DE102018125553A1

DE102018125553A1 - Betätigungssystem mit einem magnetorheologischen dämpfer

Info

Publication number: DE102018125553A1
Application number: DE102018125553.5A
Authority: DE
Inventors: Jason D. Fahland; Joshua R. Auden
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2017-10-17
Filing date: 2018-10-15
Publication date: 2019-04-18
Anticipated expiration: 2038-10-16
Also published as: DE102018125553B4; CN109664952A; US10696336B2; CN109664952B; US20190111981A1

Abstract

Ein Kraftfahrzeug beinhaltet eine Karosserie mit einer Außenfläche und einem aerodynamischen Element, das beweglich mit der Außenfläche verbunden ist. Das aerodynamische Element weist eine erste Position in Bezug auf die Außenfläche und eine zweite Position in Bezug auf die Außenfläche auf. Die erste Position zeigt ein aerodynamisches Profil auf, das sich von der zweiten Position unterscheidet. Das Fahrzeug beinhaltet zusätzlich ein Stellglied, das mit dem aerodynamischen Element gekoppelt und konfiguriert ist, um das aerodynamische Element zwischen der ersten Position und der zweiten Position zu betätigen. Das Fahrzeug beinhaltet ferner einen Dämpfer, der mit dem aerodynamischen Element gekoppelt ist. Der Dämpfer ist mit magnetorheologischem Fluid versehen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Kraftfahrzeuge und insbesondere aerodynamische Steuersysteme für Kraftfahrzeuge.
EINLEITUNG
Wenn ein Kraftfahrzeug fährt, stört es die Luft, durch die es fährt. Diese Luftstörung hat unter anderem Einfluss auf den Energieverbrauch des Kraftfahrzeugs. Die Überwindung von Windwiderstand und Turbulenz, die durch die Durchfahrt des Fahrzeugs erzeugt werden, verbraucht Energie, die aus Kraftstoff, Elektrizität oder anderer gespeicherter Energie des Fahrzeugs gewonnen werden muss. Je größer der Windwiderstand und die Turbulenzen sind, desto größer ist der Kraftstoffverbrauch und desto geringer ist die Kraftstoffeinsparung. Fahrzeuge werden daher in der Regel auf aerodynamische Leistung ausgelegt. Bei herkömmlichen Fahrzeugdesigns waren aerodynamische Merkmale im Allgemeinen feste Karosseriestrukturen an der Außenseite des Fahrzeugs. In letzter Zeit wurden jedoch bei einigen Fahrzeugen aktiv bewegliche aerodynamische Merkmale implementiert. Bekannte Verfahren zum Steuern der Endgeschwindigkeit und Position dieser Merkmale beinhalten im Allgemeinen auf Reibung basierende Kupplungen, die relativ komplexe und gewichtige Systeme sind, die sich im Laufe der Zeit verschlechtern.
KURZDARSTELLUNG
Ein Kraftfahrzeug gemäß der vorliegenden Offenbarung beinhaltet eine Karosserie mit einer Außenfläche und einem aerodynamischen Element, das beweglich mit der Außenfläche verbunden ist. Das aerodynamische Element weist eine erste Position in Bezug auf die Außenfläche und eine zweite Position in Bezug auf die Außenfläche auf. Die erste Position zeigt ein aerodynamisches Profil auf, das sich von der zweiten Position unterscheidet. Das Fahrzeug beinhaltet zusätzlich ein Stellglied, das mit dem aerodynamischen Element gekoppelt und konfiguriert ist, um das aerodynamische Element zwischen der ersten Position und der zweiten Position zu betätigen. Das Fahrzeug beinhaltet ferner einen Dämpfer, der mit dem aerodynamischen Element gekoppelt ist. Der Dämpfer ist mit magnetorheologischem Fluid versehen.
In einer beispielhaften Ausführungsform beinhaltet das Fahrzeug zusätzlich einen Magnetfeldgenerator und mindestens eine Steuerung. Die mindestens eine Steuerung ist konfiguriert, um den Magnetfeldgenerator zu steuern, um die Viskosität des magnetorheologischen Fluids zu modifizieren. Die mindestens eine Steuerung kann ferner so konfiguriert sein, dass sie in Reaktion darauf, dass eine Betätigungsbetriebsbedingung erfüllt ist, den Magnetfeldgenerator steuert, um die Viskosität des magnetorheologischen Fluids zu verringern und das Stellglied zu steuern, um das aerodynamische Element von der ersten Position in die zweite Position zu bewegen. Die mindestens eine Steuerung kann ferner so konfiguriert sein, dass sie in Reaktion darauf, dass sich das Stellglied von der ersten Position in die zweite Position bewegt und sich in einer Zwischenposition zwischen der ersten Position und der zweiten Position befindet, den Magnetfeldgenerator steuert, um die Viskosität des magnetorheologischen Fluids zu erhöhen. Die mindestens eine Steuerung kann ferner so konfiguriert sein, dass sie in Reaktion darauf, dass das Stellglied in die zweite Position betätigt wird, den Magnetfeldgenerator steuert, um die Viskosität des magnetorheologischen Fluids weiter zu erhöhen. Die Zwischenposition kann 90 % Betätigung von der ersten Position zu der zweiten Position entsprechen.
