DE102018210813A1

DE102018210813A1 - Verfahren und System zum Bestimmen der Luftströmungsverhältnisse an einem fahrenden Fahrzeug

Info

Publication number: DE102018210813A1
Application number: DE102018210813.7A
Authority: DE
Inventors: Mario Reimann; Steffen Hofmann; Andreas Raichle
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-06-30
Filing date: 2018-06-30
Publication date: 2020-01-02

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Bestimmen von Luftströmungsverhältnissen an einem fahrenden Fahrzeug (200) beschrieben,wobei ein Ultraschallsignal (113) mithilfe eines an einer Außenseite (210) des Fahrzeugs (200) angeordneten Ultraschallsenders (111) gesendet wird,wobei das Ultraschallsignal (113) nach Durchlaufen einer definierten Messstrecke (114) von einem an der Außenseite (210) des Fahrzeugs (200) angeordneten Ultraschallempfänger (112) empfangen wird,wobei wenigstens ein von den Luftströmungsverhältnissen entlang der Messstrecke (114) abhängigen Parameter des empfangenen Ultraschallsignals (113) ermittelt wird, undwobei die aktuellen Luftströmungsverhältnisse an wenigstens einer Außenfläche (210) des Fahrzeugs (200) durch Auswerten des ermittelten Parameters des empfangenen Ultraschallsignals (113) bestimmt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Luftströmungsverhältnisse an einem fahrenden Fahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung ein entsprechendes System zum Bestimmen der Luftströmungsverhältnisse an dem Fahrzeug.
Auf ein Fahrzeug wirkt während der Fahrt ein von der Fahrgeschwindigkeit abhängiger Luft- bzw. Strömungswiderstand. Hierbei handelt es sich um eine Kraft, welche die Luft als Medium der Bewegung des Fahrzeugs entgegensetzt. Diese Kraft entspricht dabei der Summe aller Druck- und Schubkräfte, welche die vorbeiströmende Luft örtlich variierend auf die Oberfläche des Fahrzeugs ausübt. Da sich diese Kräfte grundsätzlich bremsend auf das umströmte Fahrzeug auswirken, macht sich ein hoher Luftwiderstandswert grundsätzlich in einer Reduktion der Fahrgeschwindigkeit sowie einer Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs bemerkbar. Dabei hängt die Höhe des Luftwiderstands bei einer vorgegebenen Fahrgeschwindigkeit im Wesentlichen von den aerodynamischen Eigenschaften des Fahrzeugs ab, welche unmittelbar die Strömungsverhältnisse an der Fahrzeugaußenseite bestimmen und damit wie gut bzw. die vom Fahrzeug während der Fahrt verdrängte Luftmassen am Fahrzeug vorbeigeführt werden. Dabei werden die aerodynamischen Eigenschaften des Fahrzeugs insbesondere durch seine Außenkonturen bestimmt. Fahrzeuge mit stromlinienförmigen Außenkonturen weisen somit besonders gute aerodynamischen Eigenschaften und damit einen relativ geringen Luftwiderstand auf.
Moderne Fahrzeuge weisen optimierte aerodynamische Eigenschaften auf, welche eine Reduktion des Luftwiderstands und damit des Kraftstoffverbrauchs ermöglichen. Darüber hinaus können bestimmte Fahrzeuge ihre Außenkontur und damit ihre Aerodynamik mithilfe verstellbarer Strukturen an verschiedene Fahrsituationen anpassen. Ferner sind auch Konzepte bekannt, bei denen mehrere Fahrzeuge zu einer Fahrzeugkolonne zusammengeschlossen werden, um den Luftwiderstand der beteiligten Fahrzeuge zu reduzieren.
Um mithilfe der oben genannten Maßnahmen eine möglichst gute Optimierung der aerodynamischen Eigenschaften eines Fahrzeugs während einer Einzel- oder Kolonnenfahrt erreichen zu können, ist allerdings eine gute Kenntnis der aktuellen Strömungsverhältnisse an der Außenseite des Fahrzeugs notwendig.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit zum Bestimmen der aktuellen Luftströmungsverhältnisse an der Außenseite eines fahrenden Fahrzeugs bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Bestimmen von Luftströmungsverhältnissen an einem fahrenden Fahrzeug nach Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zum Optimieren wenigstens einer aerodynamischen Eigenschaft eines fahrenden Fahrzeugs nach Anspruch 5 gelöst. Ferner wird diese Aufgabe durch ein System zum Bestimmen von Luftströmungsverhältnissen an einem fahrenden Fahrzeug nach Anspruch 11 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren zum Bestimmen von Luftströmungsverhältnissen an einem fahrenden Fahrzeug vorgesehen, wobei ein Ultraschallsignal mithilfe eines an einer Außenseite des Fahrzeugs angeordneten Ultraschallsenders gesendet und nach Durchlaufen einer definierten Messstrecke von einem an der Außenseite des Fahrzeugs angeordneten Ultraschallempfänger empfangen wird. Dabei wird wenigstens ein von den Luftströmungsverhältnissen entlang der Messstrecke abhängiger Parameter des empfangenen Ultraschallsignals ermittelt. Ferner werden die aktuellen Luftströmungsverhältnisse an wenigstens einer Außenfläche des Fahrzeugs durch Auswerten des ermittelten Parameters des empfangenen Ultraschallsignals bestimmt. Die Verwendung von Ultraschallsignalen erlaubt es, die Strömungszustände „live“ am Fahrzeug zu erfassen. Da hierbei auch größere Messflächen mit relativ wenigen Sensoren vermessen werden, erlaubt diese Messmethode eine einfache und effiziente Überwachung der Luftströmungsverhältnisse an der Fahrzeugaußenseite. Als Ultraschallsender- und Empfänger können dabei auch bereits am Fahrzeug vorhandene Ultraschallsensoren verwendet werden, welche beispielsweise einem Fahrerassistenzsystem zugeordnet sind, wie dem Park-Assist-System oder einem Seitenraumüberwachungssystem. Hierdurch lässt sich der apparative Aufwand des Messsystems reduzieren. Schließlich kann mithilfe der Ultraschallmessung eine vektorielle Messgröße erfasst werden, wodurch auch die Richtung der Strömung ermittelt werden kann. Somit hat die Ultraschallmessung gegenüber einer Erfassung der Strömungsverhältnisse mittels Drucksensoren, welche lediglich eine skalare Messgröße erfassen, Vorteile bei einer möglichen Strömungs-Visualisierung. Ferner zeigen sich Ultraschallsensoren grundsätzlich weniger anfällig für Verschmutzungen als andere Sensortypen, wie z.B. Drucksensoren. Daher kann hiermit eine bessere Messsicherheit erzielt werden.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass als Parameter eine Laufzeit, eine Phasenverschiebung, eine Frequenzmodulation und/oder eine Amplitudenänderung des empfangenen Ultraschallsignals ermittelt wird. Mithilfe dieser Parameter lassen sich verschiedene Aussagen über die Luftströmungsverhältnisse entlang der Messstrecke treffen. Unter anderem kann anhand der Laufzeit, der Phasenverschiebung und der Amplitudenänderung des Ultraschallsignals eine Aussage über eine durch Luftströmung induzierte Änderung des akustischen Pfades des Messsignals treffen. Hingegen kann mithilfe der Frequenzänderung bzw. Frequenzmodulation des empfangenen Ultraschallsignals eine Aussage über die Geschwindigkeit der Luftströmungen im Bereich des Ultraschallempfängers treffen.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass Ultraschallsignale entlang verschiedener Messstrecken an der Außenseite des Fahrzeugs gesendet und mittels eines oder mehrerer Ultraschallempfänger empfangen werden. Dabei wird der Parameter für die separat empfangenen Ultraschallsignale jeweils individuell ermittelt. Ferner ist vorgesehen, dass die aktuellen Luftströmungsverhältnisse an der Außenseite des Fahrzeugs durch gemeinsames Auswerten der entlang der verschiedenen Messstrecken der Außenseite des Fahrzeugs empfangenen Ultraschallsignale jeweils individuell ermittelten Parameter bestimmt werden.
