用于建立网格网络和估计围绕车身表面的空气流动的方法和系统

摘要

本发明涉及用于建立网格网络和估计围绕车身表面的空气流动的方法和系统。一种建立用于分析围绕车身表面的空气流动的网格网络的方法，所述方法包括如下步骤：确定对于围绕表面的多个位置的空气流动的流动方向的多个估计值，和至少部分地基于所述多个估计值生成网格网络。网格网络包括多个网格线。每个网格线与接近所述多个位置中的相应的一个的流动方向都至少大体上对齐。

说明书

技术领域

本发明总体涉及车辆领域，且更具体地涉及用于估计围绕车身表面的空气流动并且建立用于估计围绕车身表面的空气流动的网格网络的方法和系统。

背景技术

目前，经常使用网格网络估计围绕车身的空气流动。典型地，这样的网格网络包括围绕车身表面的许多网格点。然后与空气流动和相关的力(例如升力和阻力)相关的多种测量值能够沿多个点测量，且然后汇集以确定对于车身表面的这些值的总体估计。

虽然在估计这样的多种流动值中使用这样的网格网络能够是有价值的，但为获得精确的结果一般地需要大量的网格点。例如，用于估计沿车身表面的空气流动所使用的典型的网格网络可能包括二千万至四千万或更多的网格点。因此，具有这样大量的网格点的典型网格网络的生成和使用可能是昂贵且费时的。另外，典型的网格网络也可能在其数值精度和稳定性方面提供并非最佳的结果。

因此，希望提供生成用于估计围绕车身的空气流动的网格网络的改进的方法，例如带有可能地更少的网格点和/或产生带有可能地增加的数值精度和/或稳定性的结果。也希望提供用于估计围绕车身表面的空气流动的改进的程序产品，例如带有可能地更少的网格点和/或产生带有可能地增加的数值精度和/或稳定性的结果。进一步希望提供用于估计围绕车身的空气流动的改进的系统，例如带有可能地更少的网格点和/或产生带有可能地增加的数值精度和/或稳定性的结果。

此外，本发明的其他希望的特征和特点将从随后的详细描述和所附的权利要求中结合附图和前述技术领域和背景技术而显而易见。

发明内容

根据本发明的示范性实施例，提供建立用于分析围绕车身表面的空气流动的网格网络的方法。方法包括如下步骤：对于围绕表面的多个位置确定空气流动的流动方向的多个估计值，和至少部分地基于所述多个估计值生成网格网络。网格网络包括多个网格线。每个网格线与接近多个位置中的相应的一个的流动方向至少大体上对齐。

根据本发明的另一个示范性实施例，提供建立用于分析围绕车身表面的空气流动的网格网络的程序产品。程序产品包括程序和计算机可读取信号承载介质。程序构造为至少便于：对于围绕表面的多个位置确定空气流动的流动方向的多个估计值，且至少部分地基于所述多个估计值生成网格网络。网格网络包括多个网格线。每个网格线与接近多个位置中的相应的一个的流动方向至少大体上对齐。计算机可读取信号承载介质承载所述程序。

根据本发明的另一个示范性实施例，提供建立用于分析围绕车身表面的空气流动的网格网络的系统。系统包括传感器和处理器。传感器构造为至少便于对于围绕表面的多个位置确定空气流动的流动方向的多个估计值。处理器联接到传感器，且构造为至少便于至少部分地基于所述多个估计值生成网格网络。网格网络包括多个网格线。每个网格线与接近多个位置中的相应的一个的流动方向至少大体上对齐。

附图说明

本发明在后文中将结合如下附图描述，其中类似的标号指示类似的元件，且其中：

图1是根据本发明的示范性实施例的用于生成网格网络且估计围绕车身表面的空气流动的过程的流程图；

图2是根据本发明的示范性实施例的用于生成网格网络且估计围绕车身表面的空气流动的系统的功能框图，且所述系统能够结合图1的过程实施；

图3是根据本发明的示范性实施例的车身表面的示意图，所述示意图示出围绕车身表面的估计的空气流动模式，且所述示意图能够结合图1的过程和图2的系统在生成网格网络中实施；

