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Die Erfindung betrifft ein Stellelement für ein Luftleitelement eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Stellelementes für ein Luftleitelement, insbesondere für ein Luftleitelement eines Kraftfahrzeugs, gemäß Patentanspruch 7.
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Luftleitelemente von Kraftfahrzeugen sind bekannt. Diese Luftleitelemente, welche an den Kraftfahrzeugen bevorzugt an einem Heck des Kraftfahrzeugs angeordnet sind, weisen ein Profil auf, welches relativ zu einer Karosserie des Kraftfahrzeugs zwischen einer ersten Extremposition, in Form einer eingefahrenen Ruheposition, und einer zweiten Extremposition, in Form einer maximal ausgefahrenen Wirkposition, verstellbar ist. Bekannt sind zum Beispiel Kraftfahrzeuge, deren Luftleitelement, auch Spoiler genannt, in der Karosserie versenkbar ist und in seiner Wirkposition überwiegend außerhalb der Karosserie angeordnet ist.
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Die Luftleitelemente werden mit Hilfe eines Stellelementes und einer zwischen dem Stellelement und dem Luftleitelement ausgebildeten Kinematik in ihre entsprechenden Positionen gestellt. Des Weiteren dient das Stellelement insbesondere in der Wirkposition einer gesicherten Positionierung des Luftleitelementes. Die Kinematik ist in Form eines ungleichmäßig übersetzten Getriebes ausgebildet, wodurch in Abhängigkeit einer Positionierung des Luftleitelementes entsprechende Hebelverhältnisse vorliegen. So liegen je nach Position des Luftleitelementes günstige und ungünstige Hebelverhältnisse vor. Sofern ungünstige Hebelverhältnisse vorliegen, unterliegt die Kinematik sehr hohen Kräften, die zu einer hohen Belastung derselben führen können, und eine Funktionssicherheit des Luftleitelementes begrenzen können.
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Aus der Offenlegungsschrift
US 2016/0129951 A1 ist ein Stellelement für ein Luftleitelement eines Kraftfahrzeugs bekannt, wobei zur Erfassung einer auf das Luftleitelement wirkenden Kraft ein Sensor ausgebildet ist. Das Luftleitelement wird in Abhängigkeit eines Signals des Sensors verstellt.
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Die Offenlegungsschrift
DE 103 48 285 A1 offenbart ein Stellelement für ein Luftleitelement eines Kraftfahrzeugs, wobei das Stellelement in Abhängigkeit von betriebsbedingten Parametern einer Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeugs zu verfahren ist.
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Der Offenlegungsschrift
DE 10 2016 101 521 A1 ist ein Verfahren zum Verstellen eines Luftleitelementes zu entnehmen, wobei eine Verfahrgeschwindigkeit hin zu einer vollständig eingefahrenen Stellung, der ersten Extremposition, sowie hin zu einer vollständig ausgefahrenen Stellung, der zweiten Extremposition, zur Steigerung der Wertigkeit und der Akustik reduziert wird.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Stellelement für ein Luftleitelement eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, welches eine Funktionssicherung des Luftleitelementes herbeiführt. Die weitere Aufgabe ist es ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines Stellelementes für ein Luftleitelement anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Stellelement für ein Luftleitelement eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die weitere Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben eines Stellelementes für ein Luftleitelement, insbesondere für ein Luftleitelement eines Kraftfahrzeugs, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nichttrivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
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Ein erfindungsgemäßes Stellelement für ein Luftleitelement eines Kraftfahrzeugs ist das Luftleitelement in seiner Position relativ zu einer Karosserie des Kraftfahrzeugs zwischen einer ersten Extremposition und einer zweiten Extremposition einstellbar ausgebildet. Zur Einstellung steht das Stellelement mit einer Kinematik des Luftleitelementes in einer Wirkverbindung. Das Stellelement weist einen Stellmotor auf, welcher mit der Kinematik wirkverbunden ist. Der Position des Luftleitelementes ist ein Verfahrwinkel zugehörig, dem ein Drehmoment des Stellmotors zuordenbar ist. Erfindungsgemäß ist zur Herbeiführung einer Funktionssicherung des Luftleitelements eine den Stellmotor versorgende Bestromung individuell parametriert. Das heißt mit anderen Worten, dass die Bestromung des Stellmotors je nach Bedarf, insbesondere in Abhängigkeit des Verfahrwinkels eingestellt ist.
