專利名稱：在風洞中使用的自動駕駛系統的制作方法
技術領域：
以下所述僅僅用于提供總體背景信息，并不旨在用作有助于確定所主張的主題的 保護范圍。本發明的多個方面涉及在對在表面上移動的車身(例如，在道路上移動的所有類 型的車輛)進行實驗室試驗期間所使用的設備和方法。
背景技術：
以示例的方式說明諸如汽車的車輛，在車輛設計的發展中模擬道路的使用變得重 要。這些道路模擬器通常包括一個或多個單獨環形帶，所述一個或多個單獨環形帶安裝在 車輛下方，接合一個或多個車輪，和/或定位在車輛的其它車身外板的下方。所述帶被驅動 以模擬驅動道路上的車輛。通常，道路模擬器設置在風洞內以測量氣動特性。通常，道路模 擬器提高流動特性的真實性，從而導致氣動特性的測量得到提高。典型地通過聯動裝置相對于模擬道路約束車輛，所述聯動裝置限制車輛沿縱向方 向(前后)、沿橫向方向(左右)以及偏航(轉向運動)進行移動。通常，車輛限動器是被 動限動器，所述被動限動器不會影響車輛的動態，但是如果需要可以用于測量在不同的約 束方向上的載荷。保持車輛不會在側傾、縱傾以及垂直方向上移動，并且如果需要，可以將 在垂直方向上的側傾力、縱傾力以及氣動力的力輸入添加到試驗車輛中，以模擬速度增加、 拐彎或類似因素對車輛的影響。
發明內容
提供了一種用于車輛的道路系統和用于對道路系統上的車輛進行試驗的方法。該 道路系統和/或方法包括平臺，所述平臺具有被構造成支撐車輛的至少一個可移動環形 帶。傳感器組件被構造成提供輸出信號，所述輸出信號指示車輛在帶上相對于至少一個參 考軸線的位置、位移、速度和/或加速度。自動駕駛系統被構造成操作車輛的部件，以根據 輸出信號相對于參考軸線控制帶上的車輛。在道路系統和/或方法的第一實施例中，傳感器組件布置用于檢測車輛在正交于 緊鄰車輛的帶的運動方向的方向上橫過帶的橫向位置、位移、速度和/或加速度。自動駕駛 系統被構造成控制車輛的轉向。在又一個實施例中，道路系統和/或方法布置用于檢測車輛在緊鄰車輛的帶的運 動方向上沿著帶的縱向位置、位移、速度和/或加速度。自動駕駛系統被構造成控制車輛的 速度。如果需要，該實施例還可以如上所述包括檢測車輛和使車輛轉向。在又一個實施例中，風扇被構造成將空氣吹送到環形帶上，并且其中，平臺可移動 以相對于風扇選擇性地對環形帶進行定向，從而在車輛正在帶上移動時至少模擬部分側 風。如果需要，在正在吹送空氣和/或移動帶的同時可以旋轉平臺。在另一個實施例中，道路系統和/或方法包括連接到車輛的限動器。限動器可以 被構造成在帶的運動方向和/或正交于帶的運動的運動方向上限制車輛。一個或多個限動
4器可以在限制方向上連續生效，或者僅當超過選定的諸如加速度、速度和/或位移的參數 時生效。
圖1是具有本發明的一個或多個方面的車輛試驗設備的示例性實施例的立體圖；圖2是具有本發明的一個或多個方面的自動駕駛系統的第一實施例的示意圖；圖3是具有本發明的一個或多個方面的車輛試驗設備的第二示例性實施例的立 體圖；圖4是具有本發明的一個或多個方面的自動駕駛系統的第二實施例的示意圖；以 及圖5是具有本發明的一個或多個方面的車輛試驗設備的第二示例性實施例的立 體圖。