In einer beispielhaften Ausführungsform beinhaltet das aerodynamische Element ein Schaufelblatt, das mit einem Heckabschnitt der Außenfläche verbunden ist.
Ein Verfahren zum Steuern eines Kraftfahrzeugs gemäß der vorliegenden Offenbarung beinhaltet das Bereitstellen einer ersten Komponente und einer zweiten Komponente. Die erste Komponente ist beweglich mit der zweiten Komponente verbunden. Das Verfahren beinhaltet auch das Bereitstellen eines Stellglieds, das mit der zweiten Komponente gekoppelt und konfiguriert ist, um die zweite Komponente zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position in Bezug auf die erste Komponente zu betätigen. Das Verfahren beinhaltet zusätzlich das Bereitstellen eines Dämpfers, der mit der ersten Komponente und der zweiten Komponente gekoppelt ist. Der Dämpfer ist mit magnetorheologischem Fluid versehen und enthält einen Magnetfeldgenerator. Das Verfahren beinhaltet ferner das Bereitstellen von mindestens einer Steuerung in Kommunikation mit dem Stellglied und dem Magnetfeldgenerator. Das Verfahren beinhaltet ferner, als Reaktion darauf, dass eine Betätigungsbetriebsbedingung erfüllt ist, automatisches Steuern des Magnetfeldgenerators über die mindestens eine Steuerung, um die Viskosität des magnetorheologischen Fluids zu reduzieren und das Stellglied automatisch über die mindestens eine Steuerung zu steuern, um die zweite Komponente von der ersten Position zur zweiten Position zu bewegen.
In einer beispielhaften Ausführungsform beinhaltet das Verfahren zusätzlich in Reaktion darauf, dass das Stellglied die zweite Komponente von der ersten Position in die zweite Position bewegt und sich in einer Zwischenposition zwischen der ersten Position und der zweiten Position befindet, das automatische Steuern des Magnetfeldgenerators über die mindestens eine Steuerung, um die Viskosität des magnetorheologischen Fluids zu erhöhen. Solche Ausführungsformen können zusätzlich, als Reaktion darauf, dass die zweite Komponente in die zweite Position betätigt wird, das automatische Steuern des Magnetfeldgenerators über die mindestens eine Steuerung beinhalten, um die Viskosität des magnetorheologischen Fluids weiter zu erhöhen. Die Zwischenposition kann 90 % Betätigung von der ersten Position zu der zweiten Position entsprechen.
In einer beispielhaften Ausführungsform beinhaltet die zweite Komponente eine Tragfläche und die erste Komponente beinhaltet eine Karosseriestruktur eines Kraftfahrzeugs.
Eine Anordnung für ein Kraftfahrzeug gemäß der vorliegenden Offenbarung beinhaltet eine erste Komponente und eine zweite Komponente. Die zweite Komponente ist beweglich mit der ersten Komponente gekoppelt. Die zweite Komponente hat eine erste Position und eine zweite Position in Bezug auf die erste Komponente. Die Anordnung beinhaltet auch ein Stellglied, das mit der zweiten Komponente gekoppelt und konfiguriert ist, um die zweite Komponente zwischen der ersten Position und der zweiten Position zu betätigen. Das Anordnung beinhaltet zusätzlich einen Dämpfer, der mit der ersten Komponente und der zweiten Komponente gekoppelt ist. Der Dämpfer ist mit magnetorheologischem Fluid versehen und enthält einen Magnetfeldgenerator. Die Anordnung beinhaltet ferner mindestens eine Steuerung in Kommunikation mit dem Stellglied und dem Magnetfeldgenerator. Die Steuerung ferner ist konfiguriert, dass sie in Reaktion darauf, dass eine Betätigungsbetriebsbedingung erfüllt ist, den Magnetfeldgenerator automatisch steuert, um die Viskosität des magnetorheologischen Fluids zu verringern und das Stellglied zu steuern, um die zweite Komponente von der ersten Position in die zweite Position zu bewegen.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Steuerung ferner konfiguriert, um in Reaktion darauf, dass das Stellglied die zweite Komponente von der ersten Position in die zweite Position bewegt und sich in einer Zwischenposition zwischen der ersten Position und der zweiten Position befindet, den Magnetfeldgenerator über die mindestens eine Steuerung automatisch zu steuern, um die Viskosität des magnetorheologischen Fluids zu erhöhen. In einer solchen Ausführungsform kann die Steuerung ferner so konfiguriert sein, dass sie in Reaktion darauf, dass die zweite Komponente zu der zweiten Position betätigt wird, den Magnetfeldgenerator automatisch steuert, um die Viskosität des magnetorheologischen Fluids weiter zu erhöhen. Die Zwischenposition kann 90 % Betätigung von der ersten Position zu der zweiten Position entsprechen.
