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TECHNISCHES GEBIET
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Die Offenbarung betrifft den Betrieb eines Fahrzeugs, einschließlich Steuerung, Fahrt und Handhabung.
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HINTERGRUND
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Fahrzeugentwurf in Bezug auf Aerodynamik, beinhaltet Faktoren, die sich auf den Luftwiderstand, Windgeräusche, Lärmemissionen und Auftriebskräfte, die die Traktion, Kurvenfahrt und andere Elemente der Fahrzeugstabilität beeinflussen, auswirken. Aerodynamische Elemente des Entwurfs können passive Elemente und aktiv gesteuerte Elemente enthalten. Die Kenntnis der aerodynamischen Kräfte, die auf das Fahrzeug wirken, ist erforderlich für die genaue Steuerung eines aktiven aerodynamischen Systems. Bekannte aerodynamische Systeme sind nicht in Reaktion auf Schätzungen des Anpressdrucks aktiv gesteuert, die im Zusammenhang mit dem Betrieb des Fahrzeugs stehen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein Fahrzeug mit einem aktiven aerodynamischen Steuersystem wird beschrieben. Ein Verfahren zur Steuerung des aktiven aerodynamischen Steuersystems beinhaltet die Bestimmung eines Soll-Beschleunigungsanpressdrucks im Zusammenhang mit einer Beschleunigungsanforderung und der Fahrzeuggeschwindigkeit, die Bestimmung eines Soll-Bremsanpressdrucks im Zusammenhang mit einer Bremsanforderung und der Fahrzeuggeschwindigkeit, und die Bestimmung eines Soll-Kurvenanpressdrucks im Zusammenhang mit einer Kurvenfahrtanforderung und der Fahrzeuggeschwindigkeit. Eine maximale Anpressdruckanforderung und eine zweitgrößte Anpressdruckanforderung werden auf Grundlage des Soll-Beschleunigungsanpressdrucks, des Soll-Bremsanpressdrucks und des Solllkurvenanpressdrucks bestimmt. Eine bevorzugte Vorn/Hinten-Verteilung des Anpressdrucks wird auf Grundlage der maximalen Anpressdruckanforderung und der zweitgrößten Anpressdruckanforderung bestimmt. Das aktive aerodynamische Steuersystem wird basierend auf der bevorzugten Vorn/Hinten-Verteilung des Anpressdrucks und der maximalen Anpressdruckanforderung gesteuert.
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Die oben aufgeführten Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsform/en und der besten Art/en zum Ausführen der beschriebenen Offenbarung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen und beigefügten Ansprüchen ersichtlich.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Im Folgenden werden exemplarisch eine oder mehrere Ausführungen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen:
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1 eine schematische Draufsicht eines Fahrzeugs mit einem aktiven aerodynamischen Steuersystem ist, das eine bewegliche Frontspoiler- und eine bewegliche Heckspoilerbaugruppe, in Übereinstimmung mit der Offenbarung, enthält;
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2 ist eine schematische Unteransicht des Fahrzeugs, wie in 1, gemäß der Offenbarung;
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3 ist eine schematische Seitenansicht des Fahrzeugs, wie in 1 und 2, gemäß der Offenbarung; und
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4 ist ein schematisches Blockschaltbild einer Steuerroutine zur Steuerung eines Fahrzeugs, in Übereinstimmung mit der Offenbarung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen in mehreren Ansichten gleiche Referenznummern auf gleiche Komponenten verweisen, stellt 1 eine schematische Draufsicht, 2 eine schematische Unteransicht und 3 eine schematische Seitenansicht eines Motorfahrzeuges 10 dar, das im Verhältnis zur Fahrbahnoberfläche 12 positioniert wird. Das Fahrzeug 10 beinhaltet eine Fahrzeugkarosserie 14, angeordnet in einer Karosserieebene P 15 die im Wesentlichen parallel zur Fahrbahnoberfläche 12 ist. Die Fahrzeugkarosserie 14 definiert sechs Karosserieseiten. Die sechs Karosserieseiten beinhalten ein erstes Karosserieende, oder Fahrzeugfront 16, ein entgegengesetzt liegendes zweites Karosserieende, oder Fahrzeugheck 18, eine erste laterale Karosserieseite, oder linke Seitenwand 20, und eine zweite laterale Karosserieseite, oder rechte Seitenwand 22, einen oberen Karosserieteil 24, der ein Fahrzeugdach beinhalten kann, und einen Unterbodenteil. Das Fahrzeug 10 beinhaltet einen Antriebsstrang, der einen Motor 41 beinhaltet, der mechanisch über einen Getriebesatz mit einem oder mehreren Laufrädern 48 zur Übertragung von mechanischer Energie an dieselben verbunden ist. Motor 41 kann ein Verbrennungsmotor (in 1) sein, ein hybrid-elektrischer Antriebsstrang (nicht abgebildet) oder eine andere Art von Motor, und der Getriebesatz kann ein Automatikgetriebe oder ein anderer geeigneter Getriebesatz sein. Das Fahrzeug 10 kann jedes geeignete Kraftfahrzeug sein, einschließlich, als nicht-beschränkende Beispiele, ein Personenkraftwagen, ein Hochleistungsfahrzeug oder ein Geländefahrzeug. Der Betrieb des Fahrzeugs 10 kann von einer Steuerung 46 gesteuert werden.
