DE102017109744A1

DE102017109744A1 - Influencing the aerodynamics of a vehicle

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Publication number: DE102017109744A1
Application number: DE102017109744.9A
Authority: DE
Inventors: Benjamin Gramüller; Oliver Bieberich; Jörg Melcher
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2017-05-05
Filing date: 2017-05-05
Publication date: 2018-11-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beeinflussung der Aerodynamik eines Fahrzeugs. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Beeinflussung der Aerodynamik eines Fahrzeugs. Weiterhin betrifft die Erfindung ein System zur Durchführung des Verfahrens sowie ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Beeinflussung seiner Aerodynamik. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Beeinflussung der Aerodynamik eines Fahrzeugs ist dadurch gekennzeichnet, dass zunächst ein Bewegungszustand des Fahrzeugs erfasst wird, anschließend ein Zustandsparameter des Fahrzeugs erfasst wird, danach der erfaßte Zustandsparameter mit einem zuvor bestimmten Sollparameter für den Bewegungszustand verglichen wird, und wenn der Vergleich eine Differenz des erfaßten Zustandsparameters mit dem Sollparameter ergibt, ein Regler ein Signal an eine Druckbeeinflussungsvorrichtung sendet, woraufhin die Druckbeeinflussungsvorrichtung den Druck innerhalb der Zellen anpaßt. Wenn der Vergleich keine Differenz des erfassten Zustandsparameters mit dem Sollparameter ergibt, wird der Druck innerhalb der Zellen nicht angepasst.

The invention relates to a method for influencing the aerodynamics of a vehicle. Furthermore, the invention relates to a device for influencing the aerodynamics of a vehicle. Furthermore, the invention relates to a system for carrying out the method and a vehicle with a device according to the invention for influencing its aerodynamics. The inventive method for influencing the aerodynamics of a vehicle is characterized in that first a motion state of the vehicle is detected, then a state parameter of the vehicle is detected, then the detected state parameter is compared with a predetermined target parameter for the state of motion, and if the comparison Difference of the detected state parameter with the target parameter results in a controller sending a signal to a pressure-influencing device, whereupon the pressure-influencing device adapts the pressure within the cells. If the comparison does not give a difference of the detected state parameter with the target parameter, the pressure within the cells will not be adjusted.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beeinflussung der Aerodynamik eines Fahrzeugs. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Beeinflussung der Aerodynamik eines Fahrzeugs. Weiterhin betrifft die Erfindung ein System zur Durchführung des Verfahrens sowie ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Beeinflussung seiner Aerodynamik.The invention relates to a method for influencing the aerodynamics of a vehicle. Furthermore, the invention relates to a device for influencing the aerodynamics of a vehicle. Furthermore, the invention relates to a system for carrying out the method and a vehicle with a device according to the invention for influencing its aerodynamics.

Luftleitvorrichtungen an Fahrzeugen, beispielsweise an Landkraftfahrzeugen wie beispielsweise Heckflügel bzw. Heckspoiler und adaptive Frontspoiler sowie Dach- und Unterbodenspoiler, dienen zur gezielten Beeinflussung von aerodynamischen Strömungen. Über die hierdurch ermöglichte Steuerung von Auf- und Abtrieb an Vorder- und Hinterachse gelingt die kontrollierte Einstellung fahrdynamischer Eigenschaften. Zur Anpassung des aerodynamisch beeinflussten Fahrverhaltens an die jeweilige Fahrsituation werden bereits verstellbare Heckspoiler verwendet. Dabei werden drei verschiedene Grundtypen von verstellbaren Heckflügeln unterschieden, nämlich:

(1) Starres System, welches ohne Adaptivität von Position und Anstellwinkel für eine fahrgeschwindigkeitsabhängige Beeinflussung aerodynamischer Lasten sorgt;
(2) Adaptives System, das in seiner Position veränderlich ist. Die getrennte Variation von Position und Anstellwinkel ist nicht möglich;
(3) Aktives System, dessen Position und Anstellwinkel getrennt voneinander variiert werden können.

Air guiding devices on vehicles, for example on land vehicles such as, for example, rear wings or rear spoilers and adaptive front spoilers, as well as roof spoilers and underbody spoilers, serve to specifically influence aerodynamic flows. Controlling the adjustment of driving dynamics is made possible by the control of the front and rear axles on the front and rear axles. Already adjustable rear spoilers are used to adapt the aerodynamically influenced driving behavior to the respective driving situation. There are three different types of adjustable rear wing, namely:

(1) Rigid system which, without adaptability of position and angle of attack, provides for a speed-dependent influence on aerodynamic loads;
(2) Adaptive system that is variable in position. The separate variation of position and angle is not possible;
(3) Active system whose position and angle of attack can be varied separately.

Unter diesen drei dargestellten Varianten erlaubt letztere eine weitgehend geschwindigkeitsunabhängige und damit eine sehr flexible Einflussnahme auf Abtrieb und Strömungswiderstand.Under these three variants, the latter allows a largely speed-independent and thus a very flexible influence on output and flow resistance.

Das Pendant zu aktiven Heckspoiler bieten die seit einiger Zeit serienmäßig verfügbaren aktiven Frontspoiler. Aktive Frontspoiler gibt es in konventionell elektrischer aber auch in pneumatischer Ausführung.The counterpart to active rear spoilers are the active front spoilers, which have been standard equipment for some time. Active front spoilers are available in conventional electric as well as pneumatic versions.

Beispielsweise ist aus der deutschen Patentschrift DE 10 2004 030 571 B4 eine Luftleitvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, basierend auf einer pneumatischen Aktivierung bekannt. Die Luftleitvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfasst einen Spoiler, der zwischen einem Ruhezustand, in der er im Wesentlichen innerhalb der Fahrzeugkontur liegt, und einer Betriebsform, in der er die Fahrzeugkontur überragt, verstellbar ist. Um bei geringen Bauraumanforderungen in dem Ruhezustand eine vergleichsweise große aerodynamische Wirkung in der Betriebsform zu erzielen, ist eine besondere Art und Weise der Verstellung zwischen Ruhezustand und Betriebsform vorgesehen, bei welcher die Stellung von seitlich angeordneten Spoilererweiterungen bezüglich eines Spoilerkorpus verändert wird und/oder der Spoilerkorpus sich im Verlauf der Verstellung von dem Ruhezustand zur Betriebsform insgesamt krümmt.For example, from the German patent specification DE 10 2004 030 571 B4 an air guiding device for a motor vehicle, based on a pneumatic activation known. The spoiler device for a motor vehicle comprises a spoiler, which is adjustable between a rest state in which it lies substantially within the vehicle contour and an operating form in which it projects beyond the vehicle contour. In order to achieve a comparatively large aerodynamic effect in the operating form with low space requirements in the idle state, a special way of adjustment between resting and operating mode is provided, in which the position of laterally arranged spoiler extensions is changed with respect to a spoiler body and / or the spoiler body in the course of the adjustment from the resting state to the operating form curves in total.

Ebenso sind elektronische und durch Fahrparameter gesteuerte Spoilerverstellungen über Druckluftzylinder an Landfahrzeugen aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 38 28 752 A1 bekannt. Weiterhin offenbart die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2012 108 048 A1 eine Heckluftleitvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, die ein Strömungsprofil mit zwei in Umfangsrichtung des Strömungsprofil drehbaren Abrissflächenbereichen aufweist. Um einem Heckflügel eine Flexibilität in der Querachse zu geben, wird in der deutschen Offenlegungsschrift DE 10204049042 A1 vorgeschlagen, in der Heckflügelhalterung eine Federungseinheit zu verbauen, die das untere Flügelprofil abstützt und in der eine Kugellagerachse o. ä. den Drehpunkt des Heckflügels definiert. Der Luftwiderstand, dessen Kräfte bei steigender Geschwindigkeit stärker werden, drückt den Heckflügel kontinuierlich nach hinten, womit sich die Stirnfläche verringert und somit der Luftwiderstand abnimmt.Likewise, electronic and controlled by driving parameters spoiler adjustments on compressed air cylinders on land vehicles from the German patent application DE 38 28 752 A1 known. Furthermore, the German Offenlegungsschrift discloses DE 10 2012 108 048 A1 a Heckluftleitvorrichtung for a motor vehicle having a flow profile with two rotatable in the circumferential direction of the airfoil tear areas. To give a rear wing a flexibility in the transverse axis, is in the German patent application DE 10204049042 A1 proposed to install a suspension unit in the rear wing bracket, which supports the lower wing profile and in which a ball bearing axle o. Ä. Defines the pivot point of the rear wing. The air resistance, the forces of which increase with increasing speed, pushes the rear wing continuously backwards, which reduces the frontal area and thus decreases the air resistance.