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Die Kinematik ist als ungleichmäßig übersetztes Getriebe anzusehen. Sie ist üblicherweise in Form eines Gestänges, aufweisend Gestängearme in Form von Hebel, die an bestimmten Punkten mit einander verbunden sind und um diese Punkte drehbar ausgebildet sind, aufgebaut. Das bedeutet, dass sofern die Hebel relativ zueinander keine oder kleine Abstände aufweisen, kein Drehmoment bzw. ein nur geringes Drehmoment ausbildbar ist, jedoch große Kräfte auf die Hebel bzw. auf die Kinematik wirken. Diese stellen eine hohe Belastung bei der Bewegung des Luftleitelementes dar und können die Funktionssicherheit des Stellelementes und des Luftleitelementes wesentlich beeinträchtigen. Bevorzugt ist ein Blockstrom des Stellmotors individuell parametriert.
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In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stellmotors ist die individuelle Parametrierung abhängig vom Verfahrwinkel. Der Vorteil ist darin zu sehen, dass Hebelverhältnisse der Hebel der Kinematik für jeden Verfahrwinkel bestimmbar und somit die entsprechend benötigten und auftretenden Kräfte und Momente ebenfalls bestimmbar sind. Das heißt mit anderen Worten, dass jedem Verfahrwinkel eine ideale Bestromung des Stellmotors zuordenbar ist.
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Eine Fahrzeuggeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs weist einen erheblichen Einfluss auf eine, auf das Luftleitelement wirkenden Kraft der Umgebungsluft auf. Daher ist es von Vorteil den Verfahrwinkel in Abhängigkeit einer Fahrzeuggeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs zu regeln.
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Des Weiteren vorteilhaft ist die Bestromung des Stellmotors in Abhängigkeit einer Fahrzeuggeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs zu parametrieren. Das heißt mit anderen Worten, dass in die Parametrierung die in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit auftretende Kraft auf das Luftleitelement in der Parametrierung berücksichtigt wird und somit die Bestromung des Stellmotors weiter exakt eingestellt werden kann, damit eine Überbelastung der Kinematik weiter unterbunden wird und die exakte Positionierung des Luftleitelementes auch bei hohen Geschwindigkeiten herbeiführbar ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist zur exakten Einstellung der Bestromung, insbesondere des Blockstromes, dem Stellmotor ein Regelelement zugeordnet.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Stellelementes für ein Luftleitelement, insbesondere für ein Luftleitelement eines Kraftfahrzeugs, wobei das Luftleitelement in seiner Position relativ zu einer Karosserie des Kraftfahrzeugs zwischen einer ersten Extremposition und einer zweiten Extremposition verstellt wird. Zur Einstellung steht das Stellelement mit einer Kinematik des Luftleitelementes in einer Wirkverbindung. Ein Stellmotor des Stellelementes ist mit der Kinematik wirkverbunden. Der Position des Luftleitelementes ist ein Verfahrwinkel zugehörig, dem ein Drehmoment des Stellmotors zuordenbar ist. Erfindungsgemäß wird eine Bestromung des Stellmotors individuell parametriert. Der Vorteil ist in der Reduzierung der Belastung der Kinematik zu sehen.
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Da über den gesamten Verfahrwinkelbereich an die Kinematik nur in einem Verfahrwinkelteilbereich hohe Belastungen, resp. Kräften angreifen, ist es von Vorteil, die Bestromung des Stellmotors nur in diesem Verfahrwinkelteilbereich individuell zu parametrieren. Somit kann ein verbessertes Ansprechverhalten des Stellmotors herbeigeführt werden.
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Besonders vorteilhaft hat sich die Begrenzung des Verfahrwinkelteilbereiches auf Verfahrwinkel mit einem Wert von 0° bis 100°, insbesondere 0° bis 30°, umfassend gezeigt. Die Erfahrung hat gezeigt, dass insbesondere in Positionen des Luftleitelementes zwischen der ersten Extremposition und einer zwischen der ersten Extremposition und der zweiten Extremposition mittigen Position des Luftleitelementes, insbesondre der ersten Extremposition nahe Positionen des Luftleitelementes, große Kräfte auf die Kinematik wirken. Daher ist eine Parametrierung in insbesondere diesem Verfahrwinkelbereich vorteilhaft.