图4是根据本发明的示范性实施例的车身表面的示意图，所述示意图示出平行于图3的空气流动模式的方向的第一组单位向量，且所述示意图能够结合图1的过程和图2的系统在生成网格网络中实施；

图5是根据本发明的示范性实施例的车身表面的示意图，所述示意图示出法向于图4的第一组单位向量且还切向于所述表面的第二组单位向量，且所述示意图能够结合图1的过程和图2的系统在生成网格网络中实施；和

图6是根据本发明的示范性实施例的车身表面的示意图，图中分别示出图4的第一组单位向量和图5的第二组单位向量的交叉，且所述示意图能够结合图1的过程和图2的系统实施为网格网络。

具体实施方式

如下的详细描述在本质上仅是示范性的，且不意图于限制本发明或本发明的应用和使用。此外，不意图于受到在前述技术领域、背景技术、发明内容或如下的详细描述中存在的任何明确的或隐含的理论的限制。

本发明的实施例可以在此通过功能和/或逻辑块部件和多种处理步骤进行描述。应认识到的是这样的块部件可以通过任何数目的构造为以执行特定功能的硬件、软件和/或固件部件来实现。例如，本发明的实施例可以使用多种集成电路部件，例如存储元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查询表等，它们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多种功能。另外，本领域技术人员将认识到本发明的实施例可以结合用于任何数目的不同车辆类型的任何数目的不同的逆变器执行。

为简洁起见，与系统(和系统的单独的运行部件)的信号处理、数据传输、信号发送、控制和其他功能方面相关的常规技术可以在此不详细描述。此外，本文包含的各图中示出的连接线意图于表示各种元件之间的示例的功能关系和/或物理联接。应注意的是许多替代的或额外的功能关系或物理连接可以存在于本发明的实施例中。

图1是根据本发明的示范性实施例的用于生成网格网络且估计围绕车身表面的空气流动的过程100的流程图。在优选实施例中，过程100能够结合系统和/或程序产品实施，例如在图2中描绘的系统200和/或包括在图2中描绘的程序212的程序产品，如将结合图2在下文中进一步描述。

如在图1中描绘，过程100开始于生成围绕车身表面的预备网格网络的步骤(步骤102)。预备网格网络能够使用任何数目的不同技术来生成。如下所述，预备网格网络将用于通过过程100的多个剩余步骤来生成更精细的网格网络。在优选实施例中，预备网格网络由处理器生成，例如图2的计算机系统204的处理器206。

然后，预备网格网络用于确定围绕车身表面的多个点处的流动方向和速度的估计值(步骤104)。在优选实施例中，流动方向和速度的估计值通过使用在步骤102中生成的预备网格网络由一个或多个传感器(例如在图2中描绘的传感器202)来确定。同样在优选实施例中，对于沿预备网格网络的多个点中的每个点获得流动方向和速度的估计值，所述多个点代表沿车身表面的多个相应的点。

现在转到图3，提供根据本发明的示范性实施例的车身表面的示意图。示意图示出围绕车身表面的多个不同的空气流动模式300。在优选实施例中，空气流动模式300代表围绕车身表面的空气的流动方向和速度的估计值，如上所述在图1的步骤104中确定。同样在优选实施例中，空气流动模式300以及其中所表示的流动方向和速度的测量值由一个或多个传感器(例如图2的传感器202)估计，且在下文中进一步描述。如在图3中描绘，传感器202优选地接近车身表面而布置。空气流动模式300以及其中所表示的流动方向和速度的测量值能够用于生成各个单位向量，所述单位向量然后能够用于生成改进的网格网络，如现在在下文中将描述。

回到图1，基于流动方向和速度的估计值生成第一组单位向量(步骤106)。第一组单位向量中的每个生成为在预备网格网络上的特定点处的空气流动的流线方向上的单位向量，所述预备网格网络上的特定点表示车身表面上的特定点。特别地，第一组单位向量中的每个至少大体上平行于接近围绕车身表面的多个位置中的相应一个的流动方向。因此，第一组单位向量中的每个代表车身表面上的特定点的流动方向，如通过使用预备网格网络由流动方向和速度的估计值来确定。