Alle diese bekannten Luftleitvorrichtungen weisen eine Reihe von Nachteilen auf: Durch die differenzielle Bauweise mit Motoren, Getrieben und Kinematiken weisen die Luftleitvorrichtungen ein relativ hohes Gewicht auf. Die punktuelle Lasteinleitung an Gelenken und Aktoren zur Aufnahme flächiger Luftlasten führt zu Materialkonzentrationen an den Lasteinleitungsstellen. Weiterhin verursachen die bekannten Luftleitvorrichtungen wegen hoher Teileanzahl und hohem Montageaufwand sowie teuren Komponenten, wie Aktoren, Getrieben und Sensoren hohe Kosten. Darüber hinaus sind die derzeit realisierten Lösungen auf Positions- und Anstellwinkeländerungen beschränkt, da über eine Steuerung diskrete Positionen und Anstellwinkel fest eingestellt werden.All these known air guiding devices have a number of disadvantages: Due to the differential design with motors, gearboxes and kinematics, the air guiding devices have a relatively high weight. The selective application of load to joints and actuators to absorb surface air loads leads to material concentrations at the load introduction points. Furthermore, cause the known spoilers due to high number of parts and high assembly costs and expensive components such as actuators, gearboxes and sensors high costs. In addition, the currently implemented solutions are limited to position and angle of incidence changes as discrete positions and angles of incidence are fixed via a controller.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Beeinflussung der Aerodynamik eines Fahrzeugs anzugeben, welches die oben genannten Nachteile bekannter Verfahren minimiert. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine entsprechende Vorrichtung anzugeben. Darüber hinaus ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein System zur Durchführung des Verfahrens anzugeben. Schließlich ist es Aufgabe der Erfindung, ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Beeinflussung seiner Aerodynamik anzugeben.The object of the invention is to provide a method for influencing the aerodynamics of a vehicle, which minimizes the above-mentioned disadvantages of known methods. Another object of the invention is to provide a corresponding device. In addition, it is an object of the invention to provide a system for carrying out the method. Finally, it is an object of the invention to provide a vehicle with a device according to the invention for influencing its aerodynamics.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 4. Die Aufgabe wird ferner durch eine Vorrichtung nach Anspruch 5 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen 6 bis 11. Darüber hinaus wird die Aufgabe durch ein System nach Anspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des Systems ergeben sich aus den Unteransprüchen 13 bis 19. Schließlich wird die Aufgabe weiterhin durch ein Fahrzeug gemäß Anspruch 20 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des Fahrzeugs ergeben sich aus den Unteransprüchen 21 bis 26.According to the invention, this object is achieved by a method having the features of independent claim 1. Advantageous developments of the method emerge from the Subclaims 2 to 4. The object is further achieved by a device according to claim 5. Advantageous embodiments of the device will become apparent from the dependent claims 6 to 11. In addition, the object is achieved by a system according to claim 12. Advantageous embodiments of the system will become apparent from the dependent claims 13 to 19. Finally, the object is further achieved by a vehicle according to claim 20. Advantageous embodiments of the vehicle will become apparent from the subclaims 21 to 26.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Beeinflussung der Aerodynamik eines Fahrzeugs ist dadurch gekennzeichnet, dass zunächst ein Bewegungszustand des Fahrzeugs erfasst wird, anschließend ein Zustandsparameter des Fahrzeugs erfasst wird, danach der erfasste Zustandsparameter mit einem zuvor bestimmten Sollparameter für den Bewegungszustand verglichen wird, und wenn der Vergleich eine Differenz des erfassten Zustandsparameters mit dem Sollparameter ergibt, ein Regler ein Signal an eine Druckbeeinflussungsvorrichtung sendet, woraufhin die Druckbeeinflussungsvorrichtung den Druck innerhalb der Zellen anpasst. Wenn der Vergleich keine Differenz des erfassten Zustandsparameters mit dem Sollparameter ergibt, wird der Druck innerhalb der Zellen nicht angepasst.The inventive method for influencing the aerodynamics of a vehicle is characterized in that first a movement state of the vehicle is detected, then a state parameter of the vehicle is detected, then the detected state parameter is compared with a previously determined target parameter for the state of motion, and if the comparison Difference of the detected state parameter with the setpoint parameter results in a controller sending a signal to a pressure-influencing device, whereupon the pressure-influencing device adapts the pressure within the cells. If the comparison does not give a difference of the detected state parameter with the target parameter, the pressure within the cells will not be adjusted.

Bewegt sich das Fahrzeug mit einer bestimmten Geschwindigkeit innerhalb eines Fluids, also beispielsweise bei dem Bewegungszustand Konstantfahrt, kann als Zustandsparameter die durch die Bewegung innerhalb des Fluids auf der Vorrichtung erzeugte lastende Kraft erfasst werden. Diese Kraft ist abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit, die das Fluid beim Vorbeiströmen an der Vorrichtung aufweist. Die Kraft kann dabei ermittelt werden, indem ein Sensor eine Größe misst, aus der auf die ausgeübte Kraft schließbar ist. Diese Größe kann beispielsweise die aktuelle Einfederung eines PKW-Fahrwerks an seiner Hinterachse sein. Das Regelziel kann dabei die Erzeugung einer konstanten auf die Vorrichtung ausgeübten Kraft sein (Konstantkraft-Regelung). Die Konstantkraft-Regelung erlaubt, die im Gegensatz zu fest eingestellten Spoilerformen weitgehend geschwindigkeitsunabhängige Einstellung der Fluidkräfte auf die Vorrichtung.If the vehicle is moving at a certain speed within a fluid, for example in the state of motion constant travel, the state parameter which can be detected is the load force generated by the movement within the fluid on the device. This force is dependent on the flow rate that the fluid has as it flows past the device. The force can be determined by a sensor measures a size from which can be closed to the force exerted. This size can be, for example, the current deflection of a car chassis on its rear axle. The control target may be the generation of a constant force exerted on the device (constant force control). The constant-force control allows, in contrast to fixed spoiler shapes largely independent of speed setting of the fluid forces on the device.

Der Zustandsparameter kann auch die Geschwindigkeit des Fahrzeugs sein, mit der sich das Fahrzeug innerhalb des Fluids bewegt, wobei ein Sensor eine Größe misst, aus der auf die Fahrzeuggeschwindigkeit schließbar ist (geschwindigkeitsabhängige Regelung). Die gemessene Größe kann bei einem Landfahrzeug, beispielsweise einem Radfahrzeug, zum Beispiel die Drehzahl eines Rades sein.The state parameter may also be the speed of the vehicle with which the vehicle is moving within the fluid, with a sensor measuring a magnitude from which the vehicle speed can be locked (speed-dependent control). The measured quantity may be, for example, the rotational speed of a wheel in a land vehicle, for example a wheeled vehicle.

Der Zustandsparameter kann auch die Beschleunigung des Fahrzeugs sein, wobei ein Sensor eine Größe misst, aus der auf die Fahrzeugbeschleunigung schließbar ist (beschleunigungsbasierte Regelung). Der Sensor könnte beispielsweise ein Beschleunigungssaufnehmer sein. Somit kann positive wie auch negative Längsbeschleunigung, als auch Querbeschleunigung des Fahrzeugs erfasst werden.The state parameter may also be the acceleration of the vehicle, with a sensor measuring a magnitude from which the vehicle acceleration can be closed (acceleration-based control). For example, the sensor could be an accelerometer. Thus, both positive and negative longitudinal acceleration, as well as lateral acceleration of the vehicle can be detected.

