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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein aerodynamisches System für ein Fahrzeug und ein Verfahren zur Diagnose eines aerodynamischen Systems und Überprüfung einer Anpressdruckschätzung unter Verwendung von Motorsteuerungsrückmeldesignalen.
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HINTERGRUND
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Einige Fahrzeuge beinhalten aerodynamische Elemente. Diese aerodynamischen Elemente sind Teil des aerodynamischen Fahrzeugsystems und können die aerodynamischen Faktoren des Fahrzeugs, wie z.°B. Fahrzeugluftwiderstand, Windgeräusche, Fahrzeuggeräuschemissionen und Auftriebskräfte, beeinflussen.
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KURZDARSTELLUNG
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Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zur Diagnose eines aerodynamischen Systems und Überprüfung einer Anpressdruckschätzung. Das aerodynamische Fahrzeugsystem beinhaltet mindestens ein aerodynamisches Element, wie z.°B. einen Spoiler, der mit der Fahrzeugkarosserie verbunden ist. Das vorliegende offenbarte Verfahren schätzt den Anpressdruck, der auf das aerodynamische Element einwirkt, wodurch der Konfidenzgrad in die gemeldeten aerodynamischen Bedingungen des Fahrzeugs im Vergleich zu konventionellen Fahrzeugen erhöht wird. Dieser erhöhte Konfidenzgrad ermöglicht anderen Fahrzeugsteuerungen, diese Anpressdruckinformationen zu verwenden, wodurch die Fahrzeugleistung gesteigert wird, indem dem Fahrer eine verbesserte Handhabungsverfeinerung, z.°B. unter Rennstreckenbedingungen, bereitgestellt wird.
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In einer Ausführungsform beinhaltet das Verfahren die folgenden Schritte: (a) Bestimmen eines ersten erwarteten Anpressdrucks, der auf ein aerodynamisches Element des Fahrzeugs einwirkt, über eine Steuerung, mindestens teilweise basierend auf einer aktuellen Position des aerodynamischen Elements im Verhältnis zu einer Fahrzeugkarosserie des Fahrzeugs, worin ein Elektromotor betriebsmäßig mit dem aerodynamischen Element verbunden ist; (b) Bestimmen eines zweiten erwarteten Anpressdrucks, der auf das aerodynamische Element des Fahrzeugs einwirkt, über die Steuerung, mindestens teilweise basierend auf einem elektrischen Strom, der erforderlich ist (oder verwendet wird) zum Bewegen des Elektromotors zur Bewegung des aerodynamischen Elements von der aktuellen Position in eine andere Position; (c) Bestimmen einer Abweichung über die Steuerung, mindestens teilweise basierend auf dem ersten erwarteten Anpressdruck und dem zweiten erwarteten Anpressdruck; und (d) Steuern des aerodynamischen Elements mindestens teilweise basierend auf der Abweichung.
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Die obigen Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Lehren lassen sich leicht aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Durchführungsmodi der Lehren ableiten, wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet werden.
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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 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist;
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2 eine schematische Unteransicht des in 1 dargestellten Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist;
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3 eine schematische Seitenansicht des in 1 und 2 dargestellten Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist;
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4 eine schematische teilweise Seitenansicht einer Fahrzeugkarosserie, eines mit der Fahrzeugkarosserie verbundenen aerodynamischen Elements und eines betriebsmäßig mit dem aerodynamischen Element verbundenen Elektromotors ist; und
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5 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung eines aerodynamischen Systems des in 1 dargestellten Fahrzeugs ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, worin gleiche Bezugszeichen auf gleiche Komponenten verweisen, stellt 1 eine schematische Draufsicht dar, 2 stellt eine schematische Unteransicht dar und 3 stellt eine schematische Seitenansicht eines Kraftfahrzeugs 10 dar, das im Verhältnis zu einer Fahrbahnoberfläche 12 positioniert ist. Das Fahrzeug 10 beinhaltet eine Fahrzeugkarosserie 14, angeordnet in einer Karosserieebene P, die im Wesentlichen parallel zur Fahrbahnoberfläche 12 ist. Die Fahrzeugkarosserie 14 definiert sechs Karosserieseiten. Die sechs Karosserieseiten beinhalten ein erstes Karosserieende oder eine Fahrzeugfront 16, ein entgegengesetzt liegendes zweites Karosserieende oder Fahrzeugheck 18, eine erste laterale Karosserieseite oder linke Seite 20, und eine zweite laterale Karosserieseite oder rechte Seite 22, einen oberen Karosserieteil 24, der ein Fahrzeugdach beinhalten kann, und einen Unterbodenteil 26. Das Fahrzeug 10 beinhaltet einen Antriebsstrang mit einem Antriebsaggregat 41, das mechanisch über einen Getriebezug mit einem oder mehreren Straßenrädern 48 zur Übertragung von mechanischer Kraft darauf verbunden ist. Das Antriebsaggregat 41 kann ein Verbrennungsmotor (in 1 dargestellt), ein Hybrid-Elektroantriebsstrang (nicht dargestellt) oder eine andere alternative Art von Antriebsaggregat sein, und der Getriebezug kann ein Automatikgetriebe oder ein anderer geeigneter Getriebezug sein. Das Kraftfahrzeug 10 kann jedes geeignete Kraftfahrzeug sein, einschließlich, mittels nicht beschränkender Beispiele, eines Personenfahrzeugs, eines Hochleistungsfahrzeugs, eines Geländefahrzeugs, eines autonomen Fahrzeugs und eines Militärfahrzeugs.