In einer beispielhaften Ausführungsform beinhaltet die zweite Komponente eine Tragfläche und die erste Komponente beinhaltet eine Karosseriestruktur eines Kraftfahrzeugs.
Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung stellen eine Reihe von Vorteilen bereit. So können beispielsweise das System und die Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung eine Abstimmbewegung eines Stellglieds in einem System, z. B. einem aerodynamischen Steuersystem, durch Abstimmen der Dämpfungseigenschaften des Systems über einen MR-Dämpfer ermöglichen. Darüber hinaus kann der MR-Dämpfer dazu dienen, das System auf einer gewünschten Einstellung zu halten, z. B. ein aerodynamisches Element in einer gewünschten Position. Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung können dadurch den Verschleiß von Komponenten in dem System im Vergleich zu bekannten Lösungen verringern.
Die vorstehenden Vorteile und andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen ersichtlich.
Figurenliste

1 ist eine Veranschaulichung eines Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
2 ist eine schematische Darstellung eines aerodynamischen Steuersystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
3 ist eine schematische Darstellung eines magnetorheologischen Dämpfers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung; und
4 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Steuern eines aerodynamischen Steuersystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind hierin beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgerecht; einige Merkmale können größer oder kleiner dargestellt sein, um die Einzelheiten bestimmter Komponenten zu veranschaulichen. Folglich sind die hierin offenbarten aufbau- und funktionsspezifischen Details nicht als einschränkend zu verstehen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachleuten die verschiedenen Arten und Weisen der Nutzung der vorliegenden Erfindung zu vermitteln. Wie Fachleute verstehen, können verschiedene Merkmale, die mit Bezug auf beliebige der Figuren dargestellt und beschrieben werden, mit Merkmalen kombiniert werden, die in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht explizit dargestellt oder beschrieben sind. Die dargestellten Kombinationen von Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung übereinstimmen, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen und Implementierungen erwünscht sein.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 1 wird ein Kraftfahrzeug 10 mit einem aerodynamischen Steuersystem 12, gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Das Fahrzeug 10 beinhaltet eine Karosseriestruktur oder Fahrzeugkarosserie 14. Das aerodynamische Steuersystem 12 ist mit der Fahrzeugkarosserie 14 gekoppelt. Während in 1 als ein mit dem Heckabschnitt der Karosserie 14 verbundener Heckflügel dargestellt ist, kann das aerodynamische Steuersystem 12 in anderen Ausführungsformen andere Arten von aerodynamischen Elementen wie aktive Frontdeflektoren oder andere bewegliche aerodynamische Flächen beinhalten. Zusätzlich beinhaltet die Fahrzeugkarosserie 14 einen Fahrgastraum 16. Im Allgemeinen kann/können ein oder mehrere Insassen im Fahrgastraum 16 angeordnet sein. Der Fahrgastraum 16 kann mit einer oder mehreren Türen versehen sein, die sich öffnen und schließen, um es den Insassen zu ermöglichen, das Fahrzeug 10 zu betreten und zu verlassen.
Die Fahrzeugkarosserie 14 beinhaltet einen Frontabschnitt 22 und einen Heckabschnitt 24 mit einer Vielzahl von Verkleidungsteilen oder -platten, von denen einige oder alle von außerhalb des Fahrgastraums 16 des Fahrzeugs 10 sichtbar sind. Die Front- und Heckabschnitte 22, 24 sind voneinander entlang einer Längsrichtung (siehe Doppelpfeil 26 in 1) des Fahrzeugs 10 beabstandet. Im Allgemeinen umgeben die Verkleidungsteile oder -blenden das Fahrzeug 10. Das Fahrzeug 10 kann auch ein oder mehrere Räder (d. h. Vorderräder 18 und Hinterräder 20) beinhalten.
Die Verkleidungsteile oder -platten können eine oder mehrere der Folgenden beinhalten: eine Frontplatte, die eine vordere Stoßfängerverkleidung beinhalten kann, eine Rückwand, die eine hintere Stoßfängerverkleidung beinhalten kann, und Seitenverkleidung(en), die einen vorderen Kotflügel und einen hinteren Kotflügel beinhalten kann. 1 veranschaulicht eine Seite des Fahrzeugs 10 und die andere Seite des Fahrzeugs 10 kann allgemein ein Spiegelbild der veranschaulichten Seite sein. Die Seiten des Fahrzeugs 10 sind in einer Querrichtung voneinander beabstandet. Die Querrichtung ist quer oder senkrecht zur Länge (wie durch den Doppelpfeil 26 angezeigt) des Fahrzeugs 10 ausgerichtet. Im Allgemeinen kann die Stoßfängerverkleidung entlang des Frontabschnitts 22 des Fahrzeugs 10 angeordnet sein, und die hintere Stoßfängerverkleidung kann entlang des Heckabschnitts 24 des Fahrzeugs 10 angeordnet sein. Daher kann der vordere Kotflügel angrenzend zur vorderen Stoßfängerverkleidung und der hintere Kotflügel angrenzend an den hinteren Kotflügel angeordnet sein.
Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beinhaltet das aerodynamische Steuersystem 12 eine Stützstruktur 30, die mit einer Komponente gekoppelt ist. In der in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsform beinhaltet die Stützstruktur 30 eine Stütze, die mit einer Oberseite 32 des Heckabschnitts 24, z. B. einem Kofferraumdeckel, gekoppelt ist. In anderen Ausführungsformen kann die Stützstruktur 30 jedoch andere Arten von Strukturen, Strukturen, die mit anderen Komponenten gekoppelt sind, oder eine Kombination davon beinhalten. Die Stützstruktur 30 wird mit allen geeigneten Verfahren an der Komponente befestigt, einschließlich Befestigungselement(e), Schweißen, Kleben, Kuppeln, Presspassung usw. oder andere Befestigungsmethoden oder Kombinationen derselben. Als nicht einschränkende Beispiele anderer Ausführungsformen kann die Stützstruktur 30 ein oder mehrere Pfosten und/oder ein Teil der Fahrzeugkarosserie 14 sein, wie beispielsweise ein vorderer Stoßfänger.
Unter Fortführung der 1 und 2 kann das aerodynamische Steuersystem 12 auch mindestens ein aerodynamisches Element 34 beinhalten, das von der Stützstruktur 30 gestützt wird. In der in 1 dargestellten Ausführungsform ist das aerodynamische Element 34 als ein flügelförmiger Spoiler ausgebildet. „Flügelförmig“, wie hierin verwendet, bezieht sich auf ein Objekt mit der Form eines Flügels, d. h. einer Finne mit einer durch eine stromlinienförmige Querschnittsform definierten Tragflächenform, die zur Erzeugung von Auftrieb oder Abtrieb ausgebildet ist. Mit dem Begriff „Spoiler“ ist eine aerodynamische Vorrichtung gemeint, die zur Unterbrechung der Luftbewegung über die Fahrzeugkarosserie 14 in der Lage ist, während das Fahrzeug 10 in Bewegung ist, wodurch der Luftwiderstand reduziert und/oder eine aerodynamische Anpresskraft F auf das Fahrzeug 10 induziert wird. Mit dem Begriff „Anpressdruck“ ist eine Kraftkomponente gemeint, die senkrecht zur Richtung der relativen Bewegung des Fahrzeugs 10 verläuft, d.°h. in Längsrichtung zur Fahrbahn 28. Das aerodynamische Element 34 kann zwecks struktureller Stabilität aus einem entsprechend steifen Material mit jedoch geringer Masse, wie z.°B. einem technischen Kunststoff oder Aluminium, bestehen. Das aerodynamische Element 34 ist zwischen einer ersten Position in Bezug auf die Stützstruktur 30 und einer zweiten Position in Bezug auf die Stützstruktur 30 bewegbar. 1 veranschaulicht exemplarisch zwei verschiedene Positionen des aerodynamischen Elements 34, eine als durchgezogene Linien und eine als gestrichelte Linien zur besseren Veranschaulichung. Es ist zu beachten, dass sich das aerodynamische Element 34 in andere Positionen bewegen kann, als es hier veranschaulicht ist.
Ein Luftstrom kann über das aerodynamische Element 34 fließen, wenn das Fahrzeug 10 über die Fahrbahnoberfläche 28 fährt. Abhängig von der Position des aerodynamischen Elements 34 kann der Luftstrom verändert werden, was die aerodynamischen Eigenschaften des Fahrzeugs 10 verändern kann. Beispielsweise ist das aerodynamische Element 34 zum Ändern eines aerodynamischen Abtriebs F, die auf das Fahrzeug 10 angewendet wird, bewegbar, wenn das Fahrzeug 10 über die Fahrbahnoberfläche 28 fährt. Das aerodynamische Element 34 kann so ausgelegt sein, dass die Luftströmung nur über eine Fläche des aerodynamischen Elements 34, z. B. eine Druckfläche 53, relativ zu der Fahrbahnoberfläche 28 verläuft, oder alternativ kann das aerodynamische Element 34 so konfiguriert sein, dass die Luftströmung über beide Flächen des aerodynamischen Elements 34, z. B. die Druckfläche 53 und eine Saugfläche 55, relativ zu der Fahrbahnoberfläche 28 verläuft.
In verschiedenen Ausführungsformen, die im Geltungsbereich der vorliegenden Offenbarung betrachtet werden, kann das aerodynamische Element 34 einen oder mehrere Spoiler oder Flügel beinhalten, die an einer beliebigen Stelle entlang einer Oberseite des Fahrzeugs 10 angeordnet sind, wobei ein Tauchflügel an einer beliebigen Stelle entlang einer Ecke des Fahrzeugs 10 angeordnet ist, eine Gurney-Klappe an einer beliebigen Stelle entlang des Frontabschnitts 22 des Fahrzeugs 10 oder an einem Spoiler angeordnet ist, ein vorderer Splitter an einer beliebigen Stelle entlang des Frontabschnitts 22 des Fahrzeugs 10 angeordnet ist, ein vorderer Luftdamm an einer beliebigen Stelle entlang des Frontabschnitts 22 des Fahrzeugs 10 angeordnet ist, anderer aerodynamischer Elemente oder einer Kombination davon. Jedes der aerodynamischen Elemente 34 kann eines oder mehrere der hierin erörterten Merkmale für das einzelne aerodynamische Element 34 beinhalten.
