技术领域
[0001] 本公开总体涉及
空气动力致动命令的确定，并且更具体地涉及无需
预测模型的确定空气动力元件的目标
位置。
背景技术
[0002] 移动装置能够转动使其移动的气流，由此产生升力。空气动力元件可在诸如车辆的装置中使用，以实现用来提升车辆牵引能力和转弯能力的下压力。空气动力元件还可用来减小阻力、降低
风噪以及防止导致出现空气动力不
稳定性的其他原因。
发明内容
[0003] 车辆具有第一部分和第二部分，其中，前空气动力元件位于第一部分中并且后空气动力元件位于第二部分中。前后空气动力元件均可独立地移动到相应的收起位置与完全伸展位置之间的相应的展开位置。
控制器可操作地与前后空气动力元件中的每一个连接，并且具有处理器和有形的非瞬态
存储器。控制器被编程为至少部分地基于先前时间步骤(n-1)的至少一个车辆状态参数以及先前时间步骤(n-1)的后空气动力元件的检测位置(Dr，n-1)来获得当前时间步骤(n)的前空气动力元件的前目标位置(Tf，n)。
[0004] 确定当前时间步骤(n)的前空气动力元件的前目标位置(Tf，n)包括获得当前时间步骤(n)的前空气动力元件的期望前部升力因子(Lf，n)。可以通过位置
传感器获得先前时间步骤(n-1)的后空气动力元件的检测位置(Dr，n-1)。确定当前时间步骤(n)的前空气动力元件的前目标位置(Tf，n)包括获得用于前后空气动力元件相应的展开位置的预定义组合的前部特征数据集。
[0005] 获得先前时间步骤(n-1)的车辆状态参数可包括获得先前时间步骤(n-1)的车辆本体侧倾
角(Rn-1)。获得先前时间步骤(n-1)的车辆状态参数可包括获得先前时间步骤(n-1)的
俯仰角(Pn-1)。先前时间步骤(n-1)的车辆状态参数可包括先前时间步骤(n-1)的侧风角(Wn-1)。侧风角(Wn-1)定义为车辆的中心纵向轴线和外部气流方向之间的角度。
[0006] 第一行车传感器可以可操作地连接到控制器且配置为检测前部行车高度。前部行车高度可定义为前车轴中心和地平面之间的距离。车辆状态参数可包括前部行车高度。第二行车传感器可以可操作地连接到控制器且配置为检测后部行车高度。后部行车高度可定义为前车轴中心和地平面之间的距离。车辆状态参数可包括后部行车高度。
[0007] 控制器可编程为至少部分地基于先前时间步骤(n-1)的前空气动力元件的检测位置(Dr，n-1)、先前时间步骤(n-1)的至少一个车辆状态参数、当前时间步骤(n)的后主动空气动力元件的期望后部升力因子(Lr，n)以及用于前后空气动力元件相应的展开位置的预定义组合的后部特征数据集确定当前时间步骤(n)的后空气动力元件的后目标位置(Tr，n)。
[0008] 从以下结合
附图对实施本公开的最佳方式进行的详细描述中能够很容易了解到本公开的上述特征和优点以及其它特征和优点。
附图说明
[0009] 图1示出了具有前主动空气动力元件和后主动空气动力元件的装置的示意性局部侧视图；
[0010] 图2示出了图1中装置的示意性平面图；
[0011] 图3示出了用于确定图1中前空气动力元件的前目标位置的方法的
流程图；以及[0012] 图4示出了用于确定图1中后空气动力元件的后目标位置的方法的流程图。
具体实施方式
[0013] 参考附图，其中，在所有的几个视图中，相同的参考数字代表相同或相似的部件，图1示出了装置10的示意性局部侧视图。在所示
实施例中，装置10为车辆12。然而，应当理解，装置10可以是载客车辆、高性能车辆、工业车辆、
机器人、农机具、运动相关设备或者任意其他类型的可移动装置。车辆12可以呈现为多种不同的形式，并包括多个以及/或者可替换的部件和设备。尽管附图中示出了示例车辆12，但是，附图中示出的部件并不是用来进行限制。实际上，可以使用附加的或可替换的部件以及/或者实施方式。
