DE102006043449A1 - Aerodynamic stabilizer for vehicle e.g. car, has aerodynamic vanes automatically retracted during return of wheel hub of steering wheels to angle that is smaller than minimally assigned angle of turn - Google Patents

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    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D37/00Stabilising vehicle bodies without controlling suspension arrangements
    • B62D37/02Stabilising vehicle bodies without controlling suspension arrangements by aerodynamic means

Abstract

The stabilizer has aerodynamic vanes (8) arranged on a roof of a vehicle at an angle. The centre of the action of the stabilizer is positioned over the centre of gravity (3) of the vehicle or in the proximity of a vertical direction of the centre of gravity. The vanes are automatically implemented into an active condition during the achievement of a wheel hub of steering wheels (7) about a minimally assigned angle of turn. The vanes are automatically retracted during the return of the wheel hub of the steering wheels to an angle that is smaller than the minimally assigned angle of turn.

Description

Das Gebiet der Anwendung der vorgeschlagenen Erfindung sind Fahrzeuge mit erhöhtem Schwerpunkt, und vor allem – zweigeschossigen Busse oder Busse mit hoch gehobenem Passagiersalon für ferne Schnellfahrten.The Field of application of the proposed invention are vehicles with an increased emphasis, and above all - two-storey buses or buses with high-rise passenger lounge for long-distance high-speed trips.

Aerodynamische (hydrodynamische) Seitenruder sind im Luft- und Wassertransport allgemein bekannt (s. z.B. „Aeroelastik", Lueger Lexikon der Technik, Deutsche Verlags-Anstalt, Stuttgart, Band 12, S. 16–18 ). Diese Ruder sind für die Veränderung der Bewegungsrichtung (für die Wendung um die senkrechte Achse) bestimmt, und das horizontale Drehmoment wird dadurch erreicht, dass dieses Ruder in der horizontalen Ebene vom Schwerpunkt den Abstand I hat. Wenn die Querkomponente der aerodynamischen Kraft des Ruders Faq ist, so ist das horizontale Drehmoment Ma = FaqI Bei der Bewegung des Fahrzeugs der Masse m mit der Geschwindigkeit v in der Kurve mit dem Radius R (1) wirkt auf das Fahrzeug die Zentrifugalkraft Fzf = mv2/R, deren Kippenmoment Mk = mV2h/R entspricht, wo h – die Höhe des Schwerpunktes (3) des Autos über dem Weg ist. (Hier wird weiter gemeint, dass die Kupplung der Räder des Autos mit dem Weg den Schlupf ausschließt). Die Stabilität des Autos wird mit dem Moment der Schwerkraft MG = mgb/2 gewährleistet, wo b – die Breite der Spur des Autos. Vorbehaltlich Mzf > MG, d.h. v2h/R > gb/2, wird das Auto in der Kurve umgekippt.Aerodynamic (hydrodynamic) rudders are well known in air and water transport (see eg "Aeroelastics", Lueger Encyclopedia of Technology, Deutsche Verlags-Anstalt, Stuttgart, Volume 12, pp. 16-18 ). These rudders are intended for changing the direction of movement (for the turn around the vertical axis), and the horizontal torque is achieved by having this rudder in the horizontal plane from the center of gravity at the distance I. If the transverse component of the aerodynamic force of the rudder is F aq , then the horizontal torque M a = F aq I When moving the vehicle of the mass m at the speed v in the curve of radius R (FIG. 1 ) acts on the vehicle, the centrifugal force F zf = mv 2 / R, the tilting moment M k = mV 2 h / R corresponds, where h - the height of the center of gravity ( 3 ) of the car is over the way. (Here it is further suggested that the coupling of the wheels of the car with the way excludes the slip). The stability of the car is ensured with the moment of gravity M G = mgb / 2, where b - the width of the car's lane. Subject to M zf > M G , ie v 2 h / R> gb / 2, the car is overturned in the curve.

