54控制包括下压力优化系统20的车辆22的操作，以提供期望的操作性能，包括在前轴44和后轴46上分配最优的主动空气下压力，以满足驾驶员期望的横向加速度、最大横向抓地力和最小拖曳力产生，这适合于车辆22的操纵。通常，控制器56使用可用的输入，包括来自各种传感器和促动器的输入，向控制系统54提供参数数据，以有效地控制车辆22的各种功能，包括下压力分配系统20。

各种传感器包括惯性传感器组72，其提供用于确定车辆22如何移动的输入。惯性传感器组72可以包括多个单独加速度计73、74和/或75，以分别测量纵向(X轴65)、横向(Y轴66)和垂直(Z轴67)方向上的直线加速度。在一些实施例中，加速度计73-75中的一些或全部可以组合成一个或多个多轴加速度计。惯性传感器组72还可以包括一个或多个速率陀螺仪79、80和/或81，其检测围绕X轴65、Y轴66和/或Z轴67的旋转速率。惯性传感器组可以组合在单个惯性测量单元中，或者可以封装在任意数量的单独或组合单元中。惯性测量单元包括三轴直线加速度计和三轴速率陀螺仪，用于测量六个自由度，以捕捉直线(X轴、Y轴、Z轴)和旋转(滚动、俯仰和偏航)分量。各种传感器还包括加速系统32处的踏板位置传感器82、转向系统36处的转向角传感器84、推进系统30处的车速传感器86、eLSD系统49处的扭矩传感器88和每个车轮25处的车轮速度传感器90。

各种促动器包括诸如电动机这样的eAWD促动器92和诸如用于接合离合器的螺线管这样的eLSD促动器94。主动空气动力促动器96，例如直线电动促动器或旋转电动促动器，与前空气动力偏转器97连接，以改变其角度和/或位置。前空气动力偏转器97被构造成当由主动空气动力促动器96移动时影响车辆22周围的气流变化。空气动力学偏转器97可以是空气坝、翼状物、边条、打开和关闭的格栅通风口、能升高和降低的悬架或改变车辆22周围的气流以增加/减少前轴44处的下压力的其他装置的任意组合。另一主动空气动力促动器98，例如直线电动促动器或旋转电动促动器，与后空气动力偏转器99连接，以改变其角度和/或位置。后空气动力偏转器99被构造成当由主动空气动力促动器98移动时影响车辆22周围的气流变化。空气动力偏转器99可以是翼状物、扰流板、能升高和降低悬架或改变车辆22周围气流以增加/减小后轴46处下压力的其他装置的任意组合。

控制器56可以包括任何数量的电子控制模块，包括图3的模块，并且被配置为从各种来源接收信息，处理该信息，并且基于该信息提供控制信号/命令，以实现诸如包括下压力分配系统20和相关系统的车辆22的操作的结果。在所描绘的实施例中，控制器56包括处理器60和存储装置62，并且与存储装置64联接。处理器60执行控制器56的计算和控制功能，并且可以包括任何类型的处理器或多个处理器、诸如微处理器这样的单个集成电路、或者任何合适数量的集成电路装置和/或电路板，它们协同工作以实现处理单元的功能。在操作期间，处理器60执行一个或多个程序68，并且可以使用数据70，其中的每一个都可以包含在存储装置64中，因此，处理器60控制控制器56在执行本文描述的过程中的一般操作，例如下面结合图4和5进一步描述的过程。

存储装置62可以是任何类型的合适的存储器。例如，存储装置62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。KAM可包括永久或非易失性存储器，其可用于在处理器60断电时存储各种操作变量。存储装置62可以使用多种已知存储装置中的任何一种来实现，例如PROM(可编程只读存储器)、EPROM(可擦除PROM)、EEPROM(电可擦除PROM)、闪存、或能够存储数据的任何其他电、磁、光或组合存储装置，其中一些表示由控制器56使用的可执行指令。在某些实施例中，存储装置62可以位于和/或共同位于与处理器60相同的计算机芯片上。在所描绘的实施例中，存储器装置62可以存储上述程序68以及数据70的一个或多个存储值，例如用于短期数据访问。

