DE10026190A1 - Anordnung zur Simulation von Seitenwind - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung 10 zur Simulation von an einem Fahrzeug 11 während der Fahrt angreifendem Seitenwind, mit verstellbaren Mitteln 12 zur Erzeugung von auf das in der Anordnung 10 befindliche Fahrzeug 11 einwirkenden Kräften, insbesondere Querkräften, und/oder Momenten. Dabei sind die verstellbaren Mittel 12 zur Erzeugung der Kräfte, insbesondere Querkräfte, und/oder Momente aus fahrzeugfesten, im wesentlichen senkrechten, motorisch um deren Hochachse 17 drehbare Flügel 15 gebildet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Simulation von an einem Fahrzeug während der Fahrt angreifenden Seitenwind, mit verstellbaren Mitteln zur Erzeugung von auf das in der Anordnung befindliche Fahrzeug einwirkenden Kräften, insbesondere Querkräften, und/oder Momenten.

Das Fahrverhalten eines Automobils wird u. a. nachhaltig von seinen aerodynamischen Eigenschaften bestimmt. Es kommt dabei im Zuge der Entwicklung eines aktiven Lenksystems mit automatischer Seitenwindkorrektur einer Anordnung zur Simulation von an einem Fahrzeug während der Fahrt angreifendem Seitenwind eine besondere Bedeutung zu.

Aus dem Stand der Technik sind dazu verschiedene Anordnungen zur Simulation von Seitenwind bekannt. Die bekannten Anordnungen beschränken sich dabei, wie z. B. aus der DE 41 39 359 A1 bekannt, auf Messungen in (Klima-) Windkanälen. Diese (Klima-) Windkanäle haben an sich den Vorteil, daß rasche Änderungen von Strömungsrichtungen, wie sie z. B. in natürlichem Windauftreten, in geeigneter Weise simuliert werden können, ebenso wie die aerodynamischen Eigenschaften und die Reaktion eines umströmten Körpers in einem Strömungsfeld mit sich rasch ändernder Strömungsrichtung festgestellt werden können. Dabei sind die Systembedingungen sehr genau einstellbar. Nachteilig ist aber bei den bekannten Anordnungen vor allem, daß sie ortsabhängig sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Anordnungen zur Simulation von Seitenwind unter Beibehaltung der bisherigen Vorteile in der Weise zu verbessern, daß die gewünschte Anordnung ortsunabhängig ist und außerdem universell einsetzbar ist, d. h. an allen interessierenden Fahrzeugtypen Seitenwind simuliert werden kann. Die gewünschte Anordnung soll dabei einfach und wirtschaftlich herstellbar, gut in der Handhabung und in den Funktionseigenschaften sein.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die verstellbaren Mittel zur Erzeugung der Kräfte, insbesondere Querkräfte, und/oder Momente aus fahrzeugfesten, im wesentlichen senkrechten, motorisch um deren Hochachse drehbare Flügel gebildet sind. Auf diese Weise wird erstmalig mit einfachen Mitteln ein ortsunabhängiges System zur Simulation von Seitenwind bereit gestellt, das an allen interessierenden Fahrzeugtypen einsetzbar ist. Durch die motorische Verstellung der Flügel um deren Hochachse ist außerdem eine stufenlose Winkelverstellung der Flügel möglich, d. h. unterschiedliches Seitenwindverhalten verschiedener Pkw kann durch die stufenlose Anstellung der Flügel untersucht werden. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung ist es insbesondere gelungen, daß gewünschte Giermoment durch die von den Flügeln erzeugte Kraft zu erreichen. Dies ist insofern von Bedeutung, weil die Erzeugung einer ausreichenden Seitenkraft aufgrund der Abmessungen der Flügel schwierig bzw. nicht möglich ist. Es wird dabei die optimale Ausnutzung der Flügel für das Giermoment erreicht, wenn diese gegensinnig angestellt werden, d. h. der Flügel bspw. vorne rechts wird im Drehsinn rechts angestellt und der Flügel hinten rechts mit dem entgegengesetzten Drehsinn. Es kann dadurch mit den Hebelarmen ein entsprechend großes Moment erzeugt werden, das bspw. dem Giermoment des bei einer entsprechenden Versuchsanordnung verwendeten Testfahrzeuges (Golf A3 Variant) entspricht, wenn dieser mit einer resultierenden Geschwindigkeit von 100 km/h und einem Schiebewinkel von β = 30°C angeströmt wird. Die Karosserieform eines Variants weist dabei ein sehr gutes Seitenwindverhalten aufweist.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bestehen die verstellbaren Mittel zur Erzeugung der Kräfte, insbesondere Querkräfte, und/oder Momente aus vier fahrzeugfesten, senkrecht stehenden Flügeln.

