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Die Erfindung betrifft ein Nutzfahrzeug mit einem Dachspoiler, auch als Luftleitschild oder Luftleitblech bezeichnet, auf einem Fahrerhaus nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Beim Betrieb von Nutzfahrzeugen mit hohen Aufbauten, hohen Anhängern oder hohen Aufliegern kann der Kraftstoffverbrauch durch einen windabweisenden Dachspoiler auf dem Fahrerhausdach reduziert werden. Für einen effektiven Betrieb ist jedoch eine korrekte Einstellung eines Dachspoilers erforderlich.
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Aus der
EP 1 031 497 A2 ist eine Mechanik zur Verstellung des Anstellwinkels eines Dachspoilers zur Anpassung an unterschiedliche Geometrien eines das Fahrerhaus in der Höhe überragenden Aufbaus oder Anliegers bekannt. Dazu wird eine Vorrichtung mit einer elektrischen Stelleinrichtung verwendet, die eine Spindel, eine Spindelmutter und eine die Spindelmutter mit dem Dachspoiler verbindende Stange umfasst. Die Rotation der Spindel ist vom Fahrerhaus der Zugmaschine steuerbar, so dass der Fahrer den Anstellwinkel des Luftleitblechs verändern kann. Der aktuelle Anstellwinkel des Dachspoilers wird im Fahrerhaus angezeigt. Es hängt hier somit von der Erfahrung und der Gewissenhaftigkeit des Fahrers ab, ob der Dachspoiler strömungsoptimiert eingestellt wird. Andernfalls wirkt sich dies nachteilig auf den Kraftstoffverbrauch und die Fahrgeräuschentwicklung aus.
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Aus der
DE 10 2004 005 596 A1 ist daher ein System zur automatischen strömungsoptimierten Ausrichtung eines Dachspoilers bekannt. In dieser sehr aufwendigen und komplexen Vorrichtung können vom Fahrer mit einer Steuereinheit in der Zugmaschine aus einem an der Transporteinheit, beispielsweise einem Auflieger angebrachten Speicherelement gespeicherte Geometriedaten der Transporteinheit über Funk abgerufen werden, die dann in der Steuereinheit zur Berechnung eines optimalen Anstellwinkels verwendet werden. Anschließend wird dann von der Steuereinheit ein entsprechender Stellbefehl für die Stelleinrichtung zur Einstellung dieses Anstellwinkels ausgegeben. Dieses komplizierte System ist ersichtlich nur dann nutzbar, wenn eine Zugmaschine und unterschiedliche Auflieger mit systemkonformen Komponenten ausgerüstet sind.
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Ein gattungsgemäßes Nutzfahrzeug mit einem Dachspoiler auf einem Fahrerhaus ist aus der
DE 10 2008 056 357 A1 bekannt, wobei der Anstellwinkel des Dachspoilers gegenüber dem Dach zur Abschirmung einer das Fahrerhaus in der Höhe überragenden Aufbaus oder Aufliegers unter Verwendung von Sensoren einstellbar ist. Im Weiteren wird durchgehend der Begriff „Auflieger” verwendet, der jedoch auch feste Aufbauten und/oder Anhänger mit umfassen soll. Die Sensoren, insbesondere eine Kamera und/oder ein Abstandssensor als Ultraschallsensor sind hier auf dem Fahrerhausdach ortsfest angebracht. Mit diesen Sensoren wird der Abstand zwischen dem Fahrerhaus und der Aufliegerstirnwand sowie der Winkel zwischen der oberen Stirnwandkante und der hinteren oberen Fahrerhauskante messtechnisch erfasst. Aus diesen Messwerten wird dann in einer Steuereinheit ein Anstellwinkel des Dachspoilers errechnet, bei dem dieser auf die obere Stirnwandkante hin ausgerichtet ist. Der errechnete Winkelwert wird dann als Sollwert einer Steuereinrichtung zugeführt, die dann mittels einer Stelleinrichtung den Dachspoiler entsprechend einstellt. Die Ausrichtung des Dachspoilers erfolgt somit auch hier automatisch und dient zur Entlastung des Fahrers sowie zur Vermeidung von Fehleinstellungen. Auch hier ist jedoch der Aufwand zur Ermittlung eines strömungsoptimierten Anstellwinkels aufwändig, da in weiten Bereichen veränderliche Sensormesswerte zu erfassen und für die Berechnung geometrischer Gegebenheiten auszuwerten sind und weiter der optionale Anstellwinkel als Sollwert zu berechnen ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Nutzfahrzeug mit einem Dachspoiler auf einem Fahrerhaus mit einer Einrichtung zur effizienten Erkennung der optimalen Einstellung des Dachspoilers weiter zu bilden.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der darauf rückbezogenen Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Sensor im Dachspoilerbereich dergestalt angebracht ist, dass dieser bei einer mittels der Stelleinrichtung vorgebbaren Änderung des Anstellwinkels zur Ermittlung eines optimalen Anstellwinkels des Dachspoilers ein Sensorsignal abgibt, dergestalt, dass der Sensor bei einem sensorzugeordneten, zu kleinen Anstellwinkel ein erstes Sensorsignal L und bei einem entsprechend zu großen Anstellwinkel ein sich mit einem Signalsprung deutlich unterscheidendes zweites Sensorsignal H abgibt, so dass der am Signalsprung ermittelte Anstellwinkel für eine optimale Dachspoilerstellung verwendbar bzw. heranziehbar ist.