具體實施例方式參照圖1，示出了具有本發明的一個或多個方面的車輛限動器9和模擬系統10。在 所示的實施例中，車輛13是汽車；然而，應該理解的是這僅僅是車輛的一個示例，而且諸如 但不限于摩托車、卡車等的其它車輛可以受益于本發明的多個方面。在所述的實施例中，系統10包括支撐基部11，所述支撐基部通常包括大混凝土結 構，所述大混凝土結構具有總體由附圖標記12表示的坑，主道路機構14安裝在所述坑中， 使得將被試驗的車輛13位于包圍坑12的表面的水平面附近。在許多情況下，系統10形成 具有風扇的風洞的一部分，所述風扇未示出但是由箭頭17表示。車輛13和主道路機構14 可以包括平臺16，在所述的實施例中，所述平臺是允許相對于由風扇產生的氣流選擇性地 定位車輛13的轉車臺。雖然沒有必要，但是平臺16和主道路機構14可以安裝在由附圖標記20示意性地 示出的平衡組件上，所述平衡組件可以測量車輛13上的各種力。可以采取多種形式的這種 平衡組件在本領域中是公知的，并且為了本申請沒有必要對所述平衡組件進行進一步的論 述。然而，美國公開專利申請2007/0039400中說明了一種適當的平衡組件，該專利申請通 過引用在此全文并入。可選地，可以通過帶測量獲得如本領域所公知的各種力測量。還應該注意的是這里所述的道路機構14包括車輛13被支撐在上面的單個環形帶 22。如本領域的技術人員所認識的，本發明的多個方面可以應用到道路機構，所述道路機構 包括兩個或更多個用于支撐車輛13的帶，和/或定位在車輛13的各個部分下方或緊鄰車 輛13的外板定位。如果存在一個以上的帶，則所有帶由適當的電動機和輥驅動，并且所述 電動機和輥的細節是公知的，并且對于理解本發明的多個方面是不需要的。以下說明車輛限動器9，在一種形式中，車輛限動器9在縱向方向(緊鄰車輛13的 帶22的運動方向)上限制車輛，從而如果有的話也不會提供在橫向方向(橫過帶22)的約 束或偏航力矩(轉向方向)的約束。為了說明，縱向方向、橫向方向包括一組三個正交軸線 中的兩個軸線，其中垂直方向同時正交于縱向方向和橫向方向。側傾、縱傾和偏航包括分別 繞著縱向方向、橫向方向和垂直方向(軸線)的樞轉運動。在所述的實施例中，限動器9包括纜索M，所述纜索在一端連接到車輛13，并且連接到試驗設備中的諸如固定物體的固定結構(相對于移動帶)，例如，連接到平臺16(如果 該平臺存在)。雖然這里例示為纜索，但是應該理解的是車輛限動器9可以采取許多不同 的形式，例如，剛性牽引桿，所述剛性牽引桿則可以提供對車輛13的向前和向后移動的限 制，而纜索9僅限制車輛向后移動。還應該理解的是車輛限動器9不需要僅連接到車輛13 的前部，而是可以在其它位置連接到車輛13以及連接到試驗設備的其它部分，只要在該實 施例中提供縱向限制即可，且至少對于車輛13在帶22上的一些橫向向運動來說，幾乎對其 余的自由度沒有限制。如果需要，則可以選擇性地包括橫向限制以提供這種限制。例如，可 以具有適當的機構(纜索、連桿、支柱等)以確保車輛13保持在帶22上，并因此例如只有 當已經超過移動的極限或閾值時所述機構才生效。這類限動器還可以采用纜索和/或支柱 48(圖5中所示)的形式。還參照圖2，在該實施例中，除了車輛限動器9之外，車輛13還安裝有遙控轉向系 統觀，所述遙控轉向系統可操作地連接到車輛13的轉向系統(示意性地由方向盤30表 示)，以便當所述車輛在帶22上滾動的同時對車輛進行轉向。遙控導向系統觀實際上是自 動駕駛系統，所述自動駕駛系統執行對車輛13進行轉向的單一功能。這種系統的供應商包 ΙΗ W Neuhausen-Steinegg ^Stahle Gmbh禾口HISi^&牛寺君口的 Anthony Best Dynamics Ltd.。在所述的一個示例中，遙控轉向系統28可操作地連接到車輛13的方向盤30 ；然而， 這不應該被認為對遙控轉向系統觀可以連接到車輛的轉向系統的諸如轉向軸的其它部件 或通常在車輛轉向系統中發現的其它連桿的限制。