DE102018120603A1

DE102018120603A1 - Aktiver hybrid-spoiler für ein kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102018120603A1
Application number: DE102018120603.8A
Authority: DE
Inventors: Jason D. Fahland; Joshua R. Auden; Timothy D. Demetrio
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2017-08-24
Filing date: 2018-08-23
Publication date: 2019-02-28
Anticipated expiration: 2038-08-24
Also published as: CN109421828A; US20190061843A1; DE102018120603B4; CN109421828B; US10220892B1

Abstract

Ein Fahrzeug hat eine Fahrzeugkarosserie entlang einer Längsachse der Karosserie in einer Karosserieebene mit einem ersten Karosserieende, das dafür ausgelegt ist, anströmender Umgebungsluft zu begegnen, wenn sich das Fahrzeug auf einer Fahrbahnoberfläche fortbewegt. Das Fahrzeug beinhaltet zudem eine aktive Hybrid-Spoileranordnung, die an der Fahrzeugkarosserie montiert und so konfiguriert ist, dass sie eine Bewegung des Umgebungsluftstroms entlang der Längsachse der Karosserie steuert. Die Spoileranordnung beinhaltet mindestens eine an der Fahrzeugkarosserie angebrachte Stütze und erste und zweite flügelförmige Seitenteile, die beweglich mit der/den Stütze(n) verbunden sind. Die Spoileranordnung beinhaltet ferner einen Mechanismus, der so konfiguriert ist, dass er jedes der ersten flügelförmigen Seitenteile und der zweiten flügelförmigen Seitenteile in Bezug auf die mindestens eine Stütze selektiv und individuell verschiebt, um dadurch eine Größe der aerodynamischen Abtriebskraft einzustellen, die von jedem der ersten flügelförmigen Seitenteile und der zweiten flügelförmigen Seitenteile an der Fahrzeugkarosserie erzeugt wird.

Description

EINLEITUNG
Die Offenbarung bezieht sich auf einen aktiven Hybridspoiler zur Verbesserung der Aerodynamik eines Kraftfahrzeugs.
Automobile Aerodynamik untersucht die Aerodynamik von Straßenfahrzeugen. Die Hauptziele der Untersuchung sind die Reduktion von Luftwiderstand zur Minimierung von Geräuschemissionen sowie die Verhinderung von unerwünschten Auftriebskräften und anderen Ursachen für aerodynamische Instabilität bei hohen Geschwindigkeiten. Des Weiteren kann die Untersuchung der Aerodynamik auch dazu dienen, bei Hochleistungsfahrzeugen Abtrieb zu erzeugen, um Fahrzeugstabilität und Kurvenverhalten zu verbessern. Die Untersuchung wird normalerweise zur Formgestaltung der Fahrzeugkarosserie zusammen mit der Verwendung von aerodynamischen Vorrichtungen herangezogen, um einen gewünschten Kompromiss aus den oben genannten Eigenschaften speziell für den Fahrzeugeinsatz zu erzielen.
Ein Spoiler ist eine aerodynamische Vorrichtung zur „Glättung“ einer ungünstigen Luftbewegung über die Karosserie eines fahrenden Fahrzeugs, üblicherweise als Turbulenz oder Luftwiderstand beschrieben. Spoiler können an der Vorder- und/oder an der Rückseite der Fahrzeugkarosserie montiert werden. Spoiler auf der Vorderseite eines Fahrzeugs werden häufig als Luftbremse bezeichnet. Bei einem Fahrzeug in Bewegung leiten diese Luftbremsen die Luftströmung und reduzieren zusätzlich das Einströmen von Luft unter das Fahrzeug, was generell aerodynamischen Auftrieb und Luftwiderstand vermindert.
Zusätzlich wird bei einem Fahrzeug in Bewegung die Luftströmung am Heck verwirbelt, hier entsteht ein Niederdruckbereich, der den Luftwiderstand und die Instabilität erhöht. Ein Heckspoiler kann die Strömungsabrisskante der Karosserie verlagern und eine Zone höheren Drucks vor dem Spoiler hilft bei der Verminderung des Auftriebs an der Fahrzeugkarosserie durch Erzeugung eines Anpressdrucks. Im Ergebnis kann in bestimmten Fällen der Luftwiderstand reduziert werden, während sich die Stabilität bei hoher Geschwindigkeit im Allgemeinen durch den verminderten Heckauftrieb verbessert.
KURZDARSTELLUNG
Ein Fahrzeug hat eine Fahrzeugkarosserie entlang einer Längsachse der Karosserie in einer Karosserieebene mit einem ersten Karosserieende, das dafür ausgelegt ist, anströmender Umgebungsluft zu begegnen, wenn sich das Fahrzeug auf einer Fahrbahnoberfläche fortbewegt. Das Fahrzeug beinhaltet zudem eine aktive Hybrid-Spoileranordnung, die an der Fahrzeugkarosserie montiert und so konfiguriert ist, dass sie eine Bewegung des Umgebungsluftstroms entlang der Längsachse der Karosserie steuert. Die Spoileranordnung beinhaltet mindestens eine an der Fahrzeugkarosserie montierte Stütze. Die Spoileranordnung beinhaltet auch einen ersten flügelförmigen Seitenabschnitt, der beweglich mit der mindestens einen Stütze verbunden ist. Die Spoileranordnung beinhaltet zusätzlich ein zweites flügelförmiges Seitenteil, der beweglich mit der mindestens einen Stütze verbunden ist. Die Spoileranordnung beinhaltet ferner einen Mechanismus, der so konfiguriert ist, dass er jedes der ersten flügelförmigen Seitenteile und der zweiten flügelförmigen Seitenteile in Bezug auf die mindestens eine Stütze selektiv und individuell verschiebt, um dadurch eine Größe der aerodynamischen Abtriebskraft einzustellen, die von jedem der ersten flügelförmigen Seitenteile und der zweiten flügelförmigen Seitenteile an der Fahrzeugkarosserie erzeugt wird.
