DE102011114767A1

DE102011114767A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung von einstellbaren aerodynamischen Vorrichtungen von Fahrzeugen

Info

Publication number: DE102011114767A1
Application number: DE102011114767A
Authority: DE
Inventors: Felix Schröder
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2011-10-01
Filing date: 2011-10-01
Publication date: 2013-04-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung von wenigstens einer einstellbaren aerodynamischen Vorrichtung (4, 5) von Fahrzeugen (10) in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Lenkwinkels und zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass die aerodynamische Vorrichtung (4, 5) zusätzlich in Abhängigkeit der Querbeschleunigung des Fahrzeugs (10) und/oder der Lenkwinkelgeschwindigkeit gesteuert werden. Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung von wenigstens einer einstellbaren aerodynamischen Vorrichtung von Fahrzeugen in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Lenkwinkels. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit wenigsten einer einstellbaren aerodynamischen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Aus der DE 38 28 752 A1 ist ein solches gattungsbildendes Verfahren bekannt, bei dem der Anstellwinkel eines Heck- oder Frontspoiler als aerodynamische Vorrichtung eines Fahrzeugs in Abhängigkeit von Fahrparametern des Fahrzeugs, insbesondere von Fahrgeschwindigkeit, Kurvenfahrt, Beschleunigung oder Bremsung so gesteuert wird, dass dieses Fahrzeug sich ständig in einer optimalen Stabilitätslage befindet, wobei alle Fahrparameter, die für einen optimalen Anstellwinkel der Spoiler von Wichtigkeit sind, an eine Steuer- und Regeleinheit gegeben und dort in Echtzeitbetrieb zu einem optimalen Anstellwinkel des Spoilers verarbeitet werden.
Weiterhin ist in der DE 101 02 633 A1 ein Kraftfahrzeug mit mehreren schwenkbaren Stabilisierungsflossen als aerodynamische Vorrichtungen mit einem zugehörigen Steuergerät zum Verarbeiten von Fahrzustandsparametern und zum Vorgeben von Stellgrößen für die Stabilisierungsflossen beschrieben, wobei als Fahrzustandsparameter die Giergeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs verwendet wird.
Bei diesen bekannten Verfahren sollen diese einstellbaren aerodynamischen Vorrichtungen, wie bspw. Fleck- oder Frontspoiler so angesteuert werden, dass einerseits eine ausreichende Stabilisierung aber auch gleichzeitig der Luftwiderstand nicht zu groß wird, der dann zu einem erhöhten Treibstoffverbrauch führen würde. Ein Problem besteht darin, dass bei solchen bekannten Verfahren nicht ausreichend auf eine verbesserte Querdynamik des Fahrzeugs geachtet wird, d. h. in manchen Fällen die aerodynamischen Vorrichtungen nicht bedarfsgerecht gesteuert werden, also bspw. der Luftwiderstand bzw. der Auftrieb zu groß ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Querdynamik eines Fahrzeugs durch entsprechende Steuerung von aerodynamischen Vorrichtungen verbessert wird. Weiterhin ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Fahrzeug zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens anzugeben.
Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Ein solches Verfahren zur Steuerung von einstellbaren aerodynamischen Vorrichtungen von Fahrzeugen in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Lenkwinkels zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass die aerodynamischen Vorrichtungen zusätzlich in Abhängigkeit der Querbeschleunigung des Fahrzeugs und/oder der Lenkwinkelgeschwindigkeit gesteuert werden.
Mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Zielkonflikt zwischen Luftwiderstand und Querdynamikeigenschaften bei höheren Geschwindigkeiten besonders gut gelöst.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden die aerodynamischen Vorrichtungen in Abhängigkeit der von dem Fahrer des Fahrzeugs eingestellten Fahrdynamik-Charakteristik des Fahrzeugs gesteuert. So wird auch die Einstellung der aerodynamischen Vorrichtung, bspw. eines Heck- oder Frontspoilers an den gewählten Fahrstil des Fahrers, also bspw. an einen komfortablen oder einen sportlichen Fahrstil angepasst und damit eine Optimierung zwischen Luftwiderstand und Anpresskraft der Räder auf die Straße erreicht.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ergibt sich dadurch, dass die Steuergröße für die aerodynamische Vorrichtung über eine Kennlinie in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder Lenkwinkel und/oder Querbeschleunigung und/oder Lenkwinkelgeschwindigkeit und/oder der eingestellten Fahrdynamik-Charakteristik ermittelt wird. Diese Kennlinien werden vorab modellspezifisch durch Versuche ermittelt und dann in einem Steuergerät abgelegt, so dass dadurch eine einfache und kostengünstige Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens gegeben ist.