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Die linke Seite 20 und die rechte Seite 22 sind im Allgemeinen parallel zueinander und im Verhältnis zu einer virtuellen Längsachse X des Fahrzeugs 10 angeordnet und überbrücken den Abstand zwischen der Fahrzeugfront 16 und dem Fahrzeugheck 18. Die Karosserieebene P ist so definiert, dass sie die Längsachse X umfasst. 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. Die Fahrzeugfront 16 ist zum Begegnen mit einem einströmenden Umgebungsluftstrom 27 konfiguriert, wenn das Fahrzeug 10 im Verhältnis zur Fahrbahnoberfläche 12 in Bewegung ist. Wenn das Fahrzeug 10 in Bewegung ist, bewegt sich der einströmende Umgebungsluftstrom 27 im Wesentlichen parallel zur Karosserieebene P und entlang der Längsachse X.
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Während sich das Fahrzeug 10 im Verhältnis zur Fahrbahnoberfläche 12 bewegt, strömt der Umgebungsluftstrom 27 um die Fahrzeugkarosserie 14 herum und wird in einen ersten Luftstromteil 27-1, einen zweiten Luftstromteil 27-2, einen dritten Luftstromteil 27-3 und einen vierten Luftstromteil 27-4 aufgeteilt, die sich am Ende in einem Nachlauf- oder Wiederumlauf-Luftstromgebiet 27-5 direkt hinter dem Fahrzeugheck 18 wieder vereinen. Insbesondere strömt, wie in 1 dargestellt, der erste Luftstromteil 27-1 über das obere Karosserieteil 24, der zweite Luftstromteil 27-2 strömt an der linken Seite 20 vorbei, der dritte Luftstromteil 27-3 strömt an der rechten Seite 22 vorbei und der vierte Luftstromteil 27-4 (dargestellt in 2) strömt unter der Fahrzeugkarosserie 14 zwischen dem Unterbodenteil 26 und der Fahrbahnoberfläche 12 vorbei. Das Wiederumlauf-Luftstromgebiet 27-5 wird im Allgemeinen bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten aus dem um die sechs Seiten der Fahrzeugkarosserie 14 strömenden Luftstrom verursacht.
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Das Fahrzeug 10 beinhaltet ein aktives aerodynamisches System 25, beinhaltend mindestens eine erste oder hintere aerodynamische Anordnung 28. Die erste aerodynamische Anordnung 28 beinhaltet ein aerodynamisches Element 31, das entlang einer aerodynamischen Elementachse Y angeordnet und konfiguriert ist, um die Bewegung des Umgebungsluftstroms 27 entlang der Fahrzeugkarosserie 14 zu steuern. Die aerodynamische Element 31 kann als ein flügelartiger Spoiler konfiguriert sein. „Flügelartig“ ist hierin als die Form eines Flügels aufweisend definiert, d.°h., eine Rippe, die die Form eines Flügels aufweist, der durch eine strömungsgünstige Querschnittsform definiert ist, die einen Auftrieb zum Fliegen oder Vortrieb durch ein Fluid erzeugt. Mit dem Begriff „Spoiler“ ist eine aerodynamische Vorrichtung gemeint, die zur Unterbrechung der Luftbewegung über die Fahrzeugkarosserie 14 in der Lage ist, während das Fahrzeug 10 in Bewegung ist, wodurch Luftwiderstand reduziert und/oder ein Anpressdruck FD auf das Fahrzeug 10 induziert wird. So kann beispielsweise der Spoiler Luft durch Erhöhen des Betrags der Turbulenz verteilen, die darüber hinwegströmt. Außerdem kann das aerodynamische Element 31 zwecks struktureller Stabilität aus einem entsprechend steifen Material mit jedoch geringer Masse, wie z.°B. einem technischen Kunststoff oder Aluminium, bestehen. Wie aus 1 ersichtlich, kann die aerodynamische Elementachse Y quer (z.°B. senkrecht) zur Karosserielängsachse X positioniert werden. Zusätzlich kann die aerodynamische Elementachse Y auch im Wesentlichen parallel zur Karosserieebene P angeordnet werden. Die erste aerodynamische Anordnung 28 kann direkt mit der Fahrzeugkarosserie 14 verbunden sein. Die erste aerodynamische Anordnung 28 variiert einen Anpressdruck FD, der durch einen Umgebungsluftstrom 27 am Heck des Fahrzeugs 10 ausgeübt wird. Mit dem Begriff „Anpressdruck“ ist eine Kraftkomponente gemeint, die senkrecht zur Richtung der relativen Bewegung des Fahrzeugs 10 verläuft, d.°h. in Längsrichtung zur Fahrbahn 12.
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Bezugnehmend auf 4 beinhaltet die erste aerodynamische Anordnung 28 auch einen ersten oder hinteren Betätigungsmechanismus 36, der zur Einstellung der Position des aerodynamischen Elements 31 im Verhältnis zur Karosserie 14 konfiguriert ist. In der dargestellten Ausführungsform beinhaltet der erste Betätigungsmechanismus 36 einen elektrischen Stellgliedmotor 37, der betriebsmäßig mit dem aerodynamischen Element 31 verbunden ist. Als solcher kann der Elektromotor 37 bei Empfang eines Steuersignals das aerodynamische Element 31 im Verhältnis zur Karosserie 14 bewegen.