Das Fahrzeug kann auch eine elektronische Steuerung beinhalten, die zur Regelung des Mechanismus konfiguriert ist.
Das Fahrzeug kann zudem über ein Rad und einen ersten Sensor verfügen, der die Rotationsgeschwindigkeit des Rades misst und das Ergebnis an die Steuerung meldet.
Das Fahrzeug kann zudem einen zweiten Sensor beinhalten, der für die Erfassung der Gierrate der Fahrzeugkarosserie ausgelegt ist und die Ergebnisse an die Steuerung übermittelt.
Das Fahrzeug kann zusätzlich dazu einen dritten Sensor beinhalten, konfiguriert zur Erfassung der Anströmgeschwindigkeit der Umgebungsluft im Verhältnis zum Fahrzeug und zur Übermittlung der erfassten Anströmgeschwindigkeit der anströmenden Umgebungsluft an die Steuereinheit.
Das Fahrzeug kann darüber hinaus ein Lenkrad beinhalten, während die Spoileranordnung zusätzlich einen vierten Sensor beinhalten kann, der konfiguriert ist, um einen Winkel des Lenkrads zu erfassen.
Die Steuerung kann zum gezielten Schalten zumindest eines der ersten flügelförmigen Seitenteile und des zweiten flügelförmigen Seitenteils im Verhältnis zur Fahrzeugkarosserie als Reaktion auf die erfasste Giergeschwindigkeit, den erfassten Lenkwinkel des Lenkrads und mindestens eine der erfassten Drehzahlen des Laufrads und der Strömungsgeschwindigkeit der Umgebungsluft konfiguriert sein, um dadurch den aerodynamischen Abtrieb am ersten Karosserieende des Fahrzeugs zu regeln und die erfasste Giergeschwindigkeit unter Kontrolle zu bringen.
Der Mechanismus kann zum gezielten und individuellen Drehen des ersten flügelförmigen Seitenteils und des zweiten flügelförmigen Seitenteils um eine zur Karosserieebene parallele Spoilerachse und zum gezielten und individuellen Schwenken des ersten flügelförmigen Seitenteils, um einen ersten flügelförmigen Seitenteilwinkel und des zweiten flügelförmigen Seitenteils konfiguriert werden, um einen zweiten flügelförmigen Seitenteilwinkel im Verhältnis zu der Spoilerachse zu variieren.
Die mindestens eine Stütze kann eine erste Seitenstütze, eine zweite Seitenstütze und eine zwischen der ersten Seitenstütze und der zweiten Seitenstütze angeordnete Mittelstütze beinhalten. In einer derartigen Ausführungsform kann das erste flügelförmige Seitenteil mit jeder der ersten Seitenstützen und der Mittelstütze beweglich verbunden werden, während das zweite flügelförmige Seitenteil mit jeder der zweiten Seitenstützen und der Mittelstütze beweglich verbunden werden kann.
Der Mechanismus kann zum gezielten und individuellen Drehen und Schwenken des ersten flügelförmigen Seitenteils im Verhältnis zur ersten Seitenstütze und der Mittelstütze sowie des zweiten flügelförmigen Seitenteils im Verhältnis zur zweiten Seitenstütze und der Mittelstütze konfiguriert werden.
Der Mechanismus kann mindestens ein Linearstellglied, ein Drehstellglied, einen Elektromotor und wirksame Verbindungen oder Gelenke beinhalten, die zum gleichzeitigen Schwenken und Drehen des ersten flügelförmigen Seitenteils und des zweiten flügelförmigen Seitenteils im Verhältnis zur Fahrzeugkarosserie und den jeweiligen Stützen konfiguriert sind.
Die Fahrzeugkarosserie kann ein zweites Fahrzeugkarosserieende gegenüber dem ersten Ende beinhalten. In einer derartigen Ausführungsform verbinden die Stütze(n) jeweils das erste flügelförmige Seitenteil und das zweite flügelförmige Seitenteil mit der Fahrzeugkarosserie entweder am ersten Karosserieende oder am zweiten Karosserieende.
Die vorstehend aufgeführten Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsform(en) und der/den besten Art(en) zur Umsetzung der beschriebenen Offenbarung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen und hinzugefügten Ansprüchen ersichtlich.
Figurenliste

1 ist eine schematische Draufsicht auf ein Fahrzeug mit einer Fahrzeugkarosserie, die in einer Karosserieebene entlang einer Längsachse angeordnet ist, und mit einer Spoileranordnung gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung dargestellt ist.
2 ist eine schematische Unteransicht des in 1 dargestellten Fahrzeugs mit einer Spoileranordnung gemäß einer anderen Ausführungsform der Offenbarung.