Das aerodynamische Element 34 kann ein erstes Ende 38 und ein zweites Ende 40 beinhalten, die voneinander beabstandet sind. In der in 1 dargestellten Ausführungsform kann das erste Ende 38 als Vorderkante und das zweite Ende 40 als Hinterkante bezeichnet werden. Abhängig von der Funktion des aerodynamischen Elements 34 für eine gegebene Ausführungsform kann das erste Ende 38 des aerodynamischen Elements 34 näher an dem Fahrgastraum 16 angeordnet sein als das zweite Ende 40 des aerodynamischen Elements 34 oder umgekehrt. Das aerodynamische Element 34 kann ein längliches Element mit einer Spannweite sein, die sich in einer im Allgemeinen Querrichtung erstreckt, d. h. senkrecht zu der Längsrichtung 26.
Das aerodynamische Steuersystem 12 beinhaltet einen Drehpunkt 46, der mit dem aerodynamischen Element 34 gekoppelt ist, damit sich das aerodynamische Element 34 zwischen der ersten und der zweiten Position bewegen kann. In bestimmten Ausführungsformen kann der Drehpunkt 46 zwischen dem ersten und zweiten Ende 38, 40 des aerodynamischen Elements 34 angeordnet sein. Beispielsweise enthält das aerodynamische Element 34, wie in 1 gezeigt, den Drehpunkt 46 zwischen dem ersten und dem zweiten Ende 38, 40. In weiteren Ausführungsformen lässt sich der Drehpunkt 46 entweder an einem des ersten oder zweiten Endes 38, 40 des aerodynamischen Elements 34 anordnen. So kann beispielsweise ein aktiver Unterboden-Windabweiser einen Drehpunkt 46 beinhalten, der an dem ersten Ende 38 angeordnet ist.
Das aerodynamische Steuersystem 12 beinhaltet ferner ein Stellglied 48, das mit dem aerodynamischen Element 34 gekoppelt ist. Das Stellglied 48 ist konfiguriert, das aerodynamische Element 34 zwischen der ersten und zweiten Position zu bewegen. Das Stellglied 48 kann an einer beliebigen geeigneten Stelle mit dem aerodynamischen Element 34 gekoppelt werden, um das aerodynamische Element 34 zwischen den Positionen zu bewegen. In bestimmten Ausführungsformen kann das Stellglied 48 innerhalb oder außerhalb der Stützstruktur 30 angeordnet werden. In weiteren Ausführungsformen kann das Stellglied 48 an die Fahrzeugkarosserie 14 gekoppelt oder daran befestigt sein. In noch weiteren Ausführungsformen kann das Stellglied 48 innerhalb des aerodynamischen Elements 34 angeordnet sein. Das Stellglied 48 kann einen Motor, ein Solenoid, einen Arm und/oder jede andere geeignete Vorrichtung beinhalten, um das aerodynamische Element 34 in die gewünschte Position zu bewegen.
Das aerodynamische Steuersystem 12 beinhaltet ferner einen magnetorheologischen („MR“) Dämpfer 50, der mit dem aerodynamischen Element 34 gekoppelt ist. Verschiedene Ausführungen von MR-Dämpfern sind bekannt. Ein beispielhafter MR-Dämpfer 50 ist in 3 dargestellt; jedoch kann jede bekannte MR-Dämpferkonstruktion in Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung implementiert werden.
Der MR-Dämpfer 50 beinhaltet ein Gehäuse 54, das mit einer Quantität an MR-Fluid 56 gefüllt ist. MR-Flüssigkeit besteht allgemein aus einer Trägerflüssigkeit wie Öl, Wasser oder Glykol, die mit eisenhaltigen Partikeln wie Carbonyleisen versehen ist. Das Gehäuse 50 hat ein geschlossenes Ende, das mit einem Akkumulator 58 und einer Membran 60 versehen ist, und ein offenes Ende, das mit einer ringförmigen Dichtung 62 versehen ist. Ein Kolben 64 verläuft durch die Dichtung 62 und ist zumindest teilweise in dem Gehäuse 54 gehalten und angeordnet, um relativ zu dem Gehäuse 54 zu gleiten. Die Membran 60 und der Akkumulator 58 sind vorgesehen, um Volumenänderungen aufzunehmen, die aufgrund der Gleitbewegung des Kolbens 64 auftreten. Eine Fluidöffnung 66 ist durch einen Kopf des Kolbens 64 vorgesehen, sodass MR-Fluid 56 durch die Öffnung 66 hindurchtreten kann, wenn der Kolben 64 relativ zu dem Gehäuse 54 gleitet. Eine elektromagnetische Spule 68 ist an dem Kopf des Kolbens 64 vorgesehen und mit Elektroden 70 gekoppelt.