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Vorteilhaft wird somit erfindungsgemäß der optimale Anstellwinkel des Dachspoiles unmittelbar aus den Sensorsignalen am Signalsprung abgeleitet. Der optimale Anstellwinkel ergibt sich somit hier unmittelbar aus den Sensorsignalen und wird im Gegensatz zum Stand der Technik für die Einstellung nicht wertmäßig als Sollwert ausgerechnet. Auswerte- und Steuereinrichtungen können daher einfach ausgelegt werden, wobei dem Signalsprung einfach eine strömungsoptimierte Dachspoilerausrichtung zugeordnet und entsprechend eingestellt werden kann.
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Zur Erreichung eines solchen Signalsprungs wird in einer bevorzugten Anordnung wenigstens ein Sensor am Dachspoiler angebracht und mit diesem entsprechend seinem Anstellwinkel mitbewegt, wobei der Sensor einen in Verlängerung der Dachspoilerfläche nach hinten zum Aufbau gerichteten aktiven Sensorbereich aufweist.
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Vorzugsweise kann der Sensor unmittelbar an der hinteren Dachspoilerkante angebracht sein. Ein konstruktiv bedingter Versatz zur Dachspoilerkante beziehungsweise zur Dachspoilerfläche kann als bekannte Größe einfach mit einer entsprechenden gegebenenfalls automatischen Nachjustierung des Dachspoilers berücksichtigt werden.
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Als Sensoren werden bevorzugt an sich bekannte optische Sensoren und/oder Abstandssensoren und/oder Strömungssensoren verwendet.
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Ein besonders einfacher Aufbau ergibt sich mit einem optischen Sensor nach dem Lichtschrankenprinzip an der hinteren Dachspoilerkante, der mit seinem aktiven Lichtstrahl entlang der Dachspoilerfläche nach hinten zur Aufbau- oder Aufliegerstirnwand gerichtet ist. Mit diesem optischen Sensor wird nur digital ein erstes Sensorsignal L und ein zweites Sensorsignal H erzeugt, je nach dem ob er eine Aufbau- oder Aufliegerstirnwand als Hindernis erkennt oder ob bei einer Dachspoilerverstellung über die obere Stirnwandkante hinaus der Lichtstrahls in Leere geht. Es ist somit lediglich erforderlich, von Hand oder automatisiert den Dachspoiler von einer unteren eingeklappten Grundstellung mit einem sich vergrößernden Anstellwinkel mittels der Stelleinrichtung hochzufahren, so lange bis durch den Signalsprung die optimale Einstellung erkannt wird. Diese Einstellung kann nun vom Fahrer oder automatisch bleibend für den aktuellen Aufbau- bzw. Auflieger festgelegt werden. An dieser Stelle sei ausdrücklich erwähnt, dass die Begrifflichkeit „Aufbau” bzw. „Auflieger” im Rahmen der vorliegenden Erfindung stellvertretend für sämtliche damit vergleichbare zugfahrzeugseitige bzw. anhängerseitige bzw. aufliegerseitige „Hindernisse” steht, die das Fahrerhaus in der Höhe überragen, auch wenn dies nachstehend (und auch vorstehend) nicht explizit erwähnt ist.