3 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer repräsentativen Spoileranordnung für jede der in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, worin gleiche Bezugszahlen auf gleiche Komponenten verweisen, stellt 1 eine schematische Ansicht eines Motorfahrzeugs 10 dar, das relativ zur Fahrbahnoberfläche 12 positioniert ist. Das Fahrzeug 10 beinhaltet eine Fahrzeugkarosserie 14, die entlang einer Längsachse X auf einer Karosserieebene P angeordnet ist, die im Wesentlichen parallel zur Fahrbahnoberfläche 12 liegt. Die Fahrzeugkarosserie 14 definiert sechs Karosserieseiten. Die sechs Karosserieseiten beinhalten ein erstes Karosserieende oder eine Fahrzeugfront 16, ein entgegengesetzt liegendes zweites Karosserieende oder Fahrzeugheck 18, eine erste laterale Karosserieseite oder linke Seite 20, und eine zweite laterale Karosserieseite oder rechte Seite 22, einen oberen Karosserieteil 24, der ein Fahrzeugdach beinhalten kann, und einen Unterbodenteil 26.
Die linke Seitenwand 20 und die rechte Seitenwand 22 sind im Allgemeinen parallel zueinander und in Bezug auf eine virtuelle Längsachse X des Fahrzeugs 10 angeordnet und überbrücken den Abstand zwischen der Fahrzeugfront 16 und dem Fahrzeugheck 18. Die Karosserieebene P ist so definiert, dass Sie die Längsachse X beinhaltet. Ein Fahrgastraum (nicht dargestellt) des Fahrzeugs 10 wird im Allgemeinen von der Fahrzeugfront und dem Fahrzeugheck 16, 18 und den linken und rechten Seitenwänden der Karosserie 14 eingegrenzt. Wie in 1 zu sehen ist, ist das vordere Ende 16 konfiguriert, einem entgegenkommenden Umgebungsluftstrom 27 gegenüber zu stehen, wenn sich das Fahrzeug 10 im Verhältnis zur Fahrbahnoberfläche 12 bewegt. Wenn das Fahrzeug 10 in Bewegung ist, bewegt sich der einströmende Umgebungsluftstrom 27 im Wesentlichen parallel zur Karosserieebene P und entlang der Längsachse X.
Während sich das Fahrzeug 10 relativ zur Fahrbahnoberfläche 12 fortbewegt, strömt die Umgebungsluft 27 um die Fahrzeugkarosserie 14 herum und wird in einen ersten Luftstromteil 27-1, einen zweiten Luftstromteil 27-2, einen dritten Luftstromteil 27-3 und einen vierten Luftstromteil 27-4 aufgeteilt, welche sich in einem Nachlauf- oder Wiederumlauf-Luftstrombereich 27-6 direkt hinter dem hinteren Ende 18 letztendlich wieder vereinen. Insbesondere strömt, wie in 1 dargestellt, der erste Luftstromteil 27-1 über das obere Karosserieteil 24, der zweite Luftstromteil 27-2 strömt an der linken Seite 20 vorbei, der dritte Luftstromteil 27-3 strömt an der rechten Seite 22 vorbei und der vierte Luftstromteil 27-4 (dargestellt in 2) strömt unter der Fahrzeugkarosserie 14 zwischen dem Unterbodenteil 26 und der Fahrbahnoberfläche 12 vorbei. Das Wiederumlauf-Luftstromgebiet 27-6 entsteht im Allgemeinen bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten aus dem um die sechs Seiten der Fahrzeugkarosserie 14 strömenden Luftstrom.
Wie in den 1-3 dargestellt, beinhaltet das Fahrzeug 10 zudem ein Luftströmungssteuerungssystem 28. Das Luftströmungssteuerungssystem 28 beinhaltet eine aktive Hybrid-Spoileranordnung 30, die an der Fahrzeugkarosserie 14 montiert und zum Steuern einer Bewegung des Umgebungsluftstroms 27 entlang der Karosserielängsachse X konfiguriert ist. Die Spoileranordnung 30 beinhaltet mindestens eine Stütze, die im Allgemeinen über die Kennziffer 32 angezeigt wird und an der Fahrzeugkarosserie 14 montiert ist. Die Spoileranordnung 30 beinhaltet auch ein angelenktes erstes flügelförmiges Seitenteil 34-1 benachbart zur linken Seite 20 und ein angelenktes zweites flügelförmiges Seitenteil 34-2 benachbart zur rechten Seite 22 der Fahrzeugkarosserie 14. „Flügelartig“ ist hierin als die Form eines Flügels aufweisend definiert, oder als eine strömungsgünstige Querschnittsform, die einen Auftrieb zum Fliegen oder Vortrieb durch ein Fluid erzeugt. Die Spoileranordnung 30 wird als „aktive Hybrid“-Anordnung bezeichnet, da für den ersten und zweiten flügelförmigen Seitenteil 34-1, 34-2 mehrere Gelenkgrade zur Verfügung stehen. Wie in 3 zu sehen ist, kann die Spoilerachse Y anfänglich und als Standardachse quer zur Karosserielängsachse X und parallel zur Karosserieebene P positioniert werden. Jeder der ersten und zweiten flügelförmigen Seitenteile 34-1, 34-2 kann aus einem für die Strukturstabilität geeigneten, aber massearmen Material, wie beispielsweise einem technischen Kunststoff, Kohlefaser oder Aluminium, gebildet werden.