Wird die Steuergröße gleichzeitig in Abhängigkeit mehrerer fahrdynamischer Größen des Fahrzeugs bestimmt, wird weiterbildungsgemäß die Steuergröße als Maximum der über mehrere Kennlinien bestimmten Steuergrößen ermittelt.
Die zweitgenannte Aufgabe wird gelöst durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6.
Ein solches Fahrzeug, vorzugsweise Kraftfahrzeug mit wenigstens einer einstellbaren aerodynamischen Vorrichtung zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass eine Antriebseinrichtung zur Steuerung der aerodynamischen Vorrichtung vorgesehen ist, ferner eine Steuereinrichtung ausgebildet ist in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder des Lenkwinkels und/oder der Querbeschleunigung des Fahrzeugs und/oder der Lenkwinkelgeschwindigkeit die aerodynamische Vorrichtung zu steuern, und schließlich Sensormittel zur Ermittlung der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder des Lenkwinkels und/oder der Querbeschleunigung des Fahrzeugs und/oder der Lenkwinkelgeschwindigkeit vorgesehen sind.
Ein solches Fahrzeug, vorzugsweise mit einem Heck- und/oder Frontspoiler als aerodynamische Vorrichtung lässt sich ohne erheblichen Mehraufwand realisieren, da die hierzu erforderlichen Komponenten in der Regel in modernen Fahrzeugen, insbesondere in Kraftfahrzeugen bereits vorhanden sind und daher nur eine Anpassung der Software erforderlich ist.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Fahrzeug eine Vorrichtung zur Einstellung der Fahrdynamik-Charakteristik aufweist und die Steuereinrichtung ausgebildet ist in Abhängigkeit der von einem Fahrer eingestellten Fahrdynamik-Charakteristik die aerodynamische Vorrichtung zu steuern.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:
1 ein schematisches Blockschaltbild eines Fahrzeuges mit Heck- und Frontspoiler gemäß der Erfindung,
2 eine Querbeschleunigung-Spoilerstellung-Kennlinie zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
3 eine Lenkwinkelgeschwindigkeit-Spoilerstellung-Kennlinie zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
4 eine Drive-Select-Spoilerstellung-Kennlinie zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Das in 1 schematisiert dargestellte Kraftfahrzeug 10 umfasst einen einstellbaren Heckspoiler 4 und einen einstellbaren Frontspoiler 5, wobei einstellbar heißt, dass der Anstellwinkel dieser Spoiler 4 und 5 verstellt werden kann. Das bedeutet, dass ein großer Einstellwinkel den dadurch bewirkten aerodynamischen Auftrieb verringert bzw. den Luftwiderstand vergrößert, während ein kleiner Einstellwinkel den Luftwiderstand wieder verringert.
Die beiden Spoiler 4 und 5 werden jeweils von einer Antriebseinrichtung 2 bzw. 3 angetrieben und umfasst einen Elektromotor. Die beiden Antriebseinrichtungen 2 und 3 werden von einem Steuergerät 1 angesteuert, erzeugt Steuersignale, deren Steuergröße in Abhängigkeit von fahrdynamischen Größen des Fahrzeugs 10 bestimmt werden.
Als Eingangsgrößen zur Erzeugung einer Steuergröße für den Heckspoiler 4 und den Frontspoiler 5 sind die fahrdynamischen Größen Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs 10, Lenkwinkel der vorderen Räder bzw. bei Fahrzeugen mit mehreren gelenkten Achsen der Gesamtlenkwinkel des Kraftfahrzeugs 10, die Lenkwinkelgeschwindigkeit, also die Geschwindigkeit, mit der der Fahrer des Kraftfahrzeugs 10 das Lenkrad bewegt und Fahrzeuggeschwindigkeit vorgesehen. Für jede diese Größen ist eine Kennlinie in dem Steuergerät 1 hinterlegt, aus der eine Steuergröße ermittelt wird.
So zeigen die 2 und 3 beispielhaft für die Größen Querbeschleunigung und Lenkwinkelgeschwindigkeit solche Kennlinien, wobei als Steuergröße die Spoilerstellung in einer %-Angabe vorliegt, sich also zwischen dem Wert 0% und dem maximalen Wert 100% bewegt. Dabei entspricht einem Wert von 0% der kleinste Anstellwinkel des Heckspoilers 4 oder des Frontspoilers 5, während dem Wert von 100% der größte Anstellwinkel entspricht.
