专利名称：在风洞中使用的自动驾驶系统的制作方法
技术领域：
以下所述仅仅用于提供总体背景信息，并不旨在用作有助于确定所主张的主题的 保护范围。本发明的多个方面涉及在对在表面上移动的车身(例如，在道路上移动的所有类 型的车辆)进行实验室试验期间所使用的设备和方法。
背景技术：
以示例的方式说明诸如汽车的车辆，在车辆设计的发展中模拟道路的使用变得重 要。这些道路模拟器通常包括一个或多个单独环形带，所述一个或多个单独环形带安装在 车辆下方，接合一个或多个车轮，和/或定位在车辆的其它车身外板的下方。所述带被驱动 以模拟驱动道路上的车辆。通常，道路模拟器设置在风洞内以测量气动特性。通常，道路模 拟器提高流动特性的真实性，从而导致气动特性的测量得到提高。典型地通过联动装置相对于模拟道路约束车辆，所述联动装置限制车辆沿纵向方 向(前后)、沿横向方向(左右)以及偏航(转向运动)进行移动。通常，车辆限动器是被 动限动器，所述被动限动器不会影响车辆的动态，但是如果需要可以用于测量在不同的约 束方向上的载荷。保持车辆不会在侧倾、纵倾以及垂直方向上移动，并且如果需要，可以将 在垂直方向上的侧倾力、纵倾力以及气动力的力输入添加到试验车辆中，以模拟速度增加、 拐弯或类似因素对车辆的影响。
发明内容
提供了一种用于车辆的道路系统和用于对道路系统上的车辆进行试验的方法。该 道路系统和/或方法包括平台，所述平台具有被构造成支撑车辆的至少一个可移动环形 带。传感器组件被构造成提供输出信号，所述输出信号指示车辆在带上相对于至少一个参 考轴线的位置、位移、速度和/或加速度。自动驾驶系统被构造成操作车辆的部件，以根据 输出信号相对于参考轴线控制带上的车辆。在道路系统和/或方法的第一实施例中，传感器组件布置用于检测车辆在正交于 紧邻车辆的带的运动方向的方向上横过带的横向位置、位移、速度和/或加速度。自动驾驶 系统被构造成控制车辆的转向。在又一个实施例中，道路系统和/或方法布置用于检测车辆在紧邻车辆的带的运 动方向上沿着带的纵向位置、位移、速度和/或加速度。自动驾驶系统被构造成控制车辆的 速度。如果需要，该实施例还可以如上所述包括检测车辆和使车辆转向。在又一个实施例中，风扇被构造成将空气吹送到环形带上，并且其中，平台可移动 以相对于风扇选择性地对环形带进行定向，从而在车辆正在带上移动时至少模拟部分侧 风。如果需要，在正在吹送空气和/或移动带的同时可以旋转平台。在另一个实施例中，道路系统和/或方法包括连接到车辆的限动器。限动器可以 被构造成在带的运动方向和/或正交于带的运动的运动方向上限制车辆。一个或多个限动
4器可以在限制方向上连续生效，或者仅当超过选定的诸如加速度、速度和/或位移的参数 时生效。
图1是具有本发明的一个或多个方面的车辆试验设备的示例性实施例的立体图；图2是具有本发明的一个或多个方面的自动驾驶系统的第一实施例的示意图；图3是具有本发明的一个或多个方面的车辆试验设备的第二示例性实施例的立 体图；图4是具有本发明的一个或多个方面的自动驾驶系统的第二实施例的示意图；以 及图5是具有本发明的一个或多个方面的车辆试验设备的第二示例性实施例的立 体图。
