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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem ersten Kraftfahrzeugabschnitt und einem relativ zu diesem beweglichen zweiten Kraftfahrzeugabschnitt, wobei das Kraftfahrzeug weiter eine Aktuatoranordnung aufweist, durch welche der zweite Kraftfahrzeugabschnitt zur Relativbewegung zum ersten Kraftfahrzeugabschnitt antreibbar ist, und wobei das Kraftfahrzeug eine mit der Aktuatoranordnung signal- oder/und energieübertragungsmäßig gekoppelte Steuervorrichtung aufweist, welche den Betrieb der Aktuatoranordnung steuert, wobei die Aktuatoranordnung wenigstens zwei gesonderte und räumlich entfernt voneinander angeordnete Aktuatoren aufweist, welche jeweils schaltbar sind zwischen einem Betriebszustand, in welchem ein Ausgangsglied des Aktuators eine Kraft oder/und eine Bewegung ausgibt, und einem Passivzustand, in welchem das Ausgangsglied des Aktuators keine Kraft oder/und keine Bewegung ausgibt.
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Manche zweite Kraftfahrzeugabschnitte, wie beispielsweise aktive Frontspoiler oder aktive Heckspoiler, sind relativ zum restlichen Fahrzeug als einem möglichen ersten Kraftfahrzeugabschnitt so raumgreifend, dass ihre betriebsbedingt erforderliche Lageänderung relativ zum ersten Kraftfahrzeugabschnitt nicht mehr nur durch einen einzelnen Aktuator, sondern durch eine Aktuatoranordnung mit mehreren Aktuatoren bewirkt werden kann. Aufgrund der Größe mancher zweiter Kraftfahrzeugabschnitte - ein aktiver Frontspoiler kann sich im Wesentlichen über die gesamte Fahrzeugbreite erstrecken - können bei deren Verlagerung relativ zum ersten Fahrzeugabschnitt unerwünschte Effekte auftreten, die eine schnelle und korrekte Verlagerung behindern. Ein solcher unerwünschter Effekt, welcher auf einen großen Abstand von Führungsformationen bei gleichzeitig bezüglich des großen Abstands kleiner Führungslänge zurückgeht, ist die häufig als „Schubladeneffekt“ bezeichnete Sonderform des bekannten Stick-Slip-Effekts. Ein betragsmäßig wesentlich größerer Abstand der Führungsformationen voneinander als die durch sie bewirkte Führungslänge ist beispielsweise für aktive Front- oder Radspoiler typisch. Derartige aktive Spoiler erstrecken sich über einen signifikanten Teil der Fahrzeugbreite. Ihr Bewegungsweg beträgt dagegen oft nur wenige Zentimeter im Bereich der Bodenfreiheit des Kraftfahrzeugs.
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Zur Vermeidung der genannten unerwünschten Effekte ist es notwendig, allgemein die den zweiten Kraftfahrzeugabschnitt zur Verlagerungsbewegung relativ zum ersten Kraftfahrzeugabschnitt antreibenden Aktuatoren der hierfür dem zweiten Kraftfahrzeugabschnitt zugeordneten Aktuatoranordnung synchron zu betreiben. Dies bedeutet im Idealfall, dass die Ausgangsglieder der Aktuatoren der Aktuatoranordnung gleichzeitig eine gleich schnelle Bewegung oder/und eine gleich hohe Kraft ausgeben. Mit dem Begriff „Kraft“ ist dabei nicht nur translatorische Kraft, sondern auch ein Drehmoment bezeichnet.
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Dieser Synchronbetrieb soll dabei mit einem wirtschaftlich möglichst geringen Aufwand erreicht werden.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das eingangs genannte Kraftfahrzeug derart weiterzubilden, dass ein gewünschter Synchronbetrieb mit gleichzeitigem Betrieb von wenigstens zwei Aktuatoren der Aktuatoranordnung mit möglichst geringem wirtschaftlichem Aufwand erreicht werden kann.
