DE102013105843B4

DE102013105843B4 - Kraftfahrzeug mit einem verstellbaren Luftleitelement

Info

Publication number: DE102013105843B4
Application number: DE102013105843.4A
Authority: DE
Inventors: Thomas Wolf
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2013-06-06
Filing date: 2013-06-06
Publication date: 2022-08-04
Anticipated expiration: 2033-06-07
Also published as: CN204415546U; DE102013105843A1; US9469355B2; US20150353149A1

Abstract

Kraftfahrzeug (1) mit einem verstellbaren Luftleitelement (4), das im Bereich eines Fahrzeughecks (3) am Unterboden (2) oder an einer Unterbodenverkleidung des Fahrzeugs angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dassder Unterboden (2) eine von einer Hinterachse (11) des Kraftfahrzeugs (1) bis zu einer Heckteilhinterkante (12) ansteigende Unterbodenverkleidung aufweist, die einen Heckdiffusor (10) bildet,der Heckdiffusor (10) zwischen der Unterbodenverkleidung des Unterbodens (2) und einer Horizontalen (H) einen Diffusorwinkel von ≥ 25 Grad bildet,die Länge des unterhalb der Unterbodenverkleidung angeordneten Luftleitelements (4) 1/3 bis 1/2 der Länge der den Unterboden (2) überdeckenden Unterbodenverkleidung des Heckdiffusors (10) beträgt,unterhalb einer entgegen der Fahrtrichtung (FR) diffusorartig ansteigenden Unterbodenverkleidung des Unterbodens (2) mittels einer Halte- und Stelleinrichtung (6) das von einer oberen Ruhestellung (I) nach unten zur Fahrzeug-Aufstandsfläche (5) ausfahrbare Luftleitelement (4) angeordnet ist,das Luftleitelement (4) in einer ausgefahrenen Position in der Einrichtung (6) um eine mittig des Luftleitelements (4) angeordnete und quer verlaufende Drehachse (7) in mehrere Wirkstellungen (II, III) mit unterschiedlichen Anstellungen verschwenkbar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kraftfahrzeug mit einem verstellbaren Luftleitelement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus FR 2 856 974 A1 ist ein verstellbares Luftleitelement im Bereich eines Fahrzeugshecks bekannt geworden, das einem Unterboden bzw. einer Unterbodenverkleidung zugeordnet ist.
DE 10 2011 103 787 A1 offenbart ein weiteres Kraftfahrzeug mit einem verstellbaren Luftleitelement, das im Bereich eines Fahrzeughecks angeordnet ist. Das Luftleitelement ist zwischen einer Ruhestellung und einer Wirkstellung verlagerbar.
DE 34 09 667 A1 offenbart eine Heckpartie eines Kraftfahrzeugs.
FR 2 880 323 A1 , DE 36 25 814 A1 und US 4 379 582 A offenbaren weiteren Stand der Technik.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kraftfahrzeug mit einem verstellbaren Luftleitelement in Verbindung mit einem Heckdiffusor zu schaffen, um Fahrzeugkräfte und/oder aerodynamische Eigenschaften des Fahrzeugs zu beeinflussen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Merkmale beinhalten die Unteransprüche.
Die mit der Erfindung hauptsächlich erzielten Vorteile bestehen darin, dass durch die Kombination von einem Heckdiffusor und einem zugeordneten Luftleitelement gezielt höhere Abtriebskräfte erzielt werden und eine optimale Anpassung der aerodynamischen Eigenschaften des Kraftfahrzeugs an den Fahrzustand erreicht wird.
Unterhalb eines entgegen der Fahrtrichtung diffusorartig ansteigendem Unterbodens bzw. einer Unterbodenverkleidung ist mittels einer Halte- und Stelleinrichtung ein von einer oberen Ruhestellung nach unten zur Fahrzeug-Aufstandsfläche ausfahrbares Luftleitelement oder mehrere Luftleitelemente angeordnet, das bzw. die in ausgefahrener oder verschwenkter Position in der Einrichtung um eine mittig des Luftleitelements angeordnete und quer verlaufende Drehachse in mehrere Wirkstellungen mit unterschiedlichen Anstellungen verstellbar ist oder sind. Durch diese Verschwenkbarkeit des Luftleitelements sowie durch den diffusorartig ansteigenden Unterboden des Fahrzeugs kann entweder der Hinterachsabtrieb erhöht und der Luftwiderstandswert des Fahrzeugs verringert werden. Der Unterboden weist eine von einer Hinterachse des Kraftfahrzeugs bis zu einer Heckteilhinterkante ansteigende Unterbodenverkleidung auf, die den Heckdiffusor bildet.
In einer ersten Wirkstellung nach der Erfindung ist vorgesehen, dass das Luftleitelement aus der am Unterboden anliegenden Ruhestellung über die Einrichtung vertikal nach unten in eine erste Wirkstellung verfahrbar ist, in der das Luftleitelement parallel zum Unterboden mit einem zwischenliegenden Luftspalt angestellt ist. In dieser ersten Wirkstellung wird die Abtriebsposition erzielt, wodurch eine verbesserte Fahrdynamik bei Schnellfahrt und auf einer Rennstrecke erzielt wird.