Nach einem weiteren Vorschlag der vorliegenden Erfindung werden die die verstellbaren Mittel zur Erzeugung der Kräfte, insbesondere Querkräfte, und/oder Momente bildenden, im wesentlichen senkrechten, motorisch drehbaren Flügel jeweils durch einen linearen Hubzylinder angestellt. Diese Hubzylinder sind dabei mit einem nicht selbsthemmenden Getriebe ausgerüstet, und die Hubzylinder stehen über ein Gelenk mit dem Trägerelement in Wirkverbindung.

Es empfiehlt sich, daß zur Aufnahme des jeweilig aktuellen Winkels der über die linearen Hubzylinder gedrehten Flügel jeweils ein Drehgeber, insbesondere ein absoluter Drehgeber, vorgesehen ist. Dabei ist zweckmäßig ein den Anstellwinkel der Flügel überwachender Regelkreis vorgesehen, derart, daß die von den Drehgebern aufgenommenen Werte in einem Rechner verarbeitet werden, und anschließend ein Korrektursignal an den jeweiligen Hubzylinder weitergegeben wird. Auf diese Weise überwacht ein ständiger Regelkreis den Anstellwinkel der Flügel.

Nach einem weiteren Vorschlag der vorliegenden Erfindung sind die die Kräfte, insbesondere die Querkräfte, und/oder Momente erzeugenden Flügel zur Ermöglichung der Simulation von Seitenwind von rechts und links im Profil im wesentlichen symmetrisch ausgebildet.

Es empfiehlt sich, daß die die Kräfte, insbesondere Querkräfte, und/oder Momente erzeugenden Flügel über Trägerelemente an dem Versuchsfahrzeug befestigt sind. Zweckmäßig sind dabei die Trägerelemente zum Befestigen der Flügel für den Transport zusammenklappbar ausgebildet. Dies ist notwendig, damit das Versuchsfahrzeug für den Transport auf dem Prüfgelände z. B. auf einen Pkw-Anhänger verladen werden kann. Es werden dazu die Trägerelemente des Giermomentensystems zusammengeklappt, so daß das Versuchsfahrzeug schmaler als 2,5 m ist. Es müssen nämlich ab 2,5 m Breite Verkehrsteilnehmer als Schwertransport angemeldet werden, was zusätzliche Umstände und Kosten verursachen würde.

Nach einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung sind die die Flügel haltenden Trägerelemente über Adapterbauteile an dem Versuchsfahrzeug befestigt.

Es empfiehlt sich, daß die Trägerelemente zum Befestigen der Flügel als zwei jeweils die beiden vorderen und die beiden hinteren Flügel miteinander verbindende Querträgerelemente ausgebildet sind. Dies ist eine konstruktiv einfache Möglichkeit zur Befestigung der Flügel an dem Versuchsfahrzeug.

Nach einem weiteren Vorschlag der vorliegenden Erfindung sind die Flügel über ein mittels einer Adapterplatte an dem jeweiligen Trägerelement festgelegten Gehäuse über eine jeweils an diesem befindliche Welle an dem Trägerelement befestigt.

Nach einem letzten Vorschlag der vorliegenden Erfindung sind die Trägerelemente als Mehrfachnutenprofile ausgebildet. Die Verwendung solcher Mehrfachnutenprofile hat den Vorteil, daß sämtliche Anbauteile sehr variabel zueinander angeordnet werden können.

Die Erfindung ist in den Figuren der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf die erfindungsgemäße Anordnung zur Simulation von Seitenwind mit Versuchsfahrzeug,

Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht eines Flügels der erfindungsgemäßen Anordnung,

Fig. 3 das Trägerelement zum Befestigen der Flügel an dem Versuchsfahrzeug im zusammengeklappten Zustand,

Fig. 4 das Trägerelement zum Befestigen der Flügel an dem Versuchsfahrzeug in auseinandergeklapptem Zustand, und

Fig. 5 eine schematische, perspektivische Ansicht eines an dem Trägerelement befestigten Flügels der erfindungsgemäßen Anordnung.