Jedes der ersten flügelförmigen Seitenteile 34-1 und das zweite flügelförmige Seitenteil 34-2 ist beweglich mit der mindestens einen Stütze 32 verbunden. Die Stütze(n) 32 können das erste und zweite flügelförmige Seitenteil 34-1, 34-2 mit der Fahrzeugkarosserie 14 am vorderen Ende 16 verbinden. Auf ähnliche Weise können die Stütze(n) 32 das erste und zweite flügelförmige Seitenteil 34-1, 34-2 mit der Fahrzeugkarosserie 14 am hinteren Ende 18 verbinden. Bei Montage am vorderen Ende 16 (wie in 2 dargestellt) fungiert die Spoileranordnung 30 als Luftdamm, der den Abtrieb durch die Umgebungsluftströmung 27 an der Vorderseite des Fahrzeugs 10 variiert. Auf der anderen Seite, wenn die Spoileranordnung 30 am hinteren Ende 18 der Fahrzeugkarosserie 14 montiert ist (wie in 1 dargestellt), variiert die Spoileranordnung einen Anpressdruck, der durch die Umgebungsluftströmung 27 am Heck des Fahrzeugs 10 ausgeübt wird. Dementsprechend kann die am vorderen Ende 16 des Fahrzeugs angebrachte Spoileranordnung 30 eingesetzt werden, um den Anpressdruck an der Vorderseite des Fahrzeugs zu erhöhen, während die am hinteren Ende angebrachte Spoileranordnung 18 verwendet werden kann, um den Anpressdruck am hinteren Ende des Fahrzeugs zu erhöhen. Die Stütze(n) 32 sind zum Abstützen des ersten und zweiten flügelförmigen Seitenteils 34-1, 34-2 im Verhältnis zur Fahrzeugkarosserie 14 konfiguriert, um den jeweiligen vorderen oder hinteren Anpressdruck auf die Fahrzeugkarosserie während der Fahrt des Fahrzeugs 10 aufzubringen.
Die Spoileranordnung 30 beinhaltet eine virtuelle Spoilerachse Y, die parallel zur Karosserieebene P und senkrecht zur Karosserielängsachse X verläuft. Die Spoileranordnung 30 beinhaltet weiterhin einen Mechanismus 36, der zum gezielten und individuellen Verschieben des ersten flügelförmigen Seitenteils 34-1 und des zweiten flügelförmigen Seitenteils 34-2 im Verhältnis zu den Stützen 32 konfiguriert ist. Das Verschieben der ersten und zweiten flügelförmigen Seitenteile 34-1, 34-2 über den Mechanismus 36 ist zum Anpassen einer Größe der aerodynamischen Abtriebskraft, die von jedem der ersten und zweiten flügelförmigen Seitenteile an der Fahrzeugkarosserie 14 erzeugt wird, insbesondere einer Abtriebskraft F_d1 auf der linken Seite 20 und einer Abtriebskraft F_d2 auf der rechten Seite 22 der Fahrzeugkarosserie 14, wenn das Fahrzeug 10 in Bewegung ist, konfiguriert. Der Mechanismus 36 kann geeignete Komponenten zum Erzeugen einer individuellen Bewegung des ersten flügelförmigen Seitenteils 34-1 und des zweiten flügelförmigen Seitenteils 34-2 beinhalten, wie beispielsweise Linearstellglied(er) 36-1 und/oder Elektromotor(en) 36-2. Der Mechanismus 36 kann auch einen Zahnradantrieb 36-3, wie beispielsweise Untersetzungsgetriebe, zum Ankuppeln des/der Linearstellglied(er) oder des/der Elektromotor(en) an die jeweiligen ersten und zweiten flügelförmigen Seitenteile 34-1, 34-2 beinhalten und so konfiguriert sein, dass er die gewünschte Bewegung der betreffenden Seitenteile im Verhältnis zur Fahrzeugkarosserie 14 beeinflusst.
Wie in ebenfalls in den 1-3 dargestellt, beinhaltet das Luftströmungssteuerungssystem 28 zusätzlich eine elektronische Steuerung 38, die zum Steuern des Mechanismus 36 konfiguriert, d. h. konstruiert und programmiert ist. Die Steuerung 38 kann als Zentraleinheit (CPU) ausgebildet sein, konfiguriert zur Betriebssteuerung des Verbrennungsmotors 40 (dargestellt in 1), eines Hybrid-Elektro-Antriebsstrangs (nicht dargestellt) oder weiterer alternativer Antriebsaggregattypen und Fahrzeugsysteme, oder als zweckbestimmte Steuerung. Um den Betrieb des Mechanismus 36 ordnungsgemäß zu steuern, beinhaltet die Steuerung 38 einen Speicher, von dem zumindest ein Teil physisch und nicht transitorisch ist. Der Speicher kann ein beschreibbares Medium sein, das an der Bereitstellung computerlesbarer Daten oder Prozessinstruktionen beteiligt ist. Dieses Medium kann in einem beliebigen Format vorliegen, einschließlich, aber nicht einschränkt auf nichtflüchtige Medien und flüchtige Medien.