當連接到車輛轉向系統的部件時，遙控 轉向系統觀包括適當的致動器31 (電致動器、氣動致動器和/或液壓致動器)，例如，旋轉 致動器，所述致動器繼而在控制器32的方向下操作。控制器32可以包括允許與試驗設備 控制器34進行通信的無線接收器或收發器。可選地，控制器32可以通過適當的電線連接 到試驗設備控制器34或直接連接到試驗設備控制器34。應該注意的是控制器32和34可 以被構造成具有模擬和/或數字電路，所述模擬和/或數字電路具有如以下所述配置在如 本領域所公知的硬件和/或軟件中的模型、控制算法及其它運算過程。在這點上，應該注意的是遙控轉向系統觀不必總是包括用于操作車輛13的轉向 系統的另外的致動器。例如，目前或在可預見的將來的一些車輛在方向盤30與使輪胎和車 輪組件轉動的部件之間沒有直接的連桿連接。代替地，車載控制器42可操作地連接到傳感 器，所述傳感器檢測方向盤30的位置，然后又為致動器(由制造商設置在車輛上)提供輸 出控制信號以進行轉向。在這種情況下，控制器32將被構造成代替檢測方向盤的位置的傳 感器來提供輸出信號，所述輸出信號是用于車載控制器42的輸入。傳感器36 (示意性地顯示)可操作地連接到車輛13以測量和提供指示車輛13在 帶22上的橫向位移和/或位置的輸出信號。可以將傳感器輸出信號提供給控制器32和/ 或試驗設備控制器34。傳感器36可以采取如由本領域的技術人員所認識的許多形式。在 一個示例性實施例中，傳感器36是測量車輛13的一部分與平臺16之間的距離的光學傳感 器。可以使用其它形式的基于機械、光學和/或電的傳感器。如果需要，可以提供額外的傳 感器以提供車輛的諸如縱向、垂直位移和/或車輛的側傾、偏航和縱傾運動的額外的測量， 所述測量還可以用于提供速度或加速度的指示。如果需要，可以直接相對于車輛13和/或 相對于限動系統9的部件、或者可以采用的其它限動系統測量上述測量中的任一項。如果需要，還可以測量車輛或該車輛的部件上的力。例如，可以通過具有傳感器45的限動系統9測量車輛13受到的縱向力，同時可以通過例如上述的平衡組件測量另外的 力、力矩或諸如但不限于振動頻率的其它載荷特征。其它力、力矩或諸如但不限于振動頻率的其它載荷特征是駕駛員例如通過方向盤 30受到的力、力矩或其它載荷特征，所述力、力矩或其它載荷特征在風洞設備中先前沒有被 測量，但是對車輛設計非常有用。在一個實施例中，遙控轉向系統觀包括適當的傳感器，所 述傳感器可操作地連接到方向盤30(例如，裝入致動器31)中，用于測量和提供指示力、力 矩或其它載荷特征的一個或多個輸出。遙控轉向系統觀可以被構造成模擬實際的駕駛員。 例如，可以調節致動器剛度以模擬駕駛員。同樣地，可以通過傳感器檢測車輛13或該車輛 的部件上的其它力、力矩或其它載荷特征，例如但不限于振動頻率，或者由車輛制造商提供 所述其它力、力矩或其它載荷特征，例如，在需要的情況下，為車載穩定控制系統提供的傳 感器或這種傳感器可以被添加到車輛13，包括設置在一個或多個汽車模型中用于測量駕駛 員和/或乘客的感覺的一個或多個傳感器。可以將來自一個或多個傳感器的一個或多個輸 出提供給控制器32和/或用于記錄和/或作為控制車輛13的反饋輸入的試驗設備控制器 34。在操作中，道路帶22被驅動，同時將風對準車輛13。根據將要執行的所需試驗操 作遙控轉向系統28。操作可以基于簡單地保持車輛13在帶22上要求的位置的遙控轉向系 統28，同時例如，對于正在對準車輛13的風的速度或其它特征的變化，和/或例如由于平臺 16的旋轉使得車輛13相對于風的定位的變化，來觀察上述測量或其它測量中的任一個。