Für jeden Bewegungszustand können zuvor Sollzustandsparameter ermittelt werden. Ein solcher Sollzustandsparameter kann beispielsweise die auf die Vorrichtung ausgeübte Kraft sein, bei der je nach Bewegungszustand eine optimale Bodenhaftung eines Radfahrzeuges vorliegt.For each movement state, desired state parameters can be determined beforehand. Such a nominal state parameter can be, for example, the force exerted on the device, in which, depending on the state of motion, there is an optimum traction of a wheeled vehicle.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Beeinflussung der Aerodynamik eines Fahrzeugs gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine formveränderliche Struktur aufweist. Durch die formveränderliche Struktur lassen sich die aerodynamischen Strömungen gezielter beeinflussen als bei einer formfesten Struktur, auch wenn diese verstellbare Anstellwinkel aufweisen.A device according to the invention for influencing the aerodynamics of a vehicle according to the method according to the invention is characterized in that the device has a shape-variable structure. Due to the shape-changing structure, the aerodynamic flows can be more selectively influenced than with a dimensionally stable structure, even if they have adjustable angles of incidence.

Die formveränderliche Struktur weist eine Mehrzahl von polygonen Zellen auf. Weiterhin weisen die polygonen Zellen Gelenke und Zellseiten auf. Die Gelenke können sowohl als herkömmliche Stiftgelenke als auch in Form von Festkörpergelenken realisiert werden. Es hat sich aber als vorteilhaft erwiesen, die Gelenke als Festkörpergelenke auszuführen, wobei die Festkörpergelenke im Vergleich zu den Zellseiten biegeweicher gestaltet sind. Jede Zelle weist starre Zellseiten und formvariable Zellseiten auf.The shape-changeable structure has a plurality of polygonal cells. Furthermore, the polygonal cells have joints and cell sides. The joints can be realized both as conventional pin joints and in the form of solid joints. However, it has proven to be advantageous to perform the joints as solid joints, the solid-state joints are designed to be softer bend compared to the cell sides. Each cell has rigid cell sides and shape-variable cell sides.

Die Anzahl der Zellseiten pro Zelle kann beliebig variiert werden, ohne dabei das Funktionsprinzip zu beeinträchtigen. Vorzugsweise werden Einzelzellen mit vier bis sechs Zellseiten definiert.The number of cell pages per cell can be varied as desired without affecting the functional principle. Preferably, single cells are defined with four to six cell sides.

Weiterhin ist eine Mehrzahl von polygonen Zellen zu Zellreihen gruppiert, wobei die Vorrichtung eine Mehrzahl von Zellreihen aufweist. Die polygonen Zellen sind mit Druck beaufschlagbar, wobei es besonders vorteilhaft ist, wenn eine Mehrzahl von polygonen Zellen mit dem gleichen Druck beaufschlagbar ist, insbesondere, wenn alle Zellen einer Zellreihe mit dem gleichen Druck beaufschlagbar sind.Furthermore, a plurality of polygon cells are grouped into cell rows, the device having a plurality of cell rows. The polygonal cells can be pressurized, and it is particularly advantageous if a plurality of polygonal cells can be subjected to the same pressure, in particular if all cells of a cell row can be subjected to the same pressure.

Wird eine Zelle mit einem höheren Druck beaufschlagt, so dehnt sich die Zelle aus. Durch die Volumenerhöhung der Zelle verändert sich deren Platzbedarf. Werden alle Zellen einer Reihe mit dem gleichen Druck beaufschlagt, wobei die Zellen miteinander verbunden sind, und werden zwei Zellreihen übereinander angeordnet, wobei die Zellreihen unterschiedliche Innendrücke aufweisen, so werden sich die Zellreihen unterschiedlich ausdehnen und sich die Struktur verformen. Ist die Struktur einseitig eingespannt, so dass ein freies Ende existiert, wird sich die Struktur mit ihrem freien Ende zu einer Seite hin auslenken, wenn eine Reihe mit einem sich von dem in einer anderen Reihe unterscheidenden Innendruck beaufschlagt wird.If a cell is subjected to a higher pressure, the cell expands. Due to the increase in volume of the cell changes their space requirements. If all cells of a row are subjected to the same pressure, the cells being connected to one another, and if two cell rows are arranged one above the other, with the cell rows having different internal pressures, the cell rows will expand differently and the structure will deform. If the structure is clamped on one side, so that a free end exists, it will become deflect the structure with its free end to one side, when one row is subjected to an internal pressure different from that in another row.

Die polygonen Zellen werden auch Pressure-Actuated Cellular Structures (PACS) genannt. Das kleinste funktionsfähige Element einer PACS ist die Einzelzelle. Diese besteht im Wesentlichen aus Gelenken und Zellseiten.The polygonal cells are also called Pressure-Actuated Cellular Structures (PACS). The smallest functional element of a PACS is the single cell. This consists essentially of joints and cell sides.

Bei Beaufschlagung der Einzelzelle mit Innendruck deformiert diese bis sich ein neues energetisches Gleichgewicht einstellt. Für den reibungs- und gelenksteifigkeitsfreien Fall ist der Gleichgewichtszustand erreicht, wenn alle Gelenke auf einem Kreis liegen. In diesem Fall schließt die Zelle das maximal mögliche Volumen V_max ein. Durch Aneinanderreihung von Einzelzellen zu einer Zellreihe erhält man eine einreihige formvariable Zellstruktur. Diese weist eine in seiner Krümmung veränderlichen Oberfläche auf, welche durch die oberste Lage der Zellseiten definiert wird. Die darunterliegende Zellstruktur stellt die für die Deformation und für die Aufnahme externer Lasten benötigte Steifigkeit bereit. Jede Zellreihe erlaubt das Erreichen eines bestimmten Verformungszustandes der Zellstruktur. Weist die Vorrichtung mehrere aneinandergrenzende Zellreihen auf, erlaubt die gleichzeitige Variation des Zelldruckes in mehreren Zellreihen eine stufenlose Bewegung zwischen den vordefinierten Zieldeformationen.When the individual cell is pressurized with internal pressure, it deforms until a new energetic equilibrium is reached. For the friction and joint stiffness-free case, the equilibrium state is reached when all joints are on a circle. In this case, the cell includes the maximum possible volume V _max . By juxtaposing individual cells into a cell row one obtains a single-row shape-variable cell structure. This has a variable in its curvature surface, which is defined by the uppermost layer of the cell sides. The underlying cell structure provides the stiffness needed for deformation and for the absorption of external loads. Each cell row allows the achievement of a certain deformation state of the cell structure. If the device has several contiguous rows of cells, the simultaneous variation of the cell pressure in several rows of cells allows stepless movement between the predefined target formations.

Eine PACS kann mehreren Zellreihen aufweisen. Innerhalb einer Zellreihe werden alle Einzelzellen mit einem einheitlichen Druck beaufschlagt. Der Druckausgleich wird im einfachsten Fall durch Verbindungsbohrungen zwischen den Einzelzellen erzielt. Durch Orientierung der Festkörpergelenke, welche Teil der aerodynamisch benetzten Oberfläche sind, tangential zu dieser Oberfläche entsteht eine lücken- und stufenfreie Spoileroberfläche. Aerodynamische Störungen werden somit vermieden.A PACS can have several cell rows. Within a cell row, all single cells are subjected to a uniform pressure. The pressure equalization is achieved in the simplest case by connecting holes between the individual cells. By orienting the solid-state joints, which are part of the aerodynamically wetted surface, tangentially to this surface, a gap-free and stepless spoiler surface is created. Aerodynamic disturbances are thus avoided.

Die Zellen einer Reihe weisen jeweils mindesten eine gemeinsame starre Zellseite auf. Mit anderen Worten sind die Zellen einer Reihe über jeweils eine starre Zellseite jeweils mit mindestens einer Nachbarzelle verbunden. Weist die Vorrichtung mehrere Zellreihen auf, so sind die Zellen einer jeden Zellreihe ebenfalls über mindestens eine starre Zellseite mit mindestens einer Zelle der jeweils anderen Zellreihe verbunden. Die formvariablen Zellseiten einer Zelle befinden sich dabei als Verschlusskappen des durch die starren Zellseiten gebildeten Hohlraums im Wesentlichen in im Wesentlichen senkrecht zu den starren Zellseiten liegenden Ebenen. Die zu den jeweiligen formvariablen Zellseiten weisenden Kanten der starren Zellseiten bilden eine Rahmenstruktur, wobei die formvariablen Zellseiten als deformierbarer Schalenkörper ausgeführt sind. Die Rahmenstruktur bildet eine Querschnittsform, die über die Bewegung der Gelenke formveränderbar ist. Bei einer Veränderung der Querschnittsform der Rahmenstruktur verändert sich die Deformation des Schalenkörpers. Der Schalenkörper bildet auf diese Art eine formvariable Dichtung des gebildeten Hohlkörpers.The cells of a row each have at least one common rigid cell side. In other words, the cells of a row are each connected to at least one neighboring cell via a respective rigid cell side. If the device has a plurality of cell rows, the cells of each cell row are likewise connected via at least one rigid cell side to at least one cell of the respective other cell row. The shape-variable cell sides of a cell are located as closure caps of the cavity formed by the rigid cell sides essentially in planes lying essentially perpendicular to the rigid cell sides. The edges of the rigid cell sides facing the respective shape-variable cell sides form a frame structure, wherein the shape-variable cell sides are designed as deformable shell bodies. The frame structure forms a cross-sectional shape, which is modifiable by the movement of the joints. When the cross-sectional shape of the frame structure changes, the deformation of the shell body changes. The shell body forms in this way a shape-variable seal of the hollow body formed.

