-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren für ein Luftleitelement an einem Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
-
Luftleitelemente an Kraftfahrzeugen sind bekannt. Diese Luftleitelemente, welche an den Kraftfahrzeugen bevorzugt an einem Heck des Kraftfahrzeugs angeordnet sind, weisen ein Profil auf, welches relativ zur Fahrzeugkarosserie zwischen einer eingefahrenen Ruheposition und einer maximal ausgefahrenen Wirkposition verstellbar ist. Bekannt sind zum Beispiel Kraftfahrzeuge, deren Luftleitelement, auch Spoiler genannt, in der Karosserie versenkbar sind und in ihrer Wirkposition überwiegend außerhalb der Karosserie angeordnet sind.
-
Die Spoiler können somit Positionen zwischen diesen beiden Extrempositionen annehmen. Allerdings gibt es für bestimmte Fahrzeuggeschwindigkeiten günstige Positionen des Spoilers die einen bevorzugten Abtrieb herbeiführen, als auch ungünstige Positionen, die zu einem instabilen Betriebszustand des Kraftfahrzeugs führen können. Daher ist es notwendig eine aktuelle Spoilerposition zu ermitteln, sowie eine Information zur aktuellen Spoilerposition, insbesondere bei einer ungünstigen Position, dem Fahrzeugführer mitzuteilen, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist.
-
So geht aus der europäischen Patentschrift
EP 1 932 751 B1 eine Vorrichtung zur Positionserfassung eines Spoilers an einem Kraftfahrzeug hervor, welche dem Fahrzeugführer Informationen zum Betriebszustand des Spoilers und/oder von zur Ermittlung der aktuellen Position des Spoilers vorgesehenen Sensoren liefert. Die Beurteilung des Betriebszustandes erfolgt unter Berücksichtigung eines Toleranzbereiches.
-
Die Offenlegungsschrift
DE 10 2011 006 908 A1 offenbart einen Spoiler für ein Kraftfahrzeug, dessen Funktion bestimmt wird. Es wird vor Erreichen einer ersten Fahrzeugschwellwertgeschwindigkeit ein so genannter Funktionstest durchgeführt. Dieser ist dazu vorgesehen eine Fehlfunktion einer Stelleinrichtung des Spoilers frühzeitig zu erkennen.
-
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren für ein Luftleitelement an einem Kraftfahrzeug zur Herbeiführung eines in Abhängigkeit einer Position des Luftleitelementes erwirkten stabilen Betriebszustandes bereitzustellen.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren für ein Luftleitelement an einem Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren für ein Luftleitelement an einem Kraftfahrzeug umfasst das Luftleitelement, welches in seiner Position relativ zum Kraftfahrzeug zwischen einer ersten Extremposition und einer zweiten Extremposition positionierbar ist, wobei die erste Extremposition einer maximale Unterschreitung der zweiten Extremposition entspricht. Es wird eine Ist-Position des Luftleitelementes, mit anderen Worten eine im Fahrzeugbetrieb aktuelle Position des Luftleitelementes, erfasst, welche mit einer Mindest-Sollposition des Luftleitelementes und einer Soll-Position des Luftleitelementes verglichen wird. Bei einer Unterschreitung einer zulässigen Position, welche zwischen der Mindest-Sollposition des Luftleitelementes und der Soll-Position des Luftleitelementes liegt, wird ein Einfahrstopp des Luftleitelementes aktiviert. Der Vorteil ist, dass das Luftleitelement, resp. der Spoiler, in seiner aktuellen Position angehalten wird, so dass eine weitere Unterschreitung der zulässigen Position unterbunden wird.
-
Die Mindest-Sollposition des Spoilers entspricht einer Position, welche im Verhältnis zur zweiten Extremposition nicht unterschritten werden sollte, da es dann zu einem unzureichenden Abtrieb kommen kann, derart, dass das Kraftfahrzeug in einen instabilen Fahrzustand geraten kann. Dies gilt es zu vermeiden. Da die zulässige Position zwischen der Mindest-Sollposition des Luftleitelementes und der Soll-Position des Luftleitelementes liegt, ist ein Sicherheitsabstand zur Mindest-Sollposition ausgebildet. Dadurch ist die Gefahr reduziert in den instabilen Fahrzustand zu geraten.
