DE102018220958A1

DE102018220958A1 - Kraftfahrzeug mit Luftleitvorrichtung stromaufwärts der Radachsen

Info

Publication number: DE102018220958A1
Application number: DE102018220958.8A
Authority: DE
Inventors: Marco Kiewat
Original assignee: Audi AG; Technische Universitaet Muenchen
Current assignee: Audi AG; Technische Universitaet Muenchen
Priority date: 2018-12-04
Filing date: 2018-12-04
Publication date: 2020-01-02

Abstract

Beschrieben wird ein Kraftfahrzeug (10) miteiner Karosserie, die einen Unterboden (12) und einen mit dem Unter-boden (12) verbundenen Aufbau (40) aufweist,mehreren Fahrzeugrädern (14, 16), die an der Karosserie abgestützt sind, einer Luftleiteinrichtung (22), die am Unterboden (12) angeordnet ist.Dabei ist vorgesehen, dass die Luftleiteinrichtung (22) wenigstens ein flächiges, insbesondere plattenförmiges Luftleitelement (24, 26) umfasst, das in Längsrichtung (X) des Kraftfahrzeugs (10) vor einer Radachse (VA, HA) eines zugeordneten Fahrzeugrads (14, 16) angeordnet ist, wobei das Luftleitelement (24, 26) eine sich im Wesentlichen in Längsrichtung (X) des Kraftfahrzeugs (10) erstreckende Elementlänge (EL) und eine sich im Wesentlichen in Höhenrichtung (Z) des Kraftfahrzeugs (10) erstreckende, insbesondere veränderliche Elementbreite (EB) aufweist, wobei die Elementlänge (EL) wenigstens gleich der maximalen Elementbreite (EB) ist und wobei das Luftleitelement (24, 26) eine vieleckige oder/und Rundungen aufweisende Umfangskontur aufweist, und dass das Luftleitelement (24, 26) bezogen auf eine der Vorwärtsfahrtrichtung (VFR) des Fahrzeugs (10) entgegengesetzte Luftströmungsrichtung (SL, SR) stromaufwärts der Radachse (VA, HA) so ausgerichtet ist, dass das Luftleitelement (24, 26) schräg angeströmt wird und sich in Längsrichtung (X) des Fahrzeugs (10) entlang einer Innenseite des betreffendes Fahrzeugrads (14, 16) ein Tütenwirbel ausbildet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Karosserie, die einen Unterboden und einen mit dem Unterboden verbundenen Aufbau aufweist, mitmehreren Fahrzeugrädern, die an der Karosserie abgestützt sind, und mit einer Luftleiteinrichtung, die am Unterboden angeordnet ist.
Ein solches Kraftfahrzeug ist beispielsweise aus der DE 10 2014 007 691 A1 bekannt. Dabei ist die Luftleiteinrichtung aus mehreren Luftleitelemente gebildet, die in spezifischer Weise überlappend hintereinander angeordnet sind, was insbesondere beim Zusammenbau aufwändig ist. Ein weiterer Nachteil solcher Luftleitelemente ist darin zu sehen, dass sie permanent von dem Unterboden in Richtung des Untergrunds, auf dem das Kraftfahrzeug steht bzw. fährt, vorstehen und somit die Bodenfreiheit des Kraftfahrzeugs dauerhaft einschränken.
