DE102015007092A1

DE102015007092A1 - Vorrichtung zur Verstärkung der Bodenhaftung für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102015007092A1
Application number: DE102015007092.4A
Authority: DE
Inventors: Xavier Abaziou
Original assignee: Autoliv Development AB
Current assignee: Autoliv Development AB
Priority date: 2015-06-08
Filing date: 2015-06-08
Publication date: 2016-12-08
Also published as: WO2016198284A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zur Verstärkung der Bodenhaftung für ein Fahrzeug (1), aufweisend ein Haftmittel (12) und eine Quelle für ein unter Druck stehendes Fluid (30), wobei das Haftmittel (12) das unter Druck stehende Fluid (30) weiterleitet, sowie eine Positionieranordnung (20), um das Haftmittel (12) von einer fahrbahnfernen Ruhestellung (I) unter dem Fahrzeug (1) in eine Funktionsstellung (II) benachbart zur Fahrbahn (100) zu bringen, wobei das Haftmittel (12) mindestens eine Fluideinlassöffnung (14) aufweist, die zwischen einer ersten, zum Fahrzeug (1) weisenden Hauptfläche (18) und einer zweiten, zur Fahrbahn (100) weisenden Hauptfläche (19) angeordnet ist. Das unter Druck stehende Fluid (30) wird nach der Aktivierung der Quelle in der Funktionsstellung (II) entlang der zweiten Hauptfläche (19) und der Fahrbahn (100) geleitet, so dass ein Unterdruck (P–, ---) unter der zweiten Hauptfläche (19) bzw. dem Haftmittel (12) gebildet wird, bevor das Fluid- durch eine Auslassöffnung (16) zum Umgebungsdruck (P0) hin entweicht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verstärkung der Bodenhaftung für ein Fahrzeug, aufweisend ein Haftmittel und eine Quelle für ein unter Druck stehendes Fluid, wobei das Haftmittel das unter Druck stehende Fluid weiterleitet, sowie eine Positionieranordnung, um das Haftmittel von einer fahrbahnfernen Ruhestellung unter dem Fahrzeug in eine Funktionsstellung benachbart zur Fahrbahn zu bringen, wobei das Haftmittel eine Fluideinlassöffnung aufweist, die zwischen einer ersten, zum Fahrzeug weisenden Hauptfläche und einer zweiten, zur Fahrbahn weisenden Hauptfläche angeordnet ist.
Vorrichtungen zur Verstärkung der Bodenhaftung für Fahrzeuge werden beispielsweise als Notbremssysteme für Kraftfahrzeuge verwendet, um Auffahrunfälle zu vermeiden oder die Folgen eines Auffahrunfalles zu mindern. Die Kraftfahrzeuge haben hierzu geeignete Sensoren und Abstandsermittlungseinrichtungen, sowie Steuereinheiten, um das Notbremssystem bei Bedarf auszulösen.
Das Notbremssystem kann beispielsweise ein Bremsteil mit Reibungsbremsmitteln aufweisen, welches im Bereich der Fahrzeugunterseite angeordnet ist und bei Auslösung des Notbremssystemes mit der Fahrbahnoberfläche in Kontakt gebracht wird ( DE 10 2005 009 949 ).
Es ist auch bekannt, dass das Notbremssystem eine zwischen dem Fahrzeug und der Fahrbahn gebildete Unterdruckkammer aufweist, die am Rande geschlossen und gegen die Atmosphäre abgedichtet ist. Aus dieser Unterdruckkammer wird mit Hilfe einer Strahlpumpe Luft abgesaugt, um die Bodenhaftung des Fahrzeuges zu erhöhen. Die Strahlpumpe ist hierzu auf der Treibgasseite mit der Abgasleitung des Fahrzeugmotors verbunden, und steht auf der Saugseite mit der Unterdruckkammer in Verbindung ( DE 34 03 636 ).
Weiterhin ist es bekannt, ein Ringkissen, welches mit dem Fahrzeugoberbau verbunden und zwischen Fahrzeug und Fahrbahn angeordnet ist, von einer fahrbahnfernen Ruhestellung in eine fahrbahnnahe Gebrauchsstellung zu überführen. Der von dem Ringkissen umschlossene Teilbereich wird dann unter Unterdruck gesetzt, um die Bodenhaftung des Fahrzeuges zu erhöhen ( DE 2 251 152 ).
Schließlich ist es auch bekannt, eine gegen die umgebende Atmosphäre abgedichtete Unterdruckkammer in einer Bremsplatte anzuordnen, wobei die Bremsplatte wiederum unter dem Fahrzeug angeordnet ist. Aus der Unterdruckkammer ist Luft absaugbar, wodurch ein Unterdruck erzeugt wird. Die Bremsplatte wird hierbei durch den erzeugten Unterdruck von einer bodenfernen Ruhestellung in eine bodennahe Gebrauchsstellung überführt, und durch den erzeugten Unterdruck auf die Fahrbahn gepresst ( DE 10 2009 034 582 ).
Mit diesen bekannten Vorrichtungen zur Verstärkung der Bodenhaftung soll eine zusätzliche Bremskraft erzeugt werden, um einen Bremsweg des Fahrzeugs zu verkürzen bzw. eine Aufprallgeschwindigkeit des Fahrzeuges auf ein Hindernis zu reduzieren. Auch soll mit diesen bekannten Vorrichtungen eine höhere kinetische Energie abgebaut werden, als dies allein mit den konventionellen Bremsvorrichtungen des Fahrzeuges möglich ist, was insbesondere vor einem Auffahrunfall des Fahrzeugs auf ein Hindernis vorteilhaft ist, um die Folgen eines Unfalls zu mindern.