Durch die Verwendung verschiedener Messstrecken lassen sich die Luftströmungsverhältnisse am Fahrzeug besonders genau ermitteln. Ferner können bei Verwendung mehrerer Ultraschallempfänger Störsignale besser erkannt und damit eliminiert werden. Durch die Verwendung mehrerer Messstrecken ergibt sich ferner eine gewisse Redundanz, so dass das System auch bei einem Ausfall oder einer Abschattung einzelner Ultraschallsender und Ultraschallempfänger grundsätzlich funktionsfähig verbleibt.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der aktuelle Luftdruck und/oder die aktuelle Lufttemperatur und/oder die aktuelle Luftfeuchtigkeit der das Fahrzeug im strömenden Außenluft ermittelt und als Korrekturfaktor bei der Bestimmung der aktuellen Luftströmungsverhältnisse an der wenigstens einen Außenfläche des Fahrzeugs verwendet werden. Hierdurch kann die Präzision der Messung deutlich gesteigert werden.
Erfindungsgemäß ist ferner ein Verfahren zum Optimieren wenigstens einer aerodynamischen Eigenschaft eines fahrenden Fahrzeugs vorgesehen, bei dem die Luftströmungsverhältnisse an wenigstens einer Außenfläche des Fahrzeugs mittels des Verfahrens zum Bestimmen von Luftströmungsverhältnissen an dem fahrenden Fahrzeug ermittelt werden. Dabei wird die wenigstens eine aerodynamische Eigenschaft des Fahrzeugs auf Grundlage der ermittelten Luftströmungsverhältnisse geändert. Durch eine Optimierung der aerodynamischen Eigenschaften des Fahrzeugs kann der auf das Fahrzeug wirkende Luftwiderstand reduziert werden. Hierdurch wird eine Reduktion des Kraftstoffverbrauchs erzielt.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die aerodynamische Eigenschaft des Fahrzeugs durch ändern der Kontur wenigstens einer Außenfläche des Fahrzeugs mithilfe einer verstellbaren Außenflächenstruktur geändert wird. Mithilfe solcher verstellbaren Außenflächenstrukturen kann die Aerodynamik des Fahrzeugs besonders einfach verändert werden. Hierbei lässt sich je nach Fahrsituation eine Reduktion oder eine Erhöhung des auf das Fahrzeug wirkenden Luftdrucks erzielen.
Ferner ist vorgesehen, dass die aerodynamische Eigenschaft des Fahrzeugs durch Ändern des Niveaus des Fahrzeugs über einer Fahrbahn durch aktives Absinken und/oder Anheben des Fahrzeugs geändert wird. Die Verstellung des Fahrzeugniveaus stellt eine sehr effiziente Maßnahme zur Regulierung der Luftströmungsverhältnisse an der Fahrzeugaußenseite. Dies ist unter anderem besonders vorteilhaft bei einer Kolonnenfahrt mehrerer Fahrzeuge.
Ferner ist vorgesehen, dass die aerodynamische Eigenschaft des Fahrzeugs durch ändern der Position und/oder der Geschwindigkeit des Fahrzeugs innerhalb einer mehrerer Fahrzeuge umfassenden Fahrzeugkolonne geändert wird. Da die Luftströmungsverhältnisse bei einem in einer Fahrzeugkolonne fahrenden Fahrzeug aufgrund der durch vorausfahrende Fahrzeuge verursachten Luftwirbel besonders komplex sind, kann durch die Änderung des Abstands der Fahrzeuge zueinander eine Optimierung des Gesamtluftwiderstands der Fahrzeugkolonne erzielt werden.
Ferner ist vorgesehen, dass die aerodynamische Eigenschaft des Fahrzeugs geändert wird, in dem die Fahrtrichtung des Fahrzeugs korrigiert wird, um den Einfluss eines auf das Fahrzeug einwirkenden Seitenwinds zu kompensieren. Hiermit lässt sich die Sicherheit des Fahrzeugs bei Seitenwind erhöhen.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die wenigstens eine aerodynamische Eigenschaft des Fahrzeugs geändert wird, um eine Luftströmung an einer Außenfläche des Fahrzeugs einem aktuellen Kühlbedarf des Fahrzeugs anzupassen. Die bedarfsgerechte Steuerung der Kühlluftzufuhr ermöglicht eine bessere Optimierung Aerodynamik des Fahrzeugs und damit eine weitere Reduktion des Luftwiderstands.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die wenigstens eine aerodynamische Eigenschaft des Fahrzeugs geändert wird, um den Luftwiderstand des Fahrzeugs während eines Bremsvorgangs zu erhöhen. Hierdurch kann die Bremswirkung des Fahrzeugs und damit seine allgemeine Sicherheit erhöht werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass mithilfe eines Beschleunigungssensors eine Beschleunigung des Fahrzeugs erfasst wird. die erfasste Beschleunigung wird dabei zusammen mit den Messergebnissen der Ultraschallmessung ausgewertet, um das Auftreten eines auf das Fahrzeug wirkenden Seitenwinds zu ermitteln. Schließlich wird auf Grundlage dieser Auswertung eine Korrektur der Lenkradposition bzw. Fahrtrichtung durchgeführt, um den Einfluss des ermittelten Seitenwinds auf das Fahrzeug zu kompensieren. Durch diese Maßnahme kann die Sicherheit des Fahrzeugs bei einem Seitenwind erhöht werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Optimierung der wenigstens einen aerodynamischen Eigenschaft des Fahrzeugs im Rahmen eines autonomes Fahrens und/oder einer Kolonenfahrt erfolgt. Die Verwendung des Optimierungsverfahrens während des autonomen Fahrens ermöglicht eine besonders hohe Effizienz und damit verbunden eine besonders hohe Kraftstoffersparnis, da die Fahrzeugsteuerung die am Fahrzeug vorherrschenden Luftströmungsverhältnisse praktisch ohne Verzögerung überwachen und anpassen kann. Auch bei einer Kolonenfahrt kann durch das Optimieren der Luftströmungsverhältnisse an wenigstens einem der beteiligten Fahrzeuge eine höhere Effizienz und damit verbunden eine höhere Kraftstoffersparnis realisiert werden.
