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Die Erfindung betrifft einen Diffusor für einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein solcher Diffusor ist bereits aus der
DE 10 2011 121 407 A1 bekannt und umfasst wenigstens einen von Luft durchströmbaren Kanal, welcher in Fahrzeughochrichtung zumindest teilweise durch ein Diffusorelement und in Fahrzeugquerrichtung zumindest teilweise durch ein Luftleitelement des Diffusors begrenzt ist. Dabei ist das Luftleitelement um eine Schwenkachse relativ zu dem Diffusorelement verschwenkbar.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Diffusor der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders vorteilhafte Fahrdynamik des Kraftwagens realisiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Diffusor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um einen Diffusor der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders vorteilhafte Fahrdynamik des Kraftwagens realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Schwenkachse, in Einbaulage des Diffusors, in Fahrzeughochrichtung verläuft. Bezogen auf die Einbaulage ist der von Luft durchströmbare Kanal somit in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) zumindest teilweise durch das Diffusorelement begrenzt. Ferner ist der Kanal bezogen auf die Einbaulage in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) zumindest teilweise durch das als Klappe oder Klappenelement fungierende Luftleitelement begrenzt. Da die Schwenkachse bezogen auf die Einbaulage in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) verläuft, kann mittels des Luftleitelements beziehungsweise mittels des Diffusors insgesamt die Fahrdynamik des Kraftwagens besonders vorteilhaft beeinflusst werden.
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Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass ein Fahrzeug bei hohen Kurvengeschwindigkeiten – insbesondere je nach Auslegung des Fahrwerks des Fahrzeugs – zum Übersteuern oder Untersteuern neigt. Mithilfe des erfindungsgemäßen, vorzugsweise aktiv ausgebildeten Diffusors ist es somit möglich, ein Übersteuern beziehungsweise ein Untersteuern des Kraftwagens zu unterdrücken beziehungsweise diesem entgegenzuwirken, sodass besonders hohe Kurvengeschwindigkeiten realisierbar sind. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, das Übersteuern beziehungsweise Untersteuern zu unterstützen, sodass die Fahrdynamik des Kraftwagens bedarfsgerecht beeinflusst werden kann. Hierzu wird das Luftleitelement um die in Fahrzeughochrichtung verlaufende Schwenkachse relativ zu dem Diffusorelement verschwenkt. Wird beispielsweise das Luftleitelement in die den Kanal durchströmende Luft beziehungsweise in deren Strömung geschwenkt, so wirkt eine Windlast auf das Luftleitelement. Diese Windlast erzeugt ein Drehmoment um die Fahrzeughochrichtung des Kraftwagens und somit um dessen Gierachse, da das Luftleitelement ähnlich eines Seitenleitwerks eines Flugzeugs wirkt. Hierdurch ist beispielsweise möglich, dem Gieren des Kraftwagens entgegenzuwirken, sodass beispielsweise der Grenzbereich zum Übersteuern im Gegensatz zu einem starren beziehungsweise statischen Diffusor größer wird. Somit können besonders hohe Kurvengeschwindigkeiten realisiert werden, ohne dass das Heck des Kraftwagens ausbricht.
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Unter dem Diffusor im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Diffusor im Unterschallbereich zu verstehen, sodass der Diffusor eine Vergrößerung eines von der Luft durchströmbaren Strömungsquerschnitts in Strömungsrichtung der Luft darstellt. Mittels dieses Diffusors kann somit ein auf den Kraftwagen wirkender Auftrieb reduziert beziehungsweise gering gehalten werden. Gleichzeitig kann der erfindungsgemäße Diffusor zum bedarfsgerechten und gezielten Beeinflussen des Gierens des Kraftwagens und somit der Fahrdynamik genutzt werden, indem das Luftleitelement um die in Fahrzeughochrichtung verlaufende Schwenkachse verschwenkt wird, wodurch das Luftleitelement ähnlich eines Seitenleitwerks eines Flugzeugs wirkt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine schematische und perspektivische Unteransicht auf einen Diffusor für einen Kraftwagen, mit wenigstens einem von Luft durchströmbaren Kanal, welcher in Fahrzeughochrichtung zumindest teilweise durch ein Diffusorelement und in Fahrzeugquerrichtung zumindest teilweise durch ein um eine Schwenkachse relativ zu dem Diffusorelement verschwenkbares Luftleitelement des Diffusors begrenzt ist, wobei die Schwenkachse in Fahrzeughochrichtung verläuft;
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2 eine schematische Schnittansicht durch den Diffusor;
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3 ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Draufsicht auf den Diffusor und
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4 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht auf den Diffusor.