存储装置64存储数据，例如用于自动控制包括下压力分配系统20及其相关系统的车辆22的长期数据访问。存储装置64可以是任何合适类型的存储装置，包括直接存取存储装置，例如硬盘驱动器、闪存系统、软盘驱动器和光盘驱动器。在一个示例性实施例中，存储装置64包括源，存储装置62从该源接收执行本公开的一个或多个过程的一个或多个实施例的程序68，例如下面结合图4和5进一步描述的过程的步骤(及其任何子过程)。在另一个示例性实施例中，程序68可以直接存储在存储装置62中和/或由存储装置62访问。程序68代表可执行指令，由电子控制器56用于处理信息和控制包括下压力分配系统20及其相关系统的车辆22。指令可以包括一个或多个单独的程序68，每个程序包括用于实现逻辑功能的可执行指令的有序列表。当由处理器60执行时，指令支持例如来自各种传感器的信号的接收和处理，以及用于自动控制车辆22的部件和系统(例如各种促动器)的逻辑、计算、方法和/或算法的执行。处理器60可为下压力分配系统20产生控制信号，并基于逻辑、计算、方法和/或算法自动控制车辆22的各种部件和系统。应当理解，数据存储装置64可以是控制器56的一部分，与控制器56分离，是一个或多个其他控制器的一部分，或者是多个系统的一部分。存储装置62和数据存储装置64与处理器60一起工作，以访问和使用程序68和数据70。虽然发动机控制系统54的部件被描绘为同一系统的一部分，但是应当理解，在某些实施例中，这些特征可以包括多个系统。此外，在各种实施例中，下压力分配系统20可以包括各种其他车辆装置和系统的全部或部分，和/或可以连接到各种其他车辆装置和系统。

控制器56产生输出信号，该输出信号被传送到被布置成控制其操作的各种受控装置/促动器。控制器56可产生额外的输出信号，例如，额外的输出信号可与推进系统30相关联。在图2的实施例中，下压力分配系统20由示例性架构100、由控制器56或与控制器56协作地来实现，以与车辆22的其他系统协作来控制主动空气促动器96、98的操作，所述其他系统例如推进系统30、eAWD系统42、eLSD系统49和转向系统48。

另外参考图2，下压力分配系统20可以包括架构100，该架构100可以包括多个模块，用于执行向控制器56提供关于车辆22的信息并确定最佳下压力分配的过程。在各种实施例中，下压力分配系统20的架构100通常包括性能模式检测模块102、最大横向抓地力确定模块104、所请求加速度解译模块106、最佳极限计算模块108、最佳下压力计算模块110、促动器控制模块112和数据存储114。控制系统54可以包括任何数量的额外模块，以独立于架构100的模块或与架构100的模块协调地控制车辆22的各个方面。例如，对推进系统30的操作进行调度的模块(未示出)可以使用架构100的输出来确定任何给定时间的适当加速度。通常，当检测到性能模式时，下压力分配系统20确定车辆22的前轴44和后轴46之间的最佳下压力分配，并通过主动空气动力促动器96、98定位空气动力偏转器97、99，以确保横向轮胎力在车辆水平上平衡。