Problematisch ist bei diesen bekannten Vorrichtungen mit einer Unterdruckkammer jedoch die Gestaltung der erforderlichen Dichtungen, die die Unterdruckkammer gegen die Umgebungsatmosphäre abdichten. Diese müssen in der Gebrauchsstellung sowohl bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten als auch bei unterschiedlichen Fahrbahnbeschaffenheiten ständig in Kontakt mit der Fahrbahnoberfläche sein, um die Unterdruckkammer zuverlässig gegen die Umgebungsatmosphäre abzudichten, was einen hohen konstruktiven sowie materiellen Aufwand erforderlich macht. Sollten die Dichtungen die Unterdruckkammer nicht zuverlässig gegen die Umgebungsatmosphäre abdichten, kann der erforderliche Unterdruck in der Unterdruckkammer nicht aufgebaut bzw. nicht aufrechterhalten werden, so dass die gewünschte zusätzliche Bremskraft nicht erzeugt bzw. die Bodenhaftung nicht wie gewünscht verstärkt werden kann. Dieses ist insbesondere dann nicht akzeptabel, wenn diese bekannten Vorrichtungen als Notbremssystem vorgesehen sind.
Weiterhin ist auch bei diesen bekannten Vorrichtungen mit einer Unterdruckkammer die Betriebssicherheit nicht immer gegeben. Ähnlich wie bei einem Staubsauger können diese bekannten Vorrichtungen mit einer Unterdruckkammer in der Gebrauchsstellung eventuelle, auf der Fahrbahnoberfläche liegende Teile aufsaugen, was zu einer Verstopfung des Absaugkanals und damit zu einem Funktionsausfall der Vorrichtung führen kann, da dann kein Unterdruck in der Unterdruckkammer aufgebaut bzw. aufrechterhalten werden kann. Als Folge kann die gewünschte zusätzliche Bremskraft nicht erzeugt bzw. die Bodenhaftung nicht wie gewünscht verstärkt werden. Dieses ist insbesondere dann nicht akzeptabel, wenn diese bekannten Vorrichtungen als Notbremssystem vorgesehen sind.
Vor diesem Hintergrund ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfache und funktionssichere Vorrichtung zur Verstärkung der Bodenhaftung für ein Fahrzeug zur Verfügung zu stellen, die die beschriebenen Nachteile der bekannten Vorrichtungen vermeidet.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verstärkung der Bodenhaftung für ein Fahrzeug, insbesondere für einen Personenkraftwagen, ist ein Haftmittel unter dem Fahrzeug in einer fahrbahnfernen Ruhestellung angeordnet, und kann mittels einer Positionieranordnung in eine Funktionsstellung benachbart zur Fahrbahn gebracht werden. Weiterhin ist eine Quelle für ein unter Druck stehendes Fluid vorgesehen, und das Haftmittel leitet das unter Druck stehende Fluid mittels mindestens einer Fluideinlassöffnung weiter, die zwischen einer ersten, zum Fahrzeug weisenden Hauptfläche und einer zweiten, zur Fahrbahn weisenden Hauptfläche angeordnet ist. Nach der Aktivierung der Quelle wird das unter Druck stehende Fluid in der Funktionsstellung des Haftmittels entlang und zwischen der zweiten Hauptfläche und der Fahrbahn geleitet, wobei ein Unterdruck unter der zweiten Hauptfläche zwischen der Fahrbahn und dem Haftmittel gebildet wird, bevor das Fluid durch eine Auslassöffnung zum Umgebungsdruck hin entweicht.
Der Unterdruck zwischen dem Haftmittel und der Fahrbahn erzeugt eine auf das Haftmittel, und damit auf das Fahrzeug, wirkende Normalkraft, die die Bodenhaftung verstärkt. Hierdurch können die konventionellen Bremsen des Fahrzeuges eine erhöhte Bremswirkung liefern, so dass der Bremsweg des Fahrzeuges verkürzt bzw. eine Aufprallgeschwindigkeit des Fahrzeuges auf ein Hindernis reduziert wird. Dieses hilft, eine höhere kinetische Energie abzubauen, als dies alleine mit der konventionellen Bremsvorrichtung des Fahrzeuges möglich ist, was insbesondere vor einem Aufprall des Fahrzeugs auf ein Hindernis vorteilhaft ist, um die Folgen zu mindern.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Haftmittel mindestens eine runde ebene Scheibe mit einer im wesentlichen glatten und geraden Oberfläche auf, und die mindestens eine Fluideinlassöffnung ist mittig in der Scheibe angeordnet.
Durch diese einfache konstruktive Gestaltung des Haftmittels werden die Herstellungs- und Materialkosten für die Vorrichtung deutlich reduziert. Weiterhin liefert diese erfindungsgemäße Ausgestaltung des Haftmittels als runde ebene Scheibe eine funktionssichere Vorrichtung zur Verstärkung der Bodenhaftung für ein Fahrzeug.