然 而，在以下采用遙控轉向系統觀的情況下，可以在先前沒有獲得的試驗過程中操作車輛13 的轉向系統。例如，尤其當車輛在側風中操作時，通常在正常操作下空氣旋渦可能會從車輛 脫落。這種渦旋脫落可以將力施加在車輛或車輛的部件上，駕駛員可能會受到所述力中的 一些。具體地，可以在包括側風的風洞中模擬這種旋渦，通過經由轉車臺16相對于氣流17 將車輛13旋轉到氣流和車輛13下方的帶的移動是不平行的選定位置來模擬側風。可以在 吹送空氣和/或移動帶的同時執行轉車臺移動。在現有技術的風洞中，車輛限動器限制這 種力和位移的測量。然而，使用上述傳感器，可以為駕駛員和/或車輛的其它部分受到的力 和/或位移獲得定性和/或定量數據。在又一個實例中，控制器32和/或試驗設備控制器34可以在每一個指定或選定 的試驗過程操作遙控轉向系統觀，可以對車輛13中的變化或其它操作條件精確地重復所 述指定或選定的試驗過程。此外，控制器32和/或試驗設備控制器34可以采用本領域所 公知的模型和/或控制算法以模擬例如但不限于駕駛員反應延遲或過調的駕駛員響應或 動作。應該注意的是可以對這里所述的實施例中的任一個適當地執行對車輛13的這些試 驗操作，并且這些試驗操作不局限于圖1的實施例。圖3顯示具有本發明的一個或多個方面的車輛試驗設備的第二實施例。在該實施 例中，自動駕駛系統包括用于執行車輛13的遙控轉向的這些部件或任選部件；然而，車輛 限動器9不用于保持車輛13在帶22上的縱向位置的位置。代替地，自動駕駛系統還包括 用于控制車輛13的一個或多個車輪的驅動和/或制動的遙控速度控制系統40。換句話說， 遙控速度控制系統40用于在試驗期間保持車輛13在帶22的縱向位置。參照圖4的示意圖，類似于遙控轉向系統觀，遙控速度控制系統40包括可以將控 制信號提供給致動器的控制器32，所述致動器可操作地連接操作車輛的發動機或以其它方式驅動諸如在電動車輛或混合動力車輛中的電動機的車輛的一個或多個部件。例如，第一 致動器35可以可操作地連接到油門踏板37，而第二致動器39如果需要則可以可操作地連 接到制動踏板41。如果這兩個踏板中的一個或兩個都沒有直接連接來使發動機、電動機和 /或制動系統運轉，而是由制造商提供一個或多個傳感器來檢測踏板的操作，遙控速度控制 系統40則可以將適當的輸入提供給車輛13的車載控制器42。傳感器44 (示意性地顯示)可操作地連接到車輛13以測量和提供指示車輛13在 帶22上的縱向位移和/或位置的輸出信號。可以將傳感器輸出信號提供給控制器32和/ 或試驗設備控制器34。傳感器44可以采取本領域的技術人員所理解的許多形式。在一個 示例性實施例中，傳感器44是測量車輛13的一部分與平臺16之間的距離的光學傳感器。 可以使用基于機械、光學和/或電的其它形式的傳感器。應該注意的是示出了兩個傳感器 36和44 ；然而，該示意圖是出于理解的目的，并且不應該被認為是對在兩個或更多個方向 進行檢測的單個傳感器或傳感器組件還可以用于該示例性實施例或這里所述的示例性實 施例中的任一個中進行限制。此外，應該理解的是上述傳感器或傳感器組件中的任一個可以提供指示車輛在帶 22上的位置、位移、速度和/或加速度的輸出，使用任意形式的這種輸出，這里所述自動駕 駛系統可以用于根據車輛在帶22上的要求的位置、位移、速度和/或加速度控制車輛13在 帶上的部件。雖然在該實施例中沒有設置縱向限動器來有效地控制車輛13在帶22上的縱向位 置，但是如果需要選擇性地提供這種限制，則可以包括限動器。