Sind die Zellen der formveränderlichen Struktur der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht weiter unterteilt, ist eine Krümmung der Vorrichtung zur Beeinflussung der Aerodynamik in Längsrichtung der Zellreihen möglich, wobei die Krümmung in positiver oder negativer Richtung erfolgen kann.If the cells of the variable-shape structure of the device according to the invention are not subdivided, a curvature of the device for influencing the aerodynamics in the longitudinal direction of the cell rows is possible, wherein the curvature can take place in the positive or negative direction.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist mindestens eine Zelle in Segmente unterteilt, wobei die Segmente druckdicht abgetrennte Bereiche einer Zelle bilden. Die Abtrennung der Segmente gegeneinander erfolgt dabei durch formvariable Wände, beispielsweise durch deformierbare Schalenkörper, wie sie bereits für die formvariablen Dichtungen beschrieben wurden. Durch eine separate Beaufschlagung einzelner Segmente mit unterschiedlichen Drücken kann eine Krümmung der Vorrichtung zur Beeinflussung der Aerodynamik auch in Breitenrichtung, d.h. orthogonal zu der Längsrichtung der Zellreihen, erfolgen. Ist die Vorrichtung zur Beeinflussung der Aerodynamik an einem Fahrzeug montiert, kann durch die Krümmung der Vorrichtung auch in Breitenrichtung bei Kurvenfahrt neben der Beeinflussung der Aerodynamik in Fahrrichtung zusätzlich oder ausschließlich auf die unterschiedliche Aerodynamik der auf der Kurveninnen- beziehungsweise der Kurvenaußenseite gelegenen Fahrzeugseite Einfluss genommen werden.In a further preferred embodiment, at least one cell is subdivided into segments, the segments forming pressure-tightly separated regions of a cell. The separation of the segments against each other takes place by form variable walls, for example by deformable shell body, as they have already been described for the variable-shape seals. By a separate loading of individual segments with different pressures, a curvature of the device for influencing the aerodynamics in the width direction, i. orthogonal to the longitudinal direction of the cell rows. If the device for influencing the aerodynamics is mounted on a vehicle, in addition to influencing the aerodynamics in the direction of travel, the curvature of the device can additionally or exclusively influence the different aerodynamics of the vehicle side located on the curve inside or outside of the curve ,

In einer vorteilhaften Ausführungsform bestehen die starren Zellseiten und Gelenke der Zellen aus einer Aluminiumlegierung. Die Zellstruktur kann dabei im Drahtschnittverfahren hergestellt werden.In an advantageous embodiment, the rigid cell sides and joints of the cells consist of an aluminum alloy. The cell structure can be produced by wire cutting.

Ein erfindungsgemäßes System zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das System eine zuvor beschriebene Vorrichtung, einen Sensor, eine Druckbeeinflussungsvorrichtung, eine Steuerungseinheit und eine Regelvorrichtung, beispielsweise einen Regler oder ein digitales Filter, aufweist, wobei der Sensor, die Steuerungseinheit, die Druckbeeinflussungsvorrichtung und die Vorrichtung miteinander wirkverbunden sind.A system according to the invention for carrying out the method is characterized in that the system comprises a previously described device, a sensor, a pressure influencing device, a control unit and a control device, for example a regulator or a digital filter, wherein the sensor, the control unit, the pressure influencing device and the device are operatively connected to each other.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Druckbeeinflussungsvorrichtung ein Ventil, wobei eine Pumpe mit dem Ventil wirkverbunden ist und ein druckbeaufschlagtes Fluid Druck zur Verfügung stellt. Ist die Pumpe eine Konstantpumpe, so stellt sie dem Ventil ein Fluid mit im Wesentlichen konstantem Druck zur Verfügung.In an advantageous embodiment, the pressure-influencing device is a valve, wherein a pump is operatively connected to the valve and a pressurized fluid provides pressure. If the pump is a fixed displacement pump, it provides the fluid with a substantially constant pressure to the valve.

Alternativ kann die Druckbeeinflussungsvorrichtung auch eine Regelpumpe sein, die ein Fluid mit variablem Druck zur Verfügung stellt. Alternatively, the pressure-influencing device may also be a control pump that provides a variable-pressure fluid.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Regler ein PID-Regler. PID-Regler weisen den Vorteil auf, eine große Anpassungsfähigkeit an die Regelstrecke zu besitzen.In an advantageous embodiment, the controller is a PID controller. PID controllers have the advantage of having a large adaptability to the controlled system.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der Regler ein adaptiver Regler. Dabei wird unter einem adaptiven Regler ein Regler verstanden, der in der Lage ist, seine Reglerparameter selbständig aufgrund von veränderten Umgebungseinflüssen zu verändern. Beispielsweise kann der Regler ein adaptiver PID-Regler sein, bei dem der den P-, I- und D-Term zeitlich veränderbar ist. Auch sind anstelle von PID-Reglern digitale Filter mit einem sogenannten Adaptionsalgorithmus einsetzbar. Adaptionsalgorithmen sind ebenfalls in der Lage, die Parameter des Filters veränderten Umgebungseinflüssen anzupassen. Die Fähigkeit zur Adaptivität erlangt der Regler beispielsweise mit Hilfe eines Fehlersignals. Das können alle Sensoren sein, die bei einer optimalen Einstellung z.B. nach dem Vergleich von Soll- und Istwerten den Wert null ergeben. Der Adaptsionsalgorithmus kann dabei aus einem digitalen Filter bestehen. Es kann transversale und rekursive Anordnungen enthalten. In a particularly advantageous embodiment, the controller is an adaptive controller. In this case, an adaptive controller is understood as meaning a controller which is capable of changing its controller parameters independently on the basis of changed environmental influences. For example, the controller may be an adaptive PID controller in which the P, I and D term is time-changeable. Also, instead of PID controllers digital filters can be used with a so-called adaptation algorithm. Adaptation algorithms are also able to adapt the parameters of the filter to changed environmental influences. The adaptability is achieved, for example, with the aid of an error signal. This may be any sensors which, at an optimal setting, e.g. after comparing setpoints and actual values, the result is zero. The adaptsion algorithm can consist of a digital filter. It can contain transversal and recursive arrangements.

Ein erfinderisches Fahrzeug ist dadurch gekennzeichnet, dass es ein System wie vor definiert aufweist.An inventive vehicle is characterized by having a system as defined above.

Das Fahrzeug kann ein Land-, Luft oder Wasserfahrzeug sein.The vehicle may be a land, air or water vehicle.

Die Vorrichtung kann ein Heckspoiler, Frontspoiler, Dachspoiler und/oder Unterbodenspoiler sein.The device may be a rear spoiler, front spoiler, roof spoiler and / or underbody spoiler.