Das unter Druck stehende Fluid wird durch die Fluideinlassöffnung mittig unter die runde ebene Scheibe geleitet, wobei die Einströmung des unter Druck stehenden Fluids normal bzw. senkrecht von der zweiten Hauptfläche weg in Richtung auf die Fahrbahn erfolgt. Hierdurch wird ein Überdruckbereich mittig unter der Scheibe zwischen der zweiten Hauptfläche der Scheibe und der Fahrbahnoberfläche gebildet, da das Fluid an der Weiterströmung senkrecht bzw. normal von der zweiten Hauptfläche weg gehindert wird, und sich daher in diesem Bereich staut. Von diesem Überdruckbereich strömt das Fluid dann radial über eine große Oberfläche, genauer gesagt über die zweite Hauptfläche der Scheibe sowie die gegenüberliegende Oberfläche der Fahrbahn, bevor es am Rand der Scheibe in die Umgebung zum Umgebungsdruck hin entweicht.
Die radiale Strömung des unter Überdruck stehenden Fluids vom Überdruckbereich mittig unter der Scheibe hin zum Randbereich der Scheibe, und von dort weiter zur Umgebung und zum Umgebungsdruck, resultiert in einer Erhöhung der Geschwindigkeit des strömenden Fluids vom mittigen Überdruckbereich hin zum Randbereich der Scheibe. Diese Erhöhung der Geschwindigkeit des strömenden Fluids wiederum bewirkt eine Reduzierung des Druckes in dem durchströmten Bereich. Mit anderen Worten, und einfach ausgedrückt, so umgibt den mittigen Überdruckbereich ein ringförmiger Unterdruckbereich. Dieser Unterdruckbereich ”saugt” die Scheibe gegen die Fahrbahn, was wiederum zur oben erwähnten erwünschten Erhöhung der Normalkraft führt.
Als besonderer Vorteil ist hier anzusehen, dass die Scheibe keinen direkten Kontakt mit der Fahrbahnoberfläche hat. Es wird somit eine kontaktlose Vorrichtung zur Verstärkung der Bodenhaftung für ein Fahrzeug zur Verfügung gestellt, die keine Dichtungen zur Abdichtung einer Unterdruckkammer gegen die Umgebungsatmosphäre benötigt. Dieses vereinfacht sowohl die Konstruktion als auch die Herstellung der Vorrichtung, und verringert den Materialbedarf, so dass insgesamt eine einfache und kostengünstige Vorrichtung zur Verfügung gestellt wird. Auch wird die Funktionssicherheit gewährleistet, da kein Material in die Auslassöffnung eingesaugt werden kann und diese somit nicht verstopfen kann. Die Bereitstellung des benötigten Unterdruckes ist somit jederzeit gewährleistet, so dass eine funktionssichere Vorrichtung zur Verfügung gestellt wird, die insbesondere für Notbremssysteme verwendet werden kann.
Die Auslassöffnung ist daher gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zwischen dem Rand der Scheibe und der Fahrbahnoberfläche gebildet, und wird durch deren Abstand sowie den Umfang der Scheibe definiert. Die Auslassöffnung weist somit eine Zylinderfläche auf, die nicht verstopfen kann, so dass die Funktionssicherheit der Vorrichtung jederzeit gewährleistet ist.
Zur Gewährleistung einer ausreichenden Strömungsgeschwindigkeit, und damit eines ausreichenden Unterdruckes, ist das Verhältnis D/d des Durchmessers D der Scheibe zum Durchmesser d der Fluideinlassöffnung gross, und gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform größer als 15, und vorzugsweise 35.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Verstärkung der Bodenhaftung für ein Fahrzeug als Haftmittel auch mehrere Scheiben gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform aufweisen.
Auch ist es gemäß einer alternativen bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass als Haftmittel eine oder mehrere rechteckige Scheiben vorgesehen sind, die jeweils mindestens eine mittig angeordnete Fluideinlassöffnung aufweisen.
Gemäß einer weiteren alternativen bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass mehrere mittig angeordnete Fluideinlassöffnung bei den runden oder rechteckigen Scheiben vorgesehen sind.
Die Form der verwendeten Scheiben richtet sich nach dem zur Verfügung stehenden Platz, an dem die Vorrichtung zur Verstärkung der Bodenhaftung unter dem Fahrzeug angebracht werden soll. Die Form der Scheiben als Haftmittel ist daher nicht auf runde oder rechteckige Scheiben beschränkt, die Scheibe bzw. die Scheiben können auch eine dreieckige Form aufweisen, oder eine andere, an den jeweiligen Einbauplatz angepasste Form, so lange die oben beschriebene Funktionsweise gewährleistet ist.
Wenn im nachfolgenden jeweils nur von einer Scheibe (Singular) gesprochen wird, so umfasst dieses jedoch auch mehrere Scheiben (Plural), wie oben stehend erläutert. Das gleiche gilt für die Anwendung des Wortes Fluideinlassöffnung (Singular), welches auch mehrere Fluideinlassöffnungen (Plural) umfasst.
Als Quelle für das unter Druck stehende Fluid sind gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ein oder mehrere Gasgeneratoren vorgesehen. Gasgeneratoren werden beispielsweise für Airbags verwendet und sind eine erprobte und kostengünstige technische Lösung zur Bereitstellung eines unter Druck stehenden Fluids, die somit auch für Notbremssysteme verwendet werden können. Der oder die verwendeten Gasgeneratoren können pyrotechnische Gasgeneratoren sein, Kaltgas-Gasgeneratoren, Hybrid-Gasgeneratoren, oder andere bekannte Gasgeneratoren zur Erzeugung eines unter Druck stehenden Fluids.
Wenn im nachfolgenden jeweils nur Von einem Gasgenerator (Singular) gesprochen wird, so umfasst dieses jedoch auch mehrere Gasgeneratoren (Plural), wie oben stehend erläutert.
