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Das aerodynamische Verhalten eines Fahrzeugs, das sich beispielsweise im den Kraftstoff-/Energieverbrauch beeinflussenden Luftwiderstand, in der Bodenhaftung bei höheren Geschwindigkeiten und in der (Seiten-)Windanfälligkeit eines Fahrzeugs äußert, wird maßgeblich durch die Formgebung des Fahrzeugs selbst sowie der am Fahrzeug angebrachten Anbauten beeinflusst. Bei ungünstiger Auslegung der aerodynamisch wirksamen Strukturen bzw. Konturen können beispielsweise strömungsbedingt bei höheren Geschwindigkeiten unerwünschte Auftriebskräfte entstehen, die zu einem verminderten Bodenkontakt des Fahrzeugs führen. Maßgeblich für die Auftriebskräfte ist dabei die Relativgeschwindigkeit von Fahrzeug zu Luftströmung, d.h. bei starken, entgegen der Fahrtrichtung gerichteten Windkomponenten addieren sich Fahrzeuggeschwindigkeit und Windgeschwindigkeit. Darüber hinaus können Seitenwinde, die an das Fahrzeug angreifen, unter anderem Rollmomente bewirken, aufgrund derer Fahrzeuge umkippen oder zumindest aus der Spur geraten können.
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Zur Verbesserung der aerodynamischen Eigenschaften sind Luftleitelemente beispielsweise in Form von Spoilern, Flügeln, Klappen, Front- oder Heckschürzen und/oder Diffusoren bekannt. Bekannt sind auch aktorisch verstellbare Luftleitelemente zur Veränderung der aerodynamischen Eigenschaften eines Fahrzeugs, beispielsweise in Abhängigkeit der Geschwindigkeit des Fahrzeugs.
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Aus
DE 10 2011 088 164 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei der eine in einer zukünftigen Fahrsituation auftretende Luftströmung vorausgesagt wird. Im Hinblick auf die vorausgesagte Luftströmung, beispielsweise im Zusammenhang mit einer bevorstehenden Vorbeifahrt an großen Fahrzeugen oder Gebäuden oder einer Fahrt über eine Brücke, kann beispielsweise ein Warnsignal ausgegeben oder in die Fahrregelung eingegriffen, z.B. gebremst werden. Die Voraussage der Luftströmung kann auf eine Auswertung von Kamerabildern, auf eine Vehicle-to-vehicle-(V2V)-Kommunikation oder auch eine Vehicle-to-anything-(V2X)-Kommunikation gestützt sein.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur aerodynamischen Anpassung eines Fahrzeugs anzugeben, mit dem die Sicherheit und der Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs insbesondere bei sich ändernden Windverhältnissen verbessert wird.
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Die Aufgabe wird mit einem Verfahren und einer Vorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche 1 und 5 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Bei dem lösungsgemäßen Verfahren zur aerodynamischen Anpassung eines Fahrzeugs werden in einem vorausliegenden Streckenabschnitt des Fahrzeugs auftretende Windverhältnisse ermittelt. Abhängig von den ermittelten Windverhältnissen wird wenigstens ein über ein oder mehrere Aktoren ansteuerbares Luftleitelement des Fahrzeugs zur wenigstens bereichsweisen Veränderung einer das Fahrzeug umströmenden Luftströmung angesteuert. Beispielsweise kann durch Verstellung bzw. Veränderung die Richtung und/oder die Geschwindigkeit der Luftströmung geändert werden. Hierdurch ergeben sich insgesamt andere Geschwindigkeitsverteilungen der Luftströmungen um das Fahrzeug, die in einer anderen Druckverteilung bzw. Verteilung von am Fahrzeug angreifenden Kräften und Momenten resultiert.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird bzw. werden zur Ermittlung der Windverhältnisse alternativ oder in Kombination mit einem fahrzeugeigenen Kamerasystem gewonnene Bilddaten ausgewertet, eine Kommunikationsverbindung zwischen dem Fahrzeug mit wenigstens einem weiteren, in dem vorausliegenden Streckenabschnitt befindlichen Fahrzeug aufgebaut, das Daten zu den Windverhältnissen übermittelt, eine Kommunikationsverbindung zwischen dem Fahrzeug und wenigstens einer ortsfesten Windmesseinrichtung aufgebaut, das Daten zu den Windverhältnissen übermittelt, und/oder eine Kommunikationsverbindung zwischen dem Fahrzeug und einer Datenbank aufgebaut, die Daten zu den Windverhältnissen übermittelt.