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Diese Aufgabe löst die vorliegende Erfindung an dem eingangs genannten Kraftfahrzeug dadurch, dass die Aktuatoren in einem Synchronbetrieb synchron betreibbar sind, wobei zur Sicherstellung des Synchronbetriebs ein Aktuator der Aktuatoranordnung als Master-Aktuator unmittelbar mit der Steuervorrichtung gekoppelt ist und der wenigstens eine weitere Aktuator der Aktuatoranordnung nur derart mit der Energieversorgung des Master-Aktuators verbunden ist, dass der wenigstens eine weitere Aktuator nur dann mit Betriebsenergie versorgt ist und sich im Betriebszustand befindet, wenn der Master-Aktuator durch die Steuervorrichtung in den Betriebszustand geschaltet ist.
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Es reicht daher aus, dass nur der Master-Aktuator zur Kommunikation mit anderen Fahrzeugbestandteilen über eine fahrzeuginterne Kommunikationsleitung, wie etwa einen Datenbus, koppelbar ist. Der wenigstens eine weitere Aktuator benötigt eine derartige bauteileigene Kommunikationsintelligenz nicht, da er unmittelbar durch die dem Master-Aktuator von der Steuervorrichtung zugeführte Betriebsenergie für die Dauer des Betriebszustands des Master-Aktuators auch selbst in den Betriebszustand mit genau derselben Betriebsenergie versetzt wird. Der wenigstens eine weitere Aktuator, vorzugsweise alle weiteren Aktuatoren der Aktuatoranordnung, ist daher bevorzugt zur kostengünstigen Bauweise nicht nur nicht an eine fahrzeuginterne Kommunikationsleitung angeschlossen, sondern ist auch nicht zum Anschluss an eine solche Kommunikationsleitung ausgebildet. Dadurch kann für den wenigstens einen weiteren Aktuator eine sehr einfache und damit kostengünstige Ausführungsform des Aktuators ohne Kommunikationsintelligenz und ohne Kommunikationsinfrastruktur gewählt werden.
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Zur Abgrenzung wird eine Energieversorgungsleitung nicht als Kommunikationsleitung verstanden. Kommunikationsleitungen im Sinne der vorliegenden Anmeldung übertragen Kommunikationssignale, welche einen Informationsgehalt transportieren, welche jedoch einen Energieinhalt aufweisen, der zum Betrieb eines Aktuators in einem Kraftfahrzeug nicht ausreicht. Als Kommunikationsleitungen im Sinne der vorliegenden Anmeldung werden solche Leitungen verstanden, welche nur Kommunikationssignale, also Daten, jedoch keine Betriebsenergie übertragen.
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Die Synchronisierung der Aktuatoren der Aktuatoranordnung erfolgt dann energieversorgungsbasiert, indem eine Energieversorgung während eines Betriebszustands des Master-Aktuators schlicht und einfach an den wenigstens einen weiteren Aktuator der Aktuatoranordnung durchgeleitet wird.
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In einem besonders einfachen Fall eines Synchronbetriebs kann es ausreichen, dass sich der Master-Aktuator und der wenigstens eine weitere Aktuator lediglich gleichzeitig im Betriebszustand befinden und gleichzeitig im Passivzustand befinden, ohne dass während des Betriebszustands von den beteiligten Aktuatoren betragsgleiche Bewegungen oder/und Kräfte ausgegeben würden. Bevorzugt ist jedoch ein Synchronbetrieb, in dem nicht nur die oben genannte Gleichzeitigkeit der beiden Zustände: Betriebszustand und Passivzustand, sondern innerhalb des Betriebszustands auch betragsgleiche Kräfte oder/und betragsgleiche Bewegungen durch die Ausgangsglieder der jeweiligen Aktuatoren ausgegeben werden. Dabei treten betragsgleiche Kräfte an unterschiedlichen Ausgangsgliedern gleichzeitig auf. Ebenso treten betragsgleiche Bewegungen, etwa gleiche Bewegungsgeschwindigkeiten, der unterschiedlichen Ausgangsglieder gleichzeitig auf. Dies kann in einfacher Weise dadurch erreicht werden, dass der Master-Aktuator und wenigstens ein weiterer Aktuator derart baugleich sind, dass eine betragsmäßig gleiche Energiezufuhr bzw. Energieversorgung an die Aktuatoren betragsmäßig gleiche Ausgaben an den jeweiligen Ausgangsgliedern der Aktuatoren bewirkt. Vorzugsweise sind alle Aktuatoren der Aktuatoranordnung in dieser Weise baugleich.