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Das Fahrzeug 10 beinhaltet eine linke Seitenwand 20 und eine rechte Seitenwand 22, die im Allgemeinen parallel zueinander und im Verhältnis zu einer virtuellen Längsachse X 11 des Fahrzeugs 10 angeordnet sind und den Abstand zwischen der Fahrzeugfront 16 und dem Fahrzeugheck 18 überbrücken. Die Karosserieebene P 15 ist so definiert, dass sie die Längsachse X 11 enthält. Ein Fahrgastraum (nicht dargestellt) des Fahrzeugs 10 wird im Allgemeinen von der Fahrzeugfront und dem Fahrzeugheck 16, 18 und den linken und rechten Seiten 20, 22 der Karosserie 14 eingegrenzt. Wie ein technisch versierter Fachmann verstehen wird, ist die Fahrzeugfront 16 zum Begegnen der einströmenden Umgebungsluft 27 konfiguriert, wenn das Fahrzeug 10 im Verhältnis zur Fahrbahnoberfläche 12 in Bewegung ist. Wenn das Fahrzeug 10 in Bewegung ist, bewegt sich die einströmende Umgebungsluft 27 im Wesentlichen parallel zur Karosserieebene P 15 und entlang der Längsachse X 11.
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Während sich das Fahrzeug 10 im Verhältnis zur Fahrbahnoberfläche 12 bewegt, strömt die Umgebungsluft 27 um die Fahrzeugkarosserie 14 herum und wird in jeweils einen ersten Luftstromteil 27-1, einen zweiten Luftstromteil 27-2, einen dritten Luftstromteil 27-3 und einen vierten Luftstromteil 27-4 gesplittet, die sich am Ende in einem Nachlauf- oder Wiederumlauf-Luftstromgebiet 27-6 direkt hinter dem Fahrzeugheck 18 wieder vereinen. Insbesondere strömt, wie in 1 dargestellt, der erste Luftstromteil 27-1 über das Karosserieoberteil 24, ein zweiter Luftstromteil 27-2 an der linken Seitenwand 20 vorbei, ein dritter Luftstromteil 27-3 an der rechten Seitenwand 22 vorbei und der vierte Luftstromteil 27-4 strömt unter der Fahrzeugkarosserie 14 zwischen dem Unterbodenteil 26 und der Fahrbahnoberfläche 12 vorbei. Wie ein technisch versierter Fachmann verstehen wird, entsteht das Wiederumlauf-Luftstromgebiet 27-6 im Allgemeinen bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten aus dem um die sechs Seiten der Fahrzeugkarosserie 14 strömenden Luftstrom.
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Das Fahrzeug 10 beinhaltet ein aktives aerodynamisches Steuersystem, das bevorzugt eine bewegliche Frontspoilerbaugruppe 30 und eine bewegliche Heckspoilerbaugruppe 28 beinhaltet. Die Heckspoilerbaugruppe 28 beinhaltet einen Spoilerkörper 31 entlang einer Spoilerachse Y 13 und ist dazu konfiguriert, die Bewegung des Umgebungsluftstroms 27 entlang der Karosserie 14 zu kontrollieren. Der Spoilerkörper 31 kann mit der Fahrzeugkarosserie 14 über ein oder mehrere Standrohre 29 verbunden sein, und kann in einer Ausführungsform flügelförmig sein. „Flügelförmig” ist hierin definiert als die Form eines Flügels aufweisend. D. h. eine Lamelle mit der Form einer Tragfläche, definiert durch eine strömungsgünstige Querschnittsform, die Auftrieb für den Flug oder die Fortbewegung durch ein Fluid herstellt. Wie in 1 zu sehen ist, kann die Spoilerachse Y 13 orthogonal zur Längsachse X 11 positioniert werden. Die Spoilerachse Y 13, orthogonal zur Längsachse X 11 positioniert, definiert eine Querachse des Fahrzeugs 10. Zusätzlich ist die Spoilerachse Y 13 ebenfalls im Wesentlichen parallel zur Karosserieebene P 15 angeordnet. Die Heckspoilerbaugruppe 28 variiert einen Anpressdruck FD2, der durch den Luftstrom 27 am Heck des Fahrzeugs 10 ausgeübt wird. Die Frontspoilerbaugruppe 30 kann als Frontschürze fungieren, die einen Anpressdruck FD1 variiert, der durch den Luftstrom 27 an der Vorderseite des Fahrzeugs 10 ausgeübt wird, und kann verwendet werden, um den Anpressdruck FD1 an der Vorderseite des Fahrzeugs 10 zu erhöhen, während die Spoilerbaugruppe am Heck 18 eingesetzt werden kann, um den Anpressdruck FD2 an der Hinterseite des Fahrzeugs 10 zu erhöhen, um so die Fahrzeugtraktion zu erhöhen. Die vorderen und hinteren Spoilerbaugruppen 30, 28 können aus entsprechend steifen Materialien mit geringer Masse geformt werden, so wie spezielle Kunststoffe oder