Für die Erhöhung der Stabilität des Autos in der Kurve bei der hohen Geschwindigkeit wird vorgeschlagen, den aerodynamischen Stabilisator aus dem System der senkrechten aerodynamischen Schaufeln (8) (die Abschnitte des Tragflügels) auszunutzen, die unter dem Winkel des Sturmangriffes angeordnet sind und deren Zentrum der Wirkung (6) über dem Schwerpunkt des Autos (3) eingerichtet wird. Wenn die Querkomponente der aerodynamischen Kraft Faq dabei wirkt, dann wirkt gegen das Umkippen des Autos das aerodynamische Moment Ma =FaqH, wo H – die Höhe des Zentrums der Wirkung des Systems der Schaufeln (6) über dem Weg. In diesem Fall wird die Stabilität des Autos bedeutend erhöht, da die Beachtung der stärkeren Bedingung Mzf > MG + Ma für sein Umkippen notwendig ist. Dazu wirkt auf das Auto zusätzlich die Zentripetalkraft Fz = Faq, die von der Kupplung der Räder des Autos mit dem Weg nicht abhängt, was die Wahrscheinlichkeit für den Schlupf verringert.For increase of stability of the car in a curve at high speed it is suggested to remove the aerodynamic stabilizer from system of vertical aerodynamic blades ( 8th ) (the sections of the wing) which are arranged at the angle of the attack and whose center of action ( 6 ) above the center of gravity of the car ( 3 ) is established. If the transverse component of the aerodynamic force F aq acts, the aerodynamic moment M a = F aq H, where H - the height of the center of the action of the system of blades ( 6 ) over the way. In this case, the stability of the car is significantly increased, since the consideration of the stronger condition M zf > M G + M a is necessary for its overturning. For this purpose on the car there is an additional centripetal force F z = F aq which does not depend on coupling of car wheels with a road that reduces probability of slipping.

Die Theorie gibt die Formel der Querkomponente der aerodynamischen Kraft, die bei laminarer Strömung auf die Einheit der Oberfläche des Stabilisators unter dem Winkel des Sturmangriffes α und der Geschwindigkeit des Autos v wirkt:
Faq/A = ρv2sinαsin2α, wo ρ = 1,3 kg/m3 – die Dichte der Luft ist. Analyse dieser Funktion auf Extremum zeigt auf, dass die maximale Querkomponente der aerodynamischen Kraft bei dem Winkel des Sturmangriffes von ca. 55° geschaffen wird. Dabei wird auf die Einheit der Oberfläche des Stabilisators bei der Geschwindigkeit 90 km/h die querlaufende Kraft 625 N/m2 geschaffen und schon bei 140 km/h – die Kraft 1500 N/m2. Ein Stabilisator mit der Gesamtfläche 2 m2 wird für das letzte Beispiel die querlaufende Kraft von über 3000 N geben. Unter Berücksichtigung der aerodynamischen Hebekraft des Flügels (die Zirkulation des Vektors der Geschwindigkeit des Umströmens des Flügels) wird diese Wirkung ungefähr doppelt so viel.
The theory gives the formula of the transverse component of the aerodynamic force acting at laminar flow on the unit of the surface of the stabilizer at the angle of the storm attack α and the speed of the car v:
F aq / A = ρv 2 sinαsin2α, where ρ = 1.3 kg / m 3 - the density of the air. Analysis of this function on extremum reveals that the maximum transverse component of the aerodynamic force is created at the angle of the attack of about 55 °. At the same time on unit of a surface of the stabilizer at speed of 90 km / h the cross-section force of 625 N / m 2 is created and already at 140 km / h - force 1500 N / m 2 . A stabilizer with the total area of 2 m 2 will give the transverse force of over 3000 N for the last example. Taking into account aerodynamic lifting force of a wing (circulation of the vector of speed of a current of a wing) this effect becomes approximately twice as much.

Die Schaufeln des Stabilisators ("linke" (8L) und "rechte" (8R)) werden auf dem Dach des Autos unter dem Winkel der meisten Wirkung eingerichtet (2) und werden mittels des Aufstellens in den aktiven Zustand bei dem Erreichung den Radnaben der Steuerräder (7) um mehr als den aufgegebenen minimalen Winkel der Wendung automatisch gebracht: bei der Wendung nach rechts – die "rechte" Schaufeln (8R18R4), bei der Wendung nach links – "linke" (8L18L4). Bei der Rückkehr der Radnaben der Steuerräder (7) zum Winkel, der minimal aufgegeben Winkel kleiner ist, kehren die Schaufeln (8) automatisch in die aufgeräumten Lage zurück. (An der 2 als Beispiel wurden nur 8 Schaufeln gezeigt).The blades of the stabilizer ("left" ( 8L ) and "right" ( 8R )) are set up on the roof of the car at the angle of most effect ( 2 ) and by means of setting in the active state in the achievement of the wheel hubs of the steering wheels ( 7 ) by more than the set minimum angle of turn automatically: at turn to the right - the "right" blades ( 8R1 - 8R4 ), at the turn to the left - "left" ( 8L1 - 8L4 ). When returning the wheel hubs of the steering wheels ( 7 ) to the angle, the minimum given angle is smaller, the blades return ( 8th ) automatically returns to the tidy position. (At the 2 as an example, only 8 blades were shown).