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Grundsätzlich können der Master-Aktuator und der wenigstens eine weitere Aktuator bezüglich ihrer Energieversorgung parallel geschaltet sein. Bevorzugt sind jedoch der Master-Aktuator und der wenigstens eine weitere Aktuator bezüglich ihrer Energieversorgung in Reihe miteinander verbunden. Dann reicht eine unverzweigte und damit hinsichtlich ihres Installationsaufwands erheblich einfachere Energieversorgungsleitung aus, die Aktuatoren der Aktuatoranordnung mit Energie zu versorgen. Aus Gründen einer möglichst einfachen Energieversorgung der Aktuatoranordnung sind bevorzugt alle Aktuatoren der Aktuatoranordnung bezüglich ihrer Energieversorgung in Reihe miteinander verbunden.
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Grundsätzlich können die Aktuatoren der Aktuatoranordnung mit beliebiger Energieform zu einer Ausgabe von Kraft oder/und Bewegung angetrieben sein, beispielsweise können die Aktuatoren mit hydraulischer oder mit pneumatischer oder mit elektrischer Energie versorgt werden. Besonders elektrische Energie dürfte an jeder Art von Kraftfahrzeug zur Verfügung stehen. Pneumatische und hydraulische Energievorräte finden sich dagegen häufiger an Lastkraftwagen als an Personenkraftwagen. Eine elektrische Energieversorgung der Aktuatoren ist daher bevorzugt.
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Vorzugsweise ist die Steuervorrichtung baulich in den Master-Aktuator integriert, um am Kraftfahrzeug Bauraum zu sparen. Der Master-Aktuator unterscheidet sich daher von den weiteren Aktuatoren der Aktuatoranordnung bevorzugt dadurch, dass er der einzige Aktuator der Aktuatoranordnung ist, welcher über wenigstens rudimentäre Fähigkeiten der Datenverarbeitung verfügt. Beispielsweise kann der Master-Aktuator einen oder mehrere integrierte Schaltkreise aufweisen, die zu der genannten integrierten Steuervorrichtung beitragen. Vorzugsweise weist der Master-Aktuator auch einen durch die Steuervorrichtung wenigstens lesbaren Datenspeicher auf. In diesem Datenspeicher können Betriebsprogramme zum Betrieb des Master-Aktuators durch die baulich integrierte Steuervorrichtung gespeichert sein. Die übrigen Aktuatoren der Aktuatoranordnung können sogenannte „dumme“ Aktuatoren sein, die ohne jede Fähigkeit zur Datenverarbeitung nur ihre Aktuatorfunktion ausführen, und zwar nur dann, während sie mit Energie versorgt werden.
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Grundsätzlich kann die Aktuatoranordnung zur Verlagerung eines beliebigen zweiten Kraftfahrzeugabschnitts relativ zum ersten Kraftfahrzeugabschnitt verwendet werden. Wie eingangs dargelegt, liegt eine bevorzugte Anwendung der genannten Aktuatoranordnung in der Veränderung einer aerodynamischen Eigenschaft des Kraftfahrzeugs, sodass bevorzugt der erste Kraftfahrzeugabschnitt ein Fahrzeugkörper ist und der zweite Kraftfahrzeugabschnitt ein Bauteil ist, welches dazu ausgebildet ist, durch Verlagerung relativ zum Fahrzeugkörper eine aerodynamische Eigenschaft des Kraftfahrzeugs zu verändern. Ein solches Bauteil, das auch durch mehrere miteinander verbundene Teil-Bauteile gebildet sein kann, kann beispielsweise ein aktiver Frontspoiler oder aktiver Radspoiler, ein aktiver Heckspoiler und dergleichen sein.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es stellt dar:
- 1 eine grobschematische Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs der vorliegenden Erfindung mit einem zurückgezogenen aktiven Frontspoiler als einem zweiten Kraftfahrzeugabschnitt im Sinne der vorliegenden Anmeldung, und
- 2 die Ansicht von 1 mit ausgefahrenem aktivem Frontspoiler.