[0014] 参考图1，第一空气动力元件14位于车辆12的第一部分16中。第二空气动力元件18位于车辆12的第二部分20中。在所示实施例中，第一部分16与车辆12的前部相关，第二部分20与车辆12的后部相关，第一空气动力元件14称为前空气动力元件14，第二空气动力元件
18称为后空气动力元件18。在一个示例中，第一部分16和第二部分20由线A-A分隔开。在另一个实施例中，第一部分16和第二部分20由线B-B分隔开。在又一个实施例中，第一部分16和第二部分20由线C-C分隔开。
[0015] 图2为车辆12的示意性平面图。参考图1和图2，前空气动力元件14可移动到收起位置24和完全位置26之间的任意前部展开位置。前空气动力元件14可沿着一维路径28(可以是直线或曲线)展开，从而该空气动力元件的位置表示为完全展开的百分比。
[0016] 类似地，后空气动力元件18可移动到收起位置32和完全伸展位置34之间的任意后部展开位置。后空气动力元件18可沿着一维路径36(可以是直线或曲线)展开，从而该空气动力元件的“位置”表示为完全展开的百分比。在所示示例中，100％展开指的是相应的完全伸展位置26，34，而0％展开指的是相应的收起位置24，32。然而，应当理解，每个位置可表示在三维空间
坐标系、球坐标系(r、θ、)、或者任何其他的适于当前应用的多维坐标系中。例如，前空气动力元件14和后空气动力元件18的位置可分别表示在如(xf、yf、zf)和(xr、yr、zr)的笛卡尔坐标以及如(rf、θf、 )和(rr、θr、 )的球坐标中。
[0017] 参考图1，前空气动力元件14和后空气动力元件18可分别由前壳体15和后壳体19
支撑，从而当处于相应的收起位置24、32时，前空气动力元件14和后空气动力元件18至少部分地在相应的前壳体15和后壳体19内部。前空气动力元件14和后空气动力元件18可使用本领域技术人员已知的任意类型的致动机构(未示出)，以使它们沿着相应的路径28，36移动，这些致动机构包括但不限于：形状记忆
合金、液压
阀、线性
致动器、旋转致动器以及任意类型的
电机。参考图1，前空气动力元件14和后空气动力元件18可以安置在车辆本体38的任意部位上，包括但不限于：侧面40、顶部主体42以及底部主体44。参考图2，车辆12可包括
方向盘46、可操作地连接到前胎50的前车轴48以及可操作地连接到后胎54的后车轴52。参考图2，车辆12可包括相应的
位置传感器56、58，以实时检测前空气动力元件14和后空气动力元件18的相应位置。
[0018] 前空气动力元件14和后空气动力元件18的位置可以在车辆12的动力学中起着显著作用，并且可以用作各种控制
算法的输入，从而改进车辆12的运行。然而，多个主动空气动力元件与车辆状态特性之间的关系是循环的并且由递归方程控制。例如，前部升力或沿垂直轴Z的力是前空气动力元件14的位置和前部车辆行车高度80的函数(图1中所示且下文详述)以及后空气动力元件18的位置和后部车辆行车高度82的函数(图1中所示且下文详述)。继而，前部车辆行车高度80和后部车辆行车高度82各自是前部升力和后部升力二者以及其它车辆输入的函数。对于给定的下压力目标，方程组必须不断地实时求解以实现期望空气动力。车辆
空气动力学模型可以涉及使用空气动力致动器模型和底盘模型来预测空气动力元件的位置，从而实现期望致动命令。然而，这需要在线预测模型或
迭代求解器和极大的计算量。
[0019] 参考图1至图2，控制器60可操作地连接至前空气动力元件14和后空气动力元件18以及车辆12的各种其它部件。控制器60可以是车辆12的其它控
制模块的整体部分或操作地连接至车辆12的其它