Die erfindungsgemäße Anordnung zur Simulation von an einem Fahrzeug während der Fahrt angreifendem Seitenwind ist generell mit 10 bezeichnet, daß besagte Fahrzeug ist mit 11 bezeichnet. Die Anordnung 10 zur Simulation von Seitenwind ist mit verstellbaren Mitteln 12 zur Erzeugung von auf das in der Anordnung 10 befindliche Fahrzeug 11 einwirkenden Kräften, insbesondere Querkräften, und/oder Momenten versehen. Die verstellbaren Mittel 12 zur Erzeugung der Kräfte und/oder Momente sind aus fahrzeugfesten, im wesentlichen senkrechten, motorisch um deren Hochachse 16 drehbare Flügel 15 gebildet, siehe neben der Fig. 1 auch die Fig. 5 der Zeichnung. Im dargestellten Ausführungsbeispiel bestehen, siehe Fig. 1 der Zeichnung, die verstellbaren Mittel 12 zur Erzeugung der Kräfte und/oder Momente aus vier fahrzeugfesten, senkrecht stehenden Flügeln 15. Die im wesentlichen senkrechten, motorisch drehbaren Flügel 15, die die verstellbaren Mittel 12 zur Erzeugung der Kräfte und/oder Momente bilden, werden jeweils durch eine linearen Hubzylinder 17 angestellt.

Die linearen Hubzylinder 17 sind jeweils mit einem in den Figur der Zeichnung nicht näher bezeichneten Gelenk an Trägerelementen 21 befestigt, über welche die die Kräfte und/oder Momente erzeugenden Flügel 15 an dem Versuchsfahrzeug 11 befestigt sind.

Zur Aufnahme des jeweilig aktuellen Winkels der über den linearen Hubzylinder 17 gedrehten Flügel 15 ist jeweils ein absoluter Drehgeber 18 vorgesehen. Weiterhin ist ein den Anstellwinkel der Flügel 15 überwachender Regelkreis vorgesehen, derart, daß die von den absoluten Drehgebern 18 aufgenommenen Werte in einem Rechner 19 verarbeitet werden, und anschließend ein Korrektursignal 20 an den jeweiligen Hubzylinder 17 weitergegeben wird. Die Winkel bei der Anstellung der Flügel 15 durch die elektrischen, linearen Hubzylinder 17, die mit einem nicht selbst hemmenden Getriebe ausgerüstet sind, werden also von den absoluten Drehgebern 18 aufgenommen, die für ein CAN-Bussystem ausgerüstet sein können. Die Drehgeber 18 können dabei von in den Figur der Zeichnung nicht gezeigten Drehgeberflanschen gehalten sein. Die aufgenommenen Werte werden in dem Rechner 19 weiterverarbeitet und in Form eines Korrektursignals 20 an den jeweiligen linearen Hubzylinder 17 weitergegeben, so daß ein ständiger Regelprozeß den Anstellwinkel der Flügel 15 überwacht.

Zur Ermöglichung der Simulation von Seitenwind von rechts und von links sind die die Querkräfte erzeugenden Flügel 15 im Profil symmetrisch ausgebildet. Es werden dabei, damit die Luftwiderstandskräfte zusätzlich ausgenutzt werden können, die Flügel 15 nur einseitig angestellt. Es wird dabei die optimale Ausnutzung der Flügel 15 für das Giermoment dann gewährleistet, wenn diese Flügel 15 gegensinnig angestellt werden. Das bedeutet, daß der Flügel 15 vorne rechts z. B. im Drehsinn rechts angestellt wird, und der Flügel 15 hinten rechts in dem entgegengesetzten Drehsinn. Dadurch wird mit den Hebelarmen ein entsprechend großes Moment erzeugt, welches z. B. dem Giermoment N = 333 Nm bei dem hier verwendeten Versuchsfahrzeug Golf A3 Variant entspricht, wenn dieser mit einer resultierenden Geschwindigkeit von 100 km/h und einem Schiebewinkel β = 30° angeströmt wird. Es weist die Karosserieform eines solchen Versuchsfahrzeuges ein sehr gutes Seitenwindverhalten auf. So erfährt dadurch, daß die Differenz der Seitenkräfte der hinteren und vorderen Achse nicht so groß sind, ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Karosserieform nur ein relativ kleines Giermoment. Andere Pkws, wie z. B. der Beetle, der Audi A3, der Golf A4 und besonders der Passat B5 (Limousine) erfahren sehr viel größere Giermomente. Im letztgenannten Falle muß, um das erforderliche Giermoment zu erreichen, z. B. die Fahrgeschwindigkeit auf 90 km/h erhöht werden, während bei den anderen genannten Fahrzeugtypen eine Fahrgeschwindigkeit von 70 km/h ausreicht. Sinnvoll ist es auch, vor Antritt des Versuchs die Windrichtung und Windgeschwindigkeit genau zu ermitteln, damit die Kräfte, die auf den Flügel 15 wirken, nicht zu groß werden. Zweckmäßig ist es auch, die Abmessungen der Flügel 15 nicht zu groß zu wählen, damit der Fahrer nicht zu sehr in seiner Sicht eingeschränkt wird und das Kraftfahrzeug sicher über das Testgelände bewegen kann.