Der Gasgenerator kann hierbei im Fahrzeug angeordnet werden, oder auf der Vorrichtung zur Verstärkung der Bodenhaftung selbst, beispielsweise auf der Scheibe. Zudem kann er in bekannter Weise durch die Systeme des Fahrzeuges angesteuert werden, um das benötigte, unter Druck stehende Fluid bereitzustellen. Es ist allerdings auch möglich, und gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass die Quelle für das unter Druck stehende Fluid bzw. der Gasgenerator durch die Bewegung der Scheibe aktiviert wird. Es kann aber auch, gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform, vorgesehen sein, dass die Scheibe durch die Aktivierung der Quelle bzw. des oder der Gasgeneratoren bewegt wird.
Im Gegensatz zur Anwendung bei Airbags, wo das unter Druck stehende Fluid in ungefähr 10 Millisekunden zur Verfügung gestellt werden muss, ist bei Notbremssystemen eine längere Bereitstellungszeit erforderlich. Die Zeit für eine Notbremsung beträgt einige Sekunden, so dass gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, bei der Verwendung eines Gasgenerator als Quelle für das unter Druck stehende Fluid, dem Gasgenerator eine Druckreduzierungsvorrichtung nachgeschaltet ist. Auf diese Weise wird es einfach ermöglicht, die erforderliche Bereitstellungszeit des unter Druck stehenden Fluids zur Verfügung zu stellen, so dass eine funktionssichere Vorrichtung zur Verstärkung der Bodenhaftung bereitgestellt wird.
Alternativ kann als Quelle für das unter Druck stehende Fluid gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ein Verbrennungsmotor vorgesehen sein, insbesondere der Verbrennungsmotor des Fahrzeuges, wobei das unter Druck stehende Fluid durch das Abgas zur Verfügung gestellt wird. Hiermit wird eine reversible Vorrichtung zur Verstärkung der Bodenhaftung zur Verfügung gestellt, die es zum einen ermöglicht, die Vorrichtung beliebig oft zu verwenden, ohne für die Funktion der Vorrichtung notwendige Teile auszutauschen (wie beispielsweise ein Gasgenerator, wenn ein solcher als Quelle für das unter Druck stehende Fluid verwendet wird). Zum anderen ist es hier auch möglich, den Unterdruck unter dem Haftmittel bzw. der Scheibe beliebig lange aufrechtzuerhalten, da der Motor kontinuierlich Abgas erzeugt, solange er in Betrieb ist.
Beispielsweise kann hier das Abgas kontinuierlich vom Motor zum Haftmittel bzw. zur mindestens einen Scheibe geleitet und durch die mindestens eine Fluideinlassöffnung unter die Scheibe geführt werden, von wo es in die Umgebung entweicht. In der fahrbahnfernen Ruhestellung befindet sich die Scheibe unter dem Fahrzeug, und das Abgas entweicht direkt in die Umgebung zum Umgebungsdruck hin, ohne eine erzwungene radiale Strömung über die zweite Hauptfläche der Scheibe. Insofern wird in der Ruhestellung des Haftmittels bzw. der Scheibe kein Unterdruck unter der zweiten Hauptfläche der Scheibe erzeugt. Wird das Haftmittel bzw. die Scheibe jedoch, durch die Sicherheitssysteme des Fahrzeuges angesteuert, von der fahrbahnfernen Ruhestellung in die Funktionsstellung benachbart zur Fahrbahn gebracht, erfolgt eine durch die Fahrbahnoberfläche erzwungene radiale Strömung des Abgase über die zweite Hauptfläche der Scheibe, sowie über die Fahrbahnoberfläche, so dass der beschriebene, ringförmige Unterdruckbereich unter der zweiten Hauptfläche der Scheibe gebildet wird. Wie beschrieben, erzeugt der ringförmige Unterdruckbereich eine Normalkraft auf die Scheibe, und damit auf das Fahrzeug, so dass die Bodenhaftung des Fahrzeugs verstärkt wird. Hierdurch können die konventionellen Bremsen des Fahrzeuges eine erhöhte Bremswirkung liefern, so dass der Bremsweg des Fahrzeuges verkürzt bzw. eine Aufprallgeschwindigkeit des Fahrzeuges auf ein Hindernis reduziert wird. Dieses hilft, eine höhere kinetische Energie abzubauen, als dies alleine mit der konventionellen Bremsvorrichtung des Fahrzeuges möglich ist, was insbesondere vor einem Aufprall des Fahrzeugs auf ein Hindernis vorteilhaft ist, um die Folgen zu mindern.
Um das Haftmittel bzw. die Scheibe zugfest mit dem Fahrzeug zu verbinden, ist gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform eine Positionieranordnung mit einem beweglichen Arm vorgesehen, um die Scheibe von einer fahrbahnfernen Ruhestellung unter dem Fahrzeug in eine Funktionsstellung benachbart zur Fahrbahn zu bringen. Durch diese zugfeste Verbindung wird es ermöglicht, die von der Vorrichtung erzeugte Normalkraft als zusätzliche Bremskraft in das Fahrzeug einzuleiten. Anzumerken ist hier, dass größere zusätzliche Bremskräfte erzielt werden können, je näher die Verbindungsstelle zwischen beweglichem Arm und Fahrzeug am Fahrzeugschwerpunkt liegt.