如图3所示，在车辆22加速和转弯期间轮胎26上的水平力以力椭圆120表示，力椭圆120具有分别沿着X轴65和Y轴66的纵向和横向分量。力椭圆120示出了轮胎能力的指示，并且通常，与横向相比，纵向可产生更大的力。内椭圆122表示在通过第i轮胎(F_xi)124的纵向力分量和第i轮胎(F_yi)126的横向力分量的时间点的使用轮胎能力。外部椭圆128示出了通过第i轮胎的纵向力分量130(F_xi，max)和第i轮胎的横向力分量132(F_yi，max)可获得的总轮胎能力。外部椭圆128代表轮胎26产生力的极限。未示出的是外椭圆随着法向力的增加而膨胀的原理，表明轮胎能力随着向下力的增加而增加，例如可以由空气动力学偏转器97、99选择性地施加。通常，法向力是由车辆22的重量引起的静态载荷、由水平加速度引起的在Z轴67方向上的力分量以及由空气动力偏转器97、99产生的主动空气动力的贡献的总和。例如，该关系由方程F_xi,max＝μ_xF_zi定义，其中F_xi,max是第i轮胎在纵向上能产生的最大力，μ_x是纵向上的适用摩擦系数，F_zi是第i轮胎处的总法向力。应当理解，纵向轮胎力在车辆22中产生速度变化，横向轮胎力产生车辆22的轨迹变化，并且外部椭圆128代表两者的极限。

结合图2再次参考图4，将通过过程200和架构100描述下压力分配系统20及其操作。过程200在202开始于车辆22的操作，并且例如通过分别来自加速度计66、踏板位置传感器82和转向角传感器84的信号134、136、138读取(202)输入。性能模式检测模块102接收信号134、136、138，例如从数据存储114访问程序68和数据70，并且例如通过将加速度和转向角输入与阈值进行比较来确定206车辆22是否处于性能模式。阈值可以通过对特定车辆配置的分析和测试来确定。

可以由控制器56执行确定(206)，并且具体地由性能模式检测模块102执行，并且在图5中示出的过程300中详细描述，参考该过程300。诸如来自加速度计66、踏板位置传感器82和转向角度传感器84的输入302用于将横向抓地裕度与横向抓地裕度的阈值进行比较304。该比较304可以由Λ<Λ_th表示，并且识别是否接近抓地偏移条件(grip excursioncondition)。该比较中，Λ是横向抓地裕度且等于其中a_y是加速度，例如从加速度计66确定，且/>是从数据存储312获取的最大横向加速度/最大抓地力。例如，适用的最大横向加速度可以从查找表中读取。在其他实施例中，数据存储114可以包含为车辆22的配置开发的集成轮胎和车辆模型，并且处理器60可以使用该模型来计算适用的最大横向加速度。当横向抓地裕度小于横向抓地的阈值时，横向抓地裕度低，并且过程300继续评估是否指示了性能模式。当横向抓地力裕度大于横向抓地力的阈值时，轮胎能力存在，并且条件306被满足(308)，并且对性能模式是否已经被启动做出否定(-)确定(206)，并且过程200前进到瞬时操纵模式操作(208)。换句话说，不存在性能模式，并且不需要来自空气动力学偏转器97、99的增加的下压力。

当横向抓地力裕度小于阈值时，过程300进行到评估(312)方向盘角度和评估(314)踏板位置。在许多实施例中，踏板位置可以指加速踏板48的位置和/或制动踏板(未示出)的位置，因为两者都对加速有贡献。在评估(312)中，踏板位置p与踏板位置p_th的预定阈值进行比较:p>p_th(V_x)，其中阈值是纵向方向上的速度的函数。在评估(314)中，转向角δ与转向角δ_th的预定义阈值进行比较，比较方式为:δ>δ_th(V_x)，其中阈值是纵向上的速度的函数。阈值是针对车辆22的配置而确定的，例如通过测试或分析来确定，并且指示抓地偏移是初始的。阈值可以从数据存储114中获取，或者可以由处理器60并使用集成的轮胎和车辆模型来计算。当踏板位置和转向角都小于它们各自的阈值时，轮胎能力存在，并且条件316和条件306被满足(308)，并且对性能模式是否已经被启动做出否定(-)确定(206)，并且过程200前进到瞬态操纵模式操作208。