Die die Kräfte und/oder Momente erzeugenden Flügel 15 sind, siehe auch die Fig. 3 und 4 der Zeichnung, über Trägerelemente 21 an dem Versuchsfahrzeug 11 befestigt. Dabei sind die Trägerelemente 21 zum Befestigen der Flügel 15 für den Transport zusammenklappbar ausgebildet. Das Trägerelement 21 besteht dabei aus drei Teilen. Der mittlere, längere Abschnitt ist dabei mit dem Pkw verbunden und die beiden äußeren Abschnitte sind mit Scharnieren 26 an dem mittleren Abschnitt befestigt. Eine derartige Anordnung ist insofern notwendig, damit das Versuchsfahrzeug 11 für den Transport auf dem Prüfgelände z. B. auf einen Pkw-Anhänger verladen werden kann. Dazu werden die Trägerelemente 21 des Giermomentensystems derart zusammengeklappt, daß das Versuchsfahrzeug 10 insgesamt schmaler als 2,5 m ist. Denn ab einer Breite von 2,5 m müssen Verkehrsteilnehmer als Schwertransport angemeldet werden, was zusätzliche Umstände und Kosten verursacht.

Die die Flügel 15 haltenden Trägerelemente 21 sind über Adapterbauteile 27 an dem Versuchsfahrzeug 11 befestigt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Trägerelemente 21 zum Befestigen der Flügel 15 als zwei jeweils die beiden vorderen und die beiden hinteren Flügel 15 miteinander verbindende Querträgerelemente 22 ausgebildet, siehe insbesondere die Fig. 1 der Zeichnung. Es sind dabei die Flügel 15 über ein mittels einer nicht näher bezeichneten Adapterplatte an dem jeweiligen Trägerelement 21 festgelegten Gehäuse 23 über eine jeweils an diesem befindliche Welle 24 an dem Trägerelement 21 befestigt. Die Trägerelemente 21 der erfindungsgemäßen Anordnung 10 sind als Mehrfachnutenprofile 25 ausgebildet, siehe die Fig. 5 der Zeichnung. Die Verwendung derartiger Mehrfachnutenprofile 25 hat den Vorteil, daß sämtliche Anbauteile sehr variabel miteinander montiert bzw. angeordnet werden können.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung 10 ist erstmalig ein ortsunabhängiges System zur Simulation von Seitenwind entwickelt worden. Dieses System soll dabei die Kräfte und Momente auf das Versuchsfahrzeug ausüben, die mit einem Winkel von 30° und einer Seitenwindgeschwindigkeit von 100 km/h wirken. Es gelten diese Werte wie erwähnt für das Versuchsfahrzeug Golf A3 Variant, andere Fahrzeuge, wie z. B. der Audi A3, der Lupo oder der Beetle reagieren bei einem anderen Schiebewinkel mit den größten Giermoment. Zur Simulation der Seitenwindkräfte werden an das Versuchsfahrzeug 11 vier Flügel 15 montiert. Die Flügel 15 werden mit Trägerelementen 21 und verschiedenen Adapterbauteilen 27 an dem Versuchsfahrzeug 11 installiert. Das Profil der Flügel 15 ist dabei symmetrisch, damit der Seitenwind von rechts und von links simuliert werden kann. Weil aufgrund des symmetrischen Profils, den Abmessungen der Flügel 15 und der niedrigen Anströmgeschwindigkeit die Auftriebskräfte der Flügel 15 nicht ausreichen und aus diesem Grunde eine Simulation nur in begrenztem Umfange möglich ist, werden, um ein maximales Giermoment zu erreichen, die Flügel 15 nur auf einer Seite des Versuchsfahrzeuges 11 angestellt. Dadurch werden die Luftwiderstandskräfte der Flügel 15 nutzbar gemacht und ergänzen sich mit den Auftriebskräften.

Die Flügel 15 werden auf die Welle 24 aufgebracht, wie z. B. geschraubt, die wiederum z. B. über zwei Rillenkugellager in dem Gehäuse 23 gelagert ist. Das Gehäuse 23 ist jeweils mit einer in den Figur der Zeichnung nicht bezeichneten Adapterplatte an dem Trägerelement 21 befestigt.