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Die Dachspoilereinstellung wird somit hier wie mit einer Zielvorrichtung vorgenommen, wobei das anvisierte Ziel die obere Stirnwandkante des Aufliegers ist. Die tatsächliche Größe des Anstellwinkels ist ersichtlich für diesen Zielvorgang nicht wesentlich. Damit ist es auch einfach möglich, die Dachspoilereinrichtung zu korrigieren, wenn konstruktionsbedingt der Sensor beispielsweise an der Unterseite des Dachspoilers versetzt zur oberen wirksamen Spoilerfläche angeordnet ist. Der vom Sensor ermittelte Signalsprung erfolgt dann bei einem zu großen Anstellwinkel, der jedoch aufgrund des bekannten Versatzes wieder einfach zum optimalen Anstellwinkel reduziert und korrigiert werden kann.
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Beim Einsatz eines Abstandssensors insbesondere nach dem Ultraschallprinzip wird ähnlich ein erstes Signal L und ein zweites Signal H erzeugt, dergestalt, dass der Abstandssensor beim Erkennen einer Aufbau- oder Aufliegerstirnwand ein Sensorsignal L abgibt. Wenn der Dachspoiler bezüglich der Aufbau- oder Aufliegerstirnwand nach oben gefahren wird, ist dieses Sensorsignal L aufgrund des sich ändernden Abstandes ebenfalls entsprechend veränderlich. Wenn jedoch der Sensorbereich über die obere Stirnwandkante hinausreicht und einen „unendlichen”, nicht mehr sensierbaren Abstand erkennt, erfolgt der deutliche Signalsprung zum zweiten Sensorsignal H. Somit ergeben sich auch bei einem Abstandssensor ähnliche Verhältnisse wie beim vorhergehenden optischen Sensor.
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Zudem kann alleine oder in Verbindung mit anderen Sensoren ein Strömungssensor eingesetzt werden, der eine weitgehend turbulente Strömung sowie eine sich davon unterscheidende, weitgehend laminare Strömung erfassen kann und entsprechend ein erstes Signal L und mit einem deutlichen Signalsprung ein zweites Signal H abgeben kann. Ein solcher Strömungssensor kann erst beim Vorhandensein einer Strömung im Fahrbetrieb aktiv werden. Bei einem zu kleinen Anstellwinkel wird das erste Sensorsignal L und bei einem weiteren Vergrößern des Anstellwinkels mit einem Signalsprung an der optimalen Winkelstellung das zweite Sensorsignal H abgegeben.
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Grundsätzlich kann der Fahrer von Hand oder nach Betätigung einer Auslösung selbsttätig mittels der Stelleinrichtung den Stellbereich des Dachspoilers durchfahren, wobei dem Fahrer lediglich der Signalsprung entsprechend einer optimalen Dachspoilerstellung angezeigt werden muss, damit er den entsprechenden Anstellwinkel bleibend einstellen kann. Die handgesteuerte Verstellung ist auch für den Fall vorgesehen, dass der zum Beispiel optische Sensor verschmutzt ist und kein valides Signal mehr liefert.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird jedoch die Einstellung insgesamt automatisch durchgeführt, wobei die Stelleinrichtung eine Steuereinheit für einen Aktuator aufweist, mit dem nach einem Auslösebefehl der Anstellwinkel des Dachspoilers zur Ermittlung des Signalsprungs gesteuert verstellt wird. Die Steuereinheit umfasst zudem eine Auswerteeinrichtung für die Sensorsignale, mit der der Signalsprung bei der Verstellung erfasst und der zugeordnete optimale Anstellwinkel mit dem Aktuator bleibend eingestellt wird.
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Als Aktuator kann je nach den Gegebenheiten ein elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch betriebener Aktuator verwendet werden.
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Beim Einsatz eines optischen Sensors und/oder eines Abstandssensors kann eine solche Einstellung statisch vor dem Fahrbetrieb des Nutzfahrzeugs einfach und effektiv durchgeführt werden.