例如，可以具有適當的機構 (纜索、連桿、支柱等)來確保車輛13保持在帶22上，并因此例如只有當已經超過移動的極 限或閾值時才使所述機構生效。在操作中，道路帶22被驅動，同時將風對準車輛13。自動駕駛系統(包括遙控速 度控制系統40和遙控轉向系統28)根據要求的要執行的試驗操作。操作可以基于簡單地 保持車輛13在帶22上的要求的位置的自動駕駛系統28，同時例如對于正在對準車輛13的 風的速度或其它特征的變化、和/或例如通過平臺16的旋轉而造成的車輛13相對于風位 置的變化，觀察上述測量值或其它測量值中的任一個。然而，在正在采用自動駕駛系統的情 況下，可以在先前沒有獲得的每一個試驗過程中操作車輛13的速度和轉向系統。例如，控 制器32和/或試驗設備控制器34可以在每一個指定或選定的試驗過程中操作自動駕駛系 統，可以對于車輛或操作狀態的變化精確地重復所述指定或選定的試驗過程。此外，控制器 32和/或試驗設備控制器34可以采用本領域所公知的模型和/或控制算法，以模擬諸如但 不限于駕駛員反應延遲或過調的駕駛員反應或動作。在又一個實施例中，自動駕駛系統可以包括速度控制系統40，并且不包括遙控轉 向系統觀。如上所述，傳感器44提供指示控制器32和/或試驗設備控制器34的縱向位 移或位置的信號。在該實施例中，車輛限動系統46提供橫向限制。在圖5中所述的示例性 實施例中，車輛限動系統46包括一個或多個支柱48，所述支柱在帶22上橫向限制車輛13， 但是允許車輛的縱向運動。例如，一個或多個支柱48可以連接到平臺16，用于如由雙箭頭 50所示的有限縱向運動。如本領域的技術人員所理解的，還可以使用使用纜索和/或支柱 的其它形式的限動器。這種限動器可以是如上所述的被動限動器，或者可以包括用于提供 橫向限制和縱向柔量的諸如電動機或致動器的主動控制部件。
雖然已經參照優選的實施例說明了本發明，但是本領域的技術人員將認識到在不 背離本發明的精神和保護范圍的情況下可以在形式和細節上做改變。例如，雖然上述實施 例每一個都包括在車輛的每一側的兩個分開的支撐件，但是這不應該被認為是限制性的。 在進一步的實施例中，一個或多個支撐件可以設置在車輛的每一側。另外，每一個支撐件都 可以連接到車輛上的一個或多個點。
權利要求
1.一種用于車輛的道路系統，包括平臺，所述平臺具有被構造成支撐車輛的至少一個可移動環形帶；傳感器組件，所述傳感器組件被構造成提供輸出信號，所述輸出信號指示所述車輛在 所述帶上相對于至少一個參考軸線的位置、位移、速度和/或加速度；和自動駕駛系統，所述自動駕駛系統被構造成操作所述車輛的部件，以根據所述輸出信 號相對于所述參考軸線控制在所述帶上的所述車輛。
2.根據權利要求1所述的道路系統，其中，所述傳感器組件布置用于檢測所述車輛在 正交于緊鄰所述車輛的所述帶的運動方向的方向上橫過所述帶的橫向位置、位移、速度和/ 或加速度。
3.根據權利要求2所述的道路系統，其中，所述自動駕駛系統被構造成控制所述車輛 的轉向。
4.根據權利要求3所述的道路系統，還包括限動器，所述限動器連接到所述車輛和所 述平臺以在所述帶的運動方向上限制所述車輛。
5.根據權利要求4所述的道路系統，還包括橫向限動器，所述橫向限動器連接到所述 車輛和所述平臺，從而當已經超過所述車輛在所述帶上橫向的選定位移時在正交于所述帶 的運動的運動方向上選擇性地橫向限制所述帶上的所述車輛。
6.根據權利要求1所述的道路系統，其中，所述傳感器組件布置用于檢測所述車輛在 緊鄰所述車輛的所述帶的運動方向上沿著所述帶的縱向位置、位移、速度和/或加速度。