Nichtflüchtige Medien für die Steuerung 38 können beispielsweise optische oder magnetische Disks und andere persistente Speicher beinhalten. Flüchtige Medien können zum Beispiel dynamische Direktzugriffsspeicher (DRAM) beinhalten, die einen Hauptspeicher darstellen können. Derartige Anweisungen können von einem oder mehreren Übertragungsmedien einschließlich Koaxialkabel, Kupferdraht und Faseroptik übertragen werden einschließlich der Leiter, aus denen ein mit dem Prozessor gekoppelter Systembus besteht. Der Speicher der Steuerung 38 kann auch eine flexible Disk, eine Festplatte, ein Magnetband oder einen magnetischen Datenträger, eine CD-ROM, DVD, oder einen optischen Datenträger usw. beinhalten. Die Steuerung 38 kann mit anderer geeigneter Computer-Hardware ausgerüstet und für dieselbe konfiguriert sein, wie etwa mit einem Hochgeschwindigkeitstakt, erforderlichen Analog-zu-Digital (A/D) und/oder Digital-zu-Analog (D/A) Schaltkreisen, Eingangs-/Ausgangsschaltungen und -geräten (I/O), sowie geeigneten Signalaufbereitungs- und/oder Pufferschaltkreisen. Algorithmen, die für die Steuerung 38 erforderlich oder zugänglich sind, können im Speicher gespeichert und automatisch ausgeführt werden, um die benötigte Funktionalität bereitzustellen.
Wie in den 1-3 dargestellt, beinhaltet das Fahrzeug 10 auch Laufräder 42. Eine Vielzahl von ersten Sensoren 44 kann auf der Fahrzeugkarosserie 14 angeordnet sein, um die Drehzahl von jedem Laufrad 42 zu erfassen (in 2 dargestellt). Jeder erste Sensor 44 kann auch dazu konfiguriert sein, die erfasste Drehzahl des jeweiligen Laufrads 42 an die Steuereinheit 38 zu übermitteln, während die Steuereinheit dazu konfiguriert sein kann, die von den jeweiligen ersten Sensoren empfangenen Daten in die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs 10 umzurechnen. Das Fahrzeug 10 kann auch einen zweiten Sensor 46 beinhalten (dargestellt in 2), konfiguriert zur Erfassung einer Gierkraft oder -geschwindigkeit auf der Fahrzeugkarosserie 14 im Verhältnis zur Fahrbahnoberfläche 12 und zur Übermittlung der erfassten Giergeschwindigkeit an die Steuerung 38. Das Fahrzeug kann zusätzlich dazu einen dritten Sensor 48 beinhalten (dargestellt in 1), konfiguriert zur Erfassung der Anströmgeschwindigkeit der Umgebungsluft 27 im Verhältnis zum Fahrzeug 10 und zur Übermittlung der erfassten Anströmgeschwindigkeit der anströmenden Umgebungsluft an die Steuereinheit 38. Der dritte Sensor 48 kann ein Staudruckrohr sein, konfiguriert zur Erfassung des Drucks der Umgebungsluft 27 an einer bestimmten Stelle der Fahrzeugkarosserie 14, und die Steuereinheit 38 kann den gemessenen Druck in die Luftströmungsgeschwindigkeit umrechnen.
Der Mechanismus 36 kann zum gezielten und individuellen Drehen des ersten flügelförmigen Seitenteils 34-1 und des zweiten flügelförmigen Seitenteils 34-2 um die Spoilerachse Y konfiguriert werden. Wie in 3 dargestellt, kann der Mechanismus 36 zum Aufbringen eines Drehmoments T1 zum Drehen des ersten oder zweiten flügelförmigen Seitenteils 34-1, 34-2 in eine Richtung und eines entgegengesetzten Drehmoments T2 zum Drehen des betreffenden flügelförmigen Seitenteils in die entgegengesetzte Richtung konfiguriert werden. Die Drehung des ersten flügelförmigen Seitenteils 34-1 um die Spoilerachse X verändert einen ersten Drehwinkel θ_R1 , der die Angriffshäufigkeit des ersten flügelförmigen Seitenteils im Verhältnis zum einströmenden Umgebungsluftstrom 27 definiert. Analog dazu variiert die Drehung des zweiten flügelförmigen Seitenteils 34-2 um die Spoilerachse Y einen zweiten Drehwinkel θ_R2 , der eine Angriffshäufigkeit des zweiten flügelförmigen Seitenteils im Verhältnis zum einströmenden Umgebungsluftstrom 27 definiert. Wie in den 1 und 3 dargestellt, kann die mindestens eine Stütze 32 eine erste oder linke Seitenstütze 32-1, eine zweite oder rechte Seitenstütze 32-2 sowie eine zwischen der ersten Seitenstütze und der zweiten Seitenstütze angeordnete Mittelstütze 32-3 beinhalten.
Wie spezifisch in 3 dargestellt, ist jedes des ersten flügelförmigen Seitenteils 34-1 und des zweiten flügelförmigen Seitenteils 34-2 durch die jeweiligen ersten Enden 34-1A, 34-2A und die jeweiligen zweiten Enden 34-1B, 34-2B definiert. Wie ebenfalls in 3 dargestellt, ist das erste flügelförmige Seitenteil 34-1 beweglich mit der ersten Seitenstütze 32-1 am ersten Ende 34-1A und mit der Mittelstütze 32-3 am zweiten Ende 34-1B verbunden. Auf ähnliche Weise ist das zweite flügelförmige Seitenteil 34-2 beweglich mit der zweiten Seitenstütze 32-2 am ersten Ende 34-2A und mit der Mittelstütze 32-3 am zweiten Ende 34-2B verbunden. Wie dargestellt, kann der Mechanismus 36 zum gezielten und individuellen Schwenken des ersten flügelförmigen Seitenteils 34-1 und des zweiten flügelförmigen Seitenteils 34-2 im Verhältnis zur Karosserieebene P konfiguriert werden. Diese Schwenkbewegung des ersten flügelförmigen Seitenteils 34-1 verändert einen ersten Schwenkwinkel θ_P1 im Verhältnis zur Mittelstütze 32-3 und zur Spoilerachse Y. Ebenso ist die Schwenkbewegung des zweiten flügelförmigen Seitenteils 34-2 ein zweiter Schwenkwinkel θ_P2 im Verhältnis zur Mittelstütze 32-3 und zur Spoilerachse Y.