Weiterhin ist es gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, ein zusätzliches Kontaktmittel mit einem Mittel zur Erhöhung der Reibung unter dem Haftmittel bzw. der Scheibe zwischen Haftmittel bzw. Scheibe und der Fahrbahn anzuordnen. Das Mittel zur Erhöhung der Reibung wird nach der Aktivierung der Quelle in der Funktionsstellung gegen die Fahrbahn gedrückt. Durch den Kontakt mit der Fahrbahn wird eine Reibkraft zwischen dem Mittel zur Erhöhung der Reibung und der Fahrbahn erzeugt, die als zusätzliche Normalkraft die in das Fahrzeug eingeleitete zusätzliche Bremskraft erhöht.
Das Mittel zur Erhöhung der Reibung kann nach einer vorteilhaften Ausführungsform eine metallische Fläche aufweisen, die vorteilhafterweise mittig unter der Scheibe im Überdruckbereich direkt unter der Fluideinlassöffnung mit einem Abstand zu dieser angeordnet ist, so dass die metallische Fläche durch den Überdruck gegen die Fahrbahn gedrückt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Mittel zur Erhöhung der Reibung auch Reibstäbe aus einem geeigneten Material aufweisen, die speichenförmig direkt auf der zweiten Hauptfläche der Scheibe angeordnet sind. Durch diese speichenförmige Anordnung der Reibstäbe, die sich vorzugsweise von der Fluideinlassöffnung bis zum Rand der Scheibe erstrecken, kann die radiale Ausströmung des Fluids von der Fluidauslassöffnung gesteuert und verstärkt werden.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen ersichtlich. In den Zeichnungen zeigt:
1: eine Seitenansicht eines Heckteils eines Fahrzeugs (1), teilweise im Aufriss, mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (10) zur Verstärkung der Bodenhaftung in der fahrbahnfernen Ruhestellung (I);
2: eine Seitenansicht eines Heckteils eines Fahrzeugs (1) mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (10) zur Verstärkung der Bodenhaftung in der Funktionsstellung (II) benachbart zur Fahrbahn (100);
3: einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung (10), mit einer Darstellung der Strömung des unter Druck stehenden Fluids (30);
4: einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung (10), mit dem Druckverlauf in der Vorrichtung (10) sowie der resultierenden Normalkraft F;
5: einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung (10), mit einem unter der Fluideinlassöffnung (14) im Überdruckbereich (P+) angeordneten Kontaktmittel (40), welches ein Mittel zur Erhöhung der Reibung in Form einer metallischen Scheibe (44) aufweist;
6: eine Ansicht eines Haftmittels (12) von schräg unten, mit einem Kontaktmittel (40), welches ein Mittel zur Erhöhung der Reibung in Form von Reibstäben (46) aufweist.
Die 1 zeigt schematisch in Seitenansicht das Heckteil eines Fahrzeuges (1) auf einer Fahrbahn (100), teilweise im Aufriss. Im Aufriss ist eine am Fahrzeugrahmen (2) angebrachte erfindungsgemäße Vorrichtung (10) zur Verstärkung der Bodenhaftung zu sehen. Die Vorrichtung (10) befindet sich in einer Ruhestellung (I) unter dem Fahrzeug (1) und ist mittels eines beweglichen Arms (20) mit dem Fahrzeugrahmen (2) verbunden. Hierbei ist ein erstes Ende des Arms (20) mittels eines ersten Gelenks (21) beweglich am Fahrzeugrahmen (2) befestigt, und ein zweites Ende des Arms (20) ist mittels eines zweiten Gelenks (22) beweglich an der Vorrichtung (10) befestigt.
Von der in 1 gezeigten Ruhestellung (I) wird die erfindungsgemäße Vorrichtung (10) bei Bedarf in eine in 2 gezeigte Funktionsstellung (II) überführt. Diese Überführung wird durch nicht dargestellte Steuermittel ausgelöst, die mit einem nicht dargestellten Sicherheitssystem des Fahrzeuges verbunden sind. Das Sicherheitssystem hat Entscheidungsmittel, die abhängig von der Fahrsituation des Fahrzeuges, sowie von Sensorwerten von nicht dargestellten Sensoren entscheiden, ob die erfindungsgemäße Vorrichtung (10) von der Ruhestellung (I) in die Funktionsstellung (II) überführt werden soll.
In der 2 ist schematisch in Seitenansicht das Heckteil des Fahrzeuges (1) der 1 dargestellt, mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung (10) in der Funktionsstellung (II) benachbart zur Fahrbahn (100). Die Vorrichtung (10) ist mittels des beweglichen Arms (20) zugfest mit dem Fahrzeugrahmen (2), und damit mit dem Fahrzeug (1), verbunden. In dieser Funktionsstellung (II) wird ein Unterdruck zwischen der Vorrichtung (10) und der Fahrbahn (100) erzeugt, wie weiter oben beschrieben wurde, der eine auf die Vorrichtung (10), und damit auf das Fahrzeug (1), wirkende Normalkraft erzeugt, die die Bodenhaftung verstärkt. Hierdurch können die konventionellen Bremsen des Fahrzeuges eine erhöhte Bremswirkung liefern, so dass der Bremsweg des Fahrzeuges verkürzt bzw. eine Aufprallgeschwindigkeit des Fahrzeuges auf ein Hindernis reduziert wird. Dieses hilft, eine höhere kinetische Energie abzubauen, als dies alleine mit der konventionellen Bremsvorrichtung des Fahrzeuges möglich ist, was insbesondere vor einem Aufprall des Fahrzeugs auf ein Hindernis vorteilhaft ist, um die Folgen zu mindern. Die Erzeugung des Unterdruckes sowie der auf die Vorrichtung (10) wirkenden Normalkraft wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 3 und 4 näher beschrieben.