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1 zeigt in einer schematischen und perspektivischen Unteransicht einen Diffusor für einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen. Unter dem Diffusor ist ein solcher im Unterschallbereich zu verstehen, sodass der Diffusor eine Vergrößerung eines von der Luft durchströmbaren Strömungsquerschnitts in Strömungsrichtung der Luft darstellt. Hierdurch kann ein auf den Kraftwagen wirkender Auftrieb mittels des Diffusors gering gehalten werden.
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Der Diffusor umfasst ein einstückig ausgebildetes Diffusorelement 10, welches beispielsweise aus einem Kunststoff hergestellt ist. Ferner umfasst der Diffusor eine Mehrzahl von Kanälen 12, welche beispielsweise bei einer Vorwärtsfahrt des Kraftwagens von Luft durchströmbar sind beziehungsweise durchströmt werden. In Einbaulage des Diffusors sind die Kanäle 12 in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) nebeneinander angeordnet, wobei der Diffusor seine Einbaulage in vollständig hergestelltem Zustand des Kraftwagens einnimmt. In diesem vollständig hergestellten Zustand ist der Diffusor an dem Kraftwagen, insbesondere im Bereich einer aus 2 ausschnittsweise erkennbaren Unterbodenverkleidung 14 des Kraftwagens, angeordnet. Insbesondere schließt sich der Diffusor in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten an ein Unterbodenverkleidungselement 16 der Unterbodenverkleidung 14 an.
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Das Diffusorelement 10 weist zudem eine Mehrzahl von Wandelementen 18 auf, welche in Einbaulage des Diffusors in Fahrzeugquerrichtung nebeneinander angeordnet sind. Dabei sind die Kanäle 12 in jeweiligen ersten Längenbereichen durch die Wandelemente 18 bezogen auf die Einbaulage in Fahrzeugquerrichtung begrenzt und dabei voneinander unterteilt. An das jeweilige Wandelement 18 schließt sich bezogen auf die Einbaulage des Diffusors in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten hin ein als Luftklappe 20 ausgebildetes Luftleitelement an. Dabei sind die jeweiligen Luftleitelemente (Luftklappen 20) um jeweilige, in Fahrzeugquerrichtung nebeneinander angeordnete Schwenkachsen relativ zu dem Diffusorelement 10 und somit relativ zu den Wandelementen 18 verschwenkbar.
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Um nun die Fahrdynamik des Kraftwagens besonders gezielt und bedarfsgerecht beeinflussen zu können, verlaufen die jeweiligen Schwenkachsen bezogen auf die Einbaulage des Diffusors in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung). Dabei veranschaulichen in 1 Doppelpfeile 22 die Verschwenkbarkeit der Luftklappen 20 um die jeweiligen Schwenkachsen. Da sich die Luftklappen 20 in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten an die Wandelemente 18 anschließen, sind die jeweiligen Kanäle 12 in jeweiligen, sich in Strömungsrichtung der die Kanäle 12 durchströmenden Luft an die ersten Längenbereiche anschließenden, zweiten Längenbereichen bezogen auf die Einbaulage in Fahrzeugquerrichtung durch die Luftklappen 20 begrenzt.
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In 2 ist durch Pfeile die Strömung der Luft durch den Diffusor veranschaulicht, wenn der Kraftwagen entlang einer Fahrbahn 24 vorwärts gefahren wird. Dabei veranschaulicht ein Pfeil x die Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung), wobei ein Pfeil z die Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) veranschaulicht. Der Diffusor weist dabei zwei Diffusorbereiche A und B auf, wobei sich der Diffusorbereich B in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten an den Diffusorbereich A anschließt. 1 und 2 zeigen die Luftklappen 20 in einer Ausgangsstellung, in welcher die Klappen 20 kein Drehmoment um die Fahrzeughochrichtung und somit um die Gierachse des Kraftwagens bewirken.