Aluminium, um so strukturelle Stabilität zu gewährleisten. Die Heckspoilerbaugruppe 28 beinhaltet auch einen hinteren Mechanismus 36, der dazu konfiguriert ist, die Position der Spoilerbaugruppe 28 in Reaktion auf ein Steuersignal zu ändern. Die Frontspoilerbaugruppe 30 kann weiterhin ein erstes, linkes Winglet 32 und ein zweites, rechtes Winglet 34 enthalten, die jeweils im Wesentlichen quer zur Spoiler Achse Y 13 angeordnet sind und im Wesentlichen vertikal zur Fahrbahnoberfläche 12 angeordnet sind und frontal auf den Umgebungsluftstrom 27 treffen. Dadurch erleichtert das erste und zweite Winglet 32, 34 das Einfangen von Luftlöchern, wenn das Fahrzeug 10 in Bewegung ist. Ein vorderer Mechanismus 38 ist dazu konfiguriert, die Position der Frontspoilerbaugruppe 30 in Reaktion auf ein Steuersignal zu ändern, und kann selektiv sowohl das erste Winglet 32 als auch das zweite Winglet 34 in eine Richtung verschieben, die im Wesentlichen quer zur Längsachse X 11 liegt, und dadurch die Größe des aerodynamischen Anpressdrucks FD anpassen, der durch die Frontspoilerbaugruppe 30 erzeugt wird. Die vorderen und hinteren Mechanismen 38, 36 können aus steuerbaren Aktuatoren und geeigneten Scharnieren, Federn und anderen Vorrichtungen bestehen, um eine Bewegung in Abhängigkeit vom jeweiligen Steuersignal einzuleiten, das von der Steuerung 46 gesendet wird. Die steuerbaren Aktuatoren können, als nicht-beschränkende Beispiele, elektromechanische lineare Vorrichtungen oder Drehvorrichtungen, pneumatisch gesteuerte Vorrichtungen, oder hydraulisch gesteuerte Vorrichtungen enthalten.
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Das Fahrzeug 10 beinhaltet vorzugsweise eine Vielzahl von Sensoren zur Überwachung des Fahrzeugbetriebs in Hinblick auf Fahrzeugfahrt und Handhabung. Eine Vielzahl von ersten Sensoren 50 kann auf der Fahrzeugkarosserie 14 angeordnet sein, um die Drehzahl von jedem Laufrad 48 (in 2 zu sehen) zu erfassen. Jeder erste Sensor 50 kann auch dazu konfiguriert sein, die erfasste Drehzahl des jeweiligen Laufrads 48 an die Steuereinheit 46 zu übermitteln, während die Steuereinheit 46 dazu konfiguriert sein kann, die von den jeweiligen ersten Sensoren empfangenen Daten in die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs 10 umzurechnen. Das Fahrzeug 10 kann auch einen zweiten Sensor 52 (in 2 zu sehen) beinhalten, konfiguriert zur Erfassung einer Gierkraft oder -geschwindigkeit an der Fahrzeugkarosserie 14 im Verhältnis zur Fahrbahnoberfläche 12 und zur Übermittlung der erfassten Giergeschwindigkeit an die Steuereinheit 46. Zusätzlich kann das Fahrzeug 10 einen dritten Sensor 54 zur Überwachung eines Lenkrades 56 (in 1 zu sehen) beinhalten zur Erfassung eines Winkels des Lenkrades während des Betriebs des Fahrzeuges 10. Eine beabsichtigte Richtung des Fahrzeugs 10 kann durch den Lenkradwinkel, der vom dritten Sensor 54 erfasst und der Steuerung 46 übermittelt wird, identifiziert werden. Das Fahrzeug 10 kann zusätzlich einen vierten Sensor 58 (in 1 zu sehen) beinhalten, konfiguriert zur Erfassung der Geschwindigkeit des Umgebungsluftstroms 27 relativ zum Fahrzeug 10. Der vierte Sensor 58 kann zusätzlich konfiguriert werden, um die ermittelte Geschwindigkeit des Umgebungsluftstroms an die Steuerung 46 zu übermitteln. Der vierte Sensor 58 kann, beispielsweise, ein Staurohr sein, das konfiguriert ist zur Erfassung des Drucks des Umgebungsluftstroms 27 an einer spezifischen Stelle an der Karosserie 14. Die Steuerung 46 kann Instruktionen ausführen, die den gemessenen Druck mit der Luftstromgeschwindigkeit korrelieren. Die genannten Sensoren können in der Form von Drehpositionssensoren, Linearpositionssensoren, Ultraschallsensoren, Lasersensoren und trägheitsbasierten Beschleunigungssensoren ausgeführt werden. Eine Orientierungsberechnung kann mit Hilfe eines Staurohrs oder anderer Informationen zur Fahrzeugdynamik, die Trägheitsschätzungen bereitstellen, vorgenommen werden. Eine Luftdichteberechnung kann vom absoluten Druck am Krümmer und der Luft-Außentemperatur abgeleitet werden.