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Die erste aerodynamische Anordnung 28 beinhaltet weiterhin ein Gestänge 29, das zwischen dem aerodynamischen Element 31 und dem Elektromotor 37 verbunden ist, wobei ein Scharnier 33 das aerodynamische Element 31 drehbar mit der Fahrzeugkarosserie 14 verbindet. Das Gestänge 29 kann sich bei Aktivierung des Elektromotors 37 bewegen, wodurch ermöglicht wird, dass sich das aerodynamische Element 31 im Verhältnis zur Fahrzeugkarosserie 14 um das Scharnier 33 drehen kann. In der dargestellten Ausführungsform beinhaltet das Gestänge 29 ein erstes Verbindungsglied 29a und ein zweites Verbindungsglied 29b, das direkt mit dem ersten Verbindungsglied 29a verbunden ist. Das erste Verbindungsglied 29a ist direkt mit dem Elektromotor 37 verbunden, und kann sich um den Elektromotor 37 in den Drehrichtungen drehen, die durch den Doppelpfeil R angegeben sind. Das zweite Verbindungsglied 29b kann direkt mit dem aerodynamischen Element 31 verbunden sein. Folglich kann das zweite Verbindungsglied 29b das aerodynamische Element 31 zur Drehung um das Scharnier 33 bei Aktivierung des Elektromotors 37 veranlassen. Durch Drehen des aerodynamischen Elements 31 im Verhältnis zur Fahrzeugkarosserie 14 kann ein Anstellwinkel (nicht dargestellt) des aerodynamischen Elements 31 eingestellt werden.
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Neben der ersten aerodynamischen Anordnung 28 kann das aerodynamische System 25 eine zweite oder vordere aerodynamische Anordnung 30 beinhalten, die als ein Luftdamm (auch als Gurney-Klappe bekannt) fungieren kann, der einen ausgeübten Anpressdruck variiert, der durch den Umgebungsluftstrom 27 an der Front des Fahrzeugs ausgeübt wird. Die Gurney-Klappe könnte am rückwärtigen Teil des Flügels positioniert werden, der der vordere Unterbodenbereich vor den Reifen ist. Die zweite aerodynamische Anordnung 30 kann eingesetzt werden, um den Anpressdruck an der Front des Fahrzeugs zu erhöhen, während die erste aerodynamische Anordnung 28 am Fahrzeugheck 18 eingesetzt werden kann, um den Anpressdruck FD am Heck des Fahrzeugs 10 zur Erhöhung der Fahrzeugtraktion zu erhöhen. Die zweite aerodynamische Anordnung 30 kann zwecks struktureller Stabilität aus einem entsprechend steifen Material mit jedoch geringer Masse, wie z.°B. einem technischen Kunststoff oder Aluminium, bestehen. Weiterhin kann die zweite aerodynamische Anordnung 30 ein erstes linkes Winglet 32 und ein zweites rechtes Winglet 34 beinhalten, die jeweils im Wesentlichen quer im Verhältnis zur aerodynamischen Elementachse Y angeordnet sind, und jeweils im Wesentlichen vertikal zur Fahrbahnoberfläche 12 angeordnet sind und dem Umgebungsluftstrom 27 gegenüberliegen. Dadurch erleichtern die Winglets 32, 34 das Einfangen von Lufttaschen, wenn das Fahrzeug 10 in Bewegung ist. Ein zweiter oder vorderer Betätigungsmechanismus 38 ist konfiguriert, um die Position des ersten und zweiten Winglets 32, 34 als Reaktion auf ein Steuersignal zu verändern. So kann beispielsweise der zweite Betätigungsmechanismus 38 selektiv jedes von dem ersten Winglet 32 und dem zweiten Winglet 34 in einer im Wesentlichen quer zur Karosserielängsachse X liegenden Richtung verstellen, um damit eine Größenordnung des aerodynamischen Anpressdrucks einzustellen, der durch die zweite aerodynamische Anordnung 30 erzeugt wird. Bewegungen des ersten und zweiten Winglets 32, 34 können durch die Linearstellglieder, rotierende Stellglieder und/oder Elektromotoren (nicht ausführlicher dargestellt, jedoch für Fachleute auf dem Gebiet verständlich) erleichtert werden.
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Das Fahrzeug 10 beinhaltet eine Mehrzahl von Sensoren zur Überwachung des Fahrzeugbetriebs im Verhältnis zu Fahrzeugfahrt und -handhabung. Eine Mehrzahl von ersten Sensoren 50 kann auf der Fahrzeugkarosserie 14 angeordnet sein, um die Drehzahl von jedem Straßenrad 48 zu erfassen (in 2 dargestellt). Jeder erste Sensor 50 kann auch dazu konfiguriert sein, um die erfasste Drehzahl des jeweiligen Straßenrads 48 an eine Steuerung 46 zu übermitteln, während die Steuerung 46 dazu konfiguriert sein kann, um die von den jeweiligen ersten Sensoren 50 empfangenen Daten mit der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs 10 zu korrelieren. Das Fahrzeug 10 kann auch einen oder mehrere zweite Sensoren 52 (in 2 dargestellt) beinhalten, konfiguriert zur Erfassung einer Gierrate oder -geschwindigkeit auf der Fahrzeugkarosserie 14 im Verhältnis zur Fahrbahnoberfläche 12 und zur Übermittlung der erfassten Gierrate an die Steuerung 46. Die zweiten Sensoren 52 können auch als Gierratensensoren bezeichnet werden. Außerdem kann das Fahrzeug 10 einen dritten Sensor 54 beinhalten, der betriebsmäßig mit einem Lenkrad 56 (in 1 dargestellt) verbunden ist, und konfiguriert ist, um einen Winkel des Lenkrades 56 während des Fahrzeugbetriebs zu erfassen. Eine beabsichtigte Richtung des Fahrzeugs 10 kann durch den Lenkradwinkel identifiziert werden, der von dem dritten Sensor 54 erfasst, und der Steuerung 46 übermittelt wird. Das Fahrzeug 10 kann zusätzlich einen vierten Sensor 58 beinhalten (in 1 dargestellt), konfiguriert zur Erfassung der Geschwindigkeit des Umgebungsluftstroms 27 im Verhältnis zum Fahrzeug 10. Der vierte Sensor 58 kann zusätzlich konfiguriert sein, um die erfasste Geschwindigkeit des Umgebungsluftstroms 27 an die Steuerung 46 zu übermitteln. Der vierte Sensor 58 kann beispielsweise ein Staudruckrohr sein, das zur Erfassung eines Drucks des Umgebungsluftstroms 27 an einer spezifischen Stelle im Verhältnis zur Fahrzeugkarosserie 14 konfiguriert ist. Die Steuerung 46 kann den gemessenen Druck mit der Luftstromgeschwindigkeit korrelieren. Das Fahrzeug 10 beinhaltet weiterhin mindestens einen fünften Sensor 68 (in 4 dargestellt), der zur Erfassung der Position des aerodynamischen Elements 31 im Verhältnis zur Fahrzeugkarosserie 14 konfiguriert ist. Dementsprechend wird der fünfte Sensor 68 auch als Positionssensor bezeichnet. Die fünfte Sensor 68 kann auch die Position des aerodynamischen Elements 31 im Verhältnis zur Fahrzeugkarosserie 14 zur Steuerung 46 übermitteln. Es ist vorgesehen, dass das Fahrzeug 10 nur einen fünften Sensor 68 beinhalten kann. Die genannten Sensoren stehen jeweils in Kommunikation (z.°B. elektronischer Kommunikation) mit der Steuerung 46 und können in der Form von Drehpositionssensoren, Linearpositionssensoren, Ultraschallsensoren, Lasersensoren und inertialbasierten Beschleunigungssensoren vorhanden sein. Eine Gierwinkelberechnung kann anhand eines Staudruckrohrs oder anderer Fahrdynamikinformationen bestimmt werden, die Trägheitsschätzungen bereitstellen. Die Luftdichteberechnung kann von Ansaugstutzenabsolutdruck und Luftaußentemperaturen abgeleitet werden.
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Das Fahrzeug 10 beinhaltet ein oder eine Mehrzahl von Systemen zur aktiven Steuerung von Fahrzeugfahrt und -handhabung. Dies kann eine oder mehrere Routinen zur Steuerung von Position(en) der ersten und zweiten aerodynamischen Anordnung 28, 30 beinhalten. Dies kann ein aktives Aufhängungssystem 62 beinhalten, das konfiguriert ist, um die Federungsdämpfung und/oder vordere und hintere Bodenfreiheit als Reaktion auf ein Steuersignal einzustellen, das auf Betriebsbedingungen basiert. Das Fahrzeug 10 kann ein aktives Bremssystem 64 beinhalten, das Antiblockierbrems- und andere Eigenschaften beinhalten kann. Das Fahrzeug 10 kann ein Aktivlenkungssystem 66 beinhalten, das die Fahrzeuglenkgeschwindigkeiten als Reaktion auf Betriebszustände steuern kann.
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Die Steuerung 46 ist eine elektronische Vorrichtung, die so konfiguriert ist, d.°h. ausgebildet und programmiert ist, dass sie den ersten Betätigungsmechanismus 36 regelt. Die Steuerung 46 kann als eine Zentraleinheit (CPU) konfiguriert sein, die auch zum Regulieren des Betriebs des Antriebsaggregats 41 konfiguriert ist, oder alternativ eine spezielle Steuerung. Zur Steuerung des ersten Betätigungsmechanismus 36 in geeigneter Weise beinhaltet die Steuerung 46 einen Prozessor und mindestens einen Speicher, von dem mindestens ein Teil greifbar und nicht flüchtig ist. Der Speicher kann ein beliebiges beschreibbares Medium sein, das an der Bereitstellung computerlesbarer Daten oder Verfahrensanweisungen 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 Computer-Hardware ausgerüstet werden, wie etwa einem Hochgeschwindigkeitstakt, notwendigen Analog-zu-Digital (A/D) und/oder Digital-zu-Analog (D/A) Schaltungen, jeglichen erforderlichen Eingangs-/Ausgangsschaltungen und -geräten (I/O) sowie geeigneter Signalaufbereitungs- und/oder Pufferschaltung. Alle Algorithmen, die für die Steuerung 46 verwendet werden oder zugänglich sind, können im Speicher gespeichert und automatisch ausgeführt werden, um die benötigte Funktionalität zu liefern.