Aus der DE 10 2010 037 616 A1 ist es bekannt, ein Luftleitelement unmittelbar vor einem Vorderrad anzuordnen, so dass anströmende Luft gezielt um das Rad herum nach innen und nach außen umgelenkt wird. Dabei ist das Luftleitelement bezogen auf eine Radbreite bzw. Lauffläche eines am Rad befindlichen Reifens, im Wesentlichen innerhalb dieser Radbreite angeordnet, um anströmende Luft vor der Lauffläche umleiten zu können.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, ein Kraftfahrzeug mit einer Luftleiteinrichtung anzugeben, bei dem die obigen Nachteile vermieden werden können. Ferner soll das Strömungsverhalten stromaufwärts bzw. entlang der Räder (Innenseite) und Radhäuser bzw. Radkästen verbessert werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Vorgeschlagen wird also ein Kraftfahrzeug mit einer Karosserie, die einen Unterboden und einen mit dem Unterboden verbundenen Aufbau aufweist, mehreren Fahrzeugrädern, die an der Karosserie abgestützt sind, und mit einer Luftleiteinrichtung, die am Unterboden angeordnet ist. Dabei ist vorgesehen, dass die Luftleiteinrichtung wenigstens ein flächiges, insbesondere plattenförmiges Luftleitelement umfasst, das in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs vor einer Radachse eines zugeordneten Fahrzeugrads angeordnet ist, wobei das Luftleitelement eine sich im Wesentlichen in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs erstreckende Elementlänge und eine sich im Wesentlichen in Höhenrichtung des Kraftfahrzeugs erstreckende, insbesondere veränderliche Elementbreite aufweist, wobei die Elementlänge wenigstens gleich der maximalen Elementbreite ist und wobei das Luftleitelement eine vieleckige oder/und Rundungen aufweisende Umfangskontur aufweist, und dass das Luftleitelement bezogen auf eine der Vorwärtsfahrtrichtung des Fahrzeugs entgegengesetzte Luftströmungsrichtung stromaufwärts der Radachse so ausgerichtet sein, dass das Luftleitelement schräg angeströmt wird und sich in Längsrichtung des Fahrzeugs entlang einer Innenseite des betreffendes Fahrzeugrads ein Tütenwirbel ausbildet.
Der Tütenwirbel, auch bezeichnet als Tip Vortex oder Blattspitzenwirbel, interagiert mit turbulenten Strömungen bzw. Ablösungen im Bereich eines betreffenden Rades und Radkastens. Ferner ergibt sich ein Umleiten der Luft, wobei das Umleiten der Luft auch stromabwärts des Luftleitelements wirksam ist.
Die maximale Elementbreite des Luftleitelements kann bis etwa dem 0,9-fachen der Bodenfreiheit des Kraftfahrzeugs entsprechen. Dabei wird als Bodenfreiheit derjenige Abstand bezeichnet, der zwischen einem tiefsten Punkt des Unterbodens bzw. der Karosserie und einem Untergrund ausgebildet ist, auf dem das Kraftfahrzeug abgestützt ist. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass das Luftleitelement eine ausreichende Elementbreite aufweist, um einen entsprechenden aerodynamischen Effekt zu bewirken, ohne dass der Betrieb des Kraftfahrzeugs aufgrund eines zu geringen Abstands zwischen Untergrund und Luftleitelement beeinträchtigt wird. Nimmt man rein beispielhaft einen für Kraftfahrzeuge, wie Personenkraftwagen, üblichen Wert für die Bodenfreiheit als Basis können sich für die Elementbreite Werte von etwa 1 cm bis etwa 25cm ergeben, insbesondere von etwa 4cm bis 20cm.
Das Kraftfahrzeug kann zwei Vorderräder aufweisen, wobei vor jedem Vorderrad ein jeweiliges vorderes Luftleitelement angeordnet ist. Dabei kann das vordere Luftleitelement im Wesentlichen parallel zur Längsrichtung des Kraftfahrzeugs oder geneigt zur Längsrichtung des Kraftfahrzeugs ausgerichtet sein, wobei die Ausrichtung des vorderen Luftleitelements derart gewählt ist, dass es bei geneigter Anordnung auf seiner Außenseite und bei im Wesentlichen paralleler Anordnung auf seiner Innenseite schräg angeströmt wird, insbesondere unter einem Anstellwinkel von 5° bis 45°, vorzugsweise 10° bis 30°. Hierdurch kann die Drehrichtung des Tütenwirbels durch eine entsprechende Wahl der Neigung bzw. des Anstellens des Luftleitelements in Bezug auf die Luftströmung, insbesondere auf das mittlere Strömungsfeld, geändert werden.