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Das Fahrzeug 10 beinhaltet ein System oder eine Vielzahl von Systemen zur aktiven Steuerung von Fahrt und Handhabung. Dies kann ein oder mehrere Programme zur Steuerung der Lage(n) der vorderen und hinteren Spoilerbaugruppen 30, 28 enthalten. Dies kann ein aktives Aufhängungssystem 62 enthalten, das dazu konfiguriert ist, die Fahrwerkdämpfung und/oder die vorderen und hinteren Fahrhöhen in Reaktion auf ein Steuersignal, das von Betriebsbedingungen abhängt, anzupassen. Aktive Aufhängungsysteme sind bekannt. Das Fahrzeug 10 kann ein aktives Bremssystem 64 enthalten, das ein Antiblockiersystem zur Steuerung der Radbremsung als Reaktion auf einen Bremsbefehls des Fahrers und andere Eigenschaften enthalten kann. Das Fahrzeug 10 kann eine Aktivlenkung 66 enthalten, die die Lenkübersetzung des Fahrzeugs in Reaktion auf Betriebszustände steuert. Aktive Bremssysteme 64 und aktive Lenksysteme 66, einschließlich der zugehörigen Regler und Steuerroutinen sind bekannt.
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Die Steuerung 46 ist eine elektronische Vorrichtung, die dazu konfiguriert ist, d. h. ausgebildet und programmiert, einen oder mehrere von dem vorderen Mechanismus 38, dem hinteren Mechanismus 36, dem aktiven Aufhängungssystem 62, dem aktiven Bremssystem 64, und dem aktiven Lenksystem 66 anzusteuern, in Reaktion auf Bedienerbefehle und Inputs von Sensoren; beispielsweise die Gierrate, die durch den zweiten Sensor 52 erfasst wird. Das Steuergerät 46 kann ein spezifisches Steuergerät sein oder Funktionen haben, die in eine andere Steuerung integriert sind. Alternativ kann es eine Vielzahl von Steuergeräten geben, die jeweils im Zusammenhang mit den verschiedenen genannten Systemen stehen.
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Die Steuerung 46 kommuniziert mit einer Bedienoberfläche 70 zur Ermittlung der Bedienerbefehle. Die Bedienoberfläche 70 beinhaltet eine Vielzahl von Mensch-Maschine-Schnittstellenvorrichtungen, durch welche der Fahrzeugführer den Betrieb des Fahrzeugs 10 steuert, einschließlich, beispielsweise, ein Gaspedal 72, ein Bremspedal 74, eine Getriebebereichsauswahl 76 und ein Lenkrad 56. Das Gaspedal 72 liefert ein Signal, einschließlich einer Gaspedalstellung, die eine Bedieneranforderung für Fahrzeugbeschleunigung anzeigt. Das Bremspedal 74 liefert ein Signal, einschließlich einer Bremspedalposition, die eine Bedieneranforderung für Fahrzeugbremsung oder Verzögerung anzeigt. Die Getriebebereichsauswahl 76 stellt ein Signal bereit, das die Richtung der vom Bediener beabsichtigten Bewegung des Fahrzeugs 10 angibt, inklusive einer diskreten Anzahl an vom Bediener auswählbaren Stellungen umfasst, die die bevorzugte Richtung des Fahrzeugs in entweder eine Vorwärts- oder eine Rückwärtsrichtung angeben. Die Getriebebereichsauswahl 76 kann auch einen Aufwärtskipp-/Abwärtskipp-Hebel beinhalten, der einem Fahrzeugführer die Fähigkeit gibt, ein Hochschalten bzw. Herunterschalten des Getriebegangs anzufordern.