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Die Steuerung 46 kann auch konfiguriert werden, um den zweiten Betätigungsmechanismus 38 zu regulieren und kann eine spezielle Steuerung sein oder Funktionen aufweisen, die in einer anderen Steuerung integriert sind. Um einen Steuerungsvorgang des zweiten Betätigungsmechanismus 38 dementsprechend zu steuern, umfasst die Steuerung 46 einen Speicher, der mindestens teilweise greifbar und nicht flüchtig ist. Der Speicher kann ein beliebiges beschreibbares Medium sein, das an der Bereitstellung computerlesbarer Daten oder Verfahrensanweisungen 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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Die Steuerung 46 kann selektiv eine oder mehrere des ersten Betätigungsmechanismus 36, des zweiten Betätigungsmechanismus 38, des aktiven Aufhängungssystems 62, des Aktivbremssystems 64 und des Aktivlenkungssystems 66 als Reaktion auf die Gierrate steuern, die durch den zweiten Sensor 52 erfasst wird. So steht beispielsweise die Steuerung 46 in elektronischer Kommunikation mit dem Elektromotor 37 und kann somit ihren Betrieb zur Einstellung der Position des aerodynamischen Elements 31 im Verhältnis zur Fahrzeugkarosserie 14 steuern. Weiterhin kann die Steuerung 46 zum Steuern von einem oder mehreren des ersten Betätigungsmechanismus 36, des zweiten Betätigungsmechanismus 38, des aktiven Aufhängungssystems 62, des Aktivbremssystems 64 und des Aktivlenkungssystems 66 als Reaktion auf die Drehzahlen der Straßenräder 48, die über den ersten Sensor 50 erfasst werden, und/oder der Geschwindigkeit des Umgebungsluftstroms 27 konfiguriert sein, die über den vierten Sensor 58 erfasst wird. Die Steuerung 46 kann zusätzlich zum Bestimmen eines Schlupfes 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 Straßenräder 48 in einer Richtung gerutscht ist, die im Allgemeinen rechtwinklig zur Fahrzeuglängsachse X verläuft, wodurch festgestellt wird, dass das Fahrzeug 10 von der vorgesehenen Richtung oder Bahn entlang der Fahrbahnoberfläche 12 abgewichen ist, wie durch den Lenkradwinkel identifiziert, der durch den dritten Sensor 54 erkannt wird. Die Steuerung 46 kann zum Vergleichen 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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Insgesamt beinhaltet das Steuern eines aktiven Fahrzeugaufhängungssystems das Bestimmen von erwarteten aerodynamischen Fahrzeugreaktionen mit mehreren gesteuerten Fahrzeugparametern. Die erwarteten aerodynamischen Fahrzeugreaktionen können während des Fahrzeugbetriebs verwendet werden, einschließlich der Bestimmung der aktuellen Fahrzeugparameter während des Fahrzeugbetriebs und dynamischem Schätzen einer aerodynamischen Fahrzeugreaktion während des Fahrzeugbetriebs basierend auf den erwarteten aerodynamischen Fahrzeugreaktionen, die gesteuerten Fahrzeugparametern zugeordnet werden. Steuerungsparameter im Zusammenhang mit dem aktiven Fahrzeugaufhängungssystem können als Reaktion auf die dynamisch geschätzte aerodynamische Fahrzeugreaktion dynamisch gesteuert werden, um Parameter in Zusammenhang mit Fahrzeugfahrt und -handhabung aktiv zu steuern. Dieser Vorgang ist unter Bezugnahme auf 5 beschrieben wie folgt.
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5 veranschaulicht schematisch ein Verfahren 100 zur Diagnose des aerodynamischen Systems 25 des Fahrzeugs 10 und Überprüfung der Anpressdruckschätzung mittels Motorsteuerungsrückmeldesignalen. Das Verfahren 100 beinhaltet insbesondere Anweisungen (oder Schritte), die in der Steuerung 46 gespeichert und davon ausgeführt werden können. Mit anderen Worten ausgedrückt ist die Steuerung 46 speziell zur Ausführung des Verfahrens 100 programmiert. Wie unten abgehandelt, schätzt das Verfahren 100 den Anpressdruck FD ein, der auf das aerodynamische Element 31 einwirkt, wodurch der Konfidenzgrad in die gemeldete aerodynamische Kraft gegenüber einem Fahrzeug erhöht wird, bei dem kein direktes Verfahren zur Schätzung des aerodynamischen Anpressdrucks verwendet wird. Dieser erhöhte Konfidenzgrad ermöglicht anderen Fahrzeugsteuerungen, diese Anpressdruckinformationen zu verwenden, wodurch die Fahrzeugleistung gesteigert wird, indem dem Fahrer eine verbesserte Handhabungsverfeinerung, z.°B. unter Rennstreckenbedingungen, bereitgestellt wird.
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Das Verfahren 100 beinhaltet eine Vielzahl von Eingabeschritten 102, 104, 106 und 108, die gleichzeitig oder in geeigneter zeitlicher Reihenfolge ausgeführt werden können. Bei Schritt 102 empfängt die Steuerung 46 ein Eingangssignal, das einen Hinweis auf die aktuelle Position des aerodynamischen Elements 31 im Verhältnis zur Fahrzeugkarosserie 14 gibt. In der dargestellten Ausführungsform übermittelt der fünfte Sensor 68 (d.°h. der Positionssensor) ein Signal, das einen Hinweis auf die aktuelle Position des aerodynamischen Elements 31 an die Steuerung 46 übermittelt. Basierend auf diesem Eingangssignal bestimmt die Steuerung 46 die aktuelle Position des aerodynamischen Elements 31 im Verhältnis zur Fahrzeugkarosserie 14. Somit beinhaltet Schritt 102 auch über die Steuerung 46 das Bestimmen der aktuellen Position des aerodynamischen Elements 31 basierend beispielsweise auf einem Eingangssignal, das durch den fünften Sensor 68 erzeugt wird.
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Bei Schritt 104 empfängt die Steuerung 46 ein Eingangssignal, das die Fahrzeuggeschwindigkeit angibt. Dieses Eingangssignal kann durch die ersten Sensoren 50 erzeugt werden, die die Drehzahlen jedes Straßenrads 48 messen können. Daher kann die Steuerung 46 bei der dargestellten Ausführungsform die Fahrzeuggeschwindigkeit mindestens teilweise basierend auf dem von den ersten Sensoren 50 empfangenen Eingangssignal bestimmen. Somit beinhaltet Schritt 104 auch das Bestimmen der Fahrzeuggeschwindigkeit über die Steuerung 46 basierend beispielsweise auf einem Eingangssignal, das von den ersten Sensoren 50 erzeugt wird.