Das Kraftfahrzeug kann zwei Hinterräder aufweisen, wobei vor jedem Hinterrad ein jeweiliges hinteres Luftleitelement angeordnet ist. Dabei kann das hintere Luftleitelement geneigt zur Längsrichtung des Kraftfahrzeugs ausgerichtet sein, wobei die Ausrichtung des hinteren Luftleitelements derart gewählt ist, dass es auf seiner Innenseite schräg angeströmt wird, insbesondere unter einem Anstellwinkel von 5° bis 45°, vorzugsweise 10° bis 30°. Hierdurch kann die Drehrichtung des Tütenwirbels durch eine entsprechende Wahl der Neigung bzw. des Anstellens des Luftleitelements in Bezug auf die Luftströmung, insbesondere auf das mittlere Strömungsfeld, geändert werden.
Das Luftleitelement kann eben oder gebogen ausgebildet sein oder ein Flügelprofil aufweisen. Dabei bezieht sich diese Formgebung auf einen Profilquerschnitt durch das Luftleitelement.
Die Elementbreite des Luftleitelements kann über die gesamte Elementlänge gleichbleibend sein oder sich über wenigstens einen Teil der Elementlänge verändern. Durch eine geeignete Wahl der Elementbreite kann zusätzlich zum erwähnten Anstellwinkel die Bildung des Tütenwirbels beeinflusst werden, um gewünschte bzw. optimierte Strömungsverhältnisse erzeugen zu können.
Das Luftleitelement kann relativ zu dem Unterboden beweglich sein, derart dass es in Abhängigkeit des Betriebs des Kraftfahrzeugs wahlweise in einer Ruhestellung oder einer Luftleitstellung einstellbar ist.
Durch das wahlweise in einer Ruhestellung oder einer Luftleitstellung einstellbare Luftleitelement, das stromaufwärts einer Radachse eines zugeordneten Fahrzeugrades angeordnet ist, kann eine Verringerung des Widerstandbeiwertes erreicht werden. Dabei kann das Luftleitelement insbesondere in Betriebszuständen in seine Luftleitstellung eingestellt werden, in denen das Kraftfahrzeug einem großen Luftwiderstand ausgesetzt ist. Durch die Einstellbarkeit des Luftleitelements in der Ruhestellung kann in entsprechenden Betriebszuständen die maximale Bodenfreiheit des Kraftfahrzeugs bereitgestellt bzw. genutzt werden.
Das Luftleitelement kann schwenkbar an dem Unterboden oder/und versenkbar in dem Unterboden angebracht sein. Hierdurch kann das Luftleitelement in seiner Ruhestellung nahe am Unterboden bzw. in dem Unterboden versenkt gehalten sein, so dass es in der Ruhestellung keine Einwirkung auf den Luftwiderstandsbeiwert hat.
Das Luftleitelement kann relativ zu dem Unterboden translatorisch beweglich sein. Dabei kann die Translationsrichtung insbesondere entlang oder parallel zu der Höhenrichtung des Fahrzeugs sein. Insoweit kann ein derart bewegliches Luftleitelement aus einer im Unterboden vorgesehen Öffnung ausgefahren oder in diese wieder eingefahren werden, beispielsweise in der Art eines Schiebers.
Dabei kann das Luftleitelement in Abhängigkeit von einer Einstellung eines Fahrwerks des Fahrzeugs mehr oder weniger von dem Unterboden in Richtung des Untergrunds vorstehen. Hierdurch kann das Luftleitelement in seiner Luftleitstellung variabel eingestellt werden. Anders ausgedrückt kann in Abhängigkeit von der Fahrwerkeinstellung das vollständige oder teilweise Ausfahren bzw. Einfahren des Luftleitelements bewirkt werden, so dass für jede Fahrwerkseinstellung eine optimierte Positionierung des Luftleitelements in seiner Luftleitstellung ermöglicht ist.
Das Luftleitelement kann eine mit einem Fluid wiederholt befüllbare Hülle aufweisen, die in der Ruhestellung unbefüllt und in der Luftleitstellung unter Druck befüllt ist, derart dass die mit Fluid gefüllte Hülle eine gewünschte, insbesondere plattenartige Form aufweist. Durch Erzeugen eines entsprechenden Überdrucks in der Hülle des Luftleitelements kann eine ausreichende Stabilität erreicht werden, so dass das aufgeblasene Luftleitelement in der Luftströmung die gewünschte aerodynamische Wirkung erzielt.