Die Konstantkraft-Regelung der Fahrzeugumströmung bedient sich der stufenlosen Formvariabilität der PACS. Sie basiert auf dem Vergleich der aktuellen vertikal auf das Fahrzeug wirkenden Fluidkräfte mit einer vorgegebenen Sollkraft. Die ermittelte Abweichung erlaubt die Anpassung der Form der PACS und damit eine geschwindigkeitsunabhängige Einstellung der vertikalen Fluidkraft. Je nach Abweichung der Sollkraft von der aktuell gemessenen Fluidkraft wird vom Regler ein Steuersignal ausgegeben, welches eine Druckbeeinflussungsvorrichtung kontrolliert. Ist die Druckbeeinflussungsvorrichtung ein Ventil, befindet es sich zwischen Pumpe und PACS. Über dieses Ventil kann den einzelnen Zellreihen der PACS Druck zugeführt und entnommen werden. Die resultierende Deformation der Zellstruktur nimmt wiederum Einfluss auf die Umströmung und dadurch auf die sich ergebende Fluidkraft. Die geschwindigkeitsabhängige Regelung der auf das Fahrzeug wirkenden Fluidkräfte ermöglicht alternativ die Widerstandsreduktion für hohe Geschwindigkeiten ohne dabei auf akzeptable Abtriebskräfte für niedrige Fahrgeschwindigkeiten verzichten zu müssen. Die Drehzahl der Räder lässt hierbei auf die aktuelle Fahrgeschwindigkeit schließen. Neben der rein kraftbasierten und der geschwindigkeitsabhängigen Regelung der Fluidkraft ist auch die beschleunigungsbasierte Regelung möglich. So kann der Zelldruck derart angepasst werden, dass die Form des adaptiven Spoilers bei hohen Beschleunigungen des Fahrzeugs zu einer möglichst hohen vertikalen Fluidkraft führt. Insbesondere für Bremsvorgänge, Kurvenfahrten oder bei Beschleunigung erlaubt der zusätzliche Abtrieb bei einem Radfahrzeug eine erhöhte Kraftübertragung zwischen Rad und Fahrbahn.The constant-force control of the vehicle flow uses the stepless shape variability of the PACS. It is based on the comparison of the current vertical acting on the vehicle fluid forces with a predetermined desired force. The determined deviation allows the adaptation of the shape of the PACS and thus a speed-independent adjustment of the vertical fluid force. Depending on the deviation of the desired force from the currently measured fluid force, the controller outputs a control signal which controls a pressure-influencing device. If the pressure-influencing device is a valve, it is located between the pump and the PACS. This valve can be used to supply and remove pressure from the individual cell rows of the PACS. The resulting deformation of the cell structure in turn influences the flow around and thereby the resulting fluid force. The speed-dependent control of the forces acting on the vehicle fluid forces alternatively allows the resistance reduction for high speeds without sacrificing acceptable output forces for low speeds. The speed of the wheels can be close to the current driving speed. In addition to the purely force-based and the speed-dependent control of the fluid force, the acceleration-based control is also possible. Thus, the cell pressure can be adjusted so that the shape of the adaptive spoiler at high accelerations of the vehicle leads to the highest possible vertical fluid force. In particular, for braking, cornering or acceleration, the additional output allows for a wheeled vehicle increased power transmission between the wheel and the road.

Bei PACS ist auch eine reine Steuerung über den Zellinnendruck möglich. Für den Einsatz am Fahrzeug birgt die reine Steuerung über den Zellinnendruck jedoch einige Nachteile. Durch die variablen Anströmbedingungen, welche zum Beispiel bei einem Radfahrzeug auf Grund unterschiedlicher Abstände zu einem vorausfahrenden Fahrzeug auftreten, sind weder die externen Kräfte als konstant anzunehmen, noch sind der erzeugte Widerstand und der Abtrieb am Fahrzeug für eine gegebene Spoilerform genau bekannt. Variable Kräfte auf die PACS führen zu einer Abweichung zwischen Ist- und Solldeformation, wodurch mit zusätzlichem unbekannten Einfluss auf die erwünschten Fluidkräfte zu rechnen ist.With PACS, pure control via the cell internal pressure is also possible. For use on the vehicle, however, the pure control over the internal cell pressure has some disadvantages. Due to the variable flow conditions that occur, for example, in a wheeled vehicle due to different distances to a preceding vehicle, neither the external forces are to be assumed to be constant, nor the generated resistance and the downforce on the vehicle for a given Spoilerform exactly known. Variable forces on the PACS lead to a deviation between actual and nominal deformation, which can be expected to have additional unknown influence on the desired fluid forces.

Durch die integrale Bauweise, in der die Struktur als Aktor fungiert, wird Gewicht eingespart. Zusätzliche Aktoren und Getriebe sind überflüssig. Durch die geringe Teileanzahl fällt der Montageaufwand. Teure Komponenten, wie Aktoren, Getriebe, etc. sind überflüssig. Dies spart Kosten. Durch die stufenlose Änderung von Position, Anstellwinkel und Krümmung kann für jeden Bewegungszustand des Fahrzeugs ein optimaler Effekt erzielt werden.Due to the integral construction, in which the structure acts as an actuator, weight is saved. Additional actuators and gearboxes are unnecessary. Due to the low number of parts, the assembly costs. Expensive components, such as actuators, gears, etc. are superfluous. This saves costs. Due to the stepless change of position, angle of attack and curvature, an optimal effect can be achieved for each movement state of the vehicle.

Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Abbildungen.Further advantages, features and expedient developments of the invention will become apparent from the dependent claims and the following description of preferred embodiments with reference to the drawings.

Von den Abbildungen zeigt:

1 die erfinderische Vorrichtung in zwei verschiedenen Auslenkungszuständen
2 eine Zelle in zwei unterschiedlichen Innendrücken
3 Ausschnitt aus der erfinderischen Vorrichtung
4 ein mit dem erfinderischen System ausgestattetes Fahrzeug
5 die erfinderische Vorrichtung in drei verschiedenen Auslenkungszuständen als Schnittdarstellung sowie in der Draufsicht
6 ein erfinderisches Fahrzeug mit verschiedenen Spoiler
7 das Heck eines erfinderischen Fahrzeugs mit Heckspoiler in einer zweiten Variante
8 das Heck eines erfinderischen Fahrzeugs mit Heckspoiler in einer dritten Variante
9 eine weitere Ausführungsform eines erfinderischen Fahrzeugs

From the pictures shows:

1 the inventive device in two different deflection states
2 a cell in two different internal pressures
3 Detail of the inventive device
4 a vehicle equipped with the inventive system
5 the inventive device in three different Auslenkungszuständen as a sectional view and in plan view
6 an innovative vehicle with different spoilers
7 the rear of an inventive vehicle with rear spoiler in a second variant
8th the rear of an inventive vehicle with rear spoiler in a third variant
9 a further embodiment of an inventive vehicle

1 zeigt die erfinderische Vorrichtung 100 zur Beeinflussung der Aerodynamik eines Fahrzeugs in zwei verschiedenen Auslenkungszuständen. Die Vorrichtung 100 weist eine formveränderliche Struktur auf. Die Vorrichtung 100 weist eine Mehrzahl von polygonen Zellen 110 auf. Die polygonen Zellen 110 weisen Gelenke 112 und Zellseiten 111, 113 auf. Die Gelenke 112 sind als Festkörpergelenke realisiert, die im Vergleich zu den Zellseiten 111 biegeweicher gestaltet sind. Eine Mehrzahl von polygonen Zellen 110 ist zu einer Zellreihe gruppiert, wobei die Vorrichtung 100 des Ausführungsbeispiels zwei Zellreihen aufweist. Die polygonen Zellen 110 sind mit einem Fluid mit einem bestimmten Druck beaufschlagbar, wobei alle Zellen 110 einer Zellreihe mit dem gleichen Druck beaufschlagbar sind. Der Druckausgleich wird durch Verbindungsbohrungen zwischen den Einzelzellen 110 erzielt. Die polygonen Zellen werden auch Pressure-Actuated Cellular Structures (PACS) genannt. 1 shows the inventive device 100 for influencing the aerodynamics of a vehicle in two different deflection states. The device 100 has a shape changeable structure. The device 100 has a plurality of polygonal cells 110 on. The polygonal cells 110 show joints 112 and cell sides 111 . 113 on. The joints 112 are realized as solid-state joints, compared to the cell sides 111 bendable are designed. A plurality of polygonal cells 110 is grouped into a cell row, the device 100 of the embodiment comprises two cell rows. The polygonal cells 110 are pressurized with a fluid with a certain pressure, all cells 110 a cell series can be acted upon by the same pressure. The pressure equalization is by connecting holes between the individual cells 110 achieved. The polygonal cells are also called Pressure-Actuated Cellular Structures (PACS).