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Eine schnelle und exakte Bestromung des Stellmotors ist erzielbar, sofern die Bestromung, insbesondere der Blockstrom, mit Hilfe eines Regelelementes eingestellt wird. Das Regelelement wird bspw. in Abhängigkeit eines Kennfeldes geregelt, welches die zum gewünschten Verfahrwinkel benötigte Bestromung, insbesondere den Blockstrom, aufweist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es zeigen:
- 1 in einer perspektivischen Darstellung ein Heck eines Kraftfahrzeug aufweisend ein Luftleitelement mit einem erfindungsgemäßen Stellelement,
- 2 in einem Verfahrwinkel-Drehmoment-Diagramm Momentkennlinien eines Stellelementes über einem Verfahrwinkel des Luftleitelements gemäß dem Stand der Technik, und
- 3 in einem Verfahrwinkel-Drehmoment-Diagramm Momentkennlinien des erfindungsgemäßen Stellelementes über dem Verfahrwinkel des Luftleitelementes.
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Ein gemäß 1 ausgebildetes Kraftfahrzeug 1 umfasst ein in einem Heckbereich 2 aufgenommenes Luftleitelement 3, welches mit Hilfe eines im Heckbereich 2 aufgenommenen erfindungsgemäßen Stellelementes 4 bewegbar ausgebildet ist. Das Stellelement 4 steht über eine Kinematik 5 mit dem Luftleitelement 3 in Wirkverbindung und weist zur Herbeiführung der Bewegung des Luftleitelementes 3 einen elektrisch betreibbaren Stellmotor, der im Detail nicht näher dargestellt ist, auf. Stellmotoren zur Bewegung des Luftleitelementes 3 sind in ihrer konstruktiven Bauweise hinlänglich bekannt. Die beispielhafte Kinematik 5 ist scherenartig ausgebildet. Sie könnte jedoch jede andere geeignete beliebige Form aufweisen.
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Der Stellmotor ist mit einer Stellwelle, die eine mechanische Verbindung mit dem Luftleitelement 3 herstellt, mit Hilfe eines Getriebes verbunden, welches zumindest eine erste Getriebestufe und eine zweite Getriebestufe aufweist. Ebenso könnte das Getriebe nur eine Getriebestufe aufweisen oder mehr als zwei Getriebestufen.
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Der Stellmotor ist in Form eines Elektromotors ausgeführt. Im Betrieb wird er mit Energie in Form von Strom versorgt und weist ein entsprechendes Drehmoment M auf.
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In 2 ist ein Verfahrwinkel-Drehmoment-Diagramm eines Stellelementes 4 gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Jeder Verfahrwinkel ϕ entspricht einer bestimmten Position des Luftleitelementes 3, wobei jedem Verfahrwinkel ϕ ein bestimmtes Drehmoment M des Stellmotors zugeordnet ist.
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Damit das Luftleitelement 4 in die dem bspw. ersten Verfahrwinkel ϕ1 entsprechende Position gebracht werden kann, ist ein bestimmtes Sollmoment Msoll_1 des Stellmotors notwendig. Das bedeutet, dass der Stellmotor zur Bewegung des Luftleitelementes 4 über einen gesamten Verfahrenwinkelbereich 9 zu jedem Verfahrwinkel ϕ ein bestimmtes Sollmoment Msoll aufbringen muss gemäß einer Sollmomentlinie 6. An dieser Stelle sei angemerkt, dass in diesem Zusammenhang die Bezeichnung Moment synonym für die Bezeichnung Drehmoment verwendet ist.
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Der Stellmotor des Stellelementes 4 besitzt ein Motormoment Mist , welches beim Stellelement 4 des Standes der Technik über den gesamten Verfahrwinkelbereich 9 konstant ist. So weist der Stellmotor eine Motormomentlinie 7 auf, welche das über den gesamten Verfahrwinkelbereich 9 anliegende Drehmoment Mist kennzeichnet. Das heißt, dass bspw. zur Positionierung des Luftleitelementes 4 in die dem ersten Verfahrwinkel ϕ1 entsprechende Position das Motormoment Mist_1 vom Stellmotor aufgebracht wird.