具体实施例方式参照图1，示出了具有本发明的一个或多个方面的车辆限动器9和模拟系统10。在 所示的实施例中，车辆13是汽车；然而，应该理解的是这仅仅是车辆的一个示例，而且诸如 但不限于摩托车、卡车等的其它车辆可以受益于本发明的多个方面。在所述的实施例中，系统10包括支撑基部11，所述支撑基部通常包括大混凝土结 构，所述大混凝土结构具有总体由附图标记12表示的坑，主道路机构14安装在所述坑中， 使得将被试验的车辆13位于包围坑12的表面的水平面附近。在许多情况下，系统10形成 具有风扇的风洞的一部分，所述风扇未示出但是由箭头17表示。车辆13和主道路机构14 可以包括平台16，在所述的实施例中，所述平台是允许相对于由风扇产生的气流选择性地 定位车辆13的转车台。虽然没有必要，但是平台16和主道路机构14可以安装在由附图标记20示意性地 示出的平衡组件上，所述平衡组件可以测量车辆13上的各种力。可以采取多种形式的这种 平衡组件在本领域中是公知的，并且为了本申请没有必要对所述平衡组件进行进一步的论 述。然而，美国公开专利申请2007/0039400中说明了一种适当的平衡组件，该专利申请通 过引用在此全文并入。可选地，可以通过带测量获得如本领域所公知的各种力测量。还应该注意的是这里所述的道路机构14包括车辆13被支撑在上面的单个环形带 22。如本领域的技术人员所认识的，本发明的多个方面可以应用到道路机构，所述道路机构 包括两个或更多个用于支撑车辆13的带，和/或定位在车辆13的各个部分下方或紧邻车 辆13的外板定位。如果存在一个以上的带，则所有带由适当的电动机和辊驱动，并且所述 电动机和辊的细节是公知的，并且对于理解本发明的多个方面是不需要的。以下说明车辆限动器9，在一种形式中，车辆限动器9在纵向方向(紧邻车辆13的 带22的运动方向)上限制车辆，从而如果有的话也不会提供在横向方向(横过带22)的约 束或偏航力矩(转向方向)的约束。为了说明，纵向方向、横向方向包括一组三个正交轴线 中的两个轴线，其中垂直方向同时正交于纵向方向和横向方向。侧倾、纵倾和偏航包括分别 绕着纵向方向、横向方向和垂直方向(轴线)的枢转运动。在所述的实施例中，限动器9包括缆索M，所述缆索在一端连接到车辆13，并且连接到试验设备中的诸如固定物体的固定结构(相对于移动带)，例如，连接到平台16(如果 该平台存在)。虽然这里例示为缆索，但是应该理解的是车辆限动器9可以采取许多不同 的形式，例如，刚性牵引杆，所述刚性牵引杆则可以提供对车辆13的向前和向后移动的限 制，而缆索9仅限制车辆向后移动。还应该理解的是车辆限动器9不需要仅连接到车辆13 的前部，而是可以在其它位置连接到车辆13以及连接到试验设备的其它部分，只要在该实 施例中提供纵向限制即可，且至少对于车辆13在带22上的一些横向向运动来说，几乎对其 余的自由度没有限制。如果需要，则可以选择性地包括横向限制以提供这种限制。例如，可 以具有适当的机构(缆索、连杆、支柱等)以确保车辆13保持在带22上，并因此例如只有 当已经超过移动的极限或阈值时所述机构才生效。这类限动器还可以采用缆索和/或支柱 48(图5中所示)的形式。还参照图2，在该实施例中，除了车辆限动器9之外，车辆13还安装有遥控转向系 统观，所述遥控转向系统可操作地连接到车辆13的转向系统(示意性地由方向盘30表 示)，以便当所述车辆在带22上滚动的同时对车辆进行转向。遥控导向系统观实际上是自 动驾驶系统，所述自动驾驶系统执行对车辆13进行转向的单一功能。这种系统的供应商包 ΙΗ W Neuhausen-Steinegg ^Stahle Gmbh禾口HISi^&牛寺君口的 Anthony Best Dynamics Ltd.。在所述的一个示例中，遥控转向系统28可操作地连接到车辆13的方向盘30 ；然而， 这不应该被认为对遥控转向系统观可以连接到车辆的转向系统的诸如转向轴的其它部件 或通常在车辆转向系统中发现的其它连杆的限制。当连接到车辆转向系统的部件时，遥控 转向系统观包括适当的致动器31 (电致动器、气动致动器和/或液压致动器)，例如，旋转 致动器，所述致动器继而在控制器32的方向下操作。