当确定(312、314)中的任一个为正时，并且踏板位置或转向角等于或超过其各自的阈值时，条件318被满足(320)，并且对性能模式是否已经被启动做出正(+)确定(206)。性能模式启动信号140被传送到最大横向抓地力确定模块104，并且过程200前进到车轴确定车轴饱和度和最大横向抓地力。为了在极限操纵机动中获得最大可行的横向加速度，所有未使用的轮胎能力将有效地在横向上形成。过程200进行到确定(210)车轴饱和，因为最大横向抓地力发生在两个车轴同时饱和时，并且在极限操纵中，在该条件下可能产生最大横向加速度。使用车辆动力学，分别对应于前轴44和后轮轴46饱和的转向不足和转向过度终端横向加速度被确定(210)。前轴44饱和度的计算方法是：其中是外部偏航力矩，例如通过经由eLSD器促动器94或另一扭矩矢量导向装置激活eLSD器系统49而引入的。后轮轴46饱和度的计算方法是：/>其中/>再次是外部偏航力矩。同时轴饱和的条件提供了最大可行抓地力，而没有来自主动空气促动器的贡献，然后确定(212)该条件，并表示为/>意味着前轴44和后轴46同时饱和。根据上述内容，可以确定:

其中是前轴44的横向力能力；

是后轴46的横向力能力；

L_F是从车辆22的重心到前轴44的距离；

L_R是从车辆22的重心到后轴46的距离；和

是外部偏航力矩。

L_F和L_R是由车辆22的配置确定的几何参数。是通过信号147从eLSD系统49和eLSD促动器94得知的，因此有两个未知数:/>和/>对于二者，通过产生最大抓地力所需的横向力能力的关系从一组可能的解中找到最大值，如下文进一步描述的。最大抓地力是在车辆22为产生横向加速度的车辆总容量确定的。

过程200继续解译(214)所请求的横向加速度，例如通过所请求加速度解译模块106来考虑驾驶员命令，以定义期望的横向加速度。通常，如图6所示，车辆22的瞬时转弯中心340是分别垂直于前轮和后轮25的速度的两条线342、344相遇的点。由两条线342、344在转弯中心340对着的角度δ(346)由δ–(α_f–α_r)定义。假设车辆22正在穿越的道路半径远大于车辆22的轴距，则推导出以下等式:δ≈L/R+(α_f–α_r)，其中δ是转向输入，L是车辆22的轴距，R是转弯的曲率半径，α_f和α_R分别是前滑移角和后滑移角。滑移角是车辆22行进的方向和车辆22的车身指向的方向之间的差异。当转弯时，车辆22前方的点的行进方向不同于车辆22后方的行进方向。可以通过信号142并使用来自惯性传感器组72的输入来确定滑移角。在诸如离线评估的多个实施例中，可以使用诸如来自光学传感器、惯性传感器组72和/或GPS单元的测量来确定滑移角。在其他实施例中，滑移角实时计算为横向速度与纵向速度之比，且横向速度和纵向速度由特定算法/观测器估计。

继续过程200，在通过所请求加速度解译模块106的解释214处，稳态转向角由下式确定:δ＝L/R+(α_f–α_r)，其可以用轮胎侧偏系数“c”表示为: 对于性能良好的车辆，当轮胎在横向方向非常僵硬时，可获得所需的横向加速度，从而得出以下等式:/>使得δ≈L/R。曲率/>可代替R，从而将驾驶员要求的横向加速度定义为:/>因此，加速度解译模块106经由信号138使用来自转向角传感器84的输入、可以从数据存储114获取的车辆22的轴距L以及经由信号144从速度传感器86获得的横向速度V来计算驾驶员请求的横向加速度。所需的总力通过将总加速度乘以车辆22的质量来确定。因此，所需的总横向力的量被确定，其将作为前轴44和后轴46处的横向力的总和而产生。