Um sowohl das vorstehend beschriebene Drehen und Schwenken des ersten flügelförmigen Seitenteils 34-1 als auch des zweiten flügelförmigen Seitenteils 34-2 zu erleichtern, kann der Mechanismus 36 zusätzlich einzelne Wirkverbindungen 36-4 zwischen den betreffenden Seitenteilen und den Stützen 32, wie beispielsweise die erste Seite, die zweite Seite und die Mittelrungen 32-1, 32-2, 32-3, beinhalten. Derartige funktionsfähige Verbindungen 36-4 können zum Beispiel ein Kreuzgelenk (dargestellt in 3) oder ein Gleichlaufgelenk (nicht dargestellt) für jede Gelenkschnittstelle zwischen dem ersten und zweiten flügelförmigen Seitenteil 34-1, 34-2 und den jeweiligen Stützen 32-1, 32-2, 32-3 beinhalten, die zum gleichzeitigen Drehen und Schwenken der betreffenden Seitenteile konfiguriert sind.
Die Steuerung 38 kann zum Verändern bestimmter Winkel θ_R1 , θ_R2 , θ_P2 , θ_P2 des jeweils ersten flügelförmigen Seitenteils 34-1 und des zweiten flügelförmigen Seitenteils 34-2 während der Kurvenfahrt des Fahrzeugs 10 als Reaktion auf die vom zweiten Sensor 46 erkannte Giergeschwindigkeit konfiguriert werden. Weiterhin kann die Steuerung 38 zum Verändern der Winkel θ_R1 , θ_R2 , θ_P2 , θ_P2 als Reaktion auf die Drehgeschwindigkeiten der Laufräder 42, die über den ersten Sensor 44 und/ oder die Geschwindigkeit der Umgebungsluft 27 erfasst werden, die über den dritten Sensor 48 erfasst werden, konfiguriert sein. Dementsprechend können einer oder mehrere der Winkel θ_R1 , θ_R2 , θ_P2 , θ_P2 des jeweils ersten flügelförmigen Seitenteils 34-1 und des zweiten flügelförmigen Seitenteils 34-2 im Verhältnis zur Karosserielängsachse X, der Karosserieebene P und zur Spoilerachse Y proportional zur Giergeschwindigkeit gesteuert werden, die bei der Kurvenfahrt des Fahrzeugs 10 durch Drehen des betreffenden flügelförmigen Seitenteils entsteht. Die Steuerung 38 kann mit einer Nachschlagetabelle 39 zur Herstellung einer Übereinstimmung zwischen der Giergeschwindigkeit, der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder der Geschwindigkeit des Luftstroms und den Winkeln θ_R1 , θ_R2 , θ_P2 , θ_P2 des jeweils ersten flügelförmigen Seitenteils 34-1 und des zweiten flügelförmigen Seitenteils 34-2 programmiert werden, um eine entsprechende Regulierung des Mechanismus 36 zu erreichen. Die Nachschlagetabelle 39 kann während der Validierungs- und Testphase des Fahrzeugs 10 empirisch erstellt werden.
Die spezifischen Winkel θ_R1 , θ_R2 , θ_P2 , θ_P2 des ersten flügelförmigen Seitenteils 34-1 und des zweiten flügelförmigen Seitenteils 34-2 werden während der Kurvenfahrt variiert, während die am vorderen Ende 16 positionierte Spoileranordnung 30 den Umgebungsluftstrom 27 besser nutzen kann, um den Anpressdruck F_D1 auf der linken Seite 20 und den Anpressdruck F_d2 auf der rechten Seite 22 am vorderen Ende der Fahrzeugkarosserie 14 individuell zu maximieren. Gleichermaßen kann die Spoileranordnung 30 am Heck 18 den Umgebungsluftstrom 27 während der Kurvenfahrt effektiver nutzen, um den Anpressdruck F_D1 auf der linken Seite 20 und den Anpressdruck F_D2 auf der rechten Seite 22 am Heck der Fahrzeugkarosserie 14 zu maximieren. Dementsprechend kann die Spoileranordnung 30 als Ruder oder Deichsel am vorderen Ende 16 eingesetzt werden, um dem Untersteuern entgegenzuwirken, d. h. wenn die Räder 42 am vorderen Ende 16 des Fahrzeugs 10 bei der Kurvenfahrt einem breiteren Weg folgen als die Räder 42 am hinteren Ende 18. Gleichermaßen kann die Spoileranordnung 30 als Ruder am hinteren Ende 18 eingesetzt werden, um einem Übersteuern entgegenzuwirken, d. h. wenn die Räder 42 am hinteren Ende 18 des Fahrzeugs 10 bei der Kurvenfahrt einem breiteren Weg folgen als die Räder 42 am vorderen Ende 16.