Das Luftleitelement kann in Abhängigkeit der gemessenen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs von der Ruhestellung in die Luftleitstellung oder umgekehrt bewegbar ist. Dabei kann dem Luftleitelement ein Aktuator zugeordnet sein, der dazu eingerichtet ist, eine automatisierte Bewegung des Luftleitelements von der Ruhestellung in die Luftleitstellung oder umgekehrt zu bewirken. Der Aktuator kann beispielsweise ein Elektromotor sein oder ein hydraulischer oder pneumatischer Antrieb. Als Aktuator kann im Fall eines Luftleitelements mit aufblasbarer Hülle auch eine Fluid- bzw. Luftpumpe verstanden werden, durch die das Aufblasen der Hülle des Luftleitelements ermöglicht wird.
Der Aktuator kann mit einer Steuereinheit des Kraftfahrzeugs verbunden sein, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, den Aktuator in Abhängigkeit von detektierten Betriebszuständen des Kraftfahrzeugs anzusteuern. Hierdurch kann der Aktuator bzw. das entsprechende Luftleitelement beispielsweise in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit von der Ruhestellung in die Luftleitstellung umgestellt werden.
Das Luftleitelement kann bezogen auf die Breitenrichtung des Kraftfahrzeugs versetzt zu einem betreffenden Fahrzeugrad nach innen zu einer Längsmittelachse des Kraftfahrzeugs hin angeordnet sein. Dabei kann das Luftleitelement in Strömungsrichtung gesehen die Radbreite eines betreffenden Fahrzeugrades zu maximal 20% überlappen. Durch eine solche nach innen versetzte Anordnung des Luftleitelements wird eine gewünschte Verwirbelung entlang einer Innenseite des betreffenden Rades erreicht, was sich günstig auf den Widerstandsbeiwert auswirkt.
Die hier vorgestellte Luftleiteinrichtung mit den Luftleitelementen hat einen positiven Einfluss auf den Widerstandsbeiwert des Kraftfahrzeugs. Bei durchgeführten Versuchen konnte durch die Anordnung von Luftleitelementen, insbesondere zur Ausbildung von Verwirbelungen bzw. Tütenwirbeln, eine Verbesserung des Widerstandbeiwertes c_w in Strömungssimulation und Windkanalexperiment erreicht werden.
Das Luftleitelement kann aus einem Metall, einer Metalllegierung oder aus Kunststoff oder einem Faserverbundwerkstoff hergestellt sein. Für die vorliegende Anwendung und Anordnung im Bereich vor einem Fahrzeugrad kann das Luftleitelement als im Wesentlichen rechteckige Platte oder als trapezförmige Platte oder als dreieckige Platte oder als Vieleck mit einer zumindest teilweise gebogenen Seite ausgeführt sein.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigt:

1 eine vereinfachte und schematische Ansicht auf ein Kraftfahrzeug von unten mit beispielhaft eingezeichneten Stromlinien eines zeitlich gemittelten Strömungsfeldes am Unterboden;
2 die vereinfachte und schematische Ansicht auf das Kraftfahrzeug von unten gemäß 1 mit vorderen und hinteren Luftleitelementen;
3 in den Teilfiguren A) bis G) unterschiedliche Ausgestaltungen von Luftleitelementen, die zum Ausbilden von Tütenwirbeln eingerichtet sind;
4 in den Teilfiguren A) und B) jeweils eine vereinfachte und schematische Schnittdarstellung etwa entsprechend der Schnittlinie IV-IV der 2; und
5 eine der 2 entsprechende vereinfachte Ansicht, wobei Bereiche gekennzeichnet sind, innerhalb derer Luftleitelemente angebracht werden.

1 zeigt in einer vereinfachten und schematischen Darstellung ein Kraftfahrzeug 10 von unten. Das Kraftfahrzeug 10 weist einen Unterboden 12 auf, der Teil einer sonst nicht weiter dargestellten Karosserie ist. In der Darstellung sind ferner Vorderräder 14 und Hinterräder 16 dargestellt. Ferner sind vordere Radkästen 18 und hintere Radkästen 20 ersichtlich. Die Vorderräder 14 sind um eine Vorderachse VA drehbar gelagert. Die Hinterräder 16 sind um eine Hinterachse HA drehbar gelagert. Die Vorderachse VA und die Hinterachse HA sind hier rein zeichnerisch wiedergegeben in einem Zustand, wenn die üblicherweise lenkbaren Vorderräder 14 in Geradeausstellung angeordnet sind.