Erfindungsgemäß ist ferner ein System zum Bestimmen von Luftströmungsverhältnissen an einem fahrenden Fahrzeug vorgesehen, welches eine Anordnung aus einem oder mehreren Ultraschallsendern zum Aussenden von Ultraschallsignalen und einem oder mehreren Ultraschallempfängern zum empfangen der Ultraschallsignale vorgesehen. Die Ultraschallsender und Ultraschallempfänger sind dabei in vorgegebenen Abständen voneinander an der Außenseite des Fahrzeugs verteilt angeordnet. Ferner umfasst das System eine Steuereinrichtung zum individuellen ansteuern der Ultraschallsender und der Ultraschallempfänger, wobei die Steuereinrichtung ausgebildet ist, wenigstens einen von denen Luftströmungsverhältnissen an der Außenseite des Fahrzeugs abhängigen Parameter der empfangenen Ultraschallsignale zu ermitteln. Die Steuereinrichtung ist ferner ausgebildet, die aktuellen Luftströmungsverhältnisse an wenigstens einer Außenfläche des Fahrzeugs durch Auswerten des ermittelten Parameters der empfangenen Ultraschallsignale zu bestimmen. Die Verwendung von Ultraschallsignalen erlaubt es, die Strömungszustände „live“ am Fahrzeug zu erfassen. Da hierbei auch größere Messflächen mit relativ wenigen Sensoren vermessen werden, erlaubt diese Messmethode eine einfache und effiziente Überwachung der Luftströmungsverhältnisse an der Fahrzeugaußenseite. Als Ultraschallsender- und Empfänger können dabei auch bereits am Fahrzeug vorhandene Ultraschallsensoren verwendet werden, welche beispielsweise einem Fahrerassistenzsystem (Park-Assist-System, System zum überwachen eines toten Winkels bzw. eines Seitenraums, etc.) zugeordnet sind. Hierdurch lässt sich der apparative Aufwand des Messsystems reduzieren. Schließlich ist das System ausgebildet, mithilfe der Ultraschallmessung eine vektorielle Messgröße der Luftströmung zu erfassen, wodurch auch die Richtung der Strömung ermittelbar ist. Somit hat die Ultraschallmessung gegenüber einer Erfassung der Strömungsverhältnisse mittels Drucksensoren, welche lediglich eine skalare Messgröße erfassen, Vorteile bei einer möglichen Strömungs-Visualisierung.
In einer weiteren Ausführungsform ist das System ausgebildet, als Parameter eine Laufzeit, eine Phasenverschiebung, eine Frequenzmodulation und/oder eine Amplitudenänderung des empfangenen Ultraschallsignals ermitteln. Mithilfe dieser Parameter lassen sich verschiedene Aussagen über die Luftströmungsverhältnisse entlang der Messstrecke treffen. Unter anderem kann anhand der Laufzeit, der Phasenverschiebung und der Amplitudenänderung des Ultraschallsignals eine Aussage über eine durch Luftströmung induzierte Änderung des akustischen Pfades des Messsignals treffen. Hingegen kann mithilfe der Frequenzänderung bzw. -modulation des empfangenen Ultraschallsignals eine Aussage über die Geschwindigkeit der Luftströmungen im Bereich des Ultraschallempfängers treffen.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das System eine Anordnung aus mehreren Ultraschallsender und Ultraschallempfängern umfasst, um Ultraschallsignalen in mehreren Bereichen der Außenseite des Fahrzeugs zu erfassen. Die Ultraschallsender und Ultraschallempfänger sind dabei in vorgegebenen Abständen voneinander an der Außenseite des Fahrzeugs verteilt angeordnet. Ferner ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung ausgebildet ist, die aktuellen Luftströmungsverhältnisse an der wenigstens einen Außenfläche des Fahrzeugs durch gemeinsames auswerten des ermittelten Parameters der empfangenen Ultraschallsignale zu bestimmen. Durch Erfassung von Ultraschallsignalen entlang mehrerer Messstrecken lassen sich die Luftströmungsverhältnisse am Fahrzeug besonders genau ermitteln. Ferner kann durch Verwendung mehrerer Messstrecken eine gewisse Redundanz erzeugt werden, so dass das System auch bei einem Ausfall oder einer Abschattung einzelner Ultraschallsender und -Empfänger grundsätzlich funktionsfähig verbleibt.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das System ferner wenigstens einen an der Außenseite des Fahrzeugs angeordneten Sensor zum Ermitteln des aktuellen Luftdrucks und/oder der aktuellen Lufttemperatur und/oder der aktuellen Luftfeuchtigkeit einer das Fahrzeug umströmenden Außenluft umfasst. Dabei ist die Steuereinrichtung ausgebildet, den ermittelten aktuellen Luftdruck und/oder die ermittelte aktuelle Lufttemperatur und/oder die ermittelte aktuelle Luftfeuchtigkeit als Korrekturfaktoren bei der Bestimmung der Luftströmungsverhältnisse an Außenseite des Fahrzeugs zu verwenden. Hierdurch kann die Präzision der Messung deutlich gesteigert werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass mindestens ein Ultraschallsender und/oder Ultraschallempfänger der Anordnung in Form eines Ultraschallsensors zur Abstands- oder Totraumüberwachung ausgebildet ist. Durch die Verwendung bereits bestehender Sensoren kann der apparative Aufwand des Systems reduziert werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Figuren. Dabei zeigen:

1 ein Lastkraftwagen mit einem System zum Bestimmen der Luftströmungsverhältnisse an der Fahrzeugaußenseite umfassend eine Anordnung aus mehreren Ultraschallsensoren;
2 eine schematische Darstellung einer Messanordnung umfassend einen Ultraschallsender und einen Ultraschallempfänger;
3 ein Blockschaltbild des Systems umfassend eine Anordnung von Ultraschallsensoren und eine Steuereinrichtung;
4 eine schematische Darstellung eines Messvorgangs mit der Messanordnung aus 2 bei einer senkrecht zur Messstrecke auftreffenden Luftströmung;
5 eine schematische Darstellung eines Messvorgangs mit der Messanordnung aus 2 bei einer parallel zur Messstrecke verlaufenden Luftströmung;
6 eine schematische Darstellung eines Messvorgangs mit einer einen Ultraschallsender und zwei Ultraschallempfänger umfassenden Messanordnung bei senkrecht auftretender Luftströmung;
7 eine schematische Darstellung eines Messvorgangs mit einer zwei Ultraschallsender und einem Ultraschallempfänger umfassenden Messanordnung bei senkrecht auftretender Luftströmung;
8 eine schematische Darstellung eines Lastkraftwagens umfassend eine verstellbare Außenflächenstruktur zum Anpassen der Luftströmungsverhältnisse des Fahrzeugs;
9 eine schematische Darstellung eines Lastkraftwagens umfassend eine verstellbare Außenflächenstruktur zur Erhöhung des Luftwiderstands während eines Bremsvorgangs; und
10 eine schematische Darstellung einer Fahrzeugkolonne umfassend drei Fahrzeuge mit jeweils verstellbaren Außenflächenstrukturen.