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Wenn ein Strömungssensor verwendet wird oder das Fahrzeug im Stand auf einer unebenen Fläche stand oder im Fall eines Sattelzugs nicht im gestreckten Zustand sondern mit einem Knickwinkel zwischen Zugmaschine und Auflieger stand, ist eine Einstellung des Dachspoilers oder gegebenenfalls eine Nachjustierung im Fahrbetrieb erforderlich. Dabei sind fahrbedingte Relativbewegungen, insbesondere Nickbewegungen zwischen dem Dachspoiler und der Aufbau- bzw. Aufliegerstirnwand zu berücksichtigen. Dazu weist die Auswerteeinheit eine Zeiteinheit und eine Schwellwerteinheit auf, wobei in einer mit der Zeiteinheit vorgegebenen bestimmten Zeit bei einem aktuell eingestellten Anstellwinkel erfasst wird, wie lange sich das Sensorsignal im Zustand H und im Zustand L befindet. Aus dem Verhältnis der Zustandsdauern wird dann folgendermaßen der korrekte Dachspoileranstellwinkel ermittelt:
Der Dachspoileranstellwinkel ist zu gering, wenn die Zeit, wie lange sich das Sensorsignal im Zustand L befindet einen mit der Schwellwerteinheit vorgegebenen Zeitschwellwert überschreitet (zu lang und/oder zu oft im Zustand L). Dann wird mit dem Aktuator automatisch eine iterative Nachkorrektur zu einem etwas größeren Dachspoileranstellwinkel vorgenommen und der vorstehende Vorgang wiederholt. Entsprechend ist der Dachspoileranstellwinkel zu groß, wenn die Zeit, in der sich das Sensorsignal im Zustand H befindet einen mit der Schwellwerteinheit vorgegebenen Schwellwert überschreitet (zu lang und/oder zu oft im Zustand H). Mit dem Aktuator kann dann eine automatische iterative Nachkorrektur zu einem kleineren Dachspoileranstellwinkel erfolgen, wo dann der vorstehende Vorgang erneut abläuft. Die festgelegten Schwellwerte können dabei je nach Einbaukonfiguration des Sensors, auch fahrzeugindividuell angepasst werden und müssen nicht symmetrisch im Intervall 0 bis 100% verteilt sein.
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Beispielsweise wäre bei einem idealen optischen Lichtschrankensensor mit nur zwei diskreten Zuständen (Hindernis erkannt/nicht erkannt) und einer idealen Einbauposition genau an der Dachspoilerkante, die Dachspoilereinstellung genau dann optimal, wenn das Sensorsignal bei kleinster Veränderung des Anstellwinkels gerade zwischen dem Zustand L und H (oder umgekehrt) springt und somit statistisch das Verhältnis des Sensorsignalzustands L und H 50% zu 50% ist.
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Bei zumindest teilweise kontinuierlichen Sensorsignalen können gegebenenfalls mit Hilfe von Schwellwerten die Zustände H und L unterteilt werden, wobei dann zusätzlich gegebenenfalls zur Erhöhung der Robustheit ein mittlerer Bereich „normaler” Zustand N eingeführt werden kann. Bei der vorstehenden dynamischen Messung kann gegebenenfalls zur Erhöhung der Messgenauigkeit dann auch zusätzlich die Häufigkeit des Sensorsignals in verschiedenen Zwischenzuständen zwischen H und L ermittelt und für die Auswertung herangezogen werden.
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Ferner wird ein Verfahren zur Einstellung eines Anstellwinkels eines Dachspoilers vorgeschlagen, das gemäß den zuvor beschriebenen Merkmalen ausgeführt werden kann.
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Anhand einer Zeichnung wird die Erfindung weiter erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Nutzfahrzeugs mit einem Dachspoiler, und
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2 eine schematische Darstellung eines Dachspoilers in verschiedenen Einstellpositionen.