In 1 sind jeweils vereinfacht und gestrichelt Stromlinien SL von anströmender Luft gezeigt, wenn das Fahrzeug vorwärts bewegt wird, was durch den Pfeil VFR für die Vorwärtsfahrtrichtung angedeutet ist. Eine Fahrzeuglängsrichtung entspricht der X-Richtung und eine Fahrzeugbreitenrichtung entspricht der Y-Richtung. Zu diesen beiden Richtung X und Y ist eine Höhenrichtung Z des Kraftfahrzeugs 10 orthogonal.
In der 2 ist das Kraftfahrzeug 10 der 1 erneut wiedergegeben, allerdings ohne Strömungslinien SL. 2 zeigt in vereinfachter und schematischer Weise eine Luftleiteinrichtung 22. Die Luftleiteinrichtung 22 umfasst in diesem Beispiel zwei vordere Luftleitelemente 24 und zwei hintere Luftleitelemente 26. Es wird darauf hingewiesen, dass die Luftleiteinrichtung 22 für das Fahrzeug 10 auch nur vordere Luftleitelemente 24 oder nur hintere Luftleitelemente 26 aufweisen kann. Die Luftleitelemente 24, 26 sind hier ebenfalls in einer Draufsicht von unten gezeigt. Die in den Luftleitelementen 24, 26 dargestellte Schraffur dient lediglich der besseren Kenntlichmachung in der Darstellung und soll nicht auf eine Schnittdarstellung hinweisen.
Im dargestellten Beispiel sind die Luftleitelemente 24, 26 als im Wesentlichen rechteckige Platten ausgeführt, wie dies beispielhaft in 3A gezeigt ist. Zum besseren Verständnis ist in der 3A sowie in den 3B bis 3E auch der Unterboden 12 angedeutet, von dem das Luftleitelement 24, 26 vorsteht. Jedes Luftleitelement 24, 26 weist eine Elementlänge EL und eine Elementbreite EB auf. Dabei ist die Elementbreite EB bei dem Luftleitelement 24, 26 der 3A in Höhenrichtung Z des Kraftfahrzeugs 10 im Wesentlichen konstant. Die Elementlänge EL ist dabei mindestens gleich der Elementbreite EB. Die Elementlänge EL kann aber auch ein Vielfaches der Elementbreite EB betragen, wie beispielsweise das Vielfache einer rationalen Zahl. Ferner weist jedes Luftleitelement 24, 26 eine Vorderkante 28, eine Hinterkante 30, eine Unterkante 32 und eine Oberkante 34 auf.
Die Luftleitelemente 24, 26 können aber auch trapezförmig ausgebildet sein oder eine andere Vieleckform aufweisen, wie dies in den 3B bis 3E illustriert ist. 3B zeigt dabei eine dreieckige Form des Luftleitelements 24, 26, wobei die Unterkante 32 direkt mit der Oberkante 34 verbunden ist. 3C zeigt ein Beispiel, bei dem die Unterkante 32 des Lutftleitelements 24, 26 parabelförmig verläuft. 3D zeigt ein Beispiel, bei dem die Unterkante 32 des Luftleitelements 24, 26 zunächst im Wesentlichen parallel zur Oberkante 34 verläuft und dann eine konvexe Krümmung aufweist, und zur Oberkante 34 hin gezogen ist. 3E zeigt eine Art Mischform der Beispiele der 3C und 3D, bei dem die Unterkante 32 eine konvexe und eine konkave Krümmung aufweist. Die Elementbreite EB kann also in der Höhenrichtung Z entlang der Elementlänge EL variabel sein. Wie in den Beispielen der 3B bis 3E gezeigt, kann die Elementbreite EB kontinuierlich zunehmen oder abnehmen. Denkbar sind auch Beispiele, bei denen die Elementbreite EB alternierend zunehmen und abnehmen kann. Die Ecken bzw. Kanten des Luftleitelements 24, 26 können strömungsgünstig gerundet ausgebildet sein.