Die 3 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung (10) zur Verstärkung der Bodenhaftung für ein (hier nicht dargestelltes) Fahrzeug (1). Ein Haftmittel in Form einer runden ebenen Scheibe (12) ist mittels eines beweglichen Arms (20) mit dem nicht dargestellten Fahrzeugrahmen (2) des ebenfalls nicht dargestellten Fahrzeugs (1) verbunden. Die runde eben Scheibe (12) wiederum ist mittels eines zweiten Gelenks (22) beweglich mit dem Arm (20) verbunden. Der hier dargestellte Querschnitt ist entlang der Mittellinie der runden ebenen Scheibe (12). Die runde ebene Scheibe (12) weist an der Oberseite eine zum nicht dargestellten Fahrzeug (1) gerichtete erste Hauptfläche (18) auf, sowie an der Unterseite eine zur Fahrbahn (100) gerichtete zweite Hauptfläche (19).
Ein unter Druck stehendes Fluid (30) wird von einer nicht dargestellten Quelle der Scheibe (12) zugeführt, und tritt an einer Fluideinlassöffnung (14) an der zweiten Hauptfläche (19) aus. Der Austritt erfolgt dabei senkrecht, d. h. normal zur zweiten Hauptfläche (19) in Richtung auf die Fahrbahn (100). Die Scheibe (12) ist hierbei mit einem Abstand (A) von der Fahrbahn (100) beanstandet, so dass das unter Druck stehende Fluid (30) von der Fahrbahn (100) abprallt und radial entlang der Scheibe (12) zwischen der zweiten Hauptfläche (19) und der Oberfläche der Fahrbahn (100) in einer erzwungenen radialen Strömung weitergeleitet wird, bevor es durch eine Auslassöffnung (16) in die Umgebung zum Umgebungsdruck hin entweicht.
Die erzwungene radiale Strömung des unter Druck stehenden Fluids (30) führt zu einer Unterdruckbildung unter der Scheibe (12). Im mittigen zentralen Bereich unter der Scheibe (12), das heißt unter der Fluideinlassöffnung (14), wird durch das einströmende, unter Druck stehende Fluid (30) ein Überdruckbereich gebildet, da das einströmende, unter Druck stehende Fluid (30) an der direkten Weiterströmung durch die Fahrbahn (100) gehindert wird. Das unter Druck stehende Fluid (30) wird stattdessen umgelenkt und zu einer radialen Ausströmung aus dem zentralen Überdruckbereich gezwungen. Diese erzwungene radiale Ausströmung führt zu einer Erhöhung der Geschwindigkeit sowie einer Senkung des Druckes des Fluids (30).
Um eine Erhöhung der Geschwindigkeit des Fluids (30) sowie eine Senkung des Druckes des Fluids (30) zu erzielen, ist es jedoch notwendig, dass das Verhältnis D/d des Durchmessers (D) der Scheibe (12) zum Durchmesser (d) der Fluideinlassöffnung (14) gross ist, insbesondere > 15, und vorzugsweise 35. Berechnungen und Simulationen haben gezeigt, dass bei einem derartigen Verhältnis (z. B. Durchmesser (D) = 600 mm, Durchmesser (d) = 17 mm, Abstand (A) = 2 mm) sowie einem Überdruck des Fluids (30) von z. B. 27 bar eine Normalkraft (F) von ca. 12.000 N auf die Scheibe (12) aufgebracht werden kann. Die Geschwindigkeit des zur radialen Ausströmung gezwungenen Fluids (30) wird dabei bis über die dreifache Schallgeschwindigkeit (Mach 3,3) erhöht, und ein Unterdruck bzw. Differenzdruck zum Umgebungsdruck von 0,44 bar erzeugt.
Die Auslassöffnung (16) ist zwischen dem Rand der Scheibe (12) und der Fahrbahn (100) gebildet und hat die Form einer Zylinderfläche, die durch den Abstand (A) zwischen der Scheibe (12) und der Fahrbahn (100) sowie den Umfang der Scheibe (12) definiert wird. Eine zylinderflächenförmige Auslassöffnung kann nicht verstopfen, so dass die Funktionssicherheit der Vorrichtung jederzeit gewährleistet ist.
Die erzwungene radiale Strömung des unter Druck stehenden Fluids (30) führt zu einer Unterdruckbildung unter der Scheibe (12), wie oben erläutert. Der resultierende Druckverlauf wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 4 näher beschrieben.
Die 4 zeigt, wie die 3, einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung (10) zur Verstärkung der Bodenhaftung für ein (hier nicht dargestelltes) Fahrzeug (1). Ein Haftmittel in Form einer runden ebenen Scheibe (12) ist mittels eines beweglichen Arms (20) mit dem nicht dargestellten Fahrzeugrahmen (2) des ebenfalls nicht dargestellten Fahrzeugs (1) verbunden. Die runde eben Scheibe (12) wiederum ist mittels eines zweiten Gelenks (22) beweglich mit dem Arm (20) verbunden. Der hier dargestellte Querschnitt ist entlang der Mittellinie der runden ebenen Scheibe (12). Die runde ebene Scheibe (12) weist an der Oberseite eine zum nicht dargestellten Fahrzeug (1) gerichtete erste Hauptfläche (18) auf, sowie an der Unterseite eine zur Fahrbahn (100) gerichtete zweite Hauptfläche (19).