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Die Steuerung 46 kann dazu konfiguriert sein, einen oder mehrere von dem vorderen Mechanismus 38, dem hinteren Mechanismus 36, dem aktiven Aufhängungssystem 62, dem aktiven Bremssystem 64, und dem aktiven Lenksystem 66 in Reaktion auf die Drehgeschwindigkeiten der Laufräder 48 anzusteuern, die vom ersten Sensor 50 erfasst und/oder aus der Geschwindigkeit des Umgebungsluftstroms 27, erfasst über den vierten Sensor 58, abgeleitet wird. Die Steuerung 46 kann zusätzlich zur Bestimmung eines Schlupfs des Fahrzeugs 10 im Verhältnis zur Fahrbahnoberfläche 12 programmiert sein. Der Schlupf des Fahrzeugs 10 kann ein Maß dessen beinhalten, um wie viel jedes der Laufräder 48 in eine Richtung gerutscht ist, die im Allgemeinen rechtwinklig zur Fahrzeuglängsachse X 11 verläuft, wodurch festgestellt werden kann, dass das Fahrzeug 10 von einer vorgesehenen Richtung oder Bahn entlang der Fahrbahnoberfläche 12, die durch den Lenkwinkel festgestellt wird, der vom dritten Sensor 54 bestimmt wird, abgewichen ist. Des Weiteren kann die Steuereinheit 46 zum Vergleich des erfassten Lenkradwinkels mit der Giergeschwindigkeit programmiert werden, um zu bestimmen, um wie viel das Fahrzeug 10 von seiner vorgesehenen Richtung oder Bahn abgewichen ist.
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Die Steuerung 46 kann als eine Zentraleinheit (CPU) zur Regulierung des Betriebs des Motors 41 konfiguriert sein oder die Steuerung 46 kann ein spezifisches Steuergerät sein. D.h., es kann eine Vielzahl von Steuerungsvorrichtungen über das Fahrzeug 10 verteilt sein, wobei jedes Steuergerät zur Steuerung und Regelung eines spezifischen Systems oder Teilsystems konfiguriert ist. Um den Betrieb des vorderen Mechanismus 38 angemessen zu steuern, beinhaltet die Steuerung 46 einen Arbeitsspeicher 60, der zumindest teilweise konkret und nicht-flüchtig ist. Der Speicher 60 kann ein beliebiges beschreibbares Medium sein, das an der Bereitstellung computerlesbarer Daten oder Prozessinstruktionen beteiligt ist. Ein solches Medium kann in einem beliebigen Format vorliegen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, nichtflüchtige Medien und flüchtige Medien.
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Nichtflüchtige Medien für die Steuerung 46 können beispielsweise Bild- oder Magnetplatten und andere persistente Speicher sein. Flüchtige Medien können zum Beispiel dynamische Direktzugriffsspeicher (DRAM) umfassen, die einen Hauptspeicher darstellen können. Derartige Anweisungen können von einem oder mehreren Übertragungsmedien, einschließlich Koaxialkabel, Kupferdraht und Faseroptik übertragen werden, einschließlich der Leiter, aus denen ein mit dem Prozessor gekoppelter Systembus besteht. Der Speicher der Steuerung 46 kann auch aus einer Floppy Disk, einer Diskette, einer Festplatte, einem Magnetband, einem beliebigen anderen magnetischen Medium, einer CD-ROM, einer DVD oder einem beliebigen anderen optischen Medium usw. bestehen. Die Steuerung 46 kann mit anderer erforderlicher Computer-Hardware ausgerüstet werden, wie etwa einem Hochgeschwindigkeitstakt, notwendigen Analog-Digital (A/D) und/oder Digital-Analog (D/A) Schaltungen, jeglichen erforderlichen Eingangs-/Ausgangsschaltungen und -geräten (E/A) sowie geeigneter Signalaufbereitungs- und/oder Pufferschaltung. Alle Algorithmen, die für die Steuerung 46 erforderlich oder zugänglich sind, können im Speicher 60 gespeichert und automatisch ausgeführt werden, um die benötigte Funktionalität zu liefern.