在优选实施例中，第一组单位向量使用下式生成：

$>\overrightarrow{s}=\frac{{\overrightarrow{V}}_{\mathrm{EXT}}}{\left|{\overrightarrow{V}}_{\mathrm{EXT}}\right|}---\left(1\right)$>

其中V_EXT表沿车身表面的特定位置处的空气流动的外部速度，如从步骤104的估计的空气流动方向和速度确定，优选地使用图3的空气流动模式300来确定。在式1中，表示在流线方向s上的单位向量，在沿车身表面的特定点处，所述流线方向s平行于空气流动的方向且切向于车身的表面。同样在优选实施例中，第一组单位向量由处理器(例如图2的计算机系统204的处理器206)生成。

图4是车身表面的示意图，图中示出第一组单位向量400，如在图1的过程100的步骤106中生成的第一组单位向量。如在图4中示出，第一组单位向量400平行于图3的空气流动模式300的方向。即，第一组单位向量400中的每个都平行于在与特定第一单位向量400对应的沿车身表面的特定点处的相应的空气流动模式300的流动方向。

第二组单位向量也基于流动方向和速度的估计值而生成(步骤108)。第二组单位向量中的每个都生成为与第一组单位向量中的相应的一个正交的单位向量。特别地，第二组单位向量中的每个都至少大体上与流动方向正交，且与接近围绕车身表面的多个位置中的相应一个的车身表面正交，以及与第一组单位向量中的对应于此位置的相应的一个单位向量正交。

在优选实施例中，第二组单位向量使用下式生成：

$>\overrightarrow{t}=\overrightarrow{s}\times \overrightarrow{n}---\left(2\right)$>

其中代表对应于沿车身表面的特定点的第一单位向量，代表在对应于该单位向量的沿车身表面的相同的特定点处法向于所述表面的单位向量，且代表第二单位向量，所述第二单位向量对应于沿车身表面的相同特定点处的单位向量且还切向于所述表面。因此，对于沿车身表面的特定点的相应的向量彼此相互正交。同样在优选实施例中，第二组单位向量由处理器(例如图2的计算机系统204的处理器206)生成。

图5是车身表面的示意图，图中示出如在图1的过程100的步骤108中所生成的第二组单位向量500。如在图5中示出，第二组单位向量500与图4的第一组单位向量400的方向正交。即，对应于沿车身表面的一个特定点的第二组单位向量500中的每个都与对于沿车身表面的该特定点的第一组单位向量400中的相应的一个正交。

返回到图1，将认识到的是虽然第一或单位向量的生成在图1中描绘，且如上所述，该第一或单位向量的生成在第二或单位向量的生成之前，但这可以在其他实施例中改变。例如，在某些实施例中，第二或单位向量中的一些或全部可以在第一或单位向量中的一些或全部之前生成。另外，在某些实施例中，第二或单位向量中的一些或全部可以与第一或单位向量中的一些或全部同时生成。类似地，将认识到的是过程100的某些其他步骤可以同时或以任何次序执行，而与在图1中描绘的和/或在此描述的次序无关。

第一和第二单位向量然后相互插在一起以生成栅格(步骤110)。栅格代表第一和第二单位向量的重叠。第一和第二单位向量的此重叠产生多个线和点，其中每个代表第一单位向量中的一个和第二单位向量中相应的一个在特定点处的交叉点。在优选的实施例中，第一和第二单位向量使用处理器(例如图2的计算机系统204中的处理器206)相互插在一起。

图6是根据本发明的示范性实施例的车身表面的示意图，图中示出第一和第二单位向量的这种交叉。特别地，图6描绘代表图4的第一单位向量中的每个与图5的相应的第二单位向量500的交叉的栅格600，因此生成图6的栅格600。图6的栅格600上的每个点因此代表图4的第一单位向量400与图5的相应第二单位向量500的交叉点。

返回到图1，然后从栅格生成修正的网格网络(步骤112)。在优选实施例中，修正的网格网络在步骤112中生成，使得修正的网格网络包括多个网格线。网格线至少大体上与第一单位向量和第二单位向量对齐。在优选实施例中，每个网格线沿第一单位向量之一或第二单位向量之一的位置放置。同样在优选实施例中，网格线以与栅格中的第一和第二单位向量的交叉的相同或大体上相似的方式进行交叉。在最优选的实施例中，修正的网格网络的网格线具有与在步骤110中生成的栅格相同的模式。