In einer zweiten Wirkstellung ist nach der Erfindung vorgesehen, dass das Luftleitelement aus der nach unten ausgefahrenen ersten Wirkstellung um die Drehachse in die zweite Wirkstellung verschwenkbar ist, bei der das Luftleitelement unter einem Winkel zum Unterboden angestellt und eine Vorderkante anliegend zum Unterboden angeordnet ist. Durch diese zweite Wirkstellung wird ein reduzierter Luftwiderstand erzielt, der einen geringen Kraftstoffverbrauch bewirkt.
Aufgrund der freien Verschwenkbarkeit des Luftleitelements zum Heckdiffusor sind auch Stellungen möglich, die zwischen den beiden Wirkstellungen liegen können. Zur Einstellung dieser Zwischenstellungen und der Wirkstellungen sowie der Ruhestellung kann ein Steuerelement vorgesehen sein, welches in Abhängigkeit vom aktuellen Fahrzustand das Luftleitelement ansteuert und die einzelnen Stellungen festlegt.
Nach Anspruch 1 bildet der Heckdiffusor zwischen der Unterbodenverkleidung des Unterbodens und einer Horizontalen einen Diffusorwinkel von ≥ 25 Grad, wobei die Länge des unterhalb der Unterbodenverkleidung angeordneten Luftleitelements 1/3 bis 1/2 der Länge der den Unterboden überdeckenden Unterbodenverkleidung des Heckdiffusors beträgt.
Bei dem Diffusorwinkel ≥ 25 Grad hat sich ergeben, dass die aerodynamischen Eigenschaften des Kraftfahrzeugs durch das verstellbare Luftleitelement am optimalsten beeinflusst werden können. In Kombination zu diesem Diffusorwinkel ist ferner vorgesehen, dass die Länge des unterhalb der Unterbodenverkleidung angeordneten Luftleitelements 1/3 bis 1/2 der Länge der den Unterboden überdeckenden Unterbodenverkleidung des Diffusors beträgt. Diese beiden Parameter ergeben eine maximale Wirksamkeit des Heckdiffusors am Fahrzeug.
Vorzugsweise ist das Luftleitelement im hinteren Bereich des Diffusors in der Ruhestellung und einer parallel zum Unterboden ausgefahrenen Wirkstellung derart angeordnet, dass eine Hinterkante des Luftleitelements bündig mit einer Heckteilhinterkante des Fahrzeugs angeordnet ist.
Wenn es erforderlich ist, kann nach der Erfindung auch eine Teilung des Luftleitelements in Längsrichtung möglich sein, wobei dann die einzelnen Elemente gemeinsam oder getrennt ansteuerbar sind. Vorzugsweise umfasst der Heckdiffusor nach dieser Ausführung jeweils in einem Längskanal des Unterbodens sog. Unterflügel bildende Luftleitelemente, welche jeweils um eine Querachse innerhalb des Längskanals einzeln oder gemeinsam verstellbar angeordnet sind und somit verschiedene Wirkstellungen möglich werden.
Die wesentlichen Vorteile der Erfindung bestehen zusammengefasst darin, dass die Abtriebskräfte aus Heckdiffusor und Luftleitelement sich addieren, d. h. durch die Kombination des Heckdiffusors mit dem Luftleitelement sind höhere Abtriebskräfte realisierbar als bei einem alleinigen Einsatz eines Diffusors oder Luftleitelements. Das Luftleitelement lenkt die Luftströmung zusätzlich nach oben um, wobei durch die Kombination vom Heckdiffusor und vom Luftleitelement wesentlich steilere und kürzere Diffusoren umsetzbar sind, ohne dass die Strömung sich ablöst. Durch die Schwenkbarkeit des Luftleitelements um die Querachse kann der Anstellwinkel und die Abströmrichtung der Luft optimal beeinflusst werden. Die Verschwenkbarkeit des Luftleitelements ermöglicht eine Reduktion des Hinterachsauftriebs oder des Luftwiderstands. Hierdurch ist eine bedarfsgerechte Anpassung der aerodynamischen Eigenschaften eines Kraftfahrzeugs möglich.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:

1 eine Seitenansicht auf ein Fahrzeug mit Heckdiffusor in zwei Wirkstellungen,
2 eine Seitenansicht des Fahrzeugs gemäß 1 mit einer eingefahrenen Ruhestellung und ausgefahrenen Wirkstellungen des Luftleitelements,
3 eine Seitenansicht des Fahrzeugs mit einem in eine erste Wirkstellung parallel zum Unterboden ausgefahrenen Luftleitelement,
4 eine Seitenansicht des Fahrzeugs mit unter einem Winkel zum Heckdiffusor verschwenktem Luftleitelement in einer zweiten Wirkstellung und
5 eine Unteransicht auf eine Ausführung eines Heckdiffusors mit einem zweigeteilten Luftleitelement, das innerhalb eines Längskanals des Unterbodens verschwenkbar ist.