-
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die zulässige Position in Abhängigkeit der Mindest-Sollposition sowie eines ersten Toleranzabstandes und eines zweiten Toleranzabstandes ermittelt. Dadurch ist die Möglichkeit gegeben einen definierbaren Sicherheitsabstand der zulässigen Position von der Mindest-Sollposition herbeizuführen. Des Weiteren besteht der Vorteil, dass der Sicherheitsabstand als Funktion unterschiedlicher Toleranzwerte ermittelt werden kann. Diese können bspw. ein Toleranzwert des Stellmotors und ein Toleranzwert des Kraftfahrzeugs als Funktion von einer aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit sein.
-
In einer weiteren Ausgestaltung erfolgt bei einer Unterschreitung einer grenzwertig zulässigen Position, welche in Abhängigkeit der Mindest-Sollposition und eines ersten Toleranzabstandes ermittelt wird, eine Zwangsaktivierung eines Sicherheitsmoduls oder eines Funktionssicherheitskonzepts. Der Vorteil ist eine elektronische Kontrolle und Sicherheitsfunktion des Kraftfahrzeugs einzusetzen, welche dazu ausgebildet ist, die Fahrzeugstabilität auch bei ungeeigneter Spoilerposition herbeizuführen. Bevorzugt ist das Sicherheitsmodul ein elektronisches Stabilitätsprogramm.
-
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei einer Unterschreitung der zulässigen Position eine Information an einen Fahrzeugführer des Kraftfahrzeugs unmittelbar ausgegeben. Bei der unmittelbaren Information bspw. eines aktuellen Fahrzeugzustandes und/oder Spoilerposition des Fahrzeugführers ist dieser sofort informiert und kann sein Fahrverhalten entsprechend anpassen.
-
Vorteilhaft wird die Information über ein Display und/oder Audioeinrichtung des Kraftfahrzeugs ausgegeben, so dass der Fahrzeugführer des Kraftfahrzeugs auf einfache Weise visuell oder auditiv informiert wird.
-
Eine Ermittlung des ersten Toleranzabstandes als Funktion einer aktuellen Fahrgeschwindigkeit weist den Vorteil auf, dass die Dynamik des aktuellen Fahrzeugzustandes in den Sicherheitsabstand integriert werden kann. Vorteilhaft wird der erste Toleranzabstand in Abhängigkeit einer ersten Fehlertoleranzzeit bestimmt, wobei gilt S1(v) = FTZ1·a(v), wobei S1 dem ersten Toleranzabstand und FTZ1 der ersten Fehlertoleranzzeit FTZ1 entspricht. Die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit v geht in Form der Beschleunigung a in den ersten Toleranzabstand S1 ein. Die erste Fehlertoleranzzeit FTZ1 entspricht einer Fehlererkennungs- und Reaktionszeit des Sicherheitsmoduls.
-
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der zweite Toleranzabstand in Abhängigkeit einer zweiten Fehlertoleranzzeit ermittelt. Diese zweite Fehlertoleranzzeit ist bevorzugt eine Fehlertoleranzzeit des Stellmotors, wodurch bspw. einer möglichen Trägheit und/oder einer Nachlaufzeit des Stellmotors Rechnung getragen werden kann.
-
Vorteilhafterweise wird der zweite Toleranzabstand in Abhängigkeit einer Maximaldrehzahl eines Stellmotors des Leitelementes bestimmt, wobei gilt S2 = FTZ2·nMax, wobei S2 dem zweiten Toleranzabstand, FTZ2 der zweiten Fehlertoleranzzeit und nMax der Maximaldrehzahl entspricht. Die Maximaldrehzahl wird definiert unter Berücksichtigung von Produktionsschwankungen sowie Spannungs- und Temperaturabhängigkeiten des Stellmotors.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Die Figur zeigt in einem v-n-Diagramm Linien unterschiedlicher Spoilerpositionen.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Positionierung eines nicht näher dargestellten Luftleitelementes an einem nicht näher dargestellten Kraftfahrzeug ist prinzipiell in der einzigen Figur dargestellt. Das Verfahren entspricht einer Analyse einer aktuellen Position des Luftleitelementes, eine so genannte Ist-Position, mit einer Herbeiführung von unterschiedlichen Maßnahmen in Abhängigkeit der Analyse. Mit anderen Worten wird ausgehend von der aktuellen Position des Luftleitelementes eine Analyse dieser Position des Luftleitelements im Hinblick auf eine erzeugte Aerodynamik des Kraftfahrzeugs mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt. Ergibt die Prüfung, dass die aktuelle Position des Luftleitelementes für eine aktuelle Fahrsituation nicht angemessen ist, werden unterschiedliche Maßnahmen eingeleitet.