Unter Druck stehendes Fluid (30, P+, +++) wird der Scheibe (12) zugeführt, und tritt an der Fluideinlassöffnung (14) senkrecht bzw. normal zur zweiten Hauptfläche (19) in den Raum unter der Scheibe (12), der durch die zweite Hauptfläche (19) und die Oberfläche der Fahrbahn (100) begrenzt wird. Da der direkte Weiterfluss des unter Druck stehenden Fluids (30, P+, +++) durch die Oberfläche der Fahrbahn (100) verhindert wird, staut sich das unter Druck stehende Fluid (30, P+, +++) zunächst in diesem zentralen Bereich unter der Fluideinlassöffnung (14), so dass ein zentraler Überdruckbereich gebildet wird. Von diesem zentralen Überdruckbereich erfolgt dann eine erzwungene radiale Ausströmung des unter Druck stehenden Fluids (30, P+, +++), wobei sich die Geschwindigkeit erhöht und der Druck verringert. Wie oben erläutert, kann sich die Geschwindigkeit dabei bis über Mach 3,3 erhöhen, während ein Unterdruck bzw. ein Differenzdruck zum Umgebungsdruck von 0,44 bar erzielt werden kann. Um den zentralen Überdruckbereich herum entsteht zunächst durch die erzwungene radiale Ausströmung des unter Druck stehenden Fluids ein ringförmiger Bereich mit Umgebungsdruck (P0, 000), der in einen ringförmigen Bereich mit Unterdruck (P–, ---) übergeht, der sich bis zum Rand der Scheibe (12) erstreckt.
Dieser Unterdruckbereich (P–, ---) „saugt” die Scheibe (12) in Richtung zur Fahrbahn (100), so dass eine Normalkraft (F) gebildet wird. Wie oben erläutert, kann eine auf das Fahrzeug (1) wirkende Normalkraft (F) von ca. 12.000 N erzeugt werden, die die Bodenhaftung verstärkt. Hierdurch können die konventionellen Bremsen des Fahrzeuges eine erhöhte Bremswirkung liefern, so dass der Bremsweg des Fahrzeuges verkürzt bzw. eine Aufprallgeschwindigkeit des Fahrzeuges auf ein Hindernis reduziert wird. Dieses hilft, eine höhere kinetische Energie abzubauen, als dies alleine mit der konventionellen Bremsvorrichtung des Fahrzeuges möglich ist, was insbesondere vor einem Aufprall des Fahrzeugs auf ein Hindernis vorteilhaft ist, um die Folgen zu mindern.
Die 5 zeigt einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung (10) zur Verstärkung der Bodenhaftung für ein (hier nicht dargestelltes) Fahrzeug (1). Ein Haftmittel in Form einer runden ebenen Scheibe (12) ist mittels eines beweglichen Arms (20) mit dem nicht dargestellten Fahrzeugrahmen (2) des ebenfalls nicht dargestellten Fahrzeugs (1) verbunden. Die runde eben Scheibe (12) wiederum ist mittels eines zweiten Gelenks (22) beweglich mit dem Arm (20) verbunden. Der hier dargestellte Querschnitt ist entlang der Mittellinie der runden ebenen Scheibe (12). Die runde ebene Scheibe (12) weist an der Oberseite eine zum nicht dargestellten Fahrzeug (1) gerichtete erste Hauptfläche (18) auf, sowie an der Unterseite eine zur Fahrbahn (100) gerichtete zweite Hauptfläche (19).
Im Unterschied zu der in den 3 und 4 beschriebenen Ausführungsform hat die in der 5 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung (10) zur Verstärkung der Bodenhaftung zusätzlich ein Kontaktmittel (40) mit einem Mittel zur Verstärkung der Reibung. Das Mittel zur Verstärkung der Reibung ist in der hier dargestellten Ausführungsform eine metallische Fläche (44), die durch das unter Druck stehende Fluid (30, P+, +++) nach der Aktivierung der Quelle in der Funktionsstellung (II) gegen die Fahrbahn (100) gedrückt wird. Durch den Kontakt mit der Fahrbahn (100) wird eine Reibkraft zwischen der metallischen Fläche (44) und der Fahrbahn (100) erzeugt, die als zusätzliche Normalkraft (F) die in das Fahrzeug (1) eingeleitete zusätzliche Bremskraft erhöht. Vorteilhafterweise ist das Kontaktmittel (40) mit der metallischen Fläche (44) mittig unter der Scheibe (12) im Überdruckbereich direkt unter der Fluideinlassöffnung (14) mit einem Abstand zu dieser angeordnet, so dass die metallische Fläche (44) durch den Überdruck gegen die Fahrbahn (100) gedrückt wird. Das Kontaktmittel (40) bzw. die metallische Fläche (44) kann hierbei mittels geeigneter Abstandshalter (42), die ein Ausströmen des unter Druck stehenden Fluids aus dem zentralen Überdruckbereich zulassen, an der Scheibe (12) befestigte sein.
Die 6 zeigt eine Ansicht eines Haftmittels (12) in Form einer Scheibe (12) von schräg unten. Das Haftmittel (12) in Form einer runden ebenen Scheibe (12) ist mittels eines nicht dargestellten, beweglichen Arms (20) mit dem nicht dargestellten Fahrzeugrahmen (2) des ebenfalls nicht dargestellten Fahrzeugs (1) verbunden. Die runde ebene Scheibe (12) weist an der Unterseite eine zur Fahrbahn (100) gerichtete zweite Hauptfläche (19).