Wenn die Elektroden 70 erregt werden, wird der Spule 68 Strom zugeführt, und dadurch wird ein Magnetfeld erzeugt. In Reaktion auf das Magnetfeld werden eisenhaltige Partikel in dem MR-Fluid 56 ausgerichtet und die Viskosität des MR-Fluids 56 wird erhöht. Das Ausmaß, in dem die Eisenpartikel in dem MR-Fluid 56 ausgerichtet sind, und somit die Viskosität des MR-Fluids 56, kann durch Modifizieren des an die Elektroden 70 angelegten Stroms variiert werden. Der MR-Dämpfer 50 stellt dadurch eine steuerbare Quantität an Dämpfungskraft bereit, die der Bewegung des Kolbens 64 widersteht.
Der MR-Dämpfer 50 ist zwischen dem aerodynamischen Element 34 und einer Komponente, die relativ zu der Karosserie 14, z. B. der Stützstruktur 30, befestigt ist, gekoppelt, um dadurch eine steuerbare Dämpfungskraft bereitzustellen, die einer Bewegung des aerodynamischen Elements 34 relativ zu der Karosserie 14 widersteht.
Das Stellglied 48 und der MR-Dämpfer 50 werden von einer Steuerung 52 gesteuert. Während als eine einzelne Einheit abgebildet, kann die Steuerung 52 eine oder mehrere zusätzliche Steuerungen beinhalten, die gemeinsam als „Steuerung“ bezeichnet werden. Die Steuerung 52 kann einen Mikroprozessor oder eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) beinhalten, die mit verschiedenen Arten von computerlesbaren Speichervorrichtungen oder Medien in Verbindung steht. Computerlesbare Speichergeräte oder Medien können flüchtige und nicht-flüchtige Speicher in einem Nur-Lese-Speicher (ROM), einem Speicher mit direktem Zugriff (RAM) und einem Aufrechterhaltungsspeicher („Keep-Alive-Memory, KAM“) beinhalten. KAM ist ein persistenter oder nichtflüchtiger Speicher, der verwendet werden kann, um verschiedene Betriebsvariablen zu speichern, während die CPU ausgeschaltet ist. Computerlesbare Speichervorrichtungen oder Medien können unter Verwendung einer beliebigen einer Anzahl von bekannten Speichervorrichtungen, wie etwa PROMs (programmierbare Nur-Lese-Speicher), EPROMs (elektrische PROM), EEPROMs (elektrisch löschbare PROM), Flash-Speicher oder beliebigen anderen elektrischen, magnetischen, optischen oder kombinierten Speichervorrichtungen, implementiert werden, die Daten speichern können, von denen einige ausführbare Anweisungen darstellen, die von der Steuerung beim Steuern des Motors oder Fahrzeugs verwendet werden.
Die Steuerung 52 ist zur Steuerung des Stellglieds 48 programmiert, um das aerodynamische Element 34 als Reaktion auf die Erfüllung verschiedener Betriebsbedingungen zwischen der ersten und der zweiten Position zu bewegen. Als ein Beispiel kann die Steuerung 52 zur Steuerung des Stellglieds 48 programmiert sein, um das aerodynamische Element 34 zu bewegen, um den Abtrieb in Reaktion darauf zu erhöhen, dass eine Wendebetriebsbedingung erfüllt ist.
Darüber hinaus ist die Steuerung 52 programmiert, um den MR-Dämpfer 50 zu steuern, wie nachstehend unter Bezugnahme auf 4 ausführlicher erörtert wird. Kurz gesagt kann die Steuerung 52 den MR-Dämpfer 50 selektiv steuern, um die Dämpfungskraft wie gewünscht zu modifizieren, z. B. durch Erregen oder Entregen der Elektroden 70.
Unter Bezugnahme nun auf 4 ist ein Verfahren zum Steuern eines aerodynamischen Steuersystems gemäß der vorliegenden Offenbarung in Form eines Ablaufdiagramms dargestellt. In einer beispielhaften Ausführungsform ist das aerodynamische Steuersystem im Allgemeinen ähnlich zu dem in 1-3 dargestellten angeordnet, und der in 4 veranschaulichte Algorithmus wird durch eine Steuerung durchgeführt, die im Allgemeinen der Steuerung 52 ähnlich ist.
Ein Stellglied für das aerodynamische Steuersystem wird zu einer Anfangseinstellung entfaltet, wie in Block 100 dargestellt. Optional wird ein MR-Dämpfer, der dem aerodynamischen Steuersystem zugeordnet ist, aktiviert, um eine Position eines aerodynamischen Elements des aerodynamischen Steuersystems beizubehalten, wie ebenfalls in Block 100 dargestellt.