-
Das Luftleitelement ist in Form eines ausfahrbaren Spoilers an einem Heck einer Kraftfahrzeugkarosserie des Kraftfahrzeugs ausgebildet.
-
In dem in der Figur dargestellten v-n-Diagramm sind Linien unterschiedlicher Positionen des Spoilers als Funktion von einer Fahrzeuggeschwindigkeit v des den Spoiler aufweisenden Kraftfahrzeugs und Umdrehungen n eines nicht näher dargestellten Stellmotors des Spoilers dargestellt. Der Stellmotor dient der Positionierung des Spoilers und ist in Form eines Elektromotors ausgebildet. Ebenso könnte er auch in einer anderen, einer zur Bewegung des Spoilers hinreichend geeigneten Form ausgebildet sein.
-
Der Spoiler ist zwischen zwei Extrempositionen verstellbar. Die erste Extremposition ist die Position in vollständig eingefahrenem Zustand, wobei der Spoiler in einer nicht näher dargestellten Karosserie des Kraftfahrzeugs überwiegend aufgenommen ist.
-
Die zweite Extremposition ist die Position, in der der Spoiler vollständig ausgefahren ist. In dieser zweiten Extremposition ist der Spoiler zur Erzeugung eines maximalen Abtriebs zur Steigerung einer Bodenhaftung des Kraftfahrzeugs positioniert. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird als Maßnahme ein Einfahrstopp des Spoilers eingeleitet. Dies bedeutet, dass der Spoiler zum aktuellen Zeitpunkt nicht weiter in Richtung der ersten Extremposition eingefahren werden kann.
-
Zwischen der ersten Extremposition und der zweiten Extremposition nimmt der Spoiler zumindest während einer Stellphase unterschiedliche weitere Zwischenpositionen ein. Ebenso sind Kraftfahrzeuge realisiert, deren Spoiler in Abhängigkeit einer Fahrzeuggeschwindigkeit verschiedene stabile Zwischenpositionen zwischen der ersten Extremposition und der zweiten Extremposition selbsthemmend einnehmen können. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass der Spoiler bspw. bei niedrigen Geschwindigkeiten in der ersten Extremposition, bei mittleren Geschwindigkeiten in einer Zwischenposition und bei hohen Geschwindigkeiten bis zur Höchstgeschwindigkeit in der zweiten Extremposition positioniert ist.
-
Im Diagramm ist eine erste Kennlinie 1 eingezeichnet, welche eine so genannte Soll-Position des Spoilers kennzeichnet. Diese Soll-Position entspricht einer Position des Spoilers, in der er ein Abtrieb während der entsprechenden Fahrzeuggeschwindigkeit herbeiführt, unter Beibehaltung stabiler Fahrzeugeigenschaften.
-
Des Weiteren ist im Diagramm zwischen einer Abszisse des Diagramms und der ersten Linie 1 eine zweite Kennlinie 2 eingetragen, welche eine so genannte Mindest-Sollposition des Spoilers kennzeichnet. Diese ist im zugehörenden Fahrzeuggeschwindigkeitsbereich die Position des Spoilers, die er nicht in Richtung der ersten Extremposition unterschreiten sollte, da unterhalb dieser Mindest-Sollposition das Kraftfahrzeug in einen instabilen Bewegungs- bzw. Fahrzustand geraten kann. Mit anderen Worten weist jede Position des Spoilers, welche grafisch in einem Bereich zwischen der zweiten Kennlinie 2 und der Abszisse einzutragen ist, die Gefahr auf, dass das Kraftfahrzeug einen instabilen Bewegungs- bzw. Fahrzustand einnehmen kann. Dies soll vermieden werden. Das bedeutet, dass zur Herbeiführung eines stabilen Bewegungs- bzw. Fahrzeugzustand der Spoiler so zu positionieren ist, dass eine der realen Position äquivalente grafische Darstellung im Diagramm zumindest zwischen der ersten Kennlinie 1 und der zweiten Kennlinie 2 liegt.