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Bevorzugt wird durch Ansteuerung des einen oder der mehreren Aktoren Position, Lage und/oder Orientierung des wenigstens einen Luftleitelements bezüglich des Fahrzeugs und/oder seine wirksame Fläche verändert. So kann das wenigstens eine Luftleitelement zunächst so in die Fahrzeugoberfläche integriert oder am Fahrzeug angeordnet sein, dass es möglichst vorteilhaft auf die Luftströmung wirkt. Bei Bedarf kann das wenigstens eine Luftelement verstellt werden, um die aerodynamischen Eigenschaften des Fahrzeugs an die zu erwartenden Windverhältnisse anzupassen bzw. aufgrund der Windverhältnisse auftretende und am Fahrzeug angreifende Kräfte und/oder Momente auszugleichen bzw. diesen zumindest entgegenzuwirken.
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So können beispielsweise zunächst bündig integrierte Luftelemente, die nicht als Störkörper für die Luftströmung wirken, ausgefahren oder ausgestellt werden. Möglich ist auch eine Verstellung einer oder mehrerer Klappen, die in oder an einem oder mehreren Luftkanälen durch das Fahrzeug angeordnet sind, so dass der oder die Luftkanäle ganz oder teilweise verschlossen bzw. freigegeben werden.
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Ein bereits aus der Fahrzeugoberfläche herausragendes Luftleitelement, beispielsweise ein Spoiler oder eine Klappe, kann insbesondere hinsichtlich der Größe, der angeströmten Fläche und/oder dem Winkel zum Fahrzeug verändert werden.
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Besonders bevorzugt wird durch die Veränderung des wenigstens einen Luftleitelements der in den Windverhältnissen auftretende Fahrwiderstand verringert und/oder werden seitenwindinduzierte Kräfte und/oder Momente auf das Fahrzeug kompensiert.
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Bei der lösungsgemäßen Vorrichtung zur aerodynamischen Anpassung eines Fahrzeugs an in einem vorausliegenden Streckenabschnitt des Fahrzeugs auftretende Windverhältnisse weist das Fahrzeug wenigstens ein Luftleitelement auf, das über einen oder mehrere Aktoren zur wenigstens bereichsweisen Veränderung einer das Fahrzeug umströmenden Luftströmung ansteuerbar ist. Ferner weist das Fahrzeug eine Ermittlungseinheit für die Windverhältnisse sowie eine mit der Ermittlungseinheit verbundene Steuereinrichtung, die auf Basis der ermittelten Windverhältnisse den einen oder die mehreren Aktoren des wenigstens einen Luftleitelements ansteuert.
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Besonders bevorzugt ist die Ermittlungseinheit mit einer Kommunikationseinrichtung des Fahrzeugs verbunden, über die eine Kommunikationsverbindung zu einem weiteren, insbesondere vorausfahrenden, Fahrzeug und/oder zu einer ortsfesten Windmesseinrichtung und/oder zu einer Datenbank aufbaubar ist, um Daten zu den Windverhältnissen zu erhalten.
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Das wenigstens eine Luftleitelement des Fahrzeugs kann ein Spoiler, ein Flügel, eine Klappe oder ein Diffusor sein.