Um die Spoileranordnung 30 während der Kurvenfahrt entsprechend zu steuern, kann die Steuerung 38 zusätzlich so programmiert werden, dass sie einen Schlupf des Fahrzeugs 10 im Verhältnis zur Fahrbahnoberfläche 12 ermittelt. Der Schlupf des Fahrzeugs 10 kann ein Maß dessen beinhalten, um wie viel jedes der Laufräder 42 in einer Richtung gerutscht ist, die im Allgemeinen rechtwinklig zur Fahrzeug-X-Achse verläuft, wodurch festgestellt wird, dass das Fahrzeug von einer vorgesehenen Richtung oder Bahn entlang der Fahrbahnoberfläche 12 abgewichen ist. Die vorgesehene Richtung des Fahrzeugs 10 kann über den Lenkradwinkel definiert werden, der vom vierten, mit dem Lenkrad 52 wirkverbundenen (dargestellt in 1) Sensor 50 erfasst und an die Steuereinheit 38 übermittelt wird. Des Weiteren kann die Steuereinheit 38 zum Vergleich des erfassten Lenkradwinkels mit der Giergeschwindigkeit programmiert werden, um zu bestimmen, um wie viel das Fahrzeug von seiner vorgesehenen Richtung oder Bahn abgewichen ist.
Die Steuerung 38 kann auch zum Steuern des Schlupfs des Fahrzeugs 10 im Verhältnis zur Fahrbahnoberfläche 12 programmiert werden, und zwar durch Beeinflussen der Dreh- und Schwenkbewegung, je nach Bedarf, um bestimmte Winkel θ_R1 , θ_R2 , θ_P2 , θ_P2 des jeweiligen ersten flügelförmigen Seitenteils 34-1 und/oder des zweiten flügelförmigen Seitenteils 34-2 über den Mechanismus 36 als Reaktion auf die Abweichung des Fahrzeugs von seinem vorgesehenen Weg zu steuern. Die eingesetzte Dreh- bzw. Schwenkbewegung des jeweils ersten flügelförmigen Seitenteils 34-1 und/oder des zweiten flügelförmigen Seitenteils 34-2 drängt dann das Fahrzeug 10 dazu, zur eigentlichen Fahrzeugrichtung zurückzukehren, die von einem Fahrer des Fahrzeugs am Lenkrad 52 vorgeben wird. Zusätzlich können zwei dritte Sensoren 48 an der Spoileranordnung 30 angeordnet werden, einer am ersten flügelförmigen Seitenteil 34-1 und der zweite flügelförmige Seitenteil 34-2 (nicht dargestellt). Die Steuerung 38 kann dann konfiguriert sein, um bestimmte Winkel θ_R1 , θ_R2 , θ_P2 , θ_P2 im Verhältnis zur Karosserielängsachse X, der Karosserieebene P, zu variieren, und zur Spoilerachse Y, als Reaktion auf eine ermittelte Differenz zwischen Luftgeschwindigkeitsmessungen an jedem dritten Sensor 48, wenn das Fahrzeug 10 in eine Kurve einfährt und diese durchläuft, um die Abtriebskraft F_D1 auf der linken Seite 20 und die Abtriebskraft F_d2 auf der rechten Seite 22 der Fahrzeugkarosserie 14 zu verändern.
Demzufolge kann die Steuerung der aktiven Hybrid-Spoileranordnung 30 durch individuelle Drehung des ersten und/oder zweiten flügelförmigen Seitenabschnitts 34-1, 34-2 dazu verwendet werden, den Kontakt des Fahrzeugs 10 mit der Fahrbahnoberfläche 12 bei erhöhten Geschwindigkeiten aufrechtzuerhalten, indem dem aerodynamischen Auftrieb der Fahrzeugkarosserie 14 in Abhängigkeit von der vom dritten Sensor 48 erfassten Umgebungsluftgeschwindigkeit 27 entgegengewirkt wird. Zusätzlich dazu kann das Steuern der Drehung und/oder Schwenkung des ersten und/oder zweiten flügelförmigen Seitenteils 34-1, 34-2 eingesetzt werden, um das Handling des Fahrzeugs 10 zu unterstützen, indem das Fahrzeug den auf die Fahrzeugkarosserie 14 einwirkenden, vom zweiten Sensor 46 erfassten, Giermoment entgegenwirkt und dieses unter Kontrolle bringt und so in seiner vorgesehenen Bahn gehalten wird. Dadurch kann das Luftströmungssteuerungssystem 28 mit der Spoileranordnung 30 als luftstrombasiertes Stabilitätssteuerungssystem für das Fahrzeug 10 eingesetzt werden.
Die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren unterstützen und beschreiben die Offenbarung, während der Umfang der Offenbarung jedoch einzig und allein durch die Patentansprüche definiert wird. Während einige der besten Modi und weitere Ausführungsformen der beanspruchten Offenbarung ausführlich beschrieben wurden, gibt es verschiedene alternative Konzepte und Ausführungsformen zur Umsetzung der in den hinzugefügten Ansprüchen definierten Offenbarung. Darüber hinaus sollen die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen oder die Merkmale von verschiedenen Ausführungsformen, die in der vorliegenden Beschreibung erwähnt sind, nicht unbedingt als voneinander unabhängige Ausführungsformen aufgefasst werden. Vielmehr ist es möglich, dass jedes der in einem der Beispiele einer Ausführungsform beschriebenen Merkmale mit einem oder einer Vielzahl von anderen gewünschten Merkmalen aus anderen Ausführungsformen kombiniert werden kann, was andere Ausführungsformen zur Folge hat, die nicht in Worten oder durch Bezugnahme auf Zeichnungen beschrieben sind. Dementsprechend fallen derartige andere Ausführungsformen in den Rahmen des Schutzumfangs der angehängten Ansprüche.