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1 zeigt in schematischer Darstellung ein Nutzfahrzeug 1 mit einer Zugmaschine 2 und einem Auflieger 3. Auf dem Dach 4 eines Fahrerhauses 5 der Zugmaschine 2 ist ein Dachspoiler 6 angebracht, der um eine im vorderen Bereich des Dachs 4 liegende Querachse 7 schwenkbar ist. Von einer automatischen Stelleinrichtung ist hier lediglich eine hydraulische Zylinderkolbeneinheit 8 schematisch und beispielhaft dargestellt, mit der der Dachspoiler 6 von einer unteren, etwa waagrechten Grundstellung gesteuert mit einem bestimmten Anstellwinkel 9 in eine strömungsoptimierte Position bezüglich einer Stirnwandkante 10 einer das Fahrerhaus 5 in der Höhe überragenden Stirnwand 11 des Aufliegers 3 eingestellt ist.
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In 1 ist der Dachspoiler in der strömungsoptimierten Stellung dargestellt, bei der der Dachspoiler 6 auf die Stirnwandkante 10 hin ausgerichtet ist. Diese strömungsoptimierte Position mit dem zugeordneten Anstellwinkel 9 wurde mittels eines optischen Sensors 12 an der hinteren Dachspoilerkante aufgefunden, wie dies mit 2 näher erläutert wird. In 1 ist zudem strichliert ein anderer Auflieger 3' eingezeichnet, der ersichtlich mit einer anderen Geometrie höher ist, wobei dann eine andere an die Stirnwandkante 10' angepasste Ausrichtung und Einstellung des Dachspoilers 6 mit einem größeren Anstellwinkel erforderlich ist.
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In 2 sind in einer stilisierten und stark schematisierten Darstellung der Dachspoiler 6 mit seiner Anbindung über die Querachse 7 am Dach 4 des Fahrerhauses 5 und der obere Bereich der Stirnwand 11 des Aufliegers 3 mit der Stirnwandkante 10 gezeigt.
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An der hinteren Dachspoilerkante ist der optische Sensor 12 angebracht, der nach dem Lichtschrankenprinzip arbeitet mit einem in der Verlängerung des Dachspoilers 6 nach hinten gerichteten Lichtstrahl (jeweils als Pfeil eingezeichnet).
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Mit der Stellung 6a ist der Dachspoiler 6 (stilisiert als plane Platte) in seiner abgeklappten, etwa waagrechten Position dargestellt. Für die Erkennung und Einstellung eines optimalen Anstellwinkels 9 bezüglich der Stirnwand 11 beziehungsweise der Stirnwandkante 10 wird der Dachspoiler 6 nach einem Auslösebefehl gesteuert unter Vergrößerung des Anstellwinkels 9 nach oben geschwenkt. Dabei erkennt der optische Sensor 12 anfangs die Stirnwand 11 als Hindernis und gibt im eingezeichneten L-Winkelbereich ein Sensorsignal L ab, so lange bis der Dachspoiler 6 bzw. der Lichtstrahl des Sensors 12 auf die Stirnwandkante 10 hin ausgerichtet ist. Wenn der Anstellwinkel 9 dann weiter vergrößert wird (zum Beispiel in der Spoilerstellung 6b), wird im eingezeichneten H-Winkelbereich ein Sensorsignal H abgegeben, wobei beim Übergang von L- zum H-Winkelbereich ein deutlicher, einfach auswertbarer Signalsprung erfolgt. Beim Anstellwinkel, der dem Signalsprung zugeordnet ist, liegt die bleibend einzustellende optimale Dachspoilereinstellung.
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Wenn der optische Sensor 12 nicht genau an der Dachspoilerkante angebracht ist, sondern gegebenenfalls nach unten versetzt liegt (als alternative Anordnung strichliert eingezeichnet), wird eine Ausrichtung des Dachspoilers 6 auf die Stirnwandkante 10 hin bei einem zu großen Anstellwinkel 9 erkannt. Für diesen Fall kann dann einfach eine Winkelkorrektur zum optimalen Anstellwinkel durch Rückstellung um den Abstand 13 erfolgen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nutzfahrzeug
- 2
- Zugmaschine
- 3
- Auflieger
- 4
- Dach
- 5
- Fahrerhaus
- 6
- Dachspoiler
- 7
- Querachse
- 8
- Zylinder-Kolbeneinheit
- 9
- Anstellwinkel
- 10
- Stirnwandkante
- 11
- Stirnwand
- 12
- optischer Sensor
- 13
- Abstand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1031497 A2 [0003]
- DE 102004005596 A1 [0004]
- DE 102008056357 A1 [0005]