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Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass in vorausschauender Weise eine Anpassung der aerodynamischen Eigenschaften des Fahrzeugs auf in einem vorausliegenden Fahrabschnitt vorliegende bzw. zu erwartende Windverhältnisse durch aktive aerodynamische Fahrzeugfunktionen erfolgen kann. Hierdurch können sowohl der Fahrwiderstand und damit der Kraftstoff- bzw. Energieverbrauch verringert als auch die Sicherheit des Fahrzeugs erhöht werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der verschiedene Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen:
- 1 schematische Abbildung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
- 2 schematische Abbildung von unterschiedlichen Konzepten zur Ermittlung von Windverhältnissen in einem vorausliegenden Streckenabschnitt
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1 zeigt in schematischer Darstellung unterschiedliche Fahrzeugbereiche eines Fahrzeugs 1, an denen einzeln oder in Kombination Luftleitelemente angeordnet sein können, hier beispielhaft - ohne Einschränkung auf diese Fahrzeugbereiche - an Heck, Dach, Bug und/oder Fahrzeugseite(n). Die Luftleitelemente 5 sind jeweils über ein oder mehrere Aktoren 3 verstellbar. Im Einzelnen können die Luftleitelemente beispielsweise an der Front, am Heck, am Dach oder seitlich angebrachte einstellbare Luftleitkörper sein, die anströmende Luft nach oben, nach unten oder seitlich am Fahrzeug vorbei leiten können, beispielsweise an den Radausschnitten oder dem Freiraum zwischen Zugmaschine und Anhänger/ Auflieger vorbei. So vermögen beispielsweise bewegliche Bugspoiler die Luft entlang des Unterbodens zu leiten. Ausfahrbare und/oder bezüglich des Anstellwinkels verschwenkbare Heckluftleitelemente können beispielsweise eine Verlängerung des Heckbereichs bzw. eine Veränderung der Abtriebskräfte bewirken. Die Luftleitelemente 5 können insbesondere paarweise und bezüglich einer Längsachse 7 (2) symmetrisch angeordnet sein und/oder sich quer zur Längsachse 7 des Fahrzeugs über zumindest einen großen Teil der Fahrzeugbreite erstreckende Luftleitelemente können vorteilhaft quer zur Längsachse segmentiert ausgebildet sein. Vorteilhaft können dann die paarweise angeordneten Luftleitelemente 5 bzw. die Segmente einzeln bzw. separat über Aktoren angesteuert werden, wodurch auch eine Anpassung des aerodynamischen Verhaltens im Falle von das Fahrzeug schräg oder von der Seite angreifenden Winden erreicht werden kann (siehe Pfeil in 2). Beispielsweise können die Luftleitelemente 5 bzw. deren Segmente verschiedene Stellungen, Winkel, wirksame Flächen etc. aufweisen und so bei Anströmung unterschiedliche Kräfte bzw. Momente auf das Fahrzeug bewirken. Bei Nutzfahrzeugen können als Luftleitelemente 5 insbesondere an einem Fahrerhaus angebrachte Klappen, beispielsweise Endkantenklappen, oder Luftleitkörper am Dach vorgesehen sein.
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Die Ansteuerung der Luftleitelemente 5 erfolgt über die Steuereinrichtung 17 auf Basis von Windverhältnissen, beispielsweise Windstärke und Windrichtung, die mittels der Ermittlungseinheit 13 des Fahrzeugs 1 für einen vorausliegenden Streckenabschnitt des Fahrzeugs 1 ermittelt wurden.
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Die Ermittlung der Windverhältnisse auf vorausliegenden Streckenabschnitten kann auf verschiedene Weisen erfolgen (2). In einer ersten bevorzugten Ausführungsform basiert die Ermittlung der Windverhältnisse auf einer V2V-Kommunikation, d.h. ein den vorausliegenden Streckenabschnitt passierendes Fahrzeug 21 ermittelt über die fahrzeugeigene Sensorik, beispielsweise ESP-Sensoren, den auf es wirkenden Wind und übermittelt diese Informationen per Funk an nachfolgende Fahrzeuge, so auch an das betrachtete Fahrzeug 1, wobei die Kommunikation zwischen Fahrzeug 21 und Fahrzeug 1 direkt oder beispielsweise über ein Backend erfolgen kann.