控制器32可以包括允许与试验设备 控制器34进行通信的无线接收器或收发器。可选地，控制器32可以通过适当的电线连接 到试验设备控制器34或直接连接到试验设备控制器34。应该注意的是控制器32和34可 以被构造成具有模拟和/或数字电路，所述模拟和/或数字电路具有如以下所述配置在如 本领域所公知的硬件和/或软件中的模型、控制算法及其它运算过程。在这点上，应该注意的是遥控转向系统观不必总是包括用于操作车辆13的转向 系统的另外的致动器。例如，目前或在可预见的将来的一些车辆在方向盘30与使轮胎和车 轮组件转动的部件之间没有直接的连杆连接。代替地，车载控制器42可操作地连接到传感 器，所述传感器检测方向盘30的位置，然后又为致动器(由制造商设置在车辆上)提供输 出控制信号以进行转向。在这种情况下，控制器32将被构造成代替检测方向盘的位置的传 感器来提供输出信号，所述输出信号是用于车载控制器42的输入。传感器36 (示意性地显示)可操作地连接到车辆13以测量和提供指示车辆13在 带22上的横向位移和/或位置的输出信号。可以将传感器输出信号提供给控制器32和/ 或试验设备控制器34。传感器36可以采取如由本领域的技术人员所认识的许多形式。在 一个示例性实施例中，传感器36是测量车辆13的一部分与平台16之间的距离的光学传感 器。可以使用其它形式的基于机械、光学和/或电的传感器。如果需要，可以提供额外的传 感器以提供车辆的诸如纵向、垂直位移和/或车辆的侧倾、偏航和纵倾运动的额外的测量， 所述测量还可以用于提供速度或加速度的指示。如果需要，可以直接相对于车辆13和/或 相对于限动系统9的部件、或者可以采用的其它限动系统测量上述测量中的任一项。如果需要，还可以测量车辆或该车辆的部件上的力。例如，可以通过具有传感器45的限动系统9测量车辆13受到的纵向力，同时可以通过例如上述的平衡组件测量另外的 力、力矩或诸如但不限于振动频率的其它载荷特征。其它力、力矩或诸如但不限于振动频率的其它载荷特征是驾驶员例如通过方向盘 30受到的力、力矩或其它载荷特征，所述力、力矩或其它载荷特征在风洞设备中先前没有被 测量，但是对车辆设计非常有用。在一个实施例中，遥控转向系统观包括适当的传感器，所 述传感器可操作地连接到方向盘30(例如，装入致动器31)中，用于测量和提供指示力、力 矩或其它载荷特征的一个或多个输出。遥控转向系统观可以被构造成模拟实际的驾驶员。 例如，可以调节致动器刚度以模拟驾驶员。同样地，可以通过传感器检测车辆13或该车辆 的部件上的其它力、力矩或其它载荷特征，例如但不限于振动频率，或者由车辆制造商提供 所述其它力、力矩或其它载荷特征，例如，在需要的情况下，为车载稳定控制系统提供的传 感器或这种传感器可以被添加到车辆13，包括设置在一个或多个汽车模型中用于测量驾驶 员和/或乘客的感觉的一个或多个传感器。可以将来自一个或多个传感器的一个或多个输 出提供给控制器32和/或用于记录和/或作为控制车辆13的反馈输入的试验设备控制器 34。在操作中，道路带22被驱动，同时将风对准车辆13。根据将要执行的所需试验操 作遥控转向系统28。操作可以基于简单地保持车辆13在带22上要求的位置的遥控转向系 统28，同时例如，对于正在对准车辆13的风的速度或其它特征的变化，和/或例如由于平台 16的旋转使得车辆13相对于风的定位的变化，来观察上述测量或其它测量中的任一个。然 而，在以下采用遥控转向系统观的情况下，可以在先前没有获得的试验过程中操作车辆13 的转向系统。