因此，在优选实施例中，修正的网格网络的每个网格线都至少大体上与接近沿车身表面的相应位置的流动方向对齐。即，优选地，一半网格线平行于沿车身表面的特定点处的估计的流动方向(即，对应于第一单位向量)，而另一半网格线是交叉的网格线，所述交叉的网格线与沿车身表面的特定点处的估计的流动方向正交(即，对应于第二单位向量)。

再次参考图4至图6，优选地，一半网格线对应于图4的第一单位向量400，而另一半网格线对应于图6的第二单位向量500。修正的网格网络优选地代表相应第一单位向量400和第二单位向量500在沿车身表面的多个点处的交叉，例如如图6的栅格600中所反映的。

另外，且再次返回到图1，在优选的实施例中，修正的网格网络进一步包括多个网格点。每个网格点代表如下二者的交叉：(i)平行于沿车身表面的特定点处的流动方向的第一网格线，和(ii)与沿车身表面的特定点处的流动方向正交的第二网格线。网格点然后能够用于获得新的和/或可能地更有效的和/或更精确的空气流动的预测值和/或与之相关的测量值。

具体地，修正的网格网络可用于生成对于车身表面的阻力预测值(步骤114)和升力预测值(步骤116)和其他可能的值。在一个优选实施例中，可沿修正的网格网络的每个网格点通过使用应用Navier-Stokes方程的公知技术来预测这样的阻力和升力值。对应于修正的网格网络的不同网格点的估计值然后能够合计在一起，以生成对于阻力和升力的更有效和更精确的总体估计。

因为修正的网格网络的网格线与沿车身表面的各个点处的流动方向对齐，所以修正的网格网络提供了使用该修正的网格网络而获得所预测结果的可能地改进的精度和/或稳定性。例如，网格线与沿车身表面的各个点处的流动方向的对齐可能地降低了估计值和预测值中的数值误差。另外，与传统网格网络相比，这类似地允许以可能地更少的网格点来生成精确、可靠和稳定的估计。因此，根据图1的过程100生成的修正的网格网络可能地以降低的过程时间和成本并因而以可能地增加的效率获得更精确和稳定的结果。

图2是根据本发明的示范性实施例的以上所参考的系统200的功能框图，所述系统200用于生成网格网络且估计围绕车身表面的空气流动。如上所提及，系统200能够用于实施图1的过程100。另外，与系统200相关的程序产品或软件(例如，包括图2中描绘的且在下文中进一步描述的程序212)也能够用于实施图1的过程100。

在描绘的实施例中，系统200包括传感器202和计算机系统204。传感器202构造为至少便于确定围绕车身表面的各个位置处的空气流动的流动方向和速度的估计值。这对应于根据优选实施例的图1的过程100的步骤104。同样在优选实施例中，预备网格网络(优选地，由以下描述的处理器206生成)也用于确定流动方向和速度的这些估计值。传感器202优选地直接地或通过以下将描述的接口213和/或一个或多个其他接口、连接和/或联接间接地为以下将描述的处理器206提供流动方向和速度的这些估计值。在优选实施例中，传感器202构造为定位为靠近沿车身表面的一个或多个位置处，例如，如在图3中示出。

计算机系统204联接到传感器202。在优选实施例中，计算机系统204除其他潜在功能外，生成预备网格网络(对应于图1的过程100的步骤102)，接收来自传感器202的流动方向和速度的估计值，实施这些估计值而生成修正的网格网络(对应于图1的过程100的步骤106至112)，且生成阻力、升力和/或其他值的预测值(对应于图1的过程100的步骤112和114)。

在图2中描绘的实施例中，计算机系统204包括处理器206(如上所提及)、存储器208、计算机总线210、接口213(也如上所提及)和存储装置214。处理器206执行系统200的计算和控制功能，且可以包括任何类型的处理器或多个处理器、例如微处理器的单独的集成电路、或协同工作以完成处理单元的功能的任何合适数目的集成电路装置和/或电路板。在运行期间，处理器206执行优选地存储在存储器208内的一个或多个程序212，且例如控制计算机系统204的一般运行。