控制模块的单独模块。参考图2，控制器60具有处理器62和有形的非瞬态存储器64，所述存储器64上面记录了用于执行第一方法100和第二方法200的指令。下文参考图3描述的方法100是用于确定当前时间步骤(n)的前空气动力元件14的前目标位置(Tf，n)。下文参考图4描述的方法200是用于确定当前时间步骤(n)的后空气动力元件18的后目标位置(Tr，n)。方法100、200可以各自结合直接受当前时间步骤(n)的致动选项所影响的车辆状态参数来采用。方法100、200提供了使用来自先前时间步骤的数据以避免必须预测它们的值的优点或能力。
[0020] 当前时间步骤(n)是指当前控制器计算循环，而先前时间步骤(n-1)是指之前的控制器计算循环。下文的方法100和200使用来自先前控制器计算循环或时间步骤的测量的车辆状态数据和位置数据以对当前控制器计算循环或时间步骤的目标位置或致动命令求解。这消除了预测控制器计算循环处的这些量的需要，这将需要使用迭代方法来对致动器&车辆模型进行在线求解。另外，前空气动力元件14的位置数据(来自先前时间步骤)用于确定后空气动力元件18的目标位置(当前时间步骤)，反之亦然。
[0021] 现在参考图3，示出了存储在图1的控制器60上并且可由图1的控制器60执行的方法100的流程图。方法100不必按照本文叙述的具体顺序来执行。另外，应当理解的是，可以增加或删除某些方框。方法100可以各自进行初始化，从而使得前空气动力元件14在初始时间步骤(n＝0)时(例如，车辆发动时)处于收起位置24中。可以采用任何合适的初始化条件。
[0022] 方法100可以开始于方框102，其中控制器60被编程为获得先前时间步骤(n-1)的至少一个车辆状态参数。参考图2，车辆状态参数可以包括经由与控制器60进行
电子通信的侧倾传感器72测量的侧倾角70(Rn-1)。参考图2，车辆状态参数可以包括先前时间步骤(n-1)的俯仰角73(Pn-1)。参考图2，车辆状态参数可以包括先前时间步骤(n-1)的侧风角74(Wn-1)。侧风角(Wn-1)可以定义为车辆12的中心纵向轴线76与外部气流方向78之间的角度。
[0023] 参考图1，车辆状态参数可以包括前部行车高度80和后部行车高度82。参考图1，在所示实施例中，前部行车高度80定义为车辆本体38在前车轴48的中心49处的最低点与地平面84之间的距离。参考图1，在所示实施例中，后部行车高度82定义为车辆本体38在后车轴52的中心53处的最低点与地平面84之间的距离。
[0024] 参考图1，车辆12可以包括第一行车传感器86和第二行车传感器88，其与控制器60进行电子通信以检测前部行车高度80和后部行车高度82并且将信息传送至控制器60。因为行车高度一般是指平坦的
水平面与车辆12的除了设计为
接触地平面84的部分(诸如轮胎、
履带、滑橇等)之外的任何部分之间的距离，所以行车高度80、82可以取决于当前的应用而可变地进行定义。
[0025] 在图3的方框104中，控制器60配置为获得当前时间步骤(n)的前空气动力元件14的期望前部升力系数(Lf，n)。期望前部升力系数(Lf，n)是在垂直方向Z上以力乘以面积为单位(例如，
牛顿-平方米)并且可以作为车辆12的其它算法的输出获得且可以是用户输入的X和Y方向上的外力与其它因子的乘积。升力因子(L)在本文定义为升力系数(C)和相关参考面积(RA)的乘积，使得L＝(C*RA)。升力因子(L)使得由升降本体产生的升力与本体周围的
流体密度(ρ)(例如，空气密度)和车速(v)相关，使得：
[0026] 测量的升力(Z方向)＝C*RA*1/2*ρ*v2＝L*1/2*ρ*v2。
[0027] 在图3的方框106中，控制器60配置为获得用于前空气动力元件14和后空气动力元件18的展开位置的预定义组合的后部特征数据集。对象车辆12可以放置在风洞中，且本领域技术人员所已知的各种传感器用于测量针对车辆的力。以下表1示出了前部特征数据集的示例性设置。表1的设置被视为非限制性示例。
[0028] 表1
[0029]
[0030]