Im Unterschied zu der in der 5 beschriebenen Ausführungsform hat die in der 6 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung (10) zur Verstärkung der Bodenhaftung ein Kontaktmittel (40) mit einem Mittel zur Verstärkung der Reibung, das Reibstäbe (46) aus einem geeigneten Material aufweist, die speichenförmig direkt auf der zweiten Hauptfläche (19) der Scheibe (12) angeordnet sind. Durch diese speichenförmige Anordnung der Reibstäbe (46), die sich vorzugsweise von der Fluideinlassöffnung (14) bis zum Rand der Scheibe (12) erstrecken, kann die radiale Ausströmung des Fluids von der Fluidauslassöffnung (14) gesteuert und verstärkt werden. Durch den Kontakt mit der Fahrbahn (100) wird eine Reibkraft zwischen den Reibstäben (46) und der Fahrbahn (100) erzeugt, die als zusätzliche Normalkraft (F) die in das Fahrzeug (1) eingeleitete zusätzliche Bremskraft erhöht.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
2: Fahrzeugrahmen
10: Vorrichtung zur Verstärkung der Bodenhaftung
12: Haftmittel/Scheibe
14: Fluideinlassöffnung
16: Auslassöffnung
18: erste Hauptfläche
19: zweite Hauptfläche
20: Positionieranordnung/beweglicher Arm
21: erstes Ende/erstes Gelenk
22: zweites Ende/zweites Gelenk
30: Fluid
40: Kontaktmittel
42: Abstandshalter
44: metallische Fläche
46: Reibstab
100: Fahrbahn
A: Abstand Scheibe-Fahrbahn
F: Normalkraft
---/P–: Unterdruck
+++/P+: Überdruck
000/P0: Umgebungsdruck
I: Ruhestellung
II: Funktionsstellung
D: Durchmesser Scheibe
d: Durchmesser Fluideinlassöffnung
D/d: Verhältnis der Durchmesser D/d

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 102005009949 [0003]
DE 3403636 [0004]
DE 2251152 [0005]
DE 102009034582 [0006]

Claims

Vorrichtung zur Verstärkung der Bodenhaftung für ein Fahrzeug, aufweisend ein Haftmittel (12) und eine Quelle für ein unter Druck stehendes Fluid (30), wobei das Haftmittel (12) das unter Druck stehende Fluid (30) weiterleitet, sowie eine Positionieranordnung (20), um das Haftmittel (12) von einer fahrbahnfernen Ruhestellung (I) unter dem Fahrzeug (1) in eine Funktionsstellung (II) benachbart zur Fahrbahn (100) zu bringen, wobei das Haftmittel (12) mindestens eine Fluideinlassöffnung (14) aufweist, die zwischen einer ersten, zum Fahrzeug (1) weisenden Hauptfläche (18) und einer zweiten, zur Fahrbahn (100) weisenden Hauptfläche (19) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das unter Druck stehende Fluid (30) nach der Aktivierung der Quelle in der Funktionsstellung (II) entlang der zweiten Hauptfläche (19) und der Fahrbahn (100) geleitet wird, so dass ein Unterdruck (P–, ---) unter der zweiten Hauptfläche (19) gebildet wird, bevor das Fluid (30) durch eine Auslassöffnung (16) zum Umgebungsdruck (P0) hin entweicht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Haftmittel (12) mindestens eine runde ebene Scheibe (12) mit einer im wesentlichen glatten und geraden Oberfläche (19) aufweist, und die Fluideinlassöffnung (14) mittig in der Scheibe (12) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnung (16) zwischen dem Rand der Scheibe (12) und der Fahrbahn (100) angeordnet ist, und durch deren Abstand (A) sowie den Umfang der Scheibe (12) definiert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis (D/d) des Durchmessers (D) der Scheibe (12) zum Durchmesser (d) der Fluideinlassöffnung (14) gross ist, insbesondere grösser als 15 ist, und vorzugsweise 35 ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle für das unter Druck stehende Fluid (30) ein Gasgenerator ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gasgenerator eine Druckreduzierungsvorrichtung nachgeschaltet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluideinlassöffnung (14) der Auslass des Gasgenerators ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Gasgenerator zusammen mit der Scheibe (12) von einer fahrbahnfernen Ruhestellung (I) unter dem Fahrzeug (1) in eine Funktionsstellung (II) benachbart zur Fahrbahn (100) bewegt.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle für das unter Druck stehende Fluid (30) durch die Bewegung der Scheibe (12) aktiviert wird, oder dass die Scheibe (13) durch die Aktivierung der Quelle bewegt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle für das unter Druck stehende Fluid (30) ein Verbrennungsmotor ist, und dass das unter Druck stehende Fluid (30) das Abgas des Verbrennungsmotors ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionieranordnung (20) einen beweglichen Arm (20) aufweist, um das Haftmittel (12) von einer fahrbahnfernen Ruhestellung (I) unter dem Fahrzeug (1) in eine Funktionsstellung (II) benachbart zur Fahrbahn (100) zu bringen.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Kontaktmittel (40) mit einem Mittel zur Erhöhung der Reibung (44, 46) vorgesehen ist, welches unter dem Haftmittel (12) zwischen dem Haftmittel (12) und der Fahrbahn (100) angeordnet ist, wobei das Mittel zur Erhöhung der Reibung (44, 46) nach der Aktivierung der Quelle in der Funktionsstellung (II) gegen die Fahrbahn (100) gedrückt wird.