Das erfindungsgemäße Konzept sieht ein System für ein Fahrzeug vor, welches mittels Ultraschallsensoren die aktuellen Strömungszustände am Fahrzeug „live“, d.h. quasi in Echtzeit erfasst. Im Anschluss daran kann das System auf Grundlage der Messergebnisse der Ultraschallmessung entsprechende Maßnahmen zum Ändern der aerodynamischen Eigenschaften des Fahrzeugs durchführen. Damit können die Strömungszustände am Fahrzeug in gewünschter Weise geändert bzw. der jeweiligen Fahrsituation angepasst werden. Das System kann grundsätzlich bei verschiedenen Fahrzeugtypen zur Anwendung kommen. Das in der 1 gezeigte Fahrzeug 200 ist beispielhaft in Form eines Lastkraftwagens ausgebildet. Während seiner Fahrt verdrängt das Fahrzeug 200 eine durch sein Profil und Volumen definierte Luftmenge, welche dann in Form laminarer oder turbulenter Luftströmungen das Fahrzeug 200 an seiner Außenseite umströmt. Die Interaktion des Fahrzeugs 200 mit der verdrängten Luft resultiert in einem Luftwiderstand, welcher sich bremsend auf das Fahrzeug auswirkt. Um den Luftwiderstand zu reduzieren, weisen moderne Fahrzeuge eine aerodynamisch- bzw. strömungsoptimierte Außenkontur auf. Auch das hier dargestellte Fahrzeug 200 weist eine entsprechend strömungsoptimierte Außenkontur auf. Da sich die Strömungszustände an einem Fahrzeug typischerweise in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit und anderen Faktoren, wie zum Beispiel Windstärke und - geschwindigkeit sowie Lufttemperatur und -druck, ändert, kann die aerodynamische Außenkontur eines herkömmlichen Fahrzeugs daher nur für bestimmte Fahrzustände optimal ausgelegt sein. Folglich können je nach Fahrsituation mehr oder weniger günstige Strömungsverhältnisse am Fahrzeug auftreten.
Zum Bestimmen der aktuellen Luftströmungsverhältnisse an einer oder mehrerer Außenflächen 211, 212, 213, 214 des Fahrzeugs 200, weist das Fahrzeug 200 ein erfindungsgemäßes System 100 auf, welches lokale Luftströmungsverhältnisse mittels Ultraschall ermittelt. Das System 100 umfasst mehrere an der Außenseite 210 des Fahrzeugs 200 verteilt angeordnete Ultraschallsender 111_i und Ultraschallempfänger 112_i . Diese können dabei sowohl als separate Bauteile ausgebildet sein oder, wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Fall, jeweils paarweise in einem gemeinsamen Ultraschallsensor 110i integriert sein. Das in 1 gezeigte Fahrzeug 200 umfasst auf einer ersten Außenfläche 211, welche der linken Seitenfläche des Anhängers entspricht, eine Anordnung 101 aus insgesamt sechs Ultraschallsensoren 110₁ - 110₆ , in denen jeweils ein Ultraschallsender 111₁ - 111₆ und ein Ultraschallempfänger 112₁ - 112₆ integriert sind. Während der Messung senden die Ultraschallsender 111₁ - 111₆ der Ultraschallsensoren 110₁ - 110₆ jeweils Ultraschallsignale aus, welche von den Ultraschallempfängern 112₁ - 112₆ der jeweils benachbarten Ultraschallsensoren 110₁ - 110₆ empfangen werden. Die hier mittels Pfeilen angedeuteten Ultraschallsignale durchlaufen dabei jeweils verschiedene entlang der ersten Außenfläche 211 verlaufende Messstrecken 114_1,2 , 114_1,5 , 114_1,6 , 114_2,3 , 114_2,4 , 114_2,5 , 114_2,6 , 114_3,4 , 114_3,5 , 114_4,5 , 114_5,6 . Dabei wird jedes Ultraschallsignal von den entlang der jeweiligen Messstrecken 114_i,j vorliegenden Luftströmungen individuell beeinflusst. Je nach Richtung und Geschwindigkeit dieser Luftströmungen werden hierbei bestimmte Parameter der Ultraschallsignale, wie zum Beispiel Laufzeit, Frequenz, Phase oder Amplitude, unterschiedlich stark verändert. Durch Messen und Auswerten dieser Änderungen der Ultraschallsignale kann das System 100 bzw. eine Steuereinrichtung des Systems 100 Rückschlüsse auf die aktuellen Luftströmungsverhältnisse entlang der jeweiligen Messstrecken 114_i,j ziehen.
Die Position bzw. Anordnung der Ultraschallsender und Ultraschallempfänger am Fahrzeug 200 sowie ihre gegenseitigen Abstände können je nach Anwendung unterschiedlich ausfallen. Vorzugsweise sind die Ultraschallsender und Ultraschallempfänger an mehreren Außenflächen 211, 212, 213, 214 des Fahrzeugs 200 angeordnet. Dabei können neben speziell für diesen Zweck vorgesehenen Ultraschallsendern und Ultraschallempfängern auch bereits im Fahrzeug vorhandene Ultraschall-Komponenten verwendet werden. Hierzu zählen beispielsweise Ultraschallsensoren eines Fahrerassistenzsystems, wie Park-Assist-System oder Seitenraumüberwachung.
Das System 100 kann ferner weitere Sensoren 140, 130 umfassen, welche verschiedene Umwelteigenschaften, wie zum Beispiel Luftdruck, Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit, messen oder Beschleunigungskräfte des Fahrzeugs erfassen.
In der 1 verlaufen die Messstrecken 114_i,j jeweils entlang im wesentlichen ebener Außenflächen 211, 212, 213, 214. Grundsätzlich können der Ultraschallsender und der jeweils zugeordnete Ultraschallempfänger auch auf verschiedenen Außenflächen 211, 212, 213, 214 bzw. Seiten des Fahrzeugs 200 angeordnet sein.
Die 2 verdeutlicht einen Messvorgang mittels Ultraschall anhand einer stark vereinfacht dargestellten Messanordnung bestehend aus dem Ultraschallsender 111₁ des ersten Ultraschallsensors 110₁ und dem Ultraschallempfänger 112₂ des zweiten Ultraschallsensors 110₂ . Während des Messvorgangs sendet der Ultraschallsender 111₁ ein Ultraschallsignal 113, aus, welches sich unter anderem entlang der Messstrecke 114_1,2 ausbreitet und anschließend von dem zugeordneten Ultraschallempfänger 112₁ empfangen wird. Eine entlang der Messstrecke 114_1,2 vorhandene Luftströmung 500 wirkt sich als Störung auf das Ultraschallsignal 113₁ aus und beeinflusst somit seine Ausbreitung. Dieser Einfluss macht sich in einer spezifischen Änderung eines oder mehrerer Parameter des durch den Ultraschallempfänger 112₂ empfangenen Ultraschallsignals 113₁ bemerkbar, welche vom System 100 ermittelt und zur Bestimmung der Luftströmungen 500 entlang der Messstrecke 114_1,2 verwendet werden.