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Bei Schritt 106 empfängt die Steuerung 46 ein Eingangssignal, das eine Fahrzeughöhenschätzung angibt. Die Fahrzeugbodenfreiheitsschätzung kann unter Verwendung von experimentellen Ergebnissen basierend auf Fahrzeugbetriebsfaktoren bestimmt werden, wie z.°B. der auf das Fahrzeug einwirkende Luftwiderstand, die Luftdichte und die Luftgeschwindigkeit. Ein Verfahren zur Verwendung von Karosseriepositionssensoren kann ebenfalls verwendet werden, wie in der vorläufigen U.S.-Patentanmeldung Nr. 62/220,010, eingereicht am 17. September 2015, beschrieben, deren gesamte Offenbarung hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist. Anhand eines nicht beschränkenden Beispiels kann das Fahrzeug 10 in einem Windkanal bewertet werden, um experimentell ein Kennfeld der aerodynamischen Eigenschaften des betroffenen Fahrzeugs abzuleiten, das nachfolgend eingesetzt werden kann. Ein Windkanal simuliert Bewegung von Luft um ein Fahrzeug unter kontrollierter Windgeschwindigkeit, Temperatur und anderen Bedingungen, um Größenordnungen von Kräften zu bestimmen, die auf das Fahrzeug einwirken, wobei das Fahrzeug unter verschiedenen Parametern gesteuert wird. Solche Parameter beinhalten vordere und hintere Fahrzeugbodenfreiheit, Neigung, Schlingern, Gierwinkel, Luftgeschwindigkeit, Fahrzeuggeschwindigkeit und Position(en) von einem oder mehreren aerodynamischen Stellgliedern wie vorderen und hinteren aerodynamischen Elementen. Ein empirisches Modell kann entwickelt werden, das beispielsweise eine mehrstufige vollfaktorische Matrix zur Auswertung des betroffenen Fahrzeugs beinhaltet. Bei Schritt 106 verwendet die Steuerung 46 dieses empirische Modell zur Ermittlung (z.°B. Schätzung) der Fahrzeugbodenfreiheit. Ein Beispiel für ein geeignetes empirisches Modell zur Schätzung der Fahrzeugbodenfreiheit ist in der vorläufigen U.S.-Patentanmeldung Nr. 62/220,010, eingereicht am 17. September 2015, beschrieben, die durch Bezugnahme vollständig hierin aufgenommen ist.
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Bei Schritt 108 empfängt die Steuerung 46 Eingangssignale für andere aerodynamischen Faktoren, wie z.°B. Luftdichte, Schlingern, Neigung, Gieren und Gierwinkel. Die Luftdichteberechnung kann von Ansaugstutzenabsolutdruck und Luftaußentemperaturen abgeleitet werden. Eine Gierwinkelberechnung kann anhand eines Staudruckrohrs oder anderer Fahrdynamikinformationen bestimmt werden, die Trägheitsschätzungen bereitstellen. Daher kann die Steuerung 46 den Gierwinkel mindestens teilweise basierend auf Eingangssignalen vom vierten Sensor 58 bestimmen. Wie oben abgehandelt, kann der vierte Sensor 58 beispielsweise ein Staudruckrohr sein, das zur Erfassung eines Drucks des Umgebungsluftstroms 27 an einer spezifischen Stelle im Verhältnis zur Fahrzeugkarosserie 14 konfiguriert ist. Die Steuerung 46 kann Fahrzeugneigung und -schlingern mindestens teilweise basierend auf Eingangssignalen vom dritten Sensor 54 bestimmen. Ein Beispiel für ein geeignetes empirisches Modell zur Bestimmung von Fahrzeugneigung und -schlingern ist in der vorläufigen U.S.-Patentanmeldung Nr. 62/220,010, eingereicht am 17. September 2015, beschrieben, die durch Bezugnahme vollständig hierin aufgenommen ist. Wie oben abgehandelt, kann der dritte Sensor 54 einen Winkel des Lenkrades 56 während des Betriebs des Fahrzeugs 10 erkennen, und kann daher als Lenksensoren bezeichnet werden. Die Steuerung 46 kann die Fahrzeuggierrate mindestens teilweise basierend auf Eingangssignalen vom zweiten Sensor 52 bestimmen. Wie oben abgehandelt, können die zweiten Sensoren 52 eine Gierrate oder -geschwindigkeit der Fahrzeugkarosserie 14 im Verhältnis zur Fahrbahnoberfläche 12 erkennen, und zur Übermittlung der erfassten Gierrate an die Steuerung 46 übermitteln.
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Nach dem Ausführen der Schritte 102, 104, 106 und 108 fährt das Verfahren 100 mit Schritt 110 fort. Bei Schritt 110 bestimmt die Steuerung 46 (z.°B. schätzt) einen erwarteten Anpressdruck, der auf das aerodynamische Element 31 einwirkt, mindestens teilweise basierend auf der aktuellen Position des aerodynamischen Elements 31 im Verhältnis zur Fahrzeugkarosserie 14, der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Fahrzeugbodenfreiheit sowie anderen aerodynamischen Faktoren wie Luftdichte, Schlingern, Neigung, Gieren und Gierwinkel. Mit anderen Worten ausgedrückt bestimmt die Steuerung 46 den erwarteten Anpressdruck, der auf das aerodynamische Element 31 einwirkt, mindestens teilweise basierend auf den in Schritten 102, 104, 106 und 108 empfangenen Eingangssignalen. Zu diesem Zweck wird bei der Steuerung 46 ein empirisch entwickeltes Fahrzeugmodell verwendet. Dieses Fahrzeugmodell kann beispielsweise abgeleitet werden, indem das Fahrzeug 10 einem Windkanalversuch unterzogen wird, wie oben abgehandelt. Der Windkanal simuliert Bewegung von Luft um ein Fahrzeug unter kontrollierter Windgeschwindigkeit, Temperatur und anderen Bedingungen, um Größenordnungen von Kräften zu bestimmen, die auf das Fahrzeug 10 einwirken, wie z.°B. der Anpressdruck, wobei das Fahrzeug unter verschiedenen Parametern gesteuert wird. In der vorliegenden Offenbarung wird der erwartete Anpressdruck, der basierend auf der aktuellen Position des aerodynamischen Elements 31 im Verhältnis zur Fahrzeugkarosserie 14, der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Fahrzeugbodenfreiheit sowie anderen aerodynamischen Faktoren wie Luftdichte, Schlingern, Neigung, Gieren und Gierwinkel bestimmt wird, als erster erwarteter Anpressdruck bezeichnet. Nach Bestimmung des ersten erwarteten Anpressdrucks, der auf das aerodynamische Element 31 einwirkt, fährt das Verfahren 100 mit Schritt 112 fort.