In den 3F und 3G sind jeweilige Profilschnitte durch Luftleitelemente 24, 26 dargestellt. 3F zeigt dabei eine gebogene bzw. gekrümmte Form eines Luftleitelements 24, 26. 3G zeigt eine ebene Form eine Luftleitelements 24, 26. Durch die Pfeile SR ist vereinfacht eine Strömungsrichtung von an die Luftleitelemente 24, 26 anströmender Luft angedeutet.
3H zeigt ein Luftleitelement 24, 26 mit einem Flügelprofil. Ersichtlich sind die die Vorderkante 28, die Hinterkante 30, die Unterkante 32 und die Oberkante 34, der gewundene Pfeil TW zeigt vereinfacht und schematisch die Ausbildung des Tütenwirbels an, wenn der Luftstrom durch das Luftleitelement 24, 26, insbesondere an bzw. entlang seiner Unterkante 32 umgelenkt wird.
Wie bereits in der Beschreibungseinleitung ausgeführt, sind die Luftleitelemente 24, 26 derart am Kraftfahrzeug 10 angeordnet, dass sie zu den Strömungslinien, insbesondere zu dem mittleren Strömungsfeld, geneigt ausgerichtet sind. Rein beispielhaft ist in den 3F und 3G ein Anströmwinkel α dargestellt, der zwischen der Strömungsrichtung SR und dem Luftleitelement 24, 26 gebildet ist. Bei dem gebogen ausgeführten Luftleitelement der 3F wird der Winkel zwischen einer Sehne SE der Luftleitelements 24, 26 und der Strömungsrichtung SR gebildet. Es ist klar, dass je nach gewähltem Anströmwinkel α, also je nach gewählter Ausrichtung des Luftleitelements 24, 26 die Strömungsrichtung bzw. Drehrichtung des Tütenwirbels beeinflusst werden kann, was unter erneuter Bezugnahme auf die 2 kurz erläutert wird.
Beispielhaft sind in der 2 jeweils vordere Luftleitelemente 24 gezeigt, die unterschiedlich zur Strömungsrichtung SR ausgerichtet sind. Das in durchgezogenen Linien dargestellte vordere Luftleitelement 24 ist bezogen auf die Fahrzeuglängsrichtung X nur wenig geneigt oder sogar parallel angeordnet. Dies führt dazu, dass das vordere Luftleitelement 24 auf seiner Innenseite 25 angeströmt wird und der Tütenwirbel über die Unterkante auf bzw. entlang der Außenseite 27 des Luftleitelements 24 gebildet wird. Das gestrichelt dargestellte vordere Luftleitelement 24 ist bezogen auf die Fahrzeuglängsrichtung X deutlich geneigt angeordnet. Dies führt dazu, dass das vordere Luftleitelement 24 auf seiner Außenseite 27 angeströmt wird und der Tütenwirbel über die Unterkante auf bzw. entlang der Innenseite 25 des Luftleitelements 24 gebildet wird. In der 2 ist auch ersichtlich, dass das hintere Luftleitelement 26 unterschiedlich zur Strömungsrichtung SR ausgerichtet sein können. Das in durchgezogenen Linien dargestellte Luftleitelement 26 wird auf seiner Innenseite 29 angeströmt, so dass sich der Tütenwirbel über die Unterkante auf bzw. entlang der Außenseite 31 bildet. Das gestrichelt dargestellte Luftleitelement 26 wird auf seiner Außenseite 31 angeströmt, so dass sich der Tütenwirbel über die Unterkante auf bzw. entlang der Innenseite 29 bildet.
4A zeigt eine stark vereinfachte Schnittdarstellung etwa entsprechend der Schnittlinie IV-IV der 2. Ersichtlich sind aus der 4A der Unterboden 12 (teilweise), ein sich seitlich nach oben erstreckender Karosserieabschnitt 40 und ein Vorderrad 14. Das Vorderrad 14 ist auf einem Untergrund 42 abgestützt dargestellt. Aus der 4A ist ersichtlich, dass das Luftleitelement 24 zwischen einer gestrichelt dargestellten Luftleitstellung und einer Ruhestellung beweglich am Unterboden 12 angebracht ist. Im gezeigten Beispiel kann das Luftleitelement 24