Ferner kann die Steuergröße zur Einstellung des Anstellwinkels des Heckspoilers 4 und/oder des Frontspoilers 5 in Abhängigkeit der von dem Fahrer des Fahrzeugs eingestellten Fahrdynamik-Charakteristik des Fahrzeugs gesteuert. Diese Funktion, hier Drive-Select genannt, erlaubt dem Fahrer bspw. die Einstellung von drei Charakteristiken. In einem ersten Modus 1, auch „Komfort” genannt, ist ein komfortables und entspanntes Fahren auf langen Strecken oder holprigen Straßen möglich, ein zweiter Modus 2, auch „auto” genannt, ist für ein ausgewogenes Fahren vorgesehen und ein dritter Modus 3, auch „dynamik” genannt lässt ein sportliches Fahren zu. Die Kennlinie gemäß 4 zeigt zu diesen Einstellungen „1”, „2” und „3” die jeweilige Spoilerstellung in ebenfalls einer %-Angabe für den Heckspoiler 4 und/oder den Frontspoiler 5. Auch diese Kennlinie gemäß 4 ist in dem Steuergerät 1 hinterlegt.
Die oben genannten Eingangsgrößen zur Ermittlung der Steuergröße über das jeweilige Kennfeld werden von Sensoren 6, 7 und 8 als Sensormittel erfasst und dem Steuergerät 1 zugeführt, wobei diese Sensoren 6, 7 und 8 nur beispielhaft aufgeführt sind.
Die Einstellung des Anstellwinkels des Heckspoilers 4 und/oder des Frontspoilers 5 in Abhängigkeit der genannten fahrdynamischen Größen des Kraftfahrzeugs 10, insbesondere der Größen Querbeschleunigung, Lenkwinkelgeschwindigkeit und Fahrdynamik-Charakteristik führt zu einer Verbesserung der Querdynamik des Kraftfahrzeug 10, so dass auch ein optimierter Treibstoffverbrauch erreicht wird. Insbesondere in querdynamisch kritischen Fahrsituationen wird bedarfsgerecht der aerodynamische Auftrieb verkleinert bzw. außerhalb kritischer Situationen, der Luftwiderstand verringert.
Werden mehrere solcher Eingangsgrößen zur Ermittlung einer Steuergröße verwendet, so werden zunächst für diese Eingangsgrößen, bspw. für die Querbeschleunigung und die Lenkwinkelgeschwindigkeit- aus den zugehörigen Kennlinien, also gemäß 2 und 3 die zugehörigen Werte für die Spoilerstellung ermittelt und aus diesen Werten der maximale Wert als zu verwendende Steuergröße bestimmt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 3828752 A1 [0002]
DE 10102633 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Steuerung von wenigstens einer einstellbaren aerodynamischen Vorrichtung (4, 5) von Fahrzeugen (10) in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Lenkwinkels, dadurch gekennzeichnet, dass die aerodynamische Vorrichtung (4, 5) zusätzlich in Abhängigkeit der Querbeschleunigung des Fahrzeugs (10) und/oder der Lenkwinkelgeschwindigkeit gesteuert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aerodynamische Vorrichtung (4, 5) in Abhängigkeit der von dem Fahrer des Fahrzeugs (10) eingestellter Fahrdynamik-Charakteristik des Fahrzeugs (10) gesteuert werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuergröße für die aerodynamische Vorrichtung (4, 5) über eine Kennlinie in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder Lenkwinkel und/oder Querbeschleunigung und/oder Lenkwinkelgeschwindigkeit und/oder der eingestellten Fahrdynamik-Charakteristik ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuergröße als Maximum der über mehrere Kennlinien bestimmten Steuergrößen bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aerodynamische Vorrichtung als Heck- und/oder Frontspoiler (4, 5) ausgebildet ist.
Fahrzeug (10), vorzugsweise Kraftfahrzeug mit wenigstens einer einstellbaren aerodynamischen Vorrichtung (4, 5), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Antriebseinrichtung (2, 3) zur Steuerung der aerodynamischen Vorrichtung (4, 5) vorgesehen ist, eine Steuereinrichtung (1) ausgebildet ist in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder des Lenkwinkels und/oder der Querbeschleunigung des Fahrzeugs (10) und/oder der Lenkwinkelgeschwindigkeit die aerodynamische Vorrichtung (4, 5) zu steuern, und – Sensormittel (6, 7, 8) zur Ermittlung der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder des Lenkwinkels und/oder der Querbeschleunigung des Fahrzeugs (10) und/oder der Lenkwinkelgeschwindigkeit vorgesehen sind.
Fahrzeug (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass – das Fahrzeug (10) mit einer Vorrichtung zur Einstellung der Fahrdynamik-Charakteristik ausgebildet ist, und – die Steuereinrichtung (1) ausgebildet ist in Abhängigkeit der von einem Fahrer eingestellten Fahrdynamik-Charakteristik die aerodynamische Vorrichtung (4, 5) zu steuern.
Fahrzeug (10) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (10) einen Heck- und/oder Frontspoiler (4, 5) als aerodynamische Vorrichtung aufweist.