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Da die beiden Momentlinien 6, 7 insbesondere im kleine Verfahrwinkel ϕ aufweisenden ersten Verfahrwinkelteilbereich 10 eine große Differenz - im Vergleich mit einem große Verfahrwinkel ϕ aufweisenden zweiten Verfahrwinkelteilbereich 11 - aufweisen, ist hier ein großer Momentüberschuss Mü gegeben, der sich ungünstig auf die Kinematik 5 auswirken kann. Der über den gesamten Verfahrwinkelbereich 9 vorliegende Momentüberschuss MÜ ist mit Hilfe der Überschussmomentlinie 8 dargestellt.
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Zur Eliminierung eines übermäßig hohen, mit anderen Worten eines sich ungünstig auf die Kinematik 5 auswirkenden Momentüberschusses MÜ im ersten Verfahrwinkelteilbereich 10, wird das erfindungsgemäße Stellelement 4 zum Betrieb gem. der in 3 dargestellten Motormomentlinie 7 ausgebildet. Das erfindungsgemäße Stellelement 4 zeichnet sich dadurch aus, dass eine Bestromung des Stellmotors individuell parametrisiert ist. So ist jedem Verfahrwinkel ϕ des ersten Verfahrwinkelteilbereichs 10 ein individuelles Motormoment Mist zugeordnet.
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Zur individuellen Parametrierung ist dem Stellmotor ein nicht näher dargestelltes Regelelement zugeordnet, welches einen so genannten Blockstrom des Stellmotors individuell anpasst. Das heißt mit anderen Worten, dass der Blockstrom einen Wert aufweist, der abhängig ist vom Verfahrwinkels ϕ und/oder vom Verfahrwinkelteilbereich 10; 11 oder von Unterbereichen der Verfahrwinkelteilbereiche 10; 11. Das heißt mit weiter anderen Worten, dass die Parametrierung nicht zwingend, wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel nur zwei Verfahrwinkelteilbereiche 10, 11 aufweisen muss. Der gesamte Verfahrwinkelbereich 9 kann in mehr als zwei Verfahrwinkelteilbereiche 10, 11 aufgeteilt sein oder es kann jedem Verfahrwinkel ϕ ein individueller Wert des Blockstroms zugeordnet sein.
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Mit Hilfe des Regelelementes wird somit der Blockstrom geregelt, mit dessen Hilfe das aufzubringende Motormoment Mist des Stellmotors realisiert wird. Dem Regelelement liegt die entsprechende Parametrierung zugrunde.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren in einem Ausführungsbeispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die Motormomentlinie 7 im ersten Verfahrwinkelteilbereich 10 im Vergleich zum Stand der Technik reduziert ist. Mit anderen Worten wird die Motormomentlinie 7 individuell parametriert. Ebenso könnte die Motormomentlinie 7 über den gesamten Verfahrwinkelbereich 9 individuell parametriert ausgebildet sein. Dies ist insbesondere abhängig von der eingesetzten Kinematik 5.
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Die Motormomentlinie 7 des beispielhaften Verfahrens zeichnet sich durch einen linearen Anstieg im ersten Verfahrwinkelteilbereich 10 aus. Ebenso könnte die Motormomentlinie 7 bspw. auch einen treppen- bzw. stufenförmigen Verlauf aufweisen.
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In einem weiteren, nicht näher dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dem ersten Verfahrwinkelteilbereich 10, welcher im weiteren Ausführungsbeispiel die Verfahrwinkel ϕ mit den Werten von 0° bis 10° umfasst, ein erster Wert des Blockstroms zugeordnet, dem zweiten Verfahrwinkelbereich 11, welcher im weiteren Ausführungsbeispiel die Verfahrwinkel ϕ mit den Werten von 10° bis 30° umfasst, ein zweiter Wert des Blockstroms zugeordnet, einem dritten Verfahrwinkelbereich, welcher im weiteren Ausführungsbeispiel die Verfahrwinkel ϕ mit den Werten von 30° bis 100° umfasst, ein dritter Wert des Blockstroms zugeordnet und einem vierten Verfahrwinkelbereich, welcher im weiteren Ausführungsbeispiel die Verfahrwinkel ϕ mit den Werten von 100° bis 200° umfasst, ein vierter Wert des Blockstroms zugeordnet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2016/0129951 A1 [0004]
- DE 10348285 A1 [0005]
- DE 102016101521 A1 [0006]