Die 3 zeigt das System 100 aus 1 in einer Blockdarstellung. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist dabei nur eine Auswahl der in 1 gezeigten Anordnung 101 umfassend insgesamt vier an der ersten Seitenfläche 211 des Fahrzeugs 200 angeordnete Ultraschallsensoren 110_1, 110₂ , 110₅ , 110₆ , dargestellt. Ferner wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit auf eine Beschriftung der Messstrecken und der Ultraschallsignale verzichtet. Im vorliegenden Beispiel umfasst das System 100 ferner einen oder mehrere Sensoren 140 zum Messen des Luftdrucks und/oder der Lufttemperatur und/oder der Luftfeuchtigkeit sowie wenigstens einen weiteren Sensor 130 zum Erfassen der Fahrzeugdynamik, wie zum Beispiel der auf das Fahrzeug 200 wirkenden Beschleunigungskräfte. Dabei sind die Ultraschallsensoren 110_i und die zusätzlichen Sensoren 140, 130 vorzugsweise an eine gemeinsame Steuereinrichtung 120 angeschlossen. Das System 100 umfasst ferner eine Auswerteeinrichtung 121, welche im vorliegenden Beispiel als Teil der Steuereinrichtung 120 ausgebildet ist. Die Steuereinrichtung 120 steuert den Betrieb der Ultraschallsender 111_i und wertet die Signale der Ultraschallempfänger 112i aus. Dabei werden die durch Luftströmungen 500 entlang der Messstrecken bedingten Änderung der Ultraschallsignale erfasst. Eine darauffolgende Auswertung der ermittelten Signaländerungen erlaubt dem System 100 eine Ermittlung der entlang der Messstrecke 114_1,2 vorherrschenden Luftströmungen 500 und in einem weiteren Schritt eine Bestimmung der aktuellen Luftströmungsverhältnisse an wenigstens einer Außenfläche 211, 212, 213, 214 des Fahrzeugs 200. Dies erfolgt vorzugsweise mithilfe einer Auswerteeinrichtung 121, welche im vorliegenden Beispiel als integraler Teil der Steuereinrichtung 120 ausgebildet ist. Alternativ können die Steuereinrichtung 120 und die Auswerteeinrichtung 121 auch als separate Komponenten ausgebildet sein. Ferner kann das System auch eine vorzugsweise drahtlose Kommunikationseinrichtung 150 zum Austausch von Daten und Steuerbefehlen mit entsprechenden Systemen benachbarter Fahrzeuge bzw. mit entfernten zentralen Systemen, wie zum Beispiel einem Cloud-basierten System.
Nachdem die aktuellen Luftströmungsverhältnisse an wenigstens einer Außenfläche 211, 212, 213, 214 des Fahrzeugs 200 ermittelt wurden, kann das System 100 auf Grundlage dieser Ergebnisse bestimmte Maßnahmen einleiten, um die aerodynamischen Eigenschaften des Fahrzeugs 200 zu optimieren bzw. in gewünschter Weise anzupassen. Hierzu ist die Steuereinrichtung 120 mit weiteren Komponenten des Fahrzeugs 200 verbunden. Im vorliegenden Beispiel ist die Steuereinrichtung 120 mit einer Fahrzeugsteuerung 240 verbunden, welche den Betrieb des Fahrzeugs 200 steuert. Die Fahrzeugsteuerung 240 ändert dabei den Fahrzustand des Fahrzeugs 200 auf Grundlage der von der Steuereinrichtung 120 zur Verfügung gestellten Daten oder Befehlen. Hierbei kann die Fahrzeugsteuerung 240 die aerodynamischen Eigenschaften des Fahrzeugs 200 beispielsweise durch Ändern der Fahrgeschwindigkeit, des Lenkwinkel oder des Fahrzeugniveaus über der Fahrbahn in gewünschter Weise anpassen.
Als eine weitere Maßnahme zum Ändern der aerodynamischen Eigenschaften des Fahrzeugs kann das System 200 auch die Aerodynamik des Fahrzeugs 200 mithilfe einer oder mehrerer verstellbaren Außenflächenstrukturen 250 anpassen. Hierzu ist die in 3 gezeigte Steuereinrichtung 120 mit einer verstellbaren Außenflächenstruktur 250 verbunden. Die Ansteuerung der verstellbaren Außenflächenstruktur 250 kann dabei alternativ auch über eine der verstellbaren Außenflächenstruktur 250 vorgeschaltete Steuerung erfolgen. Hierbei kann es sich beispielsweise um die Fahrzeugsteuerung 240 oder um eine weitere hier nicht gezeigt Steuereinrichtung handeln (hier nicht gezeigt).
Im Folgenden werden anhand der 4 bis 7 bestimmte Aspekte der Messung von Luftströmungen mittels Ultraschallsignalen erläutert. Dabei werden beispielhaft der Einfluss verschiedener Luftströmungen und die Möglichkeit zur Erfassung eines Signals mit mehreren Ultraschallempfängern aufgezeigt.
Durch Messen und Auswerten verschiedener Parameter des empfangenen Ultraschallsignals 113₁ , wie zum Beispiel Laufzeit, Phase, Frequenz und Amplitude, lässt sich auf die Stärke der Auslenkung des jeweiligen Ultraschallsignals und damit indirekt auf die Richtung und Geschwindigkeit der Luftströmung 500 im Bereich der Messstrecke 114_1,2 schließen.
Hierzu zeigt die 4 eine zu der Messanordnung aus 2 analoge Anordnung umfassend einen Ultraschallsender 111₁ und einen dazu in einen definierten Abstand angeordneten Ultraschallempfänger 112₂ . Im vorliegenden Fall liegt entlang der Messstrecke 114_1,2 eine senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Ultraschallsignals 113₁ verlaufende Luftströmung 500 vor. Durch den Einfluss dieser Luftströmung 500 erfährt das das Ultraschallsignal 113₁ eine Ablenkung in Richtung der Luftströmung 500. Das vom Sender 111₁ des ersten Ultraschallsensors 110₁ emittierte Ultraschallsignal 113₁ wird den Ultraschallempfänger 112₂ des zweiten Ultraschallsensoren 110₂ somit über die gerade Messstrecke 114_1,2 (gestrichelte Linie) nicht erreichen. Vielmehr durchläuft das am Ultraschallempfänger 102₂ ankommende Ultraschallsignal 113₁ aufgrund der stetigen Ablenkung durch die Luftströmung 500 eine bogenförmige und daher längere Trajektorie. Hierdurch bedingt weist das am Ultraschallempfänger 112₂ ankommende Ultraschallsignal 113₁ eine entsprechende zeitliche Verzögerung, eine Phasenverschiebung und Änderung der Amplitude auf. Eine analoge Ablenkung und damit verbundene Änderung erfährt auch das vom Ultraschallsender 111₂ des zweiten Ultraschallsensors 110₂ entlang der Messstrecke 114_1,2 emittierte Ultraschallsignal 113₂ .
Eine Messsituation mit einer parallel zur Messstrecke verlaufenden Luftströmung 500 ist in der 5 dargestellt. In diesem Fall erfährt das Ultraschallsignal 113₁ keine Ablenkung transversal zu seiner Ausbreitungsrichtung. Da die Luftströmung 500 entgegengesetzt zur Ausbreitungsrichtung des Ultraschallsignals 113₁ strömt, weist das am Ultraschallempfänger 112₂ ankommende Ultraschallsignal 113₁ des ersten Ultraschallsenders 111₁ eine zeitliche Verzögerung und eine Frequenzverschiebung in Richtung tieferer Frequenzen auf. Hingegen kommt das in Richtung der Luftströmung 500 verlaufende Ultraschallsignal 113₂ des zweiten Ultraschallsenders 111₂ entsprechend früher und mit einer höheren Frequenz beim ersten Ultraschallempfänger 112₁ an.
Die 6 zeigt eine Messsituation, bei der ein von einer orthogonalen Luftströmung 500 beeinflusstes Ultraschallsignal 113₆ mittels zwei verschiedenen Ultraschallempfängern 112₂ , 112₅ empfangen wird. Der entlang der oberen Messstrecke 114_6,2 gesendete erste Teil des Ultraschallsignals 113₆ erfährt aufgrund der längeren Laufzeit zum zweiten Ultraschallempfänger 112₂ eine stärkere Ablenkung in Richtung der Luftströmung 500 als der entlang der unteren Messstrecke 114_6,5 gesendete zweite Teil des Ultraschallsignals 113₆ . Hierdurch ergeben sich für die beiden Teile des Ultraschallsignals 113₆ jeweils unterschiedliche Änderungen der Parameter, wie zum Beispiel Laufzeit, Phase, Frequenz und Amplitude. Eine entsprechende Ablenkung und damit verbundene Signaländerung ergibt sich auch für die von den Ultraschallsendern 111₂ , 111₅ der beiden Ultraschallsensoren 110₂ , 110₅ gesendeten und vom Ultraschallempfänger 112₆ des Ultraschallsensors 110₆ empfangenen Ultraschallsignale 113₂ , 113₆ .