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In 1 ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs der vorliegenden Anmeldung allgemein mit 10 bezeichnet. Das lediglich grobschematisch dargestellte Kraftfahrzeug 10 ist von vorne zu sehen. Zwei Vorderräder 12 des Kraftfahrzeugs 10 tragen einen Fahrzeugkörper 14 über einem Untergrund U, auf dem das Kraftfahrzeug 10 abrollbar aufsteht. Der Fahrzeugkörper 14 bildet einen ersten Kraftfahrzeugabschnitt 16 im Sinne der vorliegenden Anmeldung.
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Im vorderen Endbereich des Kraftfahrzeugs 10, noch vor den Vorderrädern 12, ist ein aktiver Frontspoiler 18 angeordnet, welcher einen relativ zum Fahrzeugkörper 14 verlagerbaren zweiten Kraftfahrzeugabschnitt 20 im Sinne der vorliegenden Anmeldung bildet. Der aktive Frontspoiler 18 ist parallel zur Gierachse G des Kraftfahrzeugs 10 beweglich. Zur besseren Orientierung sind die übrigen Achsen des kartesischen Kraftfahrzeug-Koordinatensystems aus Gierachse G, Nickachse N und Rollachse R in einem Koordinatenachsen-Dreibein dargestellt.
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Um die Relativbewegung des aktiven Frontspoilers 18 relativ zum Fahrzeugkörper 14 zu bewirken, weist das Kraftfahrzeug 10 eine Aktuatoranordnung 22 mit im dargestellten Beispiel zwei Aktuatoren 24 und 26 auf. Der Aktuator 24 ist dabei ein Master-Aktuator mit Kommunikationsinfrastruktur sowie mit einer baulich in den Master-Aktuator 24 integrierten Steuervorrichtung 28. Der Aktuator 26 ist ein „dummer“ Aktuator, welcher ausschließlich Aktuatorfunktion besitzt.
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Die Steuervorrichtung 28 mit einem oder mehreren integrierten Schaltkreisen übernimmt auch die Kommunikationsaufgaben und damit die Datenkommunikation des „intelligenten“ Master-Aktuators 24 mit der Bordelektronik des übrigen Kraftfahrzeugs 10. Hierzu ist die Steuervorrichtung 28 und damit der Master-Aktuator 24 über eine lediglich angedeutete Datenleitung 30 mit der Bordelektronik des übrigen Kraftfahrzeugs 10 verbunden. Die Datenleitung 30 ist bevorzugt Teil eines Datenbusses.
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Die Aktuatoren 24 und 26 weisen jeweils ein Ausgangsglied 32 bzw. 34, etwa eine Kolbenstange oder eine Spindel oder eine andere Antreibseinrichtung, auf, welches mit seinem vom jeweiligen Aktuatorgehäuse fernliegenden Längsende mit dem Frontspoiler 18 zur gemeinsamen Bewegung verbunden ist. Die Aktuatorgehäuse der Aktuatoren 24 und 26 sind dagegen am Fahrzeugkörper 14 abgestützt.
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Zur Energieversorgung sind die beiden Aktuatoren 24 und 26 als elektrische Aktuatoren über eine die Aktuatoren 24 und 26 in Reihe verbindende Versorgungsleitung 36 mit der Fahrzeugbatterie 38 als eine elektrischen Energiequelle verbunden.