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4 zeigt schematisch eine aktive aerodynamische Steuerroutine 400 zur Steuerung eines Kraftfahrzeuges mit einer aktiven aerodynamischen Steuerung, z. B. einer Ausführungsform des Fahrzeugs 10 mit Bezug auf 1, 2 und 3. Die aktive aerodynamische Steuerroutine 400 beinhaltet die Bestimmung einer Vielzahl von Anpressdruck-Sollwerten (410), inklusive der Bestimmung eines Beschleunigungsanpressdruck-Sollwerts (412), der Bestimmung eines Bremsanpressdruck-Sollwerts (414), und der Bestimmung eines Kurvenanpressdruck-Sollwerts (416).
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Zum Zwecke der vorliegenden Offenbarung, ist der Begriff „Anpressdruck” definiert als die Kräfte, die auf die Karosserie wirken und an die Fahrzeugräder weitergeleitet werden in Reaktion auf die aerodynamischen Eigenschaften der Karosserie bei einer bekannten Fahrzeuggeschwindigkeit, einschließlich derjenigen aerodynamischen Kräfte, die bei damit ausgestatteten Fahrzeugen auf eine Frontspoilerbaugruppe und/oder eine Heckspoilerbaugruppe wirken. Die Größe des Anpressdrucks beeinflusst die Reibung der Reifen, und wirkt damit auf die Traktion des Fahrzeugs 10, einschließlich des Auftretens von Längsradschlupf, der während der Beschleunigung des Fahrzeugs auftreten kann und von seitlichem Radschlupf, der während Kurvenfahrten des Fahrzeugs auftreten kann. Ein aktives aerodynamisches Steuersystem kann den Anpressdruck kontrollieren, indem es die Positionen einer Frontspoilerbaugruppe und einer Heckspoilerbaugruppe kontrolliert, beispielsweise die Frontspoilerbaugruppe 30 und die Heckspoilerbaugruppe 28 des Fahrzeugs 10 mit Bezug auf 1, 2 und 3.
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Der Soll-Anpressdruck ist eine Größe des Anpressdrucks, der die Fahrzeugbeschleunigung für einen Drehmomentwert maximiert, und so Radschlupf während des Transfers von Drehmoment zur Bodenoberfläche minimiert ohne übermäßige Schleppkraft am Fahrzeug 10 zu erzeugen. Minimaler Radschlupf ist eine Größenordnung von Radschlupf, die in Reaktion auf das Drehmoment möglich ist, ohne eine Drehmomentenreduzierung vorzunehmen, und kann in einer Ausführungsform innerhalb eines Bereichs zwischen 0 % und 15 % liegen. Drehmoment, das auf die Bodenoberfläche transferiert wird, kann in der Form von Schubkraft beim Beschleunigen, oder in Form von Verzögerung beim Bremsen des Fahrzeugs vorliegen. Der Soll-Anpressdruck ist spezifisch für ein bestimmtes Fahrzeugkarosseriedesign und die Ausstattung des Fahrzeugs 10.
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Das Fahrzeug 10 ist vorzugsweise gekennzeichnet, um einen Soll-Anpressdruck für das Fahrzeug 10 bei Veränderung in einem einzigen Freiheitsgrad zu bestimmen, beispielsweise, beim Beschleunigen, beim Verzögern, oder bei Kurvenfahrt (410). Dies beinhaltet vorzugsweise die Bestimmung der Soll-Beschleunigungsanpressdruck-Anforderung (412), die Bestimmung der Soll-Bremsanpressdruck-Anforderung (414), und die Bestimmung der Soll-Kurvenanpressdruck-Anforderung (416).
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Die Soll-Beschleunigunganpressdruck-Anforderung (412) ist eine Größe des Anpressdrucks, die die Fahrzeugbeschleunigung maximiert, wenn das Fahrzeug 10 auf einer Geraden betrieben wird und erzielt eine optimale Größe des Längsradschlupfs, während das Drehmoment zur Bodenoberfläche transferiert wird, ohne übermäßige Schleppkraft am Fahrzeug 10 zu erzeugen. Der Soll-Beschleunigungsanpressdruck basiert auf einer Fahrer-Beschleunigungsanforderung und einer momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit, und berücksichtigt Fahrzeugbeschleunigungsdrehmoment, Fahrzeuggeschwindigkeit gegenüber Radgeschwindigkeit, Längsradschlupf und andere Faktoren.
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Die Soll-Bremsanpressdruck-Anforderung (414) ist eine Größe des Anpressdrucks, die die Fahrzeugbremsung maximiert, wenn das Fahrzeug 10 auf einer Geraden bretrieben wird und erreicht eine optimale Größe des Radschlupfs, während das Drehmoment zur Bodenoberfläche transferiert wird. Der Soll-Verzögerungsanpressdruck basiert auf einer Größe des vom Fahrzeugführer angeforderten Bremsmoments und einer momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit und berücksichtigt Fahrzeugdrehmoment, Fahrzeuggeschwindigkeit gegenüber Radgeschwindigkeit, Längsradschlupf und andere Faktoren.