Jede Zellreihe erlaubt das Erreichen eines bestimmten Verformungszustandes der Zellstruktur. Die gleichzeitige Variation des Zelldruckes in mehreren Zellreihen erlaubt eine stufenlose Bewegung zwischen den vordefinierten Zieldeformationen. Durch die Beaufschlagung einer Zelle 110 mit einem höheren Druck erhöht sich das Volumen der Zelle 110. Durch die Volumenerhöhung der Zelle 110 verändert sich deren Platzbedarf. Werden alle Zellen 110 eine Reihe mit dem gleichen Druck beaufschlagt, wobei die Zellen 110 miteinander verbunden sind, und werden zwei Zellreihen übereinander angeordnet, wobei die Zellreihen unterschiedliche Innendrücke aufweisen, so werden sich die Zellreihen unterschiedlich ausdehnen. Die Vorrichtung 100 ist an ihrem in der 1 linken gezeichneten Ende eingespannt, wobei das rechte Ende frei ist. Durch die mit einem Fluid mit unterschiedlichen Drücken gefüllten zwei Reihen verformt sich die Struktur der Vorrichtung 100. In 1 ist in der oberen Auslenkung die untere Zellreihen mit einem Fluid mit einem höheren Druck gefüllt, als die obere Zellreihe. Die Struktur wird daher nach oben ausgelenkt. In der unteren Auslenkung verhält es sich umgekehrt.Each cell row allows the achievement of a certain deformation state of the cell structure. The simultaneous variation of the cell pressure in several cell rows allows a stepless movement between the predefined target formations. By applying a cell 110 with a higher pressure, the volume of the cell increases 110 , By increasing the volume of the cell 110 their space requirements change. Become all cells 110 a series subjected to the same pressure, the cells 110 are interconnected, and two cell rows are arranged one above the other, wherein the cell rows have different internal pressures, the cell rows will expand differently. The device 100 is at her in the 1 clamped left end clamped with the right end is free. By the filled with a fluid with different pressures two rows, the structure of the device deforms 100 , In 1 In the upper deflection, the lower cell rows are filled with a fluid having a higher pressure than the upper cell row. The structure is therefore deflected upwards. In the lower deflection it behaves vice versa.

In 2 ist eine Zelle 110 mit zwei unterschiedlichen Innendrücken gezeigt. Bei Beaufschlagung der Zelle 110 mit Innendruck deformiert sich diese bis sich ein neues energetisches Gleichgewicht einstellt. Für den reibungs- und gelenksteifigkeitsfreien Fall ist der Gleichgewichtszustand erreicht, wenn alle Gelenke 112 auf einem Kreis liegen, wie es bei der mit ausgezogenem Strich dargestellten Zelle 110 der Fall ist. In diesem Fall schließt die Zelle 110 das maximal mögliche Volumen V_max ein.In 2 is a cell 110 shown with two different internal pressures. Upon exposure of the cell 110 with internal pressure, this deforms until a new energetic equilibrium sets in. For the friction and joint stiffness-free case, the equilibrium state is reached when all joints 112 lie on a circle, as in the case of the solid line cell 110 the case is. In this case, the cell closes 110 the maximum possible volume V _max .

3 zeigt einen Ausschnitt aus der erfinderischen Vorrichtung 100. Eine Zelle 110 ist vollständig dargestellt. Die Zelle 110 weist formvariable Zellseiten 111 sowie starre Zellseiten 113 auf. Dabei sind die starren Zellseiten 113 in der Längsrichtung x der Vorrichtung 100 angeordnet, während die formvariablen Zellseiten 111 im Wesentlichen orthogonal hierzu angeordnet sind. Die formvariablen Zellseiten 111 einer Zelle 110 befinden sich dabei als Verschlusskappen des durch die starren Zellseiten 113 gebildeten Hohlraums im Wesentlichen in im Wesentlichen senkrecht zu den starren Zellseiten 113 liegenden Ebenen. Die zu den jeweiligen formvariablen Zellseiten 111 weisenden Kanten der starren Zellseiten 113 bilden eine Rahmenstruktur, wobei die formvariablen Zellseiten 113 als deformierbarer Schalenkörper ausgeführt sind. Die Rahmenstruktur bildet eine Querschnittsform, die über die Bewegung der Gelenke 112 formveränderbar ist. Bei einer Veränderung der Querschnittsform der Rahmenstruktur verändert sich die Deformation des Schalenkörpers. Der Schalenkörper bildet auf diese Art eine formvariable Dichtung des gebildeten Hohlkörpers. 3 shows a section of the inventive device 100 , A cell 110 is fully represented. The cell 110 has shape-variable cell pages 111 as well as rigid cell sides 113 on. Here are the rigid cell sides 113 in the longitudinal direction x of the device 100 arranged while the shape variable cell pages 111 are arranged substantially orthogonal thereto. The form-variable cell pages 111 a cell 110 are here as caps of the through the rigid cell sides 113 formed cavity substantially in substantially perpendicular to the rigid cell sides 113 lying levels. The to the respective shape-variable cell sides 111 pointing edges of the rigid cell sides 113 form a frame structure, with the shape-variable cell sides 113 are designed as deformable shell body. The frame structure forms a cross-sectional shape that governs the movement of the joints 112 is changeable. When the cross-sectional shape of the frame structure changes, the deformation of the shell body changes. The shell body forms in this way a shape-variable seal of the hollow body formed.

4 zeigt ein mit dem erfinderischen System ausgestattetes Fahrzeug 200 in Form eines Pkws. Das Fahrzeug 200 weist Räder 230, die über Federn 240 an der Radaufhängung 250 befestigt sind, auf. Weiterhin weist das Fahrzeug eine Konstantpumpe 210, ein Ventil 270, einen PID Regler 220, Steuerungen 260 sowie Sensoren 280 auf. Das Fahrzeug 200 ist mit einer Vorrichtung 100 in Form eines Heckspoilers 170 aus in Doppelreihen angeordneten PACS mit pentagonalen Zellen 110 in der ersten und hexagonalen Zellen 110 in der zweiten Zellreihe ausgestattet. Weiterhin weist der Heckspoiler 170 als Verlängerung ein nicht formveränderliches Windbrett 101 auf. In dem Ruhezustand st0 ist der Heckspoiler 170 eingefahren und liegt in der Heckklappenkontur des Fahrzeuges 200 (nicht dargestellt). Im ersten Verformungszustand st1 beschreibt der Heckspoiler 170 eine nach oben gekrümmte Kreisform. Der Anstellwinkel des nachgeschalteten Windbretts 101 ist für diesen Zustand maximal. Ein zweiter Verformungszustand st2 in Form eines S-Schlags ermöglicht die Reduktion des Anstellwinkels des Windbretts 101 ohne dabei den Heckspoiler 170 in seiner Basis abzusenken. 4 shows a vehicle equipped with the inventive system 200 in the form of a car. The vehicle 200 has wheels 230 that about feathers 240 on the suspension 250 are fixed on. Furthermore, the vehicle has a constant displacement pump 210 , a valve 270 , a PID controller 220 , Controls 260 as well as sensors 280 on. The vehicle 200 is with a device 100 in the form of a rear spoiler 170 from PACS with pentagonal cells arranged in double rows 110 in the first and hexagonal cells 110 equipped in the second cell line. Furthermore, the rear spoiler 170 as an extension a non-deformable wind board 101 on. In the resting state st0 is the rear spoiler 170 retracted and lies in the tailgate contour of the vehicle 200 (not shown). In the first deformation state st1 describes the rear spoiler 170 an upwardly curved circular shape. The angle of attack of the downstream wind board 101 is maximum for this condition. A second state of deformation st2 in the form of an S-beat allows the reduction of the angle of attack of the wind board 101 without doing the rear spoiler 170 lower in its base.

Die Verformungszustände st0, st1 und st2 werden durch Steuerung von lediglich zwei Druckniveaus in den beiden Zellreihen eingestellt. Darüber hinaus können Formzustände, welche zwischen den Zuständen st0, st1 und st2 liegen, durch Variation der beiden Druckniveaus stufenlos eingestellt werden. Für eine gegebene Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs 200 definieren diese beiden Extremzustände zudem die durch die Regelung maximal erzielbaren Vertikalkräfte des Fluids, in dem sich das Fahrzeug 200 bewegt, auf den Heckspoiler 170. Die Zellstruktur wird mit einem Maximaldruck von beispielsweise 0.35 MPa betrieben. Durch Orientierung der Festkörpergelenke 112, welche Teil der aerodynamisch benetzten Oberfläche sind, tangential zu dieser Oberfläche entsteht eine lücken- und stufenfreie Spoileroberfläche. Aerodynamische Störungen werden somit vermieden. The deformation states st0 . st1 and st2 are set by controlling only two pressure levels in the two cell rows. In addition, form states that exist between states st0 . st1 and st2 are continuously adjusted by varying the two pressure levels. For a given vehicle speed 200 These two extreme conditions also define the maximum achievable by the control vertical forces of the fluid in which the vehicle 200 moved to the rear spoiler 170 , The cell structure is operated with a maximum pressure of, for example, 0.35 MPa. By orientation of the solid joints 112 , which are part of the aerodynamically wetted surface, tangentially to this surface creates a gap-free and stepless spoiler surface. Aerodynamic disturbances are thus avoided.