Zum Anstellen der Flügel 15 werden elektrische, lineare Hubzylinder 17 verwendet. Diese Hubzylinder sind mit einem in den Figur der Zeichnung nicht dargestellten, nicht selbst-hemmenden Getriebe ausgerüstet. Der Winkel der durch die Hubzylinder 17 angestellten Flügel 15 wird mit absoluten Drehgebern 18 aufgenommen, die z. B. für ein CAN-Bussystem ausgerüstet sind. Die von den Drehgebern 18 aufgenommenen Werte werden dann in einem Rechner 19 verarbeitet und anschließend in Form eines Korrektursignales 20 an den jeweiligen Hubzylinder 17 weitergegeben, so daß ein ständiger Regelprozeß den Anstellwinkel der Flügel 15 überwacht.

Wie bereits erwähnt, ist die dargestellte Ausführungsform nur eine bspw. Verwirklichung der Erfindung, diese ist nicht darauf beschränkt, es sind vielmehr noch mancherlei Abänderungen und Ausbildungen möglich. So können insbesondere die Trägerelemente 21 für die Flügel 15 eine von den Figur der Zeichnung abweichende Ausgestaltung haben, weiterhin denkbar ist eine andere Anordnung der die Kräfte und Momente erzeugenden Flügel 15 selbst. Weiterhin denkbar ist auch eine andere Ausgestaltung des den Anstellwinkel der Flügel 15 überwachenden Regelkreises.

BEZUGSZEICHENLISTE

10

Anordnung zur Simulation von Seitenwind

11

Versuchsfahrzeug

12

Verstellbare Mittel

15

Flügel

16

Hochachse (von

15

)

17

Hubzylinder

18

Drehgeber

19

Rechner

20

Korrektursignal

21

Trägerelement (von

15

)

22

Querträgerelemente

23

Gehäuse

24

Welle (in

23

)

25

Mehrfachnutenprofil

26

Scharnier (von

21

)

27

Adapterbauteile

Claims (12)

1. Anordnung (10) zur Simulation von an einem Fahrzeug (11) während der Fahrt angreifendem Seitenwind, mit verstellbaren Mitteln (12) zur Erzeugung von auf das in der Anordnung (10) befindliche Fahrzeug (11) einwirkenden Kräften, insbesondere Querkräften, und/oder Momenten, dadurch gekennzeichnet, daß die verstellbaren Mittel (12) zur Erzeugung der Kräfte, insbesondere Querkräfte, und/oder Momente aus fahrzeugfesten, im wesentlichen senkrechten, motorisch um deren Hochachse (16) drehbare Flügel (15) gebildet sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verstellbaren Mittel (12) zur Erzeugung der Kräfte, insbesondere Querkräfte, und/oder Momente aus vier fahrzeugfesten, senkrecht stehenden Flügeln (15) bestehen.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die verstellbaren Mittel (12) zur Erzeugung der Kräfte, insbesondere Querkräfte, und/oder Momente bildenden, im wesentlichen senkrechten, motorisch drehbaren Flügel (15) jeweils durch einen linearen Hubzylinder (17) angestellt werden.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufnahme des jeweilig aktuellen Winkels der über die linearen Hubzylinder (17) gedrehten Flügel (15) jeweils ein Drehgeber (18), insbesondere ein absoluter Drehgeber (18), vorgesehen ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Anstellwinkel der Flügel (15) überwachender Regelkreis vorgesehen ist, derart, daß die von den Drehgebern (18) aufgenommenen Werte in einem Rechner (19) verarbeitet werden, und anschließend ein Korrektursignal (20) an den jeweiligen Hubzylinder (17) weitergegeben wird.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die die Kräfte, insbesondere Querkräfte, und/oder Momente erzeugenden Flügel (15) zur Ermöglichung der Simulation von Seitenwind von rechts und links im Profil im wesentlichen symmetrisch ausgebildet sind.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die die Kräfte, insbesondere Querkräfte, und/oder Momente erzeugenden Flügel (15) über Trägerelemente (21) an dem Versuchsfahrzeug (11) befestigt sind.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerelemente (21) zum Befestigen der Flügel (15) für den Transport zusammenklappbar ausgebildet sind.

9. Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die die Flügel (15) haltenden Trägerelemente (21) über Adapterbauteile (27) an dem Versuchsfahrzeug (11) befestigt sind.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerelemente (21) zum Befestigen der Flügel (15) als zwei jeweils die beiden vorderen und die beiden hinteren Flügel (15) miteinander verbindende Querträgerelemente (22) ausgebildet sind.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel (15) über ein mittels einer Adapterplatte an dem jeweiligen Trägerelement (21) festgelegten Gehäuse (23) über eine jeweils an diesem befindliche Welle (24) an dem Trägerelement (21) befestigt sind.

12. Anordnung nach einem Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerelemente (21) als Mehrfachnutenprofile (25) ausgebildet sind.