Es wird bestimmt, ob eine Betätigungsbetriebsbedingung erfüllt ist, wie in Operation 102 dargestellt. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann die Betätigungsbetriebsbedingung einer Bestimmung entsprechen, dass das Fahrzeug einem Wendemanöver unterzogen wird, oder jeder anderen Betriebsbedingung, in der die Betätigung eines aerodynamischen Elements wünschenswert ist.
Wenn die Bestimmung der Operation 102 negativ ist, wird das Stellglied auf einer gegenwärtigen Einstellung gehalten, wie in Block 104 dargestellt. Die Steuerung geht dann zu Operation 102 über. Das Stellglied wird dadurch auf der gegenwärtigen Einstellung gehalten, außer und bis eine Betätigungsbetriebsbedingung erfüllt ist.
Wenn die Bestimmung der Operation 102 positiv ist, wird der MR-Dämpfer entregt, um eine Bewegung des aerodynamischen Elements zuzulassen, und die Stellgliedsteuerung auf die neue Einstellung wird eingeleitet, wie in Block 106 dargestellt. Abhängig von der Konfiguration des Stellglieds und der Größenordnung der Betätigung kann die volle Betätigung auf die neue Einstellung in der Größenordnung von 0,5 Sekunden durchgeführt werden.
Es wird bestimmt, ob sich das Stellglied innerhalb eines vordefinierten Schwellenwerts der neuen Einstellung befindet, wie in Block 108 dargestellt. In einer beispielhaften Ausführungsform entspricht der vordefinierte Schwellenwert, dass das Stellglied mindestens 90 % vollständig ist, d. h. innerhalb von 10 % der neuen Einstellung. Diese Bestimmung kann auf der Grundlage einer Messung eines Sensors, der dem Stellglied, dem aerodynamischen Element oder beiden zugeordnet ist, vorgenommen werden. In einer beispielhaften Ausführungsform, in der das Stellglied einen Elektromotor beinhaltet, kann die Bestimmung basierend auf einem mit dem Motor verbundenen Codierer vorgenommen werden.
Wenn die Bestimmung der Operation 108 negativ ist, wird das Stellglied weiterhin auf die neue Einstellung für einen aktuellen Zyklus gesteuert, wie in Block 110 dargestellt. Die Steuerung kehrt dann zu Operation 108 für eine nachfolgende Auswertung zurück.
Wenn die Bestimmung der Operation 108 positiv ist, wird der MR-Dämpfer teilweise erregt, wie in Block 112 dargestellt. In einer beispielhaften Ausführungsform wird der MR-Dämpfer mit 25 % eines maximalen MR-Dämpferstroms erregt. Die Viskosität des MR-Fluids wird dadurch erhöht, was den Widerstand gegen die Bewegung des aerodynamischen Elements erhöht und für eine weichere Ankunft in der Endposition des aerodynamischen Elements bei Beendigung der gegenwärtigen Betätigung sorgt.
Es wird festgestellt, ob die aktuelle Betätigung abgeschlossen ist, d. h. ob das Stellglied die neue Einstellung erreicht hat, wie in Block 114 dargestellt. Wenn die Bestimmung der Operation 114 negativ ist, wird das Stellglied weiterhin auf die neue Einstellung für einen aktuellen Zyklus gesteuert, wie in Block 116 dargestellt. Die Steuerung kehrt dann zu Operation 114 für eine nachfolgende Auswertung zurück.
Wenn die Bestimmung der Operation 114 positiv ist, wird der MR-Dämpfer voll aktiviert, wie in Block 118 dargestellt. In einer beispielhaften Ausführungsform wird der MR-Dämpfer mit dem maximalen MR-Dämpferstrom erregt, um das aerodynamische Element in der gegenwärtigen Position zu halten. Die Steuerung kehrt dann zu Block 104 zurück.
Variationen der vorstehenden sind selbstverständlich möglich. Als ein Beispiel können ähnliche Kombinationen von Stellglied und MR-Dämpfer verwendet werden, um eine fein abgestimmte Steuerung anderer beweglicher Komponenten in einem Fahrzeug bereitzustellen.
In verschiedenen Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung kann das aerodynamische Steuersystem in einer Fahrzeuganwendung oder einer Nicht-Fahrzeuganwendung verwendet werden. Nicht einschränkende Beispiele von Fahrzeugausführungsformen beinhalten Personenkraftwagen, Rennwagen, Lastkraftwagen, Geländefahrzeuge, Motorräder, Flugzeuge, Landwirtschaftsmaschinen oder jede andere geeignete bewegbare Plattform. Fahrzeugausführungsformen können autonom angetriebene Fahrzeuge oder herkömmliche von Personen gesteuerte Fahrzeuge beinhalten. Nicht einschränkende Beispiele der Nicht-Fahrzeugausführungsformen können Maschinen, Landmaschinen oder andere geeignete Nicht-Fahrzeug-Vorrichtungen beinhalten.