In 4 sind drei unterschiedliche Regelvarianten dargestellt. Das Verfahren zur Beeinflussung der Aerodynamik eines Fahrzeugs 200 ist in jedem Fall dadurch gekennzeichnet, dass zunächst ein Bewegungszustand des Fahrzeugs 200 erfasst wird, anschließend ein Zustandsparameter des Fahrzeugs 200 erfasst wird, danach der erfasste Zustandsparameter mit einem zuvor bestimmten Sollparameter für den Bewegungszustand verglichen wird, und wenn der Vergleich eine Differenz des erfassten Zustandsparameters mit dem Sollparameter ergibt, ein Regler 220 in Form eines PID Reglers ein Signal an ein Ventil 270, das mit einer Konstantpumpe 210 wirkverbunden ist, sendet, wobei das Ventil 270 den Druck innerhalb der Zellen 110 anpasst.In 4 three different control variants are shown. The method for influencing the aerodynamics of a vehicle 200 is in each case characterized in that first a state of motion of the vehicle 200 is detected, then a state parameter of the vehicle 200 is detected, then the detected state parameter is compared with a previously determined setpoint parameter for the motion state, and if the comparison results in a difference of the detected state parameter with the setpoint parameter, a controller 220 in the form of a PID controller, a signal to a valve 270 that with a constant pump 210 is operatively connected, sending the valve 270 the pressure inside the cells 110 adapts.

Bewegt sich das Fahrzeug 200 mit einer bestimmten Geschwindigkeit innerhalb eines Fluids wie Luft, also beispielsweise bei dem Bewegungszustand Konstantfahrt, kann als Zustandsparameter die durch die Bewegung innerhalb des Fluids auf den Heckspoiler 170 erzeugte lastende Kraft erfasst werden. Diese Kraft ist abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit, die das Fluid beim Vorbeiströmen an dem Heckspoiler 170 aufweist. Die Kraft kann dabei ermittelt werden, indem ein Sensor 280 die aktuelle Einfederung des Fahrwerks des Fahrzeugs 200 an seiner Hinterachse erfasst. Das Regelziel kann dabei die Erzeugung einer konstanten auf die Vorrichtung ausgeübten Kraft sein (Konstantkraft-Regelung). Die Konstantkraft-Regelung erlaubt die im Gegensatz zu fest eingestellten Spoilerformen weitgehend geschwindigkeitsunabhängige Einstellung der Fluidkräfte auf die den Heckspoiler 170.Does the vehicle move? 200 at a certain speed within a fluid such as air, so for example in the state of motion constant travel, as the state parameter by the movement within the fluid on the rear spoiler 170 generated load-bearing force are detected. This force is dependent on the flow rate of the fluid as it flows past the rear spoiler 170 having. The force can be determined by a sensor 280 the current deflection of the chassis of the vehicle 200 captured on its rear axle. The control target may be the generation of a constant force exerted on the device (constant force control). The constant-force control allows, in contrast to fixed spoiler shapes largely independent of speed setting of the fluid forces on the rear spoiler 170 ,

Alternativ ist in 4 als Zustandsparameter die Geschwindigkeit, mit der sich das Fahrzeug 200 innerhalb des Fluids bewegt, gezeigt, wobei ein Sensor 280 die Drehzahl eines Rades 230 misst. Die geschwindigkeitsabhängige Regelung bezieht die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 200 in die Regelschleife ein. Eine Anpassung der Fluidkräfte auf den Heckspoiler 170 auf die aktuelle Geschwindigkeit wird ermöglicht, wodurch für hohe Geschwindigkeiten eine Widerstandsreduktion erzielt und für niedrige Geschwindigkeiten zusätzlicher Abtrieb generiert werden kann.Alternatively, in 4 as a state parameter the speed at which the vehicle is moving 200 moved within the fluid, shown using a sensor 280 the speed of a wheel 230 measures. The speed-dependent control relates the speed of the vehicle 200 into the control loop. An adaptation of the fluid forces on the rear spoiler 170 the current speed is made possible, which allows a reduction in drag for high speeds and additional downforce for low speeds.

Weiterhin ist in 4 die Alternative gezeigt, in der der Zustandsparameter die Beschleunigung des Fahrzeugs 200 ist, wobei der Sensor 280 ein Beschleunigungssaufnehmer ist. Somit kann positive wie auch negative Längsbeschleunigung, als auch Querbeschleunigung des Fahrzeugs 200 erfasst werden. Besonders die beschleunigungsbasierte Regelung kann bei Kurvenfahrt, Beschleunigungs- und Bremsvorgängen, durch Steigerung der vertikalen Fluidkräfte auf den Heckspoiler 170 für erhöhte Kraftübertragung zwischen Reifen und Fahrbahn sorgen und damit zur Sicherheit der Insassen beitragen.Furthermore, in 4 the alternative shown in which the state parameter is the acceleration of the vehicle 200 is, where the sensor 280 is an accelerometer. Thus, both positive and negative longitudinal acceleration, as well as lateral acceleration of the vehicle 200 be recorded. Especially the acceleration-based control can, when cornering, accelerating and braking, by increasing the vertical fluid forces on the rear spoiler 170 ensure increased power transmission between the tires and the road surface and thus contribute to the safety of the occupants.

Für jeden Bewegungszustand können zuvor Sollzustandsparameter ermittelt werden. Ein solcher Sollzustandsparameter kann beispielsweise die auf die Vorrichtung 100 ausgeübte Kraft sein, bei der je nach Bewegungszustand eine optimale Bodenhaftung des Fahrzeugs 200 vorliegt.For each movement state, desired state parameters can be determined beforehand. Such a desired state parameter can, for example, those on the device 100 be exerted force, in which, depending on the state of motion an optimal traction of the vehicle 200 is present.

5 zeigt die erfinderische Vorrichtung 100 in drei verschiedenen Auslenkungszuständen als Schnittdarstellung sowie in der Draufsicht. Die Vorrichtung 100 in Form eines Spoilers weist in einer Doppelreihe angeordnete Zellen 110 auf. An einem Ende der Zellreihen ist ein Windbrett 101 montiert. Dieses Windbrett 101 ist formkonstant. An dem dem Windbrett 101 entgegengesetzten Ende der Vorrichtung 100 ist diese fest eingespannt. Die unterschiedlichen Auslenkungszustände st0, st1 und st2 entsprechen den bei der 4 beschriebenen. In der Draufsicht ist der formvariable Teil der Vorrichtung 100 und das daran montierte formkonstante Windbrett 101 zu erkennen. 5 shows the inventive device 100 in three different Auslenkungszuständen as a sectional view and in plan view. The device 100 in the form of a spoiler has arranged in a double row cells 110 on. At one end of the cell rows is a wind board 101 assembled. This wind board 101 is form constant. At the wind board 101 opposite end of the device 100 this is firmly clamped. The different deflection states st0 . st1 and st2 correspond to those at the 4 described. In plan view, the shape-variable part of the device 100 and the form-constant wind board mounted on it 101 to recognize.

6 zeigt ein erfinderisches Fahrzeug 200 mit verschiedenen Spoilern 150,160,170,180. Bei den verschiedenen Spoilern 150,160,170,180 handelt es sich um einen Frontspoiler 150, einen Bodenspoiler 160, einen Dachspoiler 180 und einen Heckspoiler 170 in einer ersten Variante. Die Spoiler 150,160,170,180 sind jeweils Ausführungsformen der Vorrichtung 100, die sich durch ihre dem Montageort angepassten Ausdehnungen unterscheiden, aber jeweils die beschriebene Form veränderliche Struktur aufweisen. 6 shows an inventive vehicle 200 with different spoilers 150,160,170,180. The various spoilers 150,160,170,180 are a front spoiler 150 , a spoiler 160 , a roof spoiler 180 and a rear spoiler 170 in a first variant. The spoilers 150,160,170,180 are each embodiments of the device 100 , which differ in their dimensions adapted to the mounting location, but each have the form described variable structure.