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Die Soll-Kurvenanpressdruck-Anforderung (416) ist eine Größe des Anpressdrucks, die den seitlichen Radschlupf minimiert oder optimiert, ohne übermäßige Schleppkraft am Fahrzeug 10 zu generieren, wenn das Fahrzeug 10 eine Kurve durchfährt. Der Soll-Kurvenanpressdruck basiert auf einer Lenkwinkelanforderung, einem aktuellen Lenkwinkel und einer momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit und berücksichtigt eine vom Fahrzeugführer angeforderte Querbeschleunigungsrate, Fahrzeuggeschwindigkeit gegenüber Radgeschwindigkeit, seitlichen Radschlupf und andere Faktoren.
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Kalibrierungen für die Soll-Beschleunigungsanpressdruck-Anforderung (412), die Soll-Bremsanpressdruck-Anforderung (414) und die Soll-Kurvenanpressdruck-Anforderung (416) können für das Fahrzeug 10 auf der Grundlage von Testfahrten auf Teststrecken, Tests im Windkanal und physikbasierten analytischen Techniken entwickelt werden. Das tatsächliche Fahrzeug kann in einem Windkanal analysiert werden, um experimentell ein aerodynamisches Kennfeld abzuleiten. Wie Fachleuten bekannt ist, simuliert ein Windkanal die Bewegung von Luft um ein Fahrzeug herum unter kontrollierten Windgeschwindigkeits-, Temperatur- und anderen Bedingungen, um die Größen der Kräfte zu bestimmen, die auf das Fahrzeug 10 wirken, während das Fahrzeug auf verschiedene Parameter kontrolliert wird. Solche Parameter beinhalten die vordere und hintere Bodenfreiheit des Fahrzeugs, Neigung, Wankwinkel, Gierwinkel, Luftgeschwindigkeit, Fahrzeuggeschwindigkeit und Lage(n) von einem oder mehreren aerodynamischen Aktuatoren, wie den vorderen und hinteren Spoilern. Die Bewertung des Fahrzeugs 10 in einem Windkanal kann die Identifikation einer Vielzahl von fahrzeugbezogenen Faktoren, die Bestimmung einer Vielzahl von Werten für jeden der Faktoren und die Bestimmung einer Vielzahl von verwandten Reaktionen beinhalten. Es kann eine Versuchsplanung entwickelt werden, die eine mehrstufige vollfaktorielle Matrix zur Auswertung des Fahrzeugs 10 enthalten kann.
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Die Soll-Beschleunigungsanpressdruck-Anforderung 412, die Soll-Bremsanpressdruck-Anforderung 414 und die Soll-Kurvenanpressdruck-Anforderung 416 werden ausgewertet (420). Dies beinhaltet den Vergleich der Soll-Beschleunigungsanpressdruck-Anforderung 412, der Soll-Bremsanpressdruck-Anforderung 414 und der Soll-Kurvenanpressdruck-Anforderung 416, um eine maximale Anpressdruckanforderung und den zugehörigen Zustand zu identifizieren, d. h. einen von Beschleunigungsanpressdruck, Bremsanpressdruck und Kurvenanpressdruck (422). Die Soll-Beschleunigungsanpressdruck-Anforderung 412, die Soll-Bremsanpressdruck-Anforderung 414 und die Soll-Kurvenanpressdruck-Anforderung 416 werden darüber hinaus verglichen, um eine zweitgrößte Anpressdruckanforderung und den zugehörigen Zustand zu identifizieren, d. h. einen von Beschleunigungsanpressdruck, Bremsanpressdruck und Kurvenanpressdruck (424).