-
Zwischen der ersten Kennlinie 1 und der zweiten Kennlinie 2 sind eine dritte Kennlinie 3 eines ersten Toleranzabstands S1 und eine vierte Kennlinie 4 eines zweiten Toleranzabstands S2 im Diagramm eingetragen. Die dritte Kennlinie 3, welche eine grenzwertig zulässige Position des Spoilers kennzeichnet, und die vierte Kennlinie 4, welche eine zulässige Position des Spoilers kennzeichnet, sind analytisch bestimmt. Im Gegensatz dazu wurde die zweite Kennlinie 2 aus einer Mehrzahl in Fahrzeugversuchen ermittelten Positionen des Spoilers festgelegt. Die dritte Kennlinie 3 und die vierte Kennlinie 4 kennzeichnen Sicherheitsabstände zur Mindest-Position in Abhängigkeit von Fehlertoleranzzeiten FTZ1, FTZ2 und werden in Abhängigkeit von dieser ermittelt.
-
Die dritte Kennlinie 3 ist ermittelbar aus einer so genannten ersten Fehlertoleranzzeit FTZ1 eines nicht näher dargestellten Sicherheitsmoduls des Kraftfahrzeugs. Dieses Sicherheitsmodul ist bevorzugt ein so genanntes elektronisches Stabilitätsprogramm ESP. Ebenso könnte es auch ein anderes Sicherheitsmodul des Kraftfahrzeugs sein. Da allerdings eine Fehlposition oder unzulässige Position des Spoilers eine Auswirkung auf die Bewegungs- bzw. Fahrstabilität des Kraftfahrzeugs, mit anderen Worten die Stabilität des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit der Fahrdynamik, aufweist, ist bevorzugt die erste Fehlertoleranzzeit FTZ1 des elektronischen Stabilitätsprogramms ESP einzusetzen.
-
Die erste Fehlertoleranzzeit FTZ1 entspricht einer Summe einer Fehlererkennungs- und einer Reaktionszeit des Sicherheitsmoduls. Sie ist die Zeit, die zulässig ist zur Herbeiführung einer Gegenmaßnahme unmittelbar nach Kenntnisnahme eines fehlerhaften bzw. unzulässigen Zustandes. Sie ist für das entsprechende Sicherheitsmodul eine Konstante.
-
Der erste Toleranzabstand S1 umfasst die erste Fehlertoleranzzeit FTZ1 in Abhängigkeit der aktuellen Geschwindigkeit v, welche eine bestimmte Beschleunigung a(v) aufweist, und wird ermittelt zu S1(v) = FTZ1·a(v). Der erste Toleranzabstand S1(v) trägt einem fahrzeugdynamischen Zustand Rechnung und ist daher in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit v zu ermitteln. Die dritte Kennlinie 3 ist das Ergebnis einer Differenz der zweiten Kennlinie 2 und des ersten Toleranzabstand S1 (v).
-
Der zweite Toleranzabstand S2 weist eine zweite Fehlertoleranzzeit FTZ2 des vom Einfahrstopps auf, welche eine Fehlertoleranz- und Reaktionszeit, sowie eine Nachlaufzeit und eine weitere Toleranzzeit umfasst. Die Nachlaufzeit und die weitere Toleranzzeit sind in einem ersten Ausführungsbeispiel in Abhängigkeit des Stellmotors bestimmt. Ebenso könnten diese Zeiten auch abhängig vom System, welches neben dem Stellmotor und dem Spoiler selbst auch eine den Spoiler bewegbare Bewegungsvorrichtung sowie Steuerelemente mechanischer und elektronischer Art umfasst, ausgelegt werden. Die weitere Toleranzzeit kann ebenso auch basierend auf Erfahrungswerten bestimmt werden.
-
Der zweite Toleranzabstand S2 trägt somit einer Fehlertoleranzzeit des vom Stellmotor abhängigen Einfahrstopps Rechnung und wird ermittelt zu S2(v) = FTZ2·nMax, wobei nMax eine Maximaldrehzahl des Stellmotors ist.
-
Die Maximaldrehzahl nMax ist eine maximal zulässige Höchstdrehzahl des Stellmotors und wird abhängig vom Temperatur- und Spannungsbereich des Stellmotors sowie unter Berücksichtigung von Produktionstoleranzen definiert. Da der zweite Toleranzabstand S2 auf den Stellmotor bezogen und unabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit ist, stellt er eine Konstante über den gesamten Fahrzeuggeschwindigkeitsbereich dar.