[0031] 在图3的方框108中，控制器60配置为经由位置传感器58获得先前时间步骤(n-1)的后空气动力元件18的检测位置(Dr，n-1)。因此，后空气动力元件18的检测位置(Dr，n-1)(来自先前时间步骤)用于确定前空气动力元件14的目标位置(当前时间步骤)。装置10可以包括两个以上的主动空气动力元件，在这种情况下，任何给定元件的计算位置命令将由全部其它元件的测量或计算位置来告知。例如，参考图1，车辆12可以包括前空气动力元件14、第二前空气动力元件90(沿路径91旋出)、后空气动力元件18和第二后空气动力元件92(可沿路径93移动)。前空气动力元件14的目标位置(当前时间步骤)将由第二前空气动力元件90、后空气动力元件18和第二后空气动力元件92中的每一个的测量或计算位置来告知。后空气动力元件18的目标位置(当前时间步骤(n))将由第二后空气动力元件92、前空气动力元件14和第二前空气动力元件90中的每一个的测量或计算位置来告知。
[0032] 在图3的方框110中，控制器60配置为至少部分地基于先前时间步骤(n-1)的后空气动力元件18的检测位置(Dr，n-1)、期望前部升力因子(Lf，n)、先前时间步骤(n-1)的至少一个车辆状态参数以及前部特征数据集(见表1)来获得当前时间步骤(n)的前空气动力元件14的前目标位置(Tf，n)。控制器60可以采用各种插值技术来获得诸如下文的插值等式的前目标位置(Tf，n)，其中等式右侧的参数是已知的且左侧的参数是未知的。另外，控制器60可以在前后展开位置的四个排列之间采用双线性插值。
[0033]
[0034] 现在参考图4，示出了存储在图1的控制器60上并且可由图1的控制器60执行的方法200的流程图。方法200不必按照本文叙述的具体顺序来执行。另外，应当理解的是，可以增加或删除某些方框。方法200可以开始于方框202，其中控制器60被编程为获得先前时间步骤(n-1)的至少一个车辆状态参数。方法200可以各自进行初始化，从而使得后空气动力元件18在初始时间步骤(n＝0)时(例如，车辆发动时)处于收起位置32中。
[0035] 方法200可以开始于方框202，其中控制器60被编程为获得先前时间步骤(n-1)的至少一个车辆状态参数。方框202与方框102相同。参照图2，车辆状态参数可以包括如上所述的侧倾角70(Rn-1)、俯仰角73(Pn-1)、侧风角74(Wn-1)、前部行车高度80和后部行车高度82。
[0036] 在图4的方框204中，控制器60配置为获得当前时间步骤(n)的后空气动力元件18的期望后部升力因子(Lr，n)。期望后部升力因子(Lr，n)是在垂直方向Z上以力乘以面积为单位(例如，牛顿-平方米)并且可以作为车辆12的其它算法的输出获得且可以作为用户输入因子、X和Y方向上的外力与其它因子的乘积。升力因子(L)在本文定义为升力系数(C)和相关参考面积(RA)的乘积，使得L＝(C*RA)。升力因子(L)使得由升降本体产生的升力与本体周围的流体密度(ρ)(例如，空气密度)和车速(v)相关，使得：
[0037] 测量的升力(Z方向)＝C*RA*1/2*ρ*v2＝L*1/2*ρ*v2。
[0038] 在图4的方框206中，控制器60配置为获得用于前空气动力元件14和后空气动力元件18的展开位置的预定义组合的后部特征数据集。对象车辆12可以放置在风洞中，且本领域技术人员所已知的各种传感器用于测量针对车辆的力。以下表2示出了后部特征数据集的示例性设置。表2的设置被视为非限制性示例。
[0039] 表2
[0040]
[0041]
[0042] 另外，空气动力前部和后部升力因子可以各自由表面多项式表示或为特征空间的任何其它表示。在非限制性示例中，表面多项式可以是Z＝[A+Bx+Cy+Dx*y+Dx2+Ey2]，其中A-E是通过拟合而获得的常数，且x、y是车辆状态参数。在图4的方框208中，控制器60配置为经由位置传感器56获得先前时间步骤(n-1)的前空气动力元件14的检测位置(Df，n-1)。因此，前空气动力元件14的检测位置(Df，n-1)(来自先前时间步骤(n-1))用于确定后空气动力元件18的目标位置(当前时间步骤(n))。