7.根據權利要求6所述的道路系統，其中，所述自動駕駛系統被構造成控制所述車輛 的速度。
8.根據權利要求7所述的道路系統，其中，所述傳感器組件布置用于檢測所述車輛在 正交于緊鄰所述車輛的所述帶的運動方向的方向上橫過所述帶的橫向位置、位移、速度和/ 或加速度。
9.根據權利要求8所述的道路系統，其中，所述自動駕駛系統被構造成控制所述車輛 的轉向。
10.根據權利要求9所述的道路系統，還包括限動器，所述限動器連接到所述車輛和所 述平臺以在所述帶的運動方向上限制所述車輛。
11.根據權利要求10所述的道路系統，其中，所述限動器包括橫向限動器，所述橫向限 動器連接到所述車輛和所述平臺，從而當已經超過所述車輛在所述帶上橫向的選定位移時 在正交于所述帶的運動的運動方向上選擇性地橫向限制所述帶上的所述車輛。
12.根據權利要求1所述的道路系統，還包括風扇，所述風扇被構造成將空氣吹送到所 述環形帶上，并且其中，所述平臺能夠移動以相對于所述風扇選擇性地對所述環形帶進行 定向。
13.一種用于在具有可移動環形帶的風洞中對車輛進行試驗的方法，所述方法包括以 下步驟使所述環形帶與存在的所述車輛一起旋轉；檢測所述車輛在所述帶上相對于至少一個參考軸線的位置、位移、速度和/或加速度， 并且根據所述位置、位移、速度和/或加速度提供輸出信號；以及接收所述輸出信號作為自動駕駛系統中的輸入，所述自動駕駛系統被構造成操作所述車輛的部件，以根據所述輸出信號相對于所述參考軸線控制所述帶上的所述車輛。
14.根據權利要求13所述的方法，其中，所述檢測步驟包括檢測所述車輛在正交于緊鄰所述車輛的所述帶的運動方向的方向上橫過所述帶的橫 向位置、位移、速度和/或加速度。
15.根據權利要求14所述的方法，其中，所述操作步驟包括 使所述車輛轉向。
16.根據權利要求13所述的方法，其中，所述檢測步驟包括檢測所述車輛在緊鄰所述車輛的所述帶的運動方向上沿著所述帶的縱向位置、位移、 速度和/或加速度。
17.根據權利要求16所述的方法，其中，所述操作步驟包括 控制所述車輛的速度。
18.根據權利要求17所述的方法，其中，所述檢測步驟包括檢測所述車輛在正交于緊鄰所述車輛的所述帶的運動方向的方向上橫過所述帶的橫 向位置、位移、速度和/或加速度。
19.根據權利要求18所述的方法，其中，所述操作步驟包括 使所述車輛轉向。
20.根據權利要求13所述的方法，還包括以下步驟相對于來自風扇的空氣選擇性地對所述環形帶和所述車輛進行定向；以及 當空氣和在所述車輛下方的帶的一部分的移動不平行時，將空氣吹送到所述車輛和所 述環形帶上。
21.一種用于進行具有圖示和/或所述的一個或多個特征的試驗的方法。
22.—種具有這里所述的一個或多個特征的道路系統。
全文摘要
本發明提供了一種用于車輛(13)的道路系統(10)和用于對道路系統(10)上的車輛(13)進行試驗的方法。道路系統(10)和/或方法包括具有至少一個可移動環形帶(22)的平臺(16)，所述至少一個可移動環形帶被構造成支撐車輛(13)。傳感器組件(36；42；44)被構造成提供指示車輛(13)相對于至少一個參考軸線在帶(22)上的位置、位移、速度和/或加速度。自動駕駛系統(28；40)被構造成操作車輛(13)的部件，以根據輸出信號相對于參考軸線控制帶(22)上的車輛(13)。
文檔編號G05D1/02GK102150030SQ200980135967
公開日2011年8月10日 申請日期2009年9月14日 優先權日2008年9月12日
發明者布拉德洛·C·李茲 申請人:Mts系統公司