Die 7 zeigt hingegen eine Messsituation, bei der der Ultraschallempfänger 112₅ des fünften Ultraschallsensors 110₅ gleichzeitig die Ultraschallsignale 113₁ , 113₆ der beiden Ultraschallsender 111₁ , 111₆ empfängt. Auch in diesem Fall ergeben sich aufgrund unterschiedlicher Längen der beiden Messstrecken 114_1,5 , 114_6,5 unterschiedlich starke Ablenkungen der entsprechenden Messsignale 113₁ , 113₆ , welche sich in einer unterschiedlich starken Änderung der verschiedenen Parameter der beiden Messsignale 113₁ ,113₆ bemerkbar macht, wie zum Beispiel Laufzeit, Phase, Frequenz und Amplitude. Eine entsprechende Ablenkung und damit Signaländerung gilt auch für die von dem Ultraschallsender 111₅ des Ultraschallsensors 110₅ gesendeten und von den Ultraschallempfängern 112_1, 112₆ der Ultraschallsensoren 110₁ , 110₆ empfangenen Teile des Ultraschallsignals 113₆ .
Nach dem Messen der Signalparameter und dem Ermitteln der Luftströmungszustände entlang der entsprechenden Messstrecken bzw. Außenflächen des Fahrzeugs 200 kann das System 100 verschiedene Maßnahmen vornehmen, um die aerodynamischen Eigenschaften des Fahrzeugs 200 zu optimieren bzw. in gewünschter Weise anzupassen. Hierzu gehört auch das Aktivieren verstellbarer Außenflächenstrukturen 250, welche beispielsweise in Form von beweglichen Klappen an der Außenseite des Fahrzeugs 200 angeordnet sind. Die 8 zeigt beispielsweise ein Fahrzeug 200 in Form eines Lastkraftwagens bzw. Sattelschleppers, welcher mittels einer auf der Oberseite des Anhängers angeordneten verstellbaren Außenflächenstruktur 250 in Form einer um eine horizontale Drehachse 251 drehbaren Klappe ausgestattet ist. Die Außenflächenstruktur 250 kann in dabei in verschiedenen Positionen aufgestellt werden, um die Luftströmungen im hinteren Bereich des Fahrzeugs 200 zu beeinflussen. Eine mögliche ausgefahrene Position ist in der 8 mittels einer gestrichelten Linie beispielhaft dargestellt.
Die 9 zeigt hingegen einen Lastkraftwagen 200, welcher mit einer sogenannten Airbreak-Funktion zur Erhöhung des Luftwiderstands während eines Bremsvorgangs ausgestattet ist. Hierzu weist das Fahrzeug 200 ein Klappensystem mit einer oder mehreren verstellbaren Außenflächenstrukturen 250 auf, welches sich beim Aktivieren aufstellt und somit eine Abbremsung des gesamten Sattelzuges verursacht. Diese Funktion kann beispielsweise im Notfall genutzt werden um potentielle Kollisionen zu vermeiden. Beim Aktivieren der Airbreak-Funktion kann das System 100 durch Ermitteln der am Fahrzeug 200 aktuell herrschenden Luftströmungszustände den Aufstellwinkel der Klappen 250 und damit und damit die damit erzielte Bremswirkung optimal steuern. Darüber hinaus kann das System 100 die Klappen 250 der Airbreak-Funktion auch in regulären Fahrsituationen zum Anpassen der Aerodynamik des Fahrzeugs nutzen. In diesem Fall werden die Klappen 250 vorzugsweise nur geringfügig ausgefahren.
Die Klappen 250 sind vorzugsweise im Heckbereich des Trailers angeordnet. Hierdurch wird eine optimale Bremswirkung erzielt. Ferner kann durch ein strömungsoptimiertes Design mit einem nach hinten abfallenden Heck des Trailers auch die zulässige Höhe bei Aktivierung eingehalten werden.
Das Aufstellen des Klappensystems 250 kann beispielsweise mittels pneumatischer Zylinder und entsprechender Scharniere erfolgen. Dabei können die pneumatischen Zylinder elektrisch über Magnetventile angesteuert werden. Zur Strom- und Druckluftversorgung können die am Trailer standardmäßig vorhandenen Systeme genutzt werden. Hierdurch kann ein Nachrüsten von bspw. Kompressoren vermieden werden.
Schließlich zeigt die 10 eine Anwendung des Systems 100 zur Optimierung der aerodynamischen Eigenschaften eines in einer Fahrzeugkolonne 300 fahrenden Fahrzeugs 200. Dargestellt sind dabei drei in definierten Abständen 301, 302 hintereinanderfahrende Lastkraftwagen 200₁ , 200₂ , 200₃ . Dabei sind die Fahrzeuge 200₁ , 200₂ , 200₃ vorzugsweise mittels einer sogenannten elektronischen Deichsel miteinander verbunden, welche den gegenseitigen Abstand und das Fahrverhalten der in der Fahrzeugkolonne 300 zusammengeschlossenen Fahrzeuge 200₁ , 200₂ , 200₃ kontrolliert. Im vorliegenden Beispiel ist wenigstens eines der Fahrzeuge 200₁ , 200₂ , 200₃ mit einem erfindungsgemäßen System 100 ausgestattet, welches mittels Ultraschallsignalen die Luftströmungsverhältnisse entlang der Außenseite wenigstens eines der Fahrzeuge 200₁ , 200₂ , 200₃ ermittelt. Im Anschluss daran verändert das System 100 wenigstens eine aerodynamische Eigenschaft bei einem oder bei mehreren Fahrzeugen 200₁ , 200₂ , 200₃ , um den Luftwiderstand einzelner Fahrzeuge 200₁ , 200₂ , 200₃ oder der gesamten Fahrzeugkolonne 300 zu optimieren. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die verstellbaren Außenflächenstrukturen 250 der ersten beiden Fahrzeuge 200₁ , 200₂ ausgefahren, um eine günstige Luftströmung für das jeweils nachfolgende Fahrzeug zu erreichen. Dabei kann der Winkel der Außenflächenstrukturen 250 in Abhängigkeit von den Luftströmungsverhältnissen der Fahrzeugkolonne 300 angepasst werden. Ferner kann das System 100 den Abstand 301, 302 zwischen den Fahrzeugen 200₁ , 200₂ , 200₃ entsprechend anpassen, um die Luftströmungen an den Fahrzeugen und damit den Luftwiderstand der gesamten Fahrzeugkolonne 300 zu optimieren. Jedes Fahrzeug zieht hinter sich ein ausgeprägtes Totwasser her, welches die Staudruckbeauftragung des nachfolgenden Fahrzeugs vermindert. Gleichzeitig wirkt das Staudruckgebiet des nachfolgenden Fahrzeugs sich positiv auf den Nachlauf des vorausfahrenden Fahrzeugs aus. Somit lassen sich durch Änderung des Fahrzeugabstands die aerodynamischen Wechselwirkungen zwischen den Fahrzeugen gezielt verändern. Da bei einer Windschattenfahrt beide Fahrzeuge einen Vorteil haben, lässt sich durch die mittels einer Fahrzeugkolonne erzielte aerodynamische Wechselwirkung zwischen den einzelnen Fahrzeugen eine deutliche Reduktion des Luftwiderstands und damit des Kraftstoffverbrauchs der gesamten Fahrzeugkolonne 300 erzielen. Dieser Effekt ist bei Nutzfahrzeugen mit ihren großen Nachlaufgebieten besonders stark ausgeprägt.