存储器208存储一个或多个程序212，所述程序212执行过程的一个或多个实施例，例如在图1中描绘的且在上文中相结合地描述的过程100，和/或其多个步骤和/或其他过程。存储器208可以是任何合适类型的存储器。这可以包括多种类型的动态随机存取存储器(DRAM)(例如SDRAM)、各种类型的静态随机存取存储器(SRAM)、和各种类型的非易失性存储器(PROM、EPROM和闪存)。应理解的是存储器208可以是单一类型的存储部件，或可以包括许多不同类型的存储部件。另外，存储器208和处理器206可以在共同地组成计算机系统204的数个不同的计算机间分布。例如，存储器208的一部分可以驻留在特定设备或过程内的计算机上，且另一部分可以驻留在远程计算机上。

计算机总线210用于在计算机系统204的各种部件之间传输程序、数据、状态和其他信息或信号。计算机总线210可以是连接计算机系统和部件的任何合适的物理或逻辑装置。这包括但不限制于直接硬线连接、光纤、红外和无线总线技术。

接口213允许例如从系统操作者和/或另外的计算机系统到计算机系统204的通信，且可使用任何合适的方法和设备实施。接口213可包括一个或多个网络接口，以在传感器202、系统200的任何其他的部件、一个或多个终端接口内通信，以与技术员通信，且包括一个或多个存储接口以连接到例如存储装置214的存储设备。

存储装置214能够是任何合适类型的存储设备，包括直接访问存储装置，例如硬盘驱动器、闪存系统、软盘驱动器和光盘驱动器。在一个示范性实施例中，存储装置214是程序产品，从该程序产品中存储器208能够接收程序212，所述程序212执行所述程序产品的过程和/或步骤的一个或多个实施例，如在下文中进一步详述。在一个优选实施例中，这样的程序产品能够实施为计算机系统204和/或其一个或多个部件的一部分，或插入到或以其他方式联接到所述计算机系统204和/或其一个或多个部件。如在图2中示出，存储装置214可包括使用盘215来存储数据的磁盘驱动器装置。作为一个示范性实施，计算机系统204也可以利用互联网网站，例如用于提供或维护数据或在其上进行运行。

将认识到的是虽然该示范性实施例在具有完全功能的计算机系统的背景中描述，但是，本领域技术人员将认识到本发明的机制能够作为程序产品以多种形式分配，且认识到本发明等同地应用而与用于执行分配的计算机可读取信号承载介质的特定类型无关。信号承载介质的例子包括：例如软盘、硬盘驱动器、存储卡和光盘(例如，盘215)的可记录介质，和例如数字和模拟通信连接装置的传输介质。将类似地认识到的是计算机系统204也可以以别的方式与图2中描绘的实施例不同，例如不同在于计算机系统204可以联接到或可以以其他方式利用一个或多个远程计算机系统和/或其他控制系统。

因此，提供用于估计围绕车身表面的空气流动且建立用于估计围绕车身表面的空气流动的网格网络的改进方法。也提供实施该改进方法的步骤的改进程序产品。另外，提供用于估计围绕车身表面的空气流动且建立用于估计围绕车身表面的空气流动的网格网络的改进系统。所提供的方法、程序产品和系统提供对于围绕车身表面的空气流动和与之相关的例如阻力和升力的各个值的可能地改进的估计和预测。例如，该方法、程序产品和系统以可能地更少的耗时、更低的成本和更有效的方式，提供对于这些值的改进的估计和预测而带有所述估计和预测的可能地改进的精度和/或稳定性。

虽然已在前述详细描述中给出至少一个示范性实施例，但是应认识到的是存在大量变化。也应认识到的是一个或多个示范性实施例仅是例子且不意图于以任何方式限制本发明的范围、可应用性或构造。相反，前述详细描述将为本领域技术人员提供用于实施一个或多个示范性实施例的方便的路线图。应理解的是在不偏离由所附权利要求及其合法等同权利要求所阐明的本发明范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。