例如，尤其当车辆在侧风中操作时，通常在正常操作下空气旋涡可能会从车辆 脱落。这种涡旋脱落可以将力施加在车辆或车辆的部件上，驾驶员可能会受到所述力中的 一些。具体地，可以在包括侧风的风洞中模拟这种旋涡，通过经由转车台16相对于气流17 将车辆13旋转到气流和车辆13下方的带的移动是不平行的选定位置来模拟侧风。可以在 吹送空气和/或移动带的同时执行转车台移动。在现有技术的风洞中，车辆限动器限制这 种力和位移的测量。然而，使用上述传感器，可以为驾驶员和/或车辆的其它部分受到的力 和/或位移获得定性和/或定量数据。在又一个实例中，控制器32和/或试验设备控制器34可以在每一个指定或选定 的试验过程操作遥控转向系统观，可以对车辆13中的变化或其它操作条件精确地重复所 述指定或选定的试验过程。此外，控制器32和/或试验设备控制器34可以采用本领域所 公知的模型和/或控制算法以模拟例如但不限于驾驶员反应延迟或过调的驾驶员响应或 动作。应该注意的是可以对这里所述的实施例中的任一个适当地执行对车辆13的这些试 验操作，并且这些试验操作不局限于图1的实施例。图3显示具有本发明的一个或多个方面的车辆试验设备的第二实施例。在该实施 例中，自动驾驶系统包括用于执行车辆13的遥控转向的这些部件或任选部件；然而，车辆 限动器9不用于保持车辆13在带22上的纵向位置的位置。代替地，自动驾驶系统还包括 用于控制车辆13的一个或多个车轮的驱动和/或制动的遥控速度控制系统40。换句话说， 遥控速度控制系统40用于在试验期间保持车辆13在带22的纵向位置。参照图4的示意图，类似于遥控转向系统观，遥控速度控制系统40包括可以将控 制信号提供给致动器的控制器32，所述致动器可操作地连接操作车辆的发动机或以其它方式驱动诸如在电动车辆或混合动力车辆中的电动机的车辆的一个或多个部件。例如，第一 致动器35可以可操作地连接到油门踏板37，而第二致动器39如果需要则可以可操作地连 接到制动踏板41。如果这两个踏板中的一个或两个都没有直接连接来使发动机、电动机和 /或制动系统运转，而是由制造商提供一个或多个传感器来检测踏板的操作，遥控速度控制 系统40则可以将适当的输入提供给车辆13的车载控制器42。传感器44 (示意性地显示)可操作地连接到车辆13以测量和提供指示车辆13在 带22上的纵向位移和/或位置的输出信号。可以将传感器输出信号提供给控制器32和/ 或试验设备控制器34。传感器44可以采取本领域的技术人员所理解的许多形式。在一个 示例性实施例中，传感器44是测量车辆13的一部分与平台16之间的距离的光学传感器。 可以使用基于机械、光学和/或电的其它形式的传感器。应该注意的是示出了两个传感器 36和44 ；然而，该示意图是出于理解的目的，并且不应该被认为是对在两个或更多个方向 进行检测的单个传感器或传感器组件还可以用于该示例性实施例或这里所述的示例性实 施例中的任一个中进行限制。此外，应该理解的是上述传感器或传感器组件中的任一个可以提供指示车辆在带 22上的位置、位移、速度和/或加速度的输出，使用任意形式的这种输出，这里所述自动驾 驶系统可以用于根据车辆在带22上的要求的位置、位移、速度和/或加速度控制车辆13在 带上的部件。虽然在该实施例中没有设置纵向限动器来有效地控制车辆13在带22上的纵向位 置，但是如果需要选择性地提供这种限制，则可以包括限动器。例如，可以具有适当的机构 (缆索、连杆、支柱等)来确保车辆13保持在带22上，并因此例如只有当已经超过移动的极 限或阈值时才使所述机构生效。在操作中，道路带22被驱动，同时将风对准车辆13。