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Eine Bias-Routine 430 wertet den Zustand aus, dem die maximale Anpressdruckanforderung 422 zugeordnet ist, und den Zustand, dem die zweitgrößte Anpressdruckanforderung 424 zugeordnet ist, um eine bevorzugte Anpressdruckverteilung zu bestimmen, inklusive einer Vorn/Hinten-Anpressdruckverteilung und – in einer Ausführungsform – einer Links/Rechts-Anpressdruckverteilung. In einer Ausführungsform kann die Anpressdruckverteilung basierend auf einem Verhältnis zwischen der maximalen Anpressdruckanforderung 422 und der zweitgrößten Anpressdruckanforderung 424 bestimmt werden, worin der Gesamtanpressdruck auf der maximalen Anpressdruckanforderung 422 basiert und die Anpressdruckverteilung in Form eines vorgeschlagenen oder ersten Prozentsatzes der maximalen Anpressdruckanforderung stattfindet, der auf die Vorderseite des Fahrzeugs 10 wirkt, während der verbleibende Prozentsatz der maximalen Anpressdruckanforderung am Heck des Fahrzeugs 10 wirkt. Alternativ, oder in Kombination, kann eine weitere Verteilung der Anpressdruckanforderung zwischen der linken und der rechten Seite des Fahrzeuges 10 stattfinden. Die vorgeschlagene Vorn/Hinten-Anpressdruckverteilung wird auf Grundlage der zwei aktivsten dynamischen Zustände generiert, d. h. der beiden dynamischen Zustände, die die größten Anpressdruckanforderungen erzeugen. Diese vorgeschlagene Vorn/Hinten-Anpressdruckverteilung kann durch eine Interpolation bestimmt werden, und die Interpolation kann gewichtet oder dynamisch gewichtet werden, basierend auf dem optimalen Anpressdruck-Bias dieser beiden dynamischen Zustände. Die maximale Größe der Anpressdruckanforderung und die vorgeschlagene oder als Sollwert gegebene Vorn/Hinten-Aufteilung wird an eine Steuerung kommuniziert, wie beispielsweise eine Steuerung 46, die die Positionen der vorderen und hinteren Spoilerbaugruppen 30, 28 als Reaktion darauf kontrolliert (440).
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Als solche berücksichtigt die aktive aerodynamische Steuerroutine 400 gleichzeitig mehrere dynamische Zustände des Fahrzeugs; inklusive, jedoch nicht beschränkt auf, Beschleunigung, Bremsen, und Kurvenfahrt. Informationen für diese Zustände werden mit Hilfe von unterschiedlichen Quellen generiert und können ausschließlich Feedback, ausschließlich Feedforward oder eine Kombination von beidem sein. Die aktive aerodynamischen Steuerroutine 400 kann dynamisch arbeiten zur Steuerung einer einzelnen steuerbaren aerodynamischen Oberfläche, wie beispielsweise der steuerbaren Heckspoilerbaugruppe 28, oder mehrerer aerodynamischer Oberflächen, beispielsweise wie im Zusammenhang mit 1, 2 und 3 beschrieben.
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Die aktive aerodynamische Steuerroutine 400 bestimmt dynamisch eine bevorzugte Anpressdruckanforderung für jeden dynamischen Zustand während des Fahrzeugbetriebs. Die zugehörigen Kalibrierungen und Anwendungen erleichtern vorteilhaft die genaue Optimierung des Anpressdrucks, während die Anpressdruckverteilung über das gesamte Fahrzeug 10 balanciert wird, ohne das gesamte Fahrzeug 10 charakterisieren zu müssen, und vermeiden so eine größere Komplexität der Entwicklung. Dies kann dadurch die Fahrzeugstabilität bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten fördern und erleichtert auch Manövrierbarkeit bei niedrigeren Fahrzeuggeschwindigkeiten. Ein solches System kann den Kalibrierungsaufwand in der Vorproduktion in Bezug auf aerodynamisches Mapping verringern und Bedarf für fahrzeuggebundene Charakterisierungen zur Optimierung der Fahrdynamik reduzieren. Es gibt auch weniger Abhängigkeit von physikbasierten Annahmen und Schätzungen in Bezug auf Reifeneigenschaften, die sich ständig ändern und schwer effektiv zu modellieren sind. Die Ausführung der aktiven aerodynamischen Steuerroutine 400 kann die Fahrzeugstabilität und Fahr- und Handling-Leistung verbessern und den Luftwiderstand des Fahrzeugs verringern.
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Die detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren unterstützen und beschreiben die Offenbarung, der Umfang der Offenbarung wird jedoch einzig und allein durch die Patentansprüche definiert. Während einige der besten Arten und Weisen und weitere Ausführungsformen der beanspruchten Offenbarung ausführlich beschrieben wurden, gibt es verschiedene alternative Ausgestaltungen und Ausführungsformen zur Umsetzung der in den beigefügten Ansprüchen definierten Offenbarung. Darüber hinaus sollen die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen oder die Merkmale von verschiedenen Ausführungsformen, die in der vorliegenden Beschreibung erwähnt sind, nicht unbedingt als voneinander unabhängige Ausführungsformen aufgefasst werden. Vielmehr ist es möglich, dass jedes der in einem der Beispiele einer Ausführungsform beschriebenen Merkmale mit einem oder einer Vielzahl von anderen gewünschten Merkmalen aus anderen Ausführungsformen kombiniert werden kann, was andere Ausführungsformen zur Folge hat, die nicht in Worten oder durch Bezugnahme auf Zeichnungen beschrieben sind. Dementsprechend fallen derartige andere Ausführungsformen in den Rahmen des Schutzumfangs der angehängten Ansprüche.