过程200继续计算最佳极限横向力216，例如通过最佳极限计算模块108。最佳极限横向力解的几何表示如图7所示，参考图7。垂直轴151上描绘了前轴44的以牛顿为单位的横向力极限且在水平轴152上描绘了后轮轴46的以牛顿为单位的横向力极限。如上所述，方程是产生侧向抓地力的力的能力之间的关系，有两个未知数(和/>)。该方程在图7中由曲线150描述。如前所述，总横向加速度/>乘以质量(m)等于总横向力:/>前轴44处的横向力加上后轮轴46处的横向力之和等于总横向力，得出方程式:/>等式/>具有相同的两个未知数(/>和)并且由一组曲线描绘，该组曲线基于驾驶员的方向盘输入显示不同的横向力请求，包括曲线153、154、155、156和157。曲线153、154、155、156和157中的一个与曲线150之间的交点为相应的驾驶员输入求解方程。一起求解方程，例如针对曲线150和156，导致前轴44处的横向力极限/>158和后轮轴46处的横向力极限/>159。因此由最佳极限计算模块108计算前轴44和后轴46的最佳横向力极限。最优解160是两条曲线150、156的交点，通过与曲线150重合来满足最大横向抓地力条件，并且通过与曲线156重合来满足驾驶员的加速请求。该解确定了每个轴44、46满足最大抓地力和所请求的横向加速度这两个条件所需的横向力能力的量。在最优解160下，前后极限横向力可以由两个方程确定/> 和：

过程200继续确定(218)要由考虑了约束条件的主动空气动力装置而添加的最佳下压力，例如通过最佳下压力计算模块110。前、后主动空气动力元件(如空气动力偏转器97、99)之间的下压力分配通过使用轮胎椭圆方程得到，法向力和横向力能力之间的关系由以下方程定义:

其识别前轴44所需的下压力的量；和

其识别后轴46所需的下压力的量，

其中:μ_i是轮胎/路面系数；

是每个车轮25处的静态载荷传递；

是每个车轮25上动态载荷传递；

F_x,I是轮胎26的估计纵向力；

是由空气动力偏转器97贡献的向前向下的力；和/>

是由空气动力偏转器99贡献的向后向下的力。

法向力的分量包括轮胎26的F^aero,F^static和F^dynamic。受控术语是下压力F^aero。为了确定由空气动力学偏转器97、99贡献的下压力的量，确定了每个车轮25处可用的静态力和动态力。静态力F^static是基于车辆的重量分布和几何形状来确定，其可以从数据存储114中获取。动态力F^dynamic是载荷传递，并且使用车辆的几何形状和分别来自纵向和横向加速度计73、74的输入信号148、149来计算的。如上所述计算。F_x是由信号162经由促动器92传递的来自eAWD系统42的贡献。因此，除了/>之外，所有的值都是已知的，并且等式可以被求解以确定该值。静态和动态载荷传递使用以下等式计算:

和

其中m^t是总质量；

a_x是纵向加速度；

a_y是横向加速度。

H_cg是车辆22中的重心高度；

H_rc是车辆22的侧倾中心高度；

L_f是从车辆重心到前轴44的距离；

L_r是车辆重心到后轴46的距离；

T_f是车辆22的前轨迹宽度(trackwidth)；和

T_r是车辆22的后部轨迹宽度。

继续过程200，促动器96、98的容量约束条件被考虑，同时通过以下方式将下压力分配给前轴44和后轴46:

_and/>

其中，是考虑了在每个采样时间时程度器物理能力而计算为：C＝ρAC_l其中C_l是升力系数，ρ是空气密度，A是车辆22的前部面积。

在图8中，类似于图7的图示显示了考虑促动器约束条件的效果。区域164表示空气动力学偏转器87、99可实现潜在解的区域。例如，在曲线150、157的交点处的点166是基于由曲线157指示的驾驶员请求的最优解。然而，点166位于区域164之外，因此是不可实现的。因此，所请求的横向加速度是不可实现的，点168是最佳可行解，其中空气动力学偏转器97、99能够提供所需的下压力，满足弯道150上的最大抓地条件，并且车辆22保持稳定，因为操作点在弯道150上。然而，由于空气动力学偏转器97、99的限制，控制器56不产生曲线157在点166处的所需横向加速度。因此，这两个方程被求解，并且由于空气动力偏转器97、99对最佳可行解168的限制，最佳解被限制。