Darüber hinaus kann das System 100 auch das Niveau eines oder mehrerer Fahrzeuge 200₁ , 200₂ , 200₃ über der Fahrbahn 400 entsprechend anzupassen, um die Luftströmungsverhältnisse an einem oder an mehreren Fahrzeugen der Fahrzeugkolonne 300 zu in gezielter Weise zu ändern.
Je nach Anwendung kann das System 100 die gewünschten Maßnahmen sowohl für einzelne Fahrzeuge 200₁ , 200₂ , 200₃ als auch für mehrere oder alle Fahrzeuge 200₁ , 200₂ , 200₃ der Fahrzeugkolonne 300 durchführen.
Da der Abstand der Fahrzeuge 200₁ , 200₂ , 200₃ untereinander und ihre jeweilige Position innerhalb der Fahrzeugkolonne 300 elektronisch überwacht werden, können Messungen der Luftströmungszustände mittels Ultraschall auch fahrzeugübergreifend erfolgen. Beispielweise kann ein am ersten Fahrzeug 200₁ angeordneter Ultraschallsender ein Ultraschallsignal aussenden, welches von einem an dem zweiten Fahrzeug 200₂ angeordneten Ultraschallempfänger empfangen wird. Hierdurch lassen sich auch die Luftströmungszustände in dem Zwischenraum zwischen den Fahrzeugen 200₁ , 200₂ , 200₃ ermitteln und zur Optimierung des Luftwiderstands der Fahrzeugkolonne 300 nutzen.
Das System 100 kann grundsätzlich bereits bei der Vorbereitung einer Kolonnenfahrt, also wenn das betreffende Fahrzeug sich noch im sogenannten „Single Mode Drive“ befindet, eine Messung des Luftwiderstands bzw. der Luftströmungen durchführen, um gegebenenfalls die aerodynamischen Eigenschaften des Fahrzeugs für die Kolonnenbildung mit anderen Fahrzeugen anzupassen.
Während der Kolonnenfahrt kann das System 100 ferner die durch die Bildung der Fahrzeugkolonne 300 erzielte Reduktion des Luftwiderstands und der damit verbundenen Kraftstoffersparnis für die gesamte Fahrzeugkolonne 300 oder für jedes einzelne der Fahrzeuge 200₁ , 200₂ , 200₃ ermitteln. So ergibt sich beispielsweise für eine Fahrzeugkolonne 300 aus drei Lastkraftwagen mit 40 t Gewicht, 320 KW und 30 l / 100 km Kraftstoffverbrauch und einem gegenseitigen Abstand von 10m beispielsweise für das erste Fahrzeug 200₁ eine Reduktion des Cw-Werts um 8 %. Dies entspricht einer Kraftstoffersparnis von 3 % bzw. 0,9 l / 100 km. Für das zweite Fahrzeug 200₂ der Fahrzeugkolonne 300 ergibt sich eine Reduktion des Cw-Werts um 40 %. Dies entspricht einer Kraftstoffersparnis von 14 % bzw. 4,2 l / 100 km. Für das dritte und letzte Fahrzeug 200₃ der Kolonne 300 ergibt sich durch die Kolonnenfahrt eine Reduktion des Cw-Werts um 32 %, was einer Kraftstoffersparnis von 11 % bzw. 3,3 l / 100 km entspricht. Aus diesen Werten kann das System 100 ein die durchschnittliche Kraftstoffersparnis von 2,8 l / 100 km errechnen. Ferner kann das System 100 ein Verrechnungssystem bereitstellen, welches anhand dieser Informationen eine gleichmäßige Verrechnung der Kraftstoffersparnis für alle Kolonnenteilnehmer über die gemeinsam zurückgelegte Wegstrecke durchführt. Entsprechende Informationen können auch über drahtlose Verbindungen zwischen den Fahrzeugen ausgetauscht werden. Ferner kann das System 100 entsprechende Informationen ein Cloud-System bereitstellen, welches die Verteilung und Verrechnung der Kostenersparnis für alle Kolonnenteilnehmer vornimmt. Hierzu kann das System 100 entsprechende drahtlose Kommunikationseinrichtungen umfassen.
Das System 100 kann grundsätzlich über eigene verstellbare Außenflächenstrukturen verfügen oder aber auf bereits im Fahrzeug vorhandene verstellbare Strukturen zurückgreifen. Solche verstellbaren Strukturen sind beispielsweise im Bereich von Sportwagen als sogenannte „Active Aerodynamic“-Funktion bekannt. Hierbei handelt es sich um eine Kombination eines mehrstufigen verstellbaren Bugspoilers und Heckflügels. Dabei werden der Bugspoiler, welche aus einem flexiblen, pneumatischer ausfahrbaren Elastomer besteht, und der Heckflügel in drei Position synchron aus- bzw. eingefahren. Hingegen fährt bei dem sogenannten „aktiven Aerodynamik-Profil“ ab einer Geschwindigkeit von 80 km ein leichtes Karbon-Element automatisch um ca. 40 mm nach unten aus und verändert so den Luftstrom deutlich.
Ferner lässt sich das System 100 auch im Rahmen eines aktiven Luftregelsystems verwenden. Hierbei handelt es sich um senkrechte Lamellen, die sich im unteren Bereich direkt hinter der Frontschürze verbergen und im Regelfall geschlossen sind. Sobald an bestimmten Komponenten eine definierte Temperatur überschritten wird und damit der Kühlbedarf besonders hoch ist, werden die Lamellen geöffnet, wodurch besonders viel Kühlluft zu den Wärmetauschern strömen kann. Da der Öffnungswinkel der Lamellen das Strömungsverhalten der am Fahrzeug vorbeiströmenden Luft beeinflusst, kann das System 100 das aktive Luftregelsystem zur Steuerung der aerodynamischen Eigenschaften des Fahrzeugs verwenden.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt. Vielmehr können hieraus auch andere Variationen vom Fachmann abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Verfahren zum Bestimmen von Luftströmungsverhältnissen an einem fahrenden Fahrzeug (200), wobei ein Ultraschallsignal (113i) mithilfe eines an einer Außenseite (210) des Fahrzeugs (200) angeordneten Ultraschallsenders (111_i) gesendet wird, wobei das Ultraschallsignal (113_i) nach Durchlaufen einer definierten Messstrecke (114_,j) von einem an der Außenseite (210) des Fahrzeugs (200) angeordneten Ultraschallempfänger (112_i) empfangen wird, wobei wenigstens ein von den Luftströmungsverhältnissen entlang der Messstrecke (114_j,j) abhängiger Parameter des empfangenen Ultraschallsignals (113_i) ermittelt wird, und wobei die aktuellen Luftströmungsverhältnisse an wenigstens einer Außenfläche (210) des Fahrzeugs (200) durch Auswerten des ermittelten Parameters des empfangenen Ultraschallsignals (113_i) bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei als Parameter eine Laufzeit, eine Phasenverschiebung, eine Frequenzänderung und/oder eine Amplitudenänderung des empfangenen Ultraschallsignals (113_i) ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein oder mehrere Ultraschallsignale (113_i) entlang verschiedener Messstrecken (114_i,j) an der Außenseite (210) des Fahrzeugs (200) gesendet werden und mittels eines oder mehrerer Ultraschallempfänger (112_i) empfangen werden, wobei der Parameter für die empfangenen Ultraschallsignale (113_i) jeweils individuell ermittelt wird, und wobei die aktuellen Luftströmungsverhältnisse an der wenigstens einen Außenfläche (210) des Fahrzeugs (200) durch gemeinsames Auswerten der entlang der verschiedenen Messstrecken (114_i,j) der Außenseite (210) des Fahrzeugs (200) empfangenen Ultraschallsignale (113_i) jeweils individuell ermittelten Parameter bestimmt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der aktuelle Luftdruck und/oder die aktuelle Lufttemperatur und/oder die aktuelle Luftfeuchtigkeit der das Fahrzeug (200) umströmenden Außenluft ermittelt und als Korrekturfaktoren bei der Bestimmung der aktuellen Luftströmungsverhältnisse an der wenigstens einen Außenfläche (210) des Fahrzeugs (200) verwendet werden.