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Werden die Klappen 20 aus ihrer Ausgangsstellung in eine beispielsweise in 3 gezeigte Betätigungsstellung verschwenkt, so kann die in 3 durch Pfeile veranschaulichte, die Kanäle 12 durchströmende Luft gegen die jeweiligen Luftklappen 20 derart strömen, dass auf die jeweiligen Luftklappen 20 eine Windlast wirkt. In der Ausgangsstellung schließt die jeweilige Luftklappe 20 mit der Fahrzeugquerrichtung beispielsweise einen Winkel von 180° auf. In der Betätigungsstellung schließt die jeweilige Luftklappe 20 mit der Fahrzeugquerrichtung beispielsweise einen von 180° beziehungsweise 0° unterschiedlichen Winkel α ein. Dabei ist in 3 durch einen Pfeil y die Fahrzeugquerrichtung veranschaulicht. Ferner ist in 3 die auf die jeweilige Luftklappe 20 wirkende Windlast durch einen Kraftpfeil Fw veranschaulicht. Aus dieser Windlast resultiert ein um die Fahrzeughochrichtung und somit um die Gierachse des Kraftwagens wirkendes Drehmoment, welches beispielsweise einem Übersteuern des Kraftwagens bei einer Kurvenfahrt entgegenwirken kann. Dadurch können auch besonders hohe Kurvengeschwindigkeiten realisiert werden, ohne dass es zu einem Ausbrechen des Hecks des Kraftwagens kommt.
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Bei zu hohen Kurvengeschwindigkeiten reicht das Haftvermögen von Reifen des Kraftwagens gegebenenfalls nicht mehr aus, um der Zentrifugalkraft entgegenzuwirken. Der Kraftwagen beginnt zu übersteuern. Bei einem heckgetriebenen Fahrzeug verstärkt sich dieser Effekt durch die Antriebseinflüsse.
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Diesem Übersteuern kann mittels des Diffusors entgegengewirkt werden, indem die Luftklappen 20 um die jeweiligen, in Fahrzeughochrichtung verlaufenden und in 3 mit 26 bezeichneten Schwenkachsen verschwenkt werden. Dabei ist in 3 durch eine gestrichelte Linie 28 die projizierte Fläche der jeweiligen Luftklappe 20 veranschaulicht. Ferner ist in 3 durch eine gestrichelte Linie 30 die Ausgangsstellung der jeweiligen Luftklappe 20 veranschaulicht. Da die Luftklappen 20 um die Schwenkachsen 26 gedreht werden können und die Schwenkachsen 26 in Fahrzeughochrichtung verlaufen, wirken die Luftklappen 20 wie ein Leitwerk eines Flugzeugs. Bei schnellen Kurvenfahrten werden die Luftklappen 20 beispielsweise in die Strömung der Luft gestellt, sodass einem Übersteuern des Kraftwagens entgegengewirkt wird. Dies ist in 3 veranschaulicht.
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In 4 ist erkennbar, dass der Diffusor einen Antrieb 32 umfasst, mittels welchem die Luftklappen 20 bewegbar sind. Hierbei sind die Luftklappen 20 über eine Koppeleinrichtung 34 mit dem den Luftklappen 20 gemeinsamen Antrieb 32 gekoppelt, sodass die Luftklappen 20 mittels des Antriebs 32 um die Schwenkachsen 26 verschwenkt werden können. Hierzu umfasst die Koppeleinrichtung 34 wenigstens eine Koppelstange 36, Umlenkhebel 38 sowie Verbindungsstücke 40, welche einerseits mit der Koppelstange 36 und andererseits mit den Umlenkhebeln 38 gekoppelt sind. Die Umlenkhebel 38 sind wiederum mit den Luftklappen 20 gekoppelt, sodass die Luftklappen 20 über die Umlenkhebel 38, die Verbindungsstücke 40 und die Koppelstange 36 mittels des Antriebs 32 verschwenkt werden können. Ferner umfasst die Koppeleinrichtung 34 einen an dem Diffusorelement 10 vorgesehenen Lagerbock 42, an welchem die Koppelstange 36 drehbar gelagert ist. Die Verbindungsstücke 40 sind mittels Muttern 44 an der Koppelstange 36 fixiert und fungieren gleichzeitig als Anschlag. Die Muttern 44 sind beispielsweise Einstellmuttern zum Kompensieren von Toleranzen. Der Lagerbock 42 ist in das Diffusorelement 10 integriert, das heißt einstückig mit dem Diffusorelement 10 ausgebildet.