自动驾驶系统(包括遥控速 度控制系统40和遥控转向系统28)根据要求的要执行的试验操作。操作可以基于简单地 保持车辆13在带22上的要求的位置的自动驾驶系统28，同时例如对于正在对准车辆13的 风的速度或其它特征的变化、和/或例如通过平台16的旋转而造成的车辆13相对于风位 置的变化，观察上述测量值或其它测量值中的任一个。然而，在正在采用自动驾驶系统的情 况下，可以在先前没有获得的每一个试验过程中操作车辆13的速度和转向系统。例如，控 制器32和/或试验设备控制器34可以在每一个指定或选定的试验过程中操作自动驾驶系 统，可以对于车辆或操作状态的变化精确地重复所述指定或选定的试验过程。此外，控制器 32和/或试验设备控制器34可以采用本领域所公知的模型和/或控制算法，以模拟诸如但 不限于驾驶员反应延迟或过调的驾驶员反应或动作。在又一个实施例中，自动驾驶系统可以包括速度控制系统40，并且不包括遥控转 向系统观。如上所述，传感器44提供指示控制器32和/或试验设备控制器34的纵向位 移或位置的信号。在该实施例中，车辆限动系统46提供横向限制。在图5中所述的示例性 实施例中，车辆限动系统46包括一个或多个支柱48，所述支柱在带22上横向限制车辆13， 但是允许车辆的纵向运动。例如，一个或多个支柱48可以连接到平台16，用于如由双箭头 50所示的有限纵向运动。如本领域的技术人员所理解的，还可以使用使用缆索和/或支柱 的其它形式的限动器。这种限动器可以是如上所述的被动限动器，或者可以包括用于提供 横向限制和纵向柔量的诸如电动机或致动器的主动控制部件。
虽然已经参照优选的实施例说明了本发明，但是本领域的技术人员将认识到在不 背离本发明的精神和保护范围的情况下可以在形式和细节上做改变。例如，虽然上述实施 例每一个都包括在车辆的每一侧的两个分开的支撑件，但是这不应该被认为是限制性的。 在进一步的实施例中，一个或多个支撑件可以设置在车辆的每一侧。另外，每一个支撑件都 可以连接到车辆上的一个或多个点。
权利要求
1.一种用于车辆的道路系统，包括平台，所述平台具有被构造成支撑车辆的至少一个可移动环形带；传感器组件，所述传感器组件被构造成提供输出信号，所述输出信号指示所述车辆在 所述带上相对于至少一个参考轴线的位置、位移、速度和/或加速度；和自动驾驶系统，所述自动驾驶系统被构造成操作所述车辆的部件，以根据所述输出信 号相对于所述参考轴线控制在所述带上的所述车辆。
2.根据权利要求1所述的道路系统，其中，所述传感器组件布置用于检测所述车辆在 正交于紧邻所述车辆的所述带的运动方向的方向上横过所述带的横向位置、位移、速度和/ 或加速度。
3.根据权利要求2所述的道路系统，其中，所述自动驾驶系统被构造成控制所述车辆 的转向。
4.根据权利要求3所述的道路系统，还包括限动器，所述限动器连接到所述车辆和所 述平台以在所述带的运动方向上限制所述车辆。
5.根据权利要求4所述的道路系统，还包括横向限动器，所述横向限动器连接到所述 车辆和所述平台，从而当已经超过所述车辆在所述带上横向的选定位移时在正交于所述带 的运动的运动方向上选择性地横向限制所述带上的所述车辆。
6.根据权利要求1所述的道路系统，其中，所述传感器组件布置用于检测所述车辆在 紧邻所述车辆的所述带的运动方向上沿着所述带的纵向位置、位移、速度和/或加速度。
7.根据权利要求6所述的道路系统，其中，所述自动驾驶系统被构造成控制所述车辆 的速度。
8.根据权利要求7所述的道路系统，其中，所述传感器组件布置用于检测所述车辆在 正交于紧邻所述车辆的所述带的运动方向的方向上横过所述带的横向位置、位移、速度和/ 或加速度。