当确定(218)完成时，促动器96、98被操作(220)，例如由促动器控制模块112分别经由信号170、172操作，以定位空气动力学偏转器97、99，从而在前轮轴44和后轴46处产生必要的下压力。因此，下压力优化系统20以最小拖曳力满足驾驶员横向加速度请求。最大抓地力的条件是在两轴同时饱和的情况下确定的。可用的轮胎能力得到充分利用。确定所请求的加速度和总作用力的大小，并将两者相结合，以确定每个车轴处的最大横向轮胎能力。前轴44和后轴46的下压力是考虑到约束条件而确定的。控制命令170、172被发送到促动器96、98，以通过空气动力学偏转器97、99的定位来实现每个轴44、48处的最佳下压力。

虽然在前面的详细描述中已经给出了至少一个示例性实施例，但是应当理解，存在大量的变化。还应当理解，一个或多个示例性实施例仅是示例，并不旨在以任何方式限制本公开的范围、适用性或配置。相反，前面的详细描述将为本领域技术人员提供实现一个或多个示例性实施例的便利路线图。应当理解，在不脱离所附权利请求及其合法等同物中阐述的本公开的范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。

Claims (8)

1.一种用于在车辆上产生下压力的系统，该系统包括:

在车辆上能重新定位的空气动力偏转器；

与空气动力偏转器联接的促动器；和

控制器，被配置为:

检测车辆运行的性能模式；

确定所请求的横向加速度；

计算空气动力偏转器的控制调节，其中所述计算确定实现所请求的横向加速度并最大化车辆的横向抓地力的下压力；和

操作促动器以实现空气动力偏转器的控制调节，以在车辆上产生下压力；

所述系统包括车辆的前轮和后轮，其中所述控制器被配置成确定前轮和后轮的力能力之间的关系，以产生横向抓地力；

其中前轮和后轮的力能力之间的关系定义为:其中/>是前轮处的横向力极限，/>是后轮处的横向力极限，L_F是从车辆重心到前轮的距离；L_R是从重心到后轮的距离，/>是车辆的外部偏航力矩。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器被配置成确定车辆的前部和后部之间的下压力的最佳分配。

3.根据权利要求1所述的系统，包括车辆上的转向角传感器和车辆上的踏板位置传感器，其中所述控制器被配置为基于来自转向角传感器和踏板位置传感器的输入来确定所请求的横向加速度。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器被配置成确定能通过车辆实现的最大横向抓地力，其中在车辆的横向方向上使用所有可用的轮胎能力。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器被配置成确定由所述空气动力偏转器贡献的最小所需下压力，以最小化所述空气动力偏转器对所述车辆向前运动的影响。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器被配置成评估所述空气动力偏转器在产生下压力方面的约束条件。

7.一种用于在车辆上产生下压力的方法，该车辆包括前轮和后轮，该方法包括:

由控制器检测车辆运行的性能模式；

由控制器确定所请求的横向加速度；

由控制器计算空气动力偏转器的控制调节，以产生下压力，从而实现所请求的横向加速度并使车辆的横向抓地力最大化；和

由控制器操作联接到空气动力偏转器的促动器，以实现空气动力偏转器的控制调节，从而在车辆上产生下压力；

确定前轮和后轮的力能力之间的关系，以产生横向抓地力；

其中前轮和后轮的力能力之间的关系定义为:其中/>是前轮处的横向力极限，/>是后轮处的横向力极限，L_F是从车辆重心到前轮的距离；L_R是从重心到后轮的距离，/>是车辆的外部偏航力矩。

8.根据权利要求7所述的方法，包括由所述控制器确定所述车辆的前轮和后轮的力能力之间的关系，以产生所述横向抓地力。