Claims

Luftströmungssteuersystem für ein Kraftfahrzeug mit einer Fahrzeugkarosserie, die entlang einer Karosserielängsachse in einer Karosserieebene angeordnet ist und ein erstes Fahrzeugkarosserieende beinhaltet, konfiguriert, um der anströmenden Umgebungsluft zu begegnen, wenn sich das Fahrzeug im Verhältnis zu einer Fahrbahnoberfläche bewegt, das Luftströmungssteuersystem umfassend: eine aktive Hybrid-Spoileranordnung, die an der Fahrzeugkarosserie montiert und zum Steuern einer Bewegung der anströmenden Umgebungsluft entlang der Karosserielängsachse konfiguriert ist, wobei die Spoileranordnung Folgendes aufweist: mindestens eine an der Fahrzeugkarosserie angebrachte Stütze; ein erstes flügelförmiges Seitenteil, das beweglich mit der mindestens einen Stütze verbunden ist; ein zweites flügelförmiges Seitenteil, das beweglich mit der mindestens einen Stütze verbunden ist; und einen Mechanismus, der so konfiguriert ist, dass er jedes der ersten flügelförmigen Seitenteile und der zweiten flügelförmigen Seitenteile in Bezug auf die mindestens eine Stütze selektiv und individuell verschiebt, um dadurch eine Größe einer aerodynamischen Abtriebskraft einzustellen, die von jedem der ersten flügelförmigen Seitenteile und der zweiten flügelförmigen Seitenteile an der Fahrzeugkarosserie erzeugt wird; und eine elektronische Steuerung, konfiguriert zur Regelung des Mechanismus.
System nach Anspruch 1, weiterhin umfassend ein Laufrad und einen ersten Sensor, der für die Erfassung der Drehgeschwindigkeit des Laufrads und deren Übermittlung an die Steuerung konfiguriert ist.
System nach Anspruch 2, weiterhin umfassend einen zweiten Sensor, der konfiguriert ist, um eine Giergeschwindigkeit der Fahrzeugkarosserie zu erfassen und die erfasste Giergeschwindigkeit an die Steuerung zu übermitteln.
System nach Anspruch 3, weiterhin umfassend einen dritten Sensor, der dafür konfiguriert ist, eine Geschwindigkeit der einströmenden Umgebungsluft relativ zum Fahrzeug zu erfassen und dieselbe an die Steuerung zu übermitteln.
System nach Anspruch 4, worin das Fahrzeug ein Lenkrad beinhaltet, wobei die Spoileranordnung ferner einen vierten Sensor umfasst, der konfiguriert ist, um einen Winkel des Lenkrads zu erfassen.
System nach Anspruch 5, worin die Steuerung zum gezielten Schalten zumindest eines der ersten flügelförmigen Seitenteile und des zweiten flügelförmigen Seitenteils im Verhältnis zur Fahrzeugkarosserie als Reaktion auf die erfasste Giergeschwindigkeit, den erfassten Lenkwinkel des Lenkrads und mindestens eine der erfassten Drehzahlen des Laufrads und der Strömungsgeschwindigkeit der Umgebungsluft konfiguriert ist, um dadurch den aerodynamischen Abtrieb an der Fahrzeugkarosserie zu regeln und die erfasste Giergeschwindigkeit zu steuern.
System nach Anspruch 1, worin der Mechanismus zum gezielten und individuellen Drehen des ersten flügelförmigen Seitenteils und des zweiten flügelförmigen Seitenteils um eine zur Karosserieebene parallele Spoilerachse und zum gezielten und individuellen Schwenken des ersten flügelförmigen Seitenteils, um einen ersten flügelförmigen Seitenteilwinkel und des zweiten flügelförmigen Seitenteils konfiguriert ist, um einen zweiten flügelförmigen Seitenteilwinkel im Verhältnis zu der Spoilerachse zu variieren.
System nach Anspruch 7, worin: mindestens eine Stütze eine erste Seitenstütze, eine zweite Seitenstütze und eine zwischen der ersten Seitenstütze und der zweiten Seitenstütze angeordnete Mittelstütze beinhaltet; das erste flügelförmige Seitenteil beweglich mit jeder der ersten Seitenstützen und der Mittelstütze verbunden ist; und das zweite flügelförmige Seitenteil mit jeder der zweiten Seitenstützen und der Mittelstütze beweglich verbunden ist.
System nach Anspruch 8, worin der Mechanismus zum gezielten und individuellen Drehen und Schwenken des ersten flügelförmigen Seitenteils im Verhältnis zur ersten Stütze und der mittleren Stütze und des zweiten flügelförmigen Seitenteils im Verhältnis zur zweiten Stütze und der mittleren Stütze konfiguriert ist.
System nach Anspruch 1, worin die Fahrzeugkarosserie ein dem ersten Ende gegenüberliegendes zweites Karosserieende beinhaltet, und worin die mindestens eine Stütze jeweils das erste flügelförmige Seitenteil und das zweite flügelförmige Seitenteil mit der Fahrzeugkarosserie an einem der ersten Karosserieenden und dem zweiten Karosserieende verbindet.