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Die genannte Windlast wirkt in der Betätigungsstellung der Luftklappen 20 nur auf eine jeweilige wirksame Fläche der jeweiligen Luftklappen 20. Die jeweils gedrehte beziehungsweise geschwenkte Luftklappe 20, insbesondere in ihrer zumindest im Wesentlichen wirksame Fläche, gegen welche die Luft strömt, wirkt wie eine schiefe Ebene, an welcher sich die Windlast in zwei in 3 veranschaulichte Komponenten K1 und K2 zerlegen lässt. Nur die senkrecht auf die wirksame Fläche wirkende Komponente K2 wirkt auf die Luftklappe 20. Die Komponente K2 ist eine Kraft beziehungsweise eine Kraftkomponente, welche einen Hebelarm zum Schwerpunkt des Kraftwagens besitzt. Dadurch bewirkt die Komponente K2 ein Drehmoment, welches bei entsprechender Stellung der jeweiligen Luftklappe 20 dem Drehmoment des Kraftwagens entgegenwirkt. Fährt der Kraftwagen eine Kurve, in dem ein Lenkeinschlag bewirkt wird, und werden die Klappen gegen den Lenkeinschlag gedreht beziehungsweise geschwenkt, so wird einem Übersteuern entgegengewirkt. Wird beispielsweise vom Fahrer ein übersteuerndes Fahrverhalten gewünscht, um beispielsweise einen Drift herbeizuführen, so können die Luftklappen 20 synchron zum Lenkeinschlag beziehungsweise in Richtung des Lenkeinschlags geschwenkt werden. Hierdurch wird das Übersteuern unterstützt beziehungsweise verstärkt.
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Es ist möglich, die jeweilige Luftklappe 20 mit einem eigenen Antrieb zu versehen, sodass die Luftklappen 20 unabhängig voneinander und insbesondere entgegengesetzt geschwenkt werden können. Dadurch können beispielsweise Teile des Diffusors verschlossen werden. Dadurch ist es möglich, den Ab- beziehungsweise Auftrieb einzustellen, insbesondere zu steuern.
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Insbesondere ist es denkbar, dass die jeweilige Luftklappe 20 in unterschiedliche Betätigungsstellungen bewegbar ist, in denen die jeweilige Luftklappe 20 unterschiedliche Winkel α mit der Fahrzeugquerrichtung einschließt. Der jeweilige Winkel wird auch als Anstellwinkel bezeichnet. Dabei ist die Windlast, insbesondere die Komponente K2, abhängig von dem Anstellwinkel. Je spitzer der Anstellwinkel ist, desto größer ist die Windlast beziehungsweise die Komponente K2 und somit das Drehmoment. Größer als 45° sollte der Anstellwinkel nicht werden, da die Windlast sonst zu gering wird. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, die Größe der jeweiligen Luftklappe 20 zu variieren, um die Windlast einzustellen. Eine Optimierung dieser Parameter kann einer CFD-Simulation durchgeführt werden.
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Vorzugsweise ist der Antrieb 32 als Linearmotor ausgebildet. Der als Stellmotor fungierende Linearmotor bewirkt somit eine lineare Bewegung, durch welche die Luftklappen 20 um die jeweiligen Schwenkachsen 26 nach links oder nach rechts gedreht werden können.
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Das Diffusorelement 10 und/oder Luftklappen 20 sind beispielsweise aus einem faserverstärkten Kunststoff, insbesondere aus CFK (kohlenfaserverstärkter Kunststoff) gebildet. Insbesondere ist es möglich, das Diffusorelement 10 und/oder die Luftklappen 20 aus einem Organoblech herzustellen. Insbesondere sind die Luftklappen 20 derart ausgestaltet, dass sie sich nicht unter der Windlast verformen. Daher kommt vorzugsweise ein sehr steifes aber gewichtsgünstiges Material zum Einsatz. Insbesondere ist es möglich, das Diffusorelement 10 und/oder die Luftklappen 20 aus einem Sandwichwerkstoff herzustellen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011121407 A1 [0002]