9.根据权利要求8所述的道路系统，其中，所述自动驾驶系统被构造成控制所述车辆 的转向。
10.根据权利要求9所述的道路系统，还包括限动器，所述限动器连接到所述车辆和所 述平台以在所述带的运动方向上限制所述车辆。
11.根据权利要求10所述的道路系统，其中，所述限动器包括横向限动器，所述横向限 动器连接到所述车辆和所述平台，从而当已经超过所述车辆在所述带上横向的选定位移时 在正交于所述带的运动的运动方向上选择性地横向限制所述带上的所述车辆。
12.根据权利要求1所述的道路系统，还包括风扇，所述风扇被构造成将空气吹送到所 述环形带上，并且其中，所述平台能够移动以相对于所述风扇选择性地对所述环形带进行 定向。
13.一种用于在具有可移动环形带的风洞中对车辆进行试验的方法，所述方法包括以 下步骤使所述环形带与存在的所述车辆一起旋转；检测所述车辆在所述带上相对于至少一个参考轴线的位置、位移、速度和/或加速度， 并且根据所述位置、位移、速度和/或加速度提供输出信号；以及接收所述输出信号作为自动驾驶系统中的输入，所述自动驾驶系统被构造成操作所述车辆的部件，以根据所述输出信号相对于所述参考轴线控制所述带上的所述车辆。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述检测步骤包括检测所述车辆在正交于紧邻所述车辆的所述带的运动方向的方向上横过所述带的横 向位置、位移、速度和/或加速度。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述操作步骤包括 使所述车辆转向。
16.根据权利要求13所述的方法，其中，所述检测步骤包括检测所述车辆在紧邻所述车辆的所述带的运动方向上沿着所述带的纵向位置、位移、 速度和/或加速度。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述操作步骤包括 控制所述车辆的速度。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述检测步骤包括检测所述车辆在正交于紧邻所述车辆的所述带的运动方向的方向上横过所述带的横 向位置、位移、速度和/或加速度。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述操作步骤包括 使所述车辆转向。
20.根据权利要求13所述的方法，还包括以下步骤相对于来自风扇的空气选择性地对所述环形带和所述车辆进行定向；以及 当空气和在所述车辆下方的带的一部分的移动不平行时，将空气吹送到所述车辆和所 述环形带上。
21.一种用于进行具有图示和/或所述的一个或多个特征的试验的方法。
22.—种具有这里所述的一个或多个特征的道路系统。
全文摘要
本发明提供了一种用于车辆(13)的道路系统(10)和用于对道路系统(10)上的车辆(13)进行试验的方法。道路系统(10)和/或方法包括具有至少一个可移动环形带(22)的平台(16)，所述至少一个可移动环形带被构造成支撑车辆(13)。传感器组件(36；42；44)被构造成提供指示车辆(13)相对于至少一个参考轴线在带(22)上的位置、位移、速度和/或加速度。自动驾驶系统(28；40)被构造成操作车辆(13)的部件，以根据输出信号相对于参考轴线控制带(22)上的车辆(13)。
文档编号G05D1/02GK102150030SQ200980135967
公开日2011年8月10日 申请日期2009年9月14日 优先权日2008年9月12日
发明者布拉德洛·C·李兹 申请人:Mts系统公司