-
Die vierte Kennlinie 4 ist durch Addition des Wertes des zweiten Toleranzabstands S2 mit den Werten der dritten Kennlinie 3 bestimmt. Weist der Spoiler eine Position auf, deren entsprechender diagrammäquivalenter Wert zwischen der ersten Kennlinie 1 und der vierten Kennlinie 4 angeordnet werden kann, ist diese Position ausreichend zur Erhaltung der Fahrzeugstabilität und es sind keine weiteren Maßnahmen für eine Abhilfe, bspw. Änderung der Position des Spoilers oder Mitteilung, erforderlich. Sofern der Spoiler allerdings eine Position aufweist, deren Wert unterhalb der vierten Kennlinie 4 einzutragen ist, werden unterschiedliche Maßnahmen aktiviert.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren weist in einem ersten Schritt die Ermittlung der aktuellen Position des Spoilers bei einer aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit v auf. Dieser Position wird ein dem Diagramm äquivalenter aktueller Wert W0 zugeordnet. Die Positionsermittlung erfolgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit Hilfe eines Sensors in Form eines Hallsensors. Ebenso könnte die Positionsermittlung auch mit einem anderen Sensor oder einem System bestimmt werden, welches ebenso zur Positionsermittlung geeignet ist.
-
In einem zweiten Schritt werden in Abhängigkeit der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit v ein erster Wert W1 mit Hilfe der ersten Kennlinie 1, ein zweiter Wert W2 mit Hilfe der zweiten Kennlinie, ein dritter Wert W3 mit Hilfe der dritten Kennlinie 3 und ein vierter Wert W4 mit Hilfe der vierten Kennlinie W4 ermittelt.
-
Der erste Wert W1 entspricht der Soll-Position des Spoilers bei der entsprechenden Fahrzeuggeschwindigkeit v. Der zweite Wert W2 entspricht der Mindest-Position des Spoilers bei der Fahrzeuggeschwindigkeit v. Der dritte Wert W3 entspricht der Position des Spoilers unter Berücksichtigung des ersten Toleranzabstands S1 und der vierte Wert entspricht der Position des Spoilers unter Berücksichtigung des zweiten Toleranzabstands S2.
-
Ergibt ein Vergleich des Wertes W0 mit den weiteren Werten W1, W2, W3, W4, dass er zwischen dem vierten Wert W4 und dem Sollwert W1 liegt und somit gilt W4 < W0 < W1, werden keine Maßnahmen eingeleitet, da eine ausreichende Fahrzeugstabilität im Hinblick auf die aktuelle Position des Spoilers vorliegt.
-
Führt der Vergleich zu dem Ergebnis, dass der Wert W0 kleiner oder gleich dem vierten Wert W4 und größer als der dritte Wert W3 ist und somit W3 < W0 ≤ W4 gilt, wird der Einfahrstopp des Spoilers aktiviert bzw. eingeleitet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erfolgt keine Fehlermeldung, da diese Position Wo nicht zu einem instabilen Fahrzeug fürht, solang e W3 < W0.
-
Die Informationsvorrichtung kann bspw. in Form eines Displays an einer Instrumententafel des Kraftfahrzeugs ausgebildet sein. Ebenso kann die Informationsvorrichtung in Form einer Audioeinrichtung ausgebildet sein, so dass die Information phonetisch dem Fahrzeugführer mitgeteilt werden kann. Auch eine Kombination der phonetischen und visuellen Fehlermeldung mit Hilfe der Informationsvorrichtung ist möglich. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Informationsvorrichtung in Form eines Displays ausgebildet.
-
Sofern das Ergebnis des Vergleichs der Werte W0, W1, W2, W3, W4 ergibt, dass der Wert W0 kleiner oder gleich dem dritten Wert W3 ist, erfolgt zusätzlich zum Einfahrstopp eine entsprechende visuelle und/oder phonetischen Fehlermeldung und eine Zwangsaktivierung des elektronischen Stabilitätsprogramms ESP.
-
Die Kennlinien 1, 2, 3, 4 können bspw. in einem Steuer- und Regelungssystem des Kraftfahrzeugs elektronisch abgelegt sein. Ebenso ist es möglich, wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel realisiert, dass die Fehlertoleranzzeiten FTZ1, FTZ2 als Konstante in einem Berechnungsprogramm im Steuer- und Regelungssystem hinterlegt sind und bei der Ermittlung des ersten Toleranzabstandes S1 die aktuelle Geschwindigkeit v des Kraftfahrzeugs zur Berechnung der Beschleunigung a(v) herangezogen wird. Das bedeutet, dass in Abhängigkeit des ermittelten Wertes W2 und der zweiten Kennlinie mit Hilfe der Fehlertoleranzzeiten FTZ1, FTZ2 der dritte Wert W3 und der vierte Wert W4 zum Vergleich berechnet werden.
-
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
-
- EP 1932751 B1 [0004]
- DE 102011006908 A1 [0005]