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Bei Schritt 112 übermittelt die Steuerung 46 den ersten erwarteten Anpressdruck, der auf das aerodynamische Element 31 einwirkt, an andere Fahrzeugsteuerungen. So kann beispielsweise kann der erwartete Anpressdruck an Fahrzeugsteuerungen übermittelt werden, die die Fahrzeuggierrate beeinflussen (d.°h. die Gierrate beeinflussende Steuerungen), wie z.°B. ein elektronisches Stabilitätskontroll(ESC)-System. Diese anderen Fahrzeugsteuerungen können die erwarteten Anpressdruckinformationen verwenden, um die Fahrzeugleistung zu verbessern.
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Das Verfahren 100 beinhaltet weiterhin Schritt 114. Bei Schritt 114 bestimmt die Steuerung 46 (d.°h. schätzt) die Betätigungskraft, die zum Bewegen des aerodynamischen Elements 31 aus seiner aktuellen Position in eine andere Position notwendig ist (z.°B. eine vorbestimmte Position). Mit dem Begriff „Betätigungskraft“ ist die Kraft gemeint, die der Elektromotor 37 zur Überwindung der Reibungskräfte und Trägheitskräfte erzeugen muss, die das aerodynamische Element 31 daran hindern, sich aus seiner aktuellen Position in eine andere Position zu bewegen. Der Elektromotor 37 erzeugt ein Drehmoment, das durch das Gestänge in eine Kraft übersetzt wird, die durch die Geometrie der Glieder 29a und 29b definiert ist. Die Steuerung 46 kann die Trägheitskräfte und die Reibungskräfte bestimmen, die zu überwinden sind, um das aerodynamische Element 31 aus seiner aktuellen Position zu bewegen. Dementsprechend schätzt die Steuerung 46 bei Schritt 114 die Betätigungskraft des Elektromotors 37 unter Verwendung unter anderem des empfangenen Eingangssignals von den fünften Sensoren 68 (bei Schritt 108), das die aktuelle Position des aerodynamischen Elements 31 im Verhältnis zur Fahrzeugkarosserie 14 angibt. Schritt 114 kann erreicht werden, indem ein empirisch entwickeltes Modell des Elektromotors 37 und des aerodynamischen Elements 31 verwendet wird. Die in Schritt 114 bestimmte „Betätigungskraft“ berücksichtigt nicht die aerodynamischen Kräfte, die auf das Fahrzeug 10 oder das aerodynamische Element 31 einwirken.
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Das Verfahren 100 beinhaltet auch Schritt 116. Bei Schritt 116 empfängt die Steuerung 46 ein Eingangssignal von dem Elektromotor 37, das einen erforderlichen (oder verwendeten) elektrischen Strom zum Bewegen des Elektromotors 37 zur Bewegung des aerodynamischen Elements 31 aus seiner aktuellen Position in eine andere Position (z.°B. eine vorbestimmte Position) angibt. Wie unten abgehandelt, ist dieser elektrische Strom proportional zum Anpressdruck FD, der auf das aerodynamische Element 31 aufgebracht wird. Somit werden beim Verfahren 100 die Motorsteuerungsrückmeldesignale (die von dem Elektromotor 37 stammen) zur Diagnose des aerodynamischen Systems 25 und Überprüfen der Anpressdruckschätzung verwendet. Nach Schritt 116 fährt das Verfahren 100 mit Schritt 118 fort.
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Bei Schritt 118 bestimmt die Steuerung 46 (z.°B. schätzt) das Motordrehmoment und die Kraft mindestens teilweise basierend auf dem Eingangssignal des elektrischen Stroms, das in Schritt 116 empfangen wird. Mit anderen Worten ausgedrückt korreliert die Steuerung 46 die Größenordnung des elektrischen Stroms des Elektromotors 37 mit dem Motordrehmoment und der durch den Elektromotor 37 erzeugten Kraft. Zu diesem Zweck kann die Steuerung 46 ein empirisch entwickeltes Modell des Elektromotors 37 verwenden. Diese geschätzte Motorkraft bezeichnet die Kraftmenge, die der Elektromotor 37 zur Bewegung des aerodynamischen Elements 31 aus seiner aktuellen Position in eine andere Position (z.°B. vorbestimmte Position) erzeugt. Dementsprechend berücksichtigt dieses geschätzte Motordrehmoment den Anpressdruck FD, der auf das aerodynamische Element 31 einwirkt. Nach Bestimmung des geschätzten Motordrehmoments und der Betätigungskraft fährt das Verfahren 100 mit Schritt 120 fort.
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Bei Schritt 120 bestimmt die Steuerung 46 (z.°B. schätzt) den Anpressdruck, der auf das aerodynamische Element 31 ausgeübt wird, mindestens teilweise basierend auf der Motorkraft, die in Schritt 118 bestimmt wurde, und der Betätigungskraft, die in Schritt 114 bestimmt wurde. In einer Ausführungsform subtrahiert die Steuerung 46 die Betätigungskraft von der Motorkraft zur Ermittlung des Anpressdrucks, der auf das aerodynamische Element 31 einwirkt. Bei Schritt 120 kann die Steuerung 46 jedoch auch die aktuelle Position des aerodynamischen Elements 31 im Verhältnis zur Fahrzeugkarosserie 14 zur Bestimmung des Anpressdrucks berücksichtigen. Der in Schritt 120 bestimmte Anpressdruck kann als zweiter erwarteter Anpressdruck bezeichnet werden. Nach Bestimmung des ersten erwarteten Anpressdrucks und des zweiten erwarteten Anpressdrucks fährt das Verfahren 100 mit Schritt 122 fort.