Verfahren zum Optimieren wenigstens einer aerodynamischen Eigenschaft eines fahrenden Fahrzeugs (200), wobei die Luftströmungsverhältnisse an wenigstens einer Außenfläche (210) des Fahrzeugs (200) mittels des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ermittelt werden, und wobei die wenigstens eine aerodynamische Eigenschaft des Fahrzeugs (200) auf Grundlage der ermittelten Luftströmungsverhältnisse geändert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die wenigstens eine aerodynamische Eigenschaft des Fahrzeugs (200) mithilfe wenigstens einer der folgenden Maßnahmen geändert wird: - Ändern der Kontur wenigstens einer Außenfläche (211, 212, 213, 214) des Fahrzeugs (200) mithilfe einer verstellbaren Außenflächenstruktur (250), - Ändern des Niveaus des Fahrzeugs (200) über einer Fahrbahn (400) durch aktives Absenken und/oder Anheben des Fahrzeugs (200), - Ändern der Position und/oder der Geschwindigkeit des Fahrzeugs (200) innerhalb einer mehrere Fahrzeuge (310, 320, 330) umfassenden Fahrzeugkolone (300), - Korrigieren der Fahrtrichtung des Fahrzeugs (200), um den Einfluss eines auf das Fahrzeug (200) einwirkenden Seitenwinds zu kompensieren.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die wenigstens eine aerodynamische Eigenschaft des Fahrzeugs (200) geändert wird, um eine Luftströmung an einer Außenfläche (211, 212, 213, 214) des Fahrzeugs (200) einem aktuellen Kühlbedarf des Fahrzeugs (200) anzupassen.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei die wenigstens eine aerodynamische Eigenschaft des Fahrzeugs (200) geändert wird, um den Luftwiderstand des Fahrzeugs (200) während eines Bremsvorgangs zu erhöhen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei ferner mithilfe eines Beschleunigungssensors (130) eine Beschleunigung des Fahrzeugs (200) erfasst wird, wobei die erfasste Beschleunigung zusammen mit den Messergebnissen der Ultraschallmessung ausgewertet werden, um das Auftreten eines auf das Fahrzeug (200) wirkenden Seitenwinds zu ermitteln, und wobei auf Grundlage der Auswertung eine Korrektur der Lenkradposition durchgeführt wird, um den Einfluss des ermittelten Seitenwinds auf das Fahrzeugs (200) zu kompensieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei die Optimierung der wenigstens einen aerodynamischen Eigenschaft des Fahrzeugs im Rahmen eines autonomen Fahrens und/oder einer Kolonnenfahrt erfolgt.
System (100) zum Bestimmen von Luftströmungsverhältnissen an einem fahrenden Fahrzeug (200) umfassend: - eine Anordnung (101) aus einem oder mehreren Ultraschallsendern (111_i) zum Aussenden von Ultraschallsignalen (113_i) und einem oder mehreren Ultraschallempfängern (112_i) zum Empfangen der Ultraschallsignale (113_i), wobei die Ultraschallsender (111_i) und Ultraschallempfänger (112_i) in vorgegebenen Abständen voneinander an der Außenseite (210) des Fahrzeugs (200) verteilt angeordnet sind, - eine Steuereinrichtung (120) zum individuellen Ansteuern der Ultraschallsender (111_i) und der Ultraschallempfänger (112i), wobei die Steuereinrichtung (120) ausgebildet ist, wenigstens einen von den Luftströmungsverhältnissen an der Außenseite (210) des Fahrzeugs (200) abhängigen Parameter des empfangenen Ultraschallsignals (113i) zu ermitteln, und wobei die Steuereinrichtung (120) ferner ausgebildet ist, die aktuellen Luftströmungsverhältnisse an wenigstens einer Außenfläche (211, 212, 213, 214) des Fahrzeugs (200) durch Auswerten des ermittelten Parameters des empfangenen Ultraschallsignals (113_i) zu bestimmen.
System (100) nach Anspruch 11, wobei das System (100) ausgebildet ist, als Parameter eine Laufzeit, eine Phasenverschiebung, eine Frequenzmodulation und/oder eine Amplitudenänderung des empfangenen Ultraschallsignals (113i) zu ermitteln.
System (100) nach Anspruch 11 oder 12, wobei das System (100) zum Erfassen von Ultraschallsignalen (113_i) in mehreren Bereichen der Außenseite (210) des Fahrzeugs (200) eine Anordnung (101) aus mehreren Ultraschallsendern (111_i) und Ultraschallempfängern (112_i) umfasst, wobei die Ultraschallsender (111_i) und Ultraschallempfänger (112_i) in vorgegebenen Abständen voneinander an der Außenseite (210) des Fahrzeugs (200) verteilt angeordnet sind, und wobei die Steuereinrichtung (120) ausgebildet ist, die aktuellen Luftströmungsverhältnisse an der wenigstens einen Außenfläche (211, 212, 213, 214) des Fahrzeugs (200) durch gemeinsames Auswerten des ermittelten Parameters der empfangenen Ultraschallsignale (113_i) zu bestimmen.
System (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, ferner umfassend wenigstens einen an der Außenseite (210) des Fahrzeugs (200) angeordneten Sensor (140) zum Ermitteln des aktuellen Luftdrucks und/oder der aktuellen Lufttemperatur und/oder der aktuellen Luftfeuchtigkeit einer das Fahrzeug (200) umströmenden Außenluft, wobei die Steuereinrichtung (120) ausgebildet ist, den ermittelten aktuellen Luftdruck und/oder die ermittelte aktuelle Lufttemperatur und/oder die aktuelle Luftfeuchtigkeit als Korrekturfaktoren bei der Bestimmung der Luftströmungsverhältnisse an der Außenseite (210) des Fahrzeugs (200) zu verwenden.
System (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei wenigstens ein Ultraschallsender (111_i) und/oder Ultraschallempfänger (112_i) der Anordnung (101) in Form eines Ultraschallsensors (110_i) zur Abstands- oder Totraumüberwachung ausgebildet ist.