Der angebotene aerodynamische Stabilisator unterscheidet sich von den Flug- oder Schiffsrudern für einen Verwendungszweck als auch nach der Anordnung aus. Für Verwendungszweck: er ist nicht für die Wendung in der horizontalen Ebene, sondern für die Schaffung des Drehmomentes bezüglich der horizontalen Achse in der Bewegungsrichtung und für die Schaffung der zusätzliche Zentripetalkraft vorbestimmt. Nach der Anordnung: das Zentrum seiner Wirkung (6) wurde möglichst weiter vom Schwerpunkt nicht ertragen, sondern richtet sich auf der senkrechten Achse über dem Schwerpunkt des Autos (3) (oder unweit dieser Vertikale) ein.The offered aerodynamic stabilizer differs from the aircraft or boat for a purpose of use as well as the arrangement. For intended use: it is not intended for the turn in the horizontal plane, but for the creation of the torque with respect to the horizontal axis in the direction of movement and for the creation of the additional centripetal force. After the arrangement: the center of its action ( 6 ) was not sustained as far as possible from the center of gravity, but is aimed at the vertical axis above the center of gravity of the car ( 3 ) (or near this vertical).

Auf solche Weise, verringert die Anwendung des Systems der Stabilisatoren das Risiko des Fahrzeugs, in der Kurve umzukippen.On such way, reduces application of system of stabilizers the risk of the vehicle overturning in the curve.

11
Fahrzeuggehäusevehicle body
22
Räderbikes
33
Schwerpunkt des Autosmain emphasis of the car
44
Kippenachsetilting axis
55
Wirkungspunkt der Schaufelaction point the shovel
66
Wirkungspunkt des Schaufeinsystemsaction point of the vane system
77
Steuerrädersteering wheels
88th
Schaufeln: 8R18R4 – „rechte" Schaufeln, 8L18L4 – „linke" Schaufelnbuckets: 8R1 - 8R4 - "right" blades, 8L1 - 8L4 - "left" blades

Claims (1)

Der aerodynamische Stabilisator des Fahrzeuges mit dem erhöhten Schwerpunkt, bestehend aus dem System der senkrechten einziehbaren aerodynamischen Schaufeln (8) (Abschnitte des Tragflügels), angeordnet auf das Dach des Fahrzeuges unter dem Winkel des Sturmangriffes der meisten Aktion, aus denen die Hälfte unter dem linken Winkel angeordnet ist, und andere Hälfte – unter dem rechten Winkel, gekennzeichnet dadurch, dass das Zentrum der Aktion dieses Stabilisators (6) über dem Schwerpunkt des Fahrzeugs (3) (oder in der Nähe von der Vertikale dieses Schwerpunkts) sich einrichtet, und dass die Schaufeln (8) automatisch in dem aktiven Zustand beim Erreichen der Radnaben der Steuerräder (7) des minimal aufgegebenen Winkels der Wendung (entsprechend, bei der Wendung nach rechts – die „rechte" Schaufeln (8R), bei der Wendung nach links – die „linke" Schaufeln (8L)) aufgeführt werden, und die bei der Rückkehr der Radnaben der Steuerräder (7) zum Winkel, der minimal aufgegebener kleiner ist, automatisch eingezogen werden.The aerodynamic stabilizer of the vehicle with the increased center of gravity, consisting of the system of vertical retractable aerodynamic blades ( 8th ) (Sections of the wing), arranged on the roof of the vehicle at the angle of the assault of most action, of which half is arranged at the left angle, and other half - at a right angle, characterized by being the center of action this stabilizer ( 6 ) above the center of gravity of the vehicle ( 3 ) (or near the vertical of this center of gravity) and that the blades ( 8th ) automatically in the active state when reaching the wheel hubs of the steering wheels ( 7 ) of the minimum set angle of turn (corresponding, at turn to the right - the "right" blades ( 8R ), at turn to the left - the "left" blades ( 8L )) and the return of the wheel hubs of the steering wheels ( 7 ) to the angle, which is minimally set smaller, will be fed automatically.
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WO2011020818A1 (en) * 2009-08-17 2011-02-24 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Vehicle having a roof and at least one vortex generator
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DE2729601A1 (en) * 1976-07-12 1978-01-19 Vincenco Ainis AIR STABILIZING FLUIDS FOR MOTOR VEHICLES

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