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In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform basiert die Ermittlung der Windverhältnisse auf einer V2X-Kommunikation, d.h. auf einer Kommunikation des Fahrzeugs 1 mit Infrastruktureinrichtungen wie beispielsweise ortfesten Windmesseinrichtungen 23 am Wegesrand die Informationen über lokale Windverhältnisse per Funk zur Verfügung stellen können.
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In der ersten und in der zweiten Ausführungsform tritt das Fahrzeug 1 mit seiner Kommunikationseinrichtung 11 mit dem im vorausliegenden Streckenabschnitt befindlichen Fahrzeug 21 bzw. der Windmesseinrichtung 23 mittelbar oder unmittelbar in Funkkontakt, um Informationen bzw. Daten zu den Windverhältnissen im vorausliegenden Streckenabschnitt zu erhalten. Aus den empfangenen Signalen werden mittels der Ermittlungseinheit 13 die Informationen bzw. Daten zu den Windverhältnissen extrahiert. Das Steuergerät 17 steuert dann den oder die Aktoren 3 wenigstens eines, vorzugsweise mehrerer Luftleitelemente 5 zur Anpassung ihrer aerodynamischen Eigenschaften an.
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In einer dritten bevorzugten Ausführungsform basiert die Ermittlung der Windverhältnisse auf einer V2backend-Kommunikation, bei der das Fahrzeug über Funk mit einem Backend, d.h. einer Datenbank, verbunden ist, die Informationen über die Windverhältnisse im vorausliegenden Streckenabschnitt zur Verfügung stellt. Die Verarbeitung der Daten bzw. Informationen erfolgt wie oben beschrieben. Alternativ ist denkbar, dass durch eine Kombination von Kartendaten zum vorausliegenden Streckenabschnitt, die von der Datenbank übermittelt werden und die beispielsweise Daten zu großen Gebäuden, Waldschneisen, markanten Geländeformen oder Brücken enthalten, und momentan mit einer fahrzeugeigenen Sensorik erfassten Winddaten auf die Windverhältnisse im vorausliegenden Streckenabschnitt geschlossen wird.
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In einer vierten Ausführungsform erfolgt die Ermittlung der Windverhältnisse unter Nutzung des fahrzeugeigenen Kamerasystems 9 (1). So wie ein menschlicher Fahrer aus sich bewegenden Objekten wie sich neigenden Bäumen, umherfliegenden Blättern, Ästen, Plastiktüten oder aus gefüllten Windsäcken, beispielsweise an Brücken, erkennen kann, dass er sich einem Fahrbahnabschnitt mit starkem oder stark böigen Wind nähert, können auch durch Auswertung von mit dem fahrzeugeigenen Kamerasystem 9 aufgenommenen Bildern bzw. Bilddaten des vorausliegenden Streckenabschnitts mittels bekannter Bildauswerteverfahren die Windverhältnisse in dem vorausliegenden Streckenabschnitt ermittelt werden, auf Basis derer dann einen Ansteuerung der Aktoren 3 und damit der Luftleitelemente erfolgt. Die Bildauswertung erfolgt in der Auswerteeinheit 15. Mit dem Kamerasystem 9 kann insbesondere auch erkannt werden, ob eine Vorbeifahrt an großen Fahrzeugen, Gebäuden, markanten Geländeformen, Brücken oder Waldschneisen bevorsteht. Unter Berücksichtigung mittels einer fahrzeugeigenen Sensorik erfasster momentaner Windverhältnisse können dann insbesondere die im vorausliegenden Streckenabschnitt vorliegenden bzw. zu erwartenden Windverhältnisse ermittelt bzw. abgeschätzt werden.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen, beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente, vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehenden Erläuterung in der Beschreibung, definiert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 3
- Aktor
- 5
- Luftleitelement
- 9
- Kamerasystem
- 11
- Kommunikationseinrichtung
- 13
- Ermittlungseinheit
- 15
- Auswerteeinheit
- 17
- Steuereinrichtung
- 21
- weiteres Fahrzeug
- 23
- Windmesseinrichtung
- 25
- Datenbank
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011088164 A1 [0003]