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Der Master-Aktuator 24 ist daher mit der Fahrzeugbatterie 38 Energie übertragend verbunden, wobei die Steuervorrichtung 28 des Master-Aktuators 24 abhängig von Datensignalen, welche die Steuervorrichtung 28 über die Datenleitung 30 enthält, eine Bestromung des Master-Aktuators 24 und damit eine Schaltung desselben von einem inaktiven Passivzustand zu einem Kraft und Bewegung ausgebenden Betriebszustand zulässt oder nicht zulässt.
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Der weitere Aktuator 26 ist dagegen ausschließlich durch die Versorgungsleitung 36 mit dem Master-Aktuator 24 verbunden, sodass der weitere Aktuator 26 immer dann im Betriebszustand ist, wenn auch der Master-Aktuator 24 im Betriebszustand ist, und immer dann im Passivzustand ist, wenn auch der Master-Aktuator 24 im Passivzustand ist. Hierdurch ist mit einfachsten Mitteln ein synchroner Betrieb der beiden Aktuatoren 24 und 26 gewährleistet, obwohl nur einer der beiden Aktuatoren, nämlich der Master-Aktuator 24, mit Signal- und Datenverarbeitungsinfrastruktur ausgerüstet ist.
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2 zeigt das Kraftfahrzeug 10 von 1 nach einer Verstellung des Frontspoilers 18 näher zum Untergrund U hin, wie es etwa dann geschieht, wenn das Kraftfahrzeug 10 dauerhaft mit einer Geschwindigkeit fährt, die für ein Fahren außerhalb von geschlossenen Ortschaften auf Landstraßen oder Autobahnen typisch ist, etwa mehr als 75 km/h.
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Der Frontspoiler 18 wurde durch synchrone Bewegung der Ausgangsglieder 32 und 34 problemlos parallel zur Gierachse G verlagert. Die synchrone Bewegung der Ausgangsglieder 32 und 34 ist hier deshalb besonders wichtig, da der Verstellweg des Frontspoilers 18 zwischen seinen beiden in den 1 und 2 dargestellten Endpositionen, verglichen mit dem Abstand der Ausgangsglieder 32 und 34 voneinander in einer Richtung orthogonal zum Verstellweg, kurz ist. Ein derartig unvorteilhaftes Verhältnis von Abstand von Führungs- oder/und Verstellmitteln einerseits und vom Verstellweg andererseits führt häufig bei der Verstellung zum sogenannten „Schubladeneffekt“, bei welchem eine kontinuierliche Verstellbewegung bereits durch geringfügiges Verkanten des zu verstellenden Objekts gehemmt wird.
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Die synchrone Bewegung der Ausgangsglieder 32 und 34 wird allein durch eine synchrone Energieversorgung gewährleistet, wobei lediglich ein Aktuator, nämlich der Master-Aktuator 24, eine Funktion zur Steuerung der Energieversorgung aufweist.
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Die Steuervorrichtung 28 des Master-Aktuators 24 kann über ein bloßes Ein- und Ausschalten hinaus die Energieversorgung des Master-Aktuators 24 betragsmäßig über die Dauer des Betriebszustands des Master-Aktuators 24 beeinflussen, etwa derart, dass die Bewegung des Ausgangsglieds 32 eine Anfahrrampe mit konstanter Beschleunigung aus dem Stillstand, eine Bewegungsphase mit konstant hoher Geschwindigkeit und eine Verzögerungsrampe mit konstanter negativer Beschleunigung bis zum Stillstand aufweist. Da alle weiteren Aktuatoren, hier: der weitere Aktuator 26, durch die gemeinsame Energieversorgung des Master-Aktuators 24 mit diesem synchronisiert sind, weist auch die Bewegung des Ausgangsglieds 34, sowie gegebenenfalls die Ausgangsglieder weiterer Aktuatoren, das gleiche Bewegungsverhalten wie das Ausgangsglied 32 des Master-Aktuators 24 auf.