Ein Kraftfahrzeug 1 umfasst im Wesentlichen am Unterboden 2 bzw. an einer Unterbodenverkleidung im Bereich eines Fahrzeughecks 3 ein verstellbares Luftleitelement 4 oder wenigstens zwei getrennte Luftleitelemente 4a, 4b.
Das Luftleitelement 4 ist unterhalb des entgegen der Fahrtrichtung FR diffusorartig ansteigenden Unterbodens 2 bzw. Unterbodenverkleidung angeordnet und von einer oberen Ruhestellung I nach unten zur Fahrzeugaufstandsfläche 5 in Wirkstellungen II und III mit unterschiedlichen Anstellungen ausfahrbar.
In diesen ausgefahrenen Stellungen ist das Luftleitelement 4 in einer Halte- und Stelleinrichtung 6 gelagert und um eine mittig des Luftleitelements 4 angeordnete und quer verlaufende Drehachse 7 in die Wirkstellungen II und III verschwenkbar (3 und 4).
Das Luftleitelement 4 ist aus der am Unterboden 2 anliegenden Ruhestellung I (2) über die Einrichtung 6 vertikal nach unten in die erste Wirkstellung II verfahrbar, in der das Luftleitelement 4 parallel zum Unterboden 2 angestellt ist. Diese erste Wirkstellung II bildet eine sogenannte Abtriebsstellung, bei der ein Luftspalt 8 zwischen dem Luftleitelement 4 und einer Diffusorfläche 9 des Unterbodens 2 gebildet wird (3). Die Luft strömt am Diffusor 10 und am Luftleitelement 4 nach oben, wobei das Luftleitelement 4 allseitig mit Luft umströmt wird. D. h. der Diffusor 10 und das Luftleitelement 4 üben hierdurch eine Kraft auf die Luft aus, so dass eine Reaktionskraft nach unten entsteht und sich erhöhte Abtriebskräfte an der Hinterachse 11 einstellen.
Das Luftleitelement 4 kann aus der parallelen ersten Wirkstellung II in die zweite Wirkstellung III verschwenkt werden (4), bei der das Luftleitelement 4 unter einem Winkel α zum Unterboden 2 angestellt ist. In dieser Wirkstellung III ist das Luftleitelement 4 nahezu horizontal ausgerichtet bzw. parallel zur Fahrzeug-Aufstandsfläche 5 angestellt. Zwischen dem Luftleitelement 4 und der Diffusorfläche 9 besteht kein oder nur ein geringer Spalt S. Die Luft L strömt nahezu parallel zur Fahrzeug-Aufstandsfläche 5 ab. Es besteht keine Luftumlenkung und somit entsteht auch keine Reaktionskraft, so dass in dieser Position eine Reduzierung des Luftwiderstands erreicht wird.
Das Luftleitelement 4 ist zwischen der ersten Wirkstellung II und der zweiten Wirkstellung III in mindestens eine dritte Wirkstellung verschwenkbar. Die Verstellung des Luftleitelements 4 kann über ein Steuerelement erfolgen, das vorzugsweise in Abhängigkeit vom aktuellen Fahrzustand wirkt.
Der Unterboden 2 weist vorzugsweise eine von der Hinterachse 11 bis zu einer Heckteilhinterkante 12 ansteigende Unterbodenverkleidung auf, die den Heckdiffusor 10 bildet. Zwischen der Unterbodenverkleidung und einer Horizontalen H wird durch die ansteigende Unterbodenverkleidung ein sogenannter Diffusorwinkel von etwa ≥ 25 Grad gebildet (3).
Das unterhalb des Unterbodens 2 bzw. der Unterbodenverkleidung angeordnete Luftleitelement 4 weist etwa eine Länge von 1/3 bis 1/2 der Länge des Diffusors 10 auf, vorzugsweise bei einer Länge des Diffusors 10 von 300 bis 500 mm.
Das Luftleitelement 4 ist vorzugsweise im hinteren Bereich des Diffusors 10 derart angeordnet, dass eine Hinterkante 14 des Luftleitelements 4 bündig mit der Heckteilhinterkante 12 angeordnet ist (3) und sich das Luftleitelement 4 mit dem Heckdiffusor 10 über die gesamte Breite zwischen den Hinterrädern 15 des Fahrzeugs 1 erstreckt.
Nach einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung kann der Heckdiffusor 10 auch in Längsrichtung geteilt ausgeführt sein. In diesem Fall besteht der Heckdiffusor 10 aus dem Luftleitelement 4, das jeweils die in einem Längskanal 17, 17a des Unterbodens 2 Unterflügel bildende geteilte zwei Luftleitelemente 4a, 4b umfasst. Diese sind jeweils um eine Querachse 18, 18a innerhalb des Längskanals 17, 17a zum Kanalboden verstellbar, wie in 5 näher dargestellt ist. Durch die Verschwenkbarkeit der beiden Luftleitelemente 4a, 4b sind mehrere Wirkstellungen einstellbar.
Das Luftleitelement 4 besteht vorzugsweise aus einem Flügelprofil mit einer konvexen Unterfläche 16. Die Oberfläche des Luftleitelements 4 ist an den Formverlauf des Unterbodens 2 bzw. an die Unterbodenverkleidung angepasst, so dass in der Ruhestellung I das Luftleitelement 4 an diese dicht anliegend ist.