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Bei Schritt 122 bestimmt die Steuerung 46 eine Abweichung zwischen dem ersten erwarteten Anpressdruck in Schritt 110 und dem zweiten erwarteten Anpressdruck in Schritt 120 (d.°h. die Kraftabweichung). In einer Ausführungsform subtrahiert die Steuerung 46 den zweiten erwarteten Anpressdruck vom ersten erwarteten Anpressdruck zur Bestimmung der Abweichung zwischen dem ersten erwarteten Anpressdruck und dem zweiten erwarteten Anpressdruck. Dann fährt das Verfahren 100 mit Schritt 124 fort.
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Bei Schritt 124 steuert die Steuerung 46 den Betrieb des aerodynamischen Elements 31 mindestens teilweise basierend auf der in Schritt 122 bestimmten Kraftabweichung. So kann beispielsweise die Steuerung 46 den ersten Betätigungsmechanismus 36 (der den Elektromotor 37 beinhaltet) anweisen, die Position des aerodynamischen Elements 31 im Verhältnis zur Fahrzeugkarosserie 14 basierend auf der in Schritt 122 bestimmten Kraftabweichung einzustellen. In einem nicht beschränkenden Beispiel kann die Steuerung 46 die Kraftabweichung (bestimmt in Schritt 122) mit einem ersten vorbestimmten Schwellenwert und einem zweiten vorbestimmten Schwellenwert vergleichen, der größer als der erste vorbestimmte Schwellenwert ist. Wenn die Kraftabweichung geringer als der erste vorbestimmte Schwellenwert ist (d.°h. wenn der gemessene Anpressdruck niedrig ist), weist die Steuerung 46 den ersten Betätigungsmechanismus 36 (und den Elektromotor 37) an, die Position des aerodynamischen Elements 31 zur Erhöhung des Anpressdrucks FD einzustellen, der auf das aerodynamische Element 31 einwirkt. Dabei kann der erste Betätigungsmechanismus 36 den Anstellwinkel des aerodynamischen Elements 31 vergrößern oder verkleinern. Weiterhin, wenn die Kraftabweichung größer als der zweite vorbestimmte Schwellenwert ist (d.°h. wenn der gemessene Anpressdruck hoch ist), weist die Steuerung 46 den ersten Betätigungsmechanismus 36 (und den Elektromotor 37) an, die Position des aerodynamischen Elements 31 zur Verringerung des Anpressdrucks FD einzustellen, der auf das aerodynamische Element 31 einwirkt.
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Außerdem führt das Verfahren 100 nach Bestimmung der Kraftabweichung in Schritt 122 auch Schritt 126 aus. Bei Schritt 126 stellt die Steuerung 46 einen Diagnosestatus für andere Fahrzeugsteuerungen basierend auf der Kraftabweichung bereit. Mit anderen Worten ausgedrückt kann bei anderen Fahrzeugsteuerungen die Kraftabweichung zur Diagnose des aerodynamischen Systems 25 verwendet werden. So kann beispielsweise eine andere Steuerung die Fahrzeuggeschwindigkeit basierend auf der Kraftabweichung begrenzen, die von der Steuerung 46 übermittelt wurde. Weiterhin ist eine empfindliche elektronische Stabilitätskontrolle (ESC) basierend auf der Kraftabweichung aktivierbar, und/oder die ESC kann die fahrzeugdynamischen Modelle basierend auf der Kraftabweichung modifizieren. Die Kraftabweichung kann ebenfalls durch die Steuerung 46 oder andere Fahrzeugsteuerungen verwendet werden, um die in Schritt 110 bestimmte Anpressdruckschätzung zu überprüfen.
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Bei Schritt 122 kann die Steuerung 46 auch einen Kraftschätzungsprüfhinweis definieren. Der Kraftschätzungshinweis ist ein computerlogischer Hinweis der angibt, ob die Steuerung 46 bestimmt hat, ob der geschätzte Anpressdruck von den aktuellen Fahrzeugbetriebsbedingungen eine gültige Schätzung des Anpressdrucks FD ist oder nicht, der auf das Fahrzeug 10 am aerodynamischen Element 31 einwirkt. Die Steuerung 46 kann den Kraftschätzungsprüfhinweis an die anderen Fahrzeugsteuerungssysteme weiterleiten, sodass sie ihre jeweiligen Fahrzeugsysteme präziser steuern können. Der Kraftschätzungsprüfhinweis kann als gültig definiert werden, wenn die Abweichung gleich oder kleiner ist als ein maximal zulässiger Wert ist. Der Kraftschätzungsprüfhinweis kann als ungültig definiert werden, wenn die Abweichung größer ist als ein maximal zulässiger Wert ist. Der maximal zulässige Wert kann basierend auf den bestimmten Fahrzeugleistungseigenschaften oder einigen anderen Kriterien definiert werden, und stellt einen zulässigen Bereich für den geschätzten Anpressdruck aus aktuellen Fahrzeugbetriebsbedingungen bereit.
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Obwohl die besten Arten zum Ausführen der Lehren im Detail beschrieben wurden, werden mit der in vorliegender Offenbarung beschriebenen Technik vertraute Fachleute verschiedene alternative Gestaltungen und Ausführungsformen zum Umsetzen der Lehren im Rahmen der hinzugefügten Ansprüche erkennen.