Wie zu sehen ist, stellen Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung ein System und Verfahren zum Abstimmen der Bewegung eines Stellglieds in einem System bereit, z. B. einem aerodynamischen Steuersystem, indem die Dämpfungseigenschaften des Systems über einen MR-Dämpfer abgestimmt werden. Darüber hinaus kann der MR-Dämpfer dazu dienen, das System auf einer gewünschten Einstellung zu halten, z. B. ein aerodynamisches Element in einer gewünschten Position. Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung können dadurch den Verschleiß von Komponenten in dem System im Vergleich zu bekannten Lösungen verringern.
Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die nicht explizit beschrieben oder veranschaulicht werden. Während verschiedene Ausführungsformen beschrieben worden sein könnten, um Vorteile zu bieten oder gegenüber anderen Ausführungsformen oder Implementierungen des Standes der Technik in Bezug auf eine oder mehrere gewünschte Merkmale bevorzugt zu sein, werden Fachleute auf dem Gebiet erkennen, dass ein oder mehrere oder Eigenschaften beeinträchtigt werden können, um gewünschte Gesamtsystemattribute zu erreichen, die von der spezifischen Anwendung und Implementierung abhängen. Diese Attribute können Kosten, Festigkeit, Haltbarkeit, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Aussehen, Verpackung, Größe, Gebrauchstauglichkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Leichtigkeit der Montage usw. beinhalten, sind aber nicht darauf beschränkt. Daher sind Ausführungsformen, die nach dem Stand der Technik, in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Implementierungen beschrieben sind, nicht außerhalb des Schutzumfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
Während exemplarische Ausführungsformen vorstehend beschrieben sind, ist es nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen beschreiben, die von den Ansprüchen beinhaltet sind. Vielmehr dienen die in der Spezifikation verwendeten Worte der Beschreibung und nicht der Beschränkung und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die nicht explizit beschrieben oder veranschaulicht werden. Während verschiedene Ausführungsformen beschrieben worden sein könnten, um Vorteile zu bieten oder gegenüber anderen Ausführungsformen oder Implementierungen des Standes der Technik in Bezug auf eine oder mehrere gewünschte Merkmale bevorzugt zu sein, werden Fachleute auf dem Gebiet erkennen, dass ein oder mehrere oder Eigenschaften beeinträchtigt werden können, um gewünschte Gesamtsystemattribute zu erreichen, die von der spezifischen Anwendung und Implementierung abhängen. Diese Attribute können Kosten, Festigkeit, Haltbarkeit, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Aussehen, Verpackung, Größe, Gebrauchstauglichkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Leichtigkeit der Montage usw. beinhalten, sind aber nicht darauf beschränkt. Daher sind Ausführungsformen, die nach dem Stand der Technik, in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Implementierungen beschrieben sind, nicht außerhalb des Schutzumfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.

Claims

Kraftfahrzeug, umfassend: eine Karosserie mit einer Außenfläche; ein aerodynamisches Element, das beweglich mit der Außenfläche verbunden ist, wobei das aerodynamische Element eine erste Position in Bezug auf die Außenfläche und eine zweite Position in Bezug auf die Außenfläche aufweist, wobei die erste Position von der zweiten Position ein ausgeprägtes aerodynamisches Profil aufweist; ein Stellglied, das mit dem aerodynamischen Element gekoppelt und konfiguriert ist, um das aerodynamische Element zwischen der ersten Position und der zweiten Position zu betätigen; und einen Dämpfer, der mit dem aerodynamischen Element gekoppelt ist, wobei der Dämpfer mit magnetorheologischem Fluid versehen ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Magnetfeldgenerator und mindestens eine Steuerung, wobei die mindestens eine Steuerung zur Steuerung des Magnetfeldgenerators ausgelegt ist, um die Viskosität des magnetorheologischen Fluids zu modifizieren.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 2, worin die mindestens eine Steuerung ferner so konfiguriert ist, dass sie in Reaktion darauf, dass eine Betätigungsbetriebsbedingung erfüllt ist, den Magnetfeldgenerator steuert, um die Viskosität des magnetorheologischen Fluids zu verringern und das Stellglied zu steuern, um das aerodynamische Element von der ersten Position in die zweite Position zu bewegen.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 3, worin die mindestens eine Steuerung ferner so konfiguriert ist, dass sie in Reaktion darauf, dass sich das Stellglied von der ersten Position in die zweite Position bewegt und sich in einer Zwischenposition zwischen der ersten Position und der zweiten Position befindet, den Magnetfeldgenerator steuert, um die Viskosität des magnetorheologischen Fluids zu erhöhen.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 4, worin die mindestens eine Steuerung ferner so konfiguriert ist, dass sie in Reaktion darauf, dass das Stellglied in die zweite Position betätigt wird, den Magnetfeldgenerator steuert, um die Viskosität des magnetorheologischen Fluids weiter zu erhöhen.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 4, worin die Zwischenposition 90 % Betätigung von der ersten Position zu der zweiten Position entspricht.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, worin das aerodynamische Element ein Schaufelblatt aufweist, das mit einem Heckabschnitt der Außenfläche verbunden ist.