Claims

Kraftfahrzeug (1) mit einem verstellbaren Luftleitelement (4), das im Bereich eines Fahrzeughecks (3) am Unterboden (2) oder an einer Unterbodenverkleidung des Fahrzeugs angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterboden (2) eine von einer Hinterachse (11) des Kraftfahrzeugs (1) bis zu einer Heckteilhinterkante (12) ansteigende Unterbodenverkleidung aufweist, die einen Heckdiffusor (10) bildet, der Heckdiffusor (10) zwischen der Unterbodenverkleidung des Unterbodens (2) und einer Horizontalen (H) einen Diffusorwinkel von ≥ 25 Grad bildet, die Länge des unterhalb der Unterbodenverkleidung angeordneten Luftleitelements (4) 1/3 bis 1/2 der Länge der den Unterboden (2) überdeckenden Unterbodenverkleidung des Heckdiffusors (10) beträgt, unterhalb einer entgegen der Fahrtrichtung (FR) diffusorartig ansteigenden Unterbodenverkleidung des Unterbodens (2) mittels einer Halte- und Stelleinrichtung (6) das von einer oberen Ruhestellung (I) nach unten zur Fahrzeug-Aufstandsfläche (5) ausfahrbare Luftleitelement (4) angeordnet ist, das Luftleitelement (4) in einer ausgefahrenen Position in der Einrichtung (6) um eine mittig des Luftleitelements (4) angeordnete und quer verlaufende Drehachse (7) in mehrere Wirkstellungen (II, III) mit unterschiedlichen Anstellungen verschwenkbar ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftleitelement (4) aus der am Unterboden (2) anliegenden Ruhestellung (I) über die Einrichtung (6) vertikal nach unten in die erste Wirkstellung (II) verfahrbar ist, in der das Luftleitelement (4) parallel zum Unterboden (2) mit einem zwischenliegenden Luftspalt (S) angestellt ist.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftleitelement (4) aus der nach unten ausgefahrenen unteren ersten Wirkstellung (II) um die Drehachse (7) in die zweite Wirkstellung (III) verschwenkbar ist, bei der das Luftleitelement (4) unter einem Winkel (α) zum Unterboden (2) angestellt ist und eine Vorderkante (V) anliegend zum Unterboden (2) angeordnet ist.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftleitelement (4) in mindestens eine zwischen der ersten Wirkstellung (II) und der zweiten Wirkstellung (III) verschwenkbare dritte Wirkstellung verstellbar ist.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftleitelement (4) im hinteren Bereich des Heckdiffusors (10) in der Ruhestellung (I) und einer parallel zum Unterboden ausgefahrenen Wirkstellung (II) derart angeordnet ist, dass eine Hinterkante (14) des Luftleitelements (4) bündig mit der Heckteilhinterkante (12) angeordnet ist.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftleitelement (4) mit dem Heckdiffusor (10) über die gesamte Breite zwischen den Hinterrädern (15) des Fahrzeugs angeordnet ist.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass der Heckdiffusor (10) jeweils in einem Längskanal (17, 17a) des Unterbodens (2) angeordnete Unterflügel bildende Luftleitelemente (4a, 4b) umfasst, welche um eine Querachse (18, 18a) innerhalb des Längskanals (17, 17a) verstellbar angeordnet sind.
Kraftfahrzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftleitelement (4) aus einem profilierten Flügelprofil mit einer konvexen Unterfläche (16) besteht und eine Oberfläche aufweist, welche dem Formverlauf der Unterbodenverkleidung entspricht.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftleitelement (4) über ein Steuerelement in Abhängigkeit vom Fahrzustand entsprechend in die einzelnen Wirkstellungen (I, II und III) und Zwischenstellungen verschwenkbar ist.