7 zeigt das Heck eines erfinderischen Fahrzeugs 200 mit einem Heckspoiler 170 einer zweiten Variante. In dieser Ausführungsform ist eine Formveränderung des Spoilers 170 über seine ganze Tiefe einstellbar. 7 shows the stern of an inventive vehicle 200 with a rear spoiler 170 a second variant. In this embodiment, a shape change of the spoiler 170 adjustable over its entire depth.

8 zeigt das Heck eines erfinderischen Fahrzeugs 200 mit einem Heckspoiler 170 einer dritten Variante. Der Heckspoiler 170 dieser Variante ist über einen aus fahrbaren Arm 190 mit dem Fahrzeug 200 verbunden. 8th shows the stern of an inventive vehicle 200 with a rear spoiler 170 a third variant. The rear spoiler 170 this variant is over a mobile arm 190 with the vehicle 200 connected.

9 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfinderischen Fahrzeugs 200. Bei dem Fahrzeug 200 handelt es sich um einen Lkw, wobei das Fahrzeug 200 die Vorrichtung 100 in Form eines Dachspoilers 180 aufweist. 9 shows a further embodiment of an inventive vehicle 200 , In the vehicle 200 it concerns a truck, whereby the vehicle 200 the device 100 in the form of a roof spoiler 180 having.

Die hier gezeigten Ausführungsformen stellen nur Beispiele für die vorliegende Erfindung dar und dürfen daher nicht einschränkend verstanden werden. Alternative durch den Fachmann in Erwägung gezogene Ausführungsformen sind gleichermaßen vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung umfasst. Insbesondere ist die Erfindung nicht nur auf die Anwendung bei Kraftfahrzeugen oder bei Landfahrzeugen beschränkt, sondern ist auch beispielsweise bei Wasserfahrzeugen, insbesondere bei im Wassersport verwendeten Motorbooten, anwendbar.The embodiments shown herein are only examples of the present invention and therefore should not be considered as limiting. Alternative embodiments contemplated by one skilled in the art are equally within the scope of the present invention. In particular, the invention is not limited to the application in motor vehicles or land vehicles, but is also for example in watercraft, especially in motor boats used in water sports, applicable.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100100: Vorrichtungcontraption
101101: Windbrettsoffit
110110: Zellecell
111111: formvariable Zellseiteshape-variable cell side
112112: Gelenkjoint
113113: starre Zellseiterigid cell side
150150: Frontspoilerfront spoiler
160160: Bodenspoilerground spoilers
170170: Heckspoilerrear spoiler
180180: Dachspoilerroof spoiler
190190: ausführbare Armexecutable arm
200200: Fahrzeugvehicle
210210: DruckbeeinflussungsvorrichtungPressure influencing device
220220: Regelvorrichtungcontrol device
230230: Radwheel
240240: Federfeather
250250: RadaufhängungArm
260260: Steuerungseinheitcontrol unit
270270: VentilValve
280280: Sensorsensor
st0st0: Ruhezustandhibernation
st1st1: erster Verformungszustandfirst deformation state
st2st2: zweiter Verformungszustandsecond deformation state

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102004030571 B4 [0005]
DE 3828752 A1 [0006]
DE 102012108048 A1 [0006]
DE 10204049042 A1 [0006]

Claims

A method for influencing the aerodynamics of a vehicle (200) via a device (100) comprising a shape-changing structure, wherein the shape-changing structure comprises a plurality of polygonal cells (110), wherein the plurality of polygonal cells (110) are grouped into cell rows and the Device (100) comprises a plurality of cell rows, wherein the polygonal cells (100) are pressurized, characterized in that first a movement state of the vehicle (200) is detected, then a state parameter of the vehicle (200) is detected, then the detected state parameter is compared with a previously determined target parameter for the movement state, and if the comparison results in a difference of the detected state parameter with the target parameter, a control device (220) sends a signal to a pressure influencing device (210), whereupon the pressure influencing device (210) the pressure within a cell (110) and if the comparison does not give a difference of the detected state parameter with the desired parameter, the pressure within the cell (110) is not adjusted.

Method according to Claim 1 wherein the vehicle (200) moves within a fluid, characterized in that the state parameter is the force exerted by the fluid on the device (100), wherein a sensor (280) measures a magnitude from that of the fluid force exerted on the device (100) can be closed.

Method according to Claim 1 wherein the vehicle (200) is moving within a fluid, characterized in that the state parameter is the speed of the vehicle (200) with which the vehicle (200) moves within the fluid, wherein a sensor (280) measures a size from which can be closed to the vehicle speed.

Method according to Claim 1 characterized in that the state parameter is the acceleration of the vehicle (200), wherein a sensor (280) measures a magnitude from which the vehicle acceleration is closable.

Device (100) for influencing the aerodynamics of a vehicle (200) according to a method according to one of the preceding claims, characterized in that the device (100) has a shape-variable structure, wherein the shape-variable structure has a plurality of polygonal cells (110), wherein the polygon cells (110) have joints (112) and cell sides (111, 113), wherein at least one of the joints (112) of each cell (110) is designed as a solid state joint (112), wherein the solid state joint (112) in comparison to the cell sides (111, 113) is made more flexible, wherein the plurality of polygonal cells (110) are grouped into cell rows and the device (100) comprises a plurality of cell rows, wherein the polygonal cells (110) are pressurizable, wherein all cells (110) of a cell row can be subjected to the same pressure.

Device (100) according to Claim 5 , characterized in that the cells (110) of a row each have at least one common rigid cell side (113).

Device (100) according to Claim 5 or 6 , characterized in that the shape-variable cell sides (111) of each cell (110) are arranged substantially in planes lying substantially perpendicular to the rigid cell sides (113).

Device (100) according to one of the Claims 5 to 7 , characterized in that the edges of the rigid cell sides (113) facing the respective shape-variable cell sides (111) form a frame structure, wherein the shape-variable cell sides (111) are designed as deformable shell bodies

Device (100) according to one of the Claims 5 to 8th , characterized in that at least one cell (110) is subdivided into segments, wherein the segments form pressure-tight separated regions of a cell (110).

Device (100) according to Claim 9 , characterized in that the separation of the segments takes place against each other by formvariable walls.

Device (100) according to one of the Claims 5 to 10 characterized in that the rigid cell sides (113) and hinges (112) of the polygon cells (110) are made of an aluminum alloy.

System for carrying out the method according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that the system comprises a device (100) according to one of the Claims 5 to 11 , a sensor (280), a pressure influencing device (210), a control unit (260) and a control device (220), wherein the sensor (280), the control unit (260), the pressure influencing device (210) and the device (100) are operatively connected to each other.

System according to Claim 12 characterized in that the pressure influencing device (210) is a valve, wherein a constant displacement pump is operatively connected to the valve and provides a fluid at a substantially constant pressure.

System according to Claim 12 characterized in that the pressure influencing device (210) is a variable displacement pump and provides a variable pressure fluid.

System according to one of Claims 12 to 14 , characterized in that the regulating device (220) is a regulator.

System according to Claim 15 , characterized in that the controller is a PID controller.

System according to Claim 16 , characterized in that the PID controller is designed as an adaptive controller.

System according to one of Claims 12 to 14 , characterized in that the control device (220) is a digital filter.

System according to Claim 18 , characterized in that the digital filter comprises an adaptation algorithm.

Vehicle (200), characterized in that it is a system according to any one of Claims 12 to 19 having.

Vehicle (200) according to Claim 20 , characterized in that the vehicle (200) is a land vehicle.

Vehicle (200) according to Claim 20 , characterized in that the vehicle (200) is a watercraft.

Vehicle (200) according to one of Claims 20 to 22 , characterized in that the device (100) is a rear spoiler.

Vehicle (200) according to one of Claims 20 to 23 , characterized in that the device (100) is a front spoiler.

Vehicle (200) according to one of Claims 20 to 24 , characterized in that the device (100) is a roof spoiler.

Vehicle (200) according to one of Claims 20 to 25 , characterized in that the device (100) is an underbody spoiler.