[0043] 在图4的方框210中，控制器60配置为至少部分地基于先前时间步骤(n-1)的前空气动力元件14的检测位置(Df，n-1)、期望后部升力因子(Lr，n)、先前时间步骤(n-1)的至少一个车辆状态参数以及后部特征数据集(见表2中的示例)来获得当前时间步骤(n)的后空气动力元件18的后目标位置(Tr，n)。控制器60可以采用各种插值技术来获得诸如上文所示的插值等式的前目标位置(Tf，n)。
[0044] 总之，方法100和200(由控制器60执行)使得能够控制多个独立主动空气动力元件，以便同时以低计算量来实现每个元件的空气动力目标。这种实现目标空气动力的直接方法不需要在线预测模型或迭代求解器，这最小化了计算量。
[0045] 如上所述，图1的控制器60可以包括计算装置，其采用
操作系统或处理器62和存储器64来存储并且执行计算机可执行指令。计算机可执行指令可以由使用多种编程语言和/或技术创建的
计算机程序而编译或解译，所述编程语言和/或技术包括(但不限于且单独或组合地)JavaTM、C、C++、Visual Basic、JavaScript、Perl等。一般来说，处理器62(例如，
微处理器)从例如存储器、计算机可读介质等接收指令并且执行这些指令，由此执行一个或多个过程，所述程序包括本文描述的一个或多个过程。这样的指令和其它数据可以使用各种计算机可读介质来存储和传输。
[0046] 计算机可读介质(也称为处理器可读介质)包括参与提供可以由计算机(例如，由计算机的处理器)读取的数据(例如，指令)的任何非瞬态(例如，有形的)介质。这样的介质可以采取许多形式，包括但不限于非易失性介质和易失性介质。非易失性介质可以包括例如光盘或磁盘和其它持久存储器。易失性介质可以包括例如可以构成主存储器的动态
随机存取存储器(DRAM)。这样的指令可以由一个或多个传输介质来传输，所述传输介质包括同轴
电缆、
铜线和光纤，包括具有耦合到计算机的处理器的
系统总线的
导线。某些形式的计算机可读介质包括例如
软盘片、软盘、
硬盘、磁带、任何其它
磁性介质、CD-ROM、DVD、任何其它光学介质、穿孔卡、纸带、带有穿孔图案的任何其它物理介质、RAM、PROM、EPROM、FLASH-EEPROM、任何其它存储器芯片或存储器盒、或计算机可以从其进行读取的任何其它介质。
[0047] 查找表、
数据库、
数据仓库或本文描述的其它数据存储装置可以包括用于存储、存取和检索各种数据的各种机构，包括分层数据库、文件系统中的文件集、专用格式的应用程序数据库、关系型
数据库管理系统(RDBMS)等。每个这样的数据存储装置均可以包括在采用诸如上述一种操作系统的计算机操作系统的计算装置内，并且可以经由网络以各种方式中的任何一种或多种来存取。文件系统可以从计算机操作系统存取，并且可以包括以各种格式存储的文件。RDBMS除用于创建、存储、编辑和执行已存储的程序的语言(诸如上述PL/SQL语言)之外还可以采用结构化查询语言(SQL)。
[0048] 详述和图式或图支持并且描述本公开，但是本公开的范围仅仅是由
权利要求书界定。虽然已详细地描述了用于实行本公开的某些最佳模式和其它实施例，但是也存在用于实践所附权利要求书中界定的本公开的各种替代设计和实施例。另外，图式中所示的实施例或本描述中提及的各种实施例的特性不一定被理解为实施例彼此独立。相反，可行的是，实施例的一个示例中描述的每个特性可结合来自其它实施例的一个或多个其它期望特性，从而导致没有用语言或没有参考图式来描述的其它实施例。因此，这样的其它实施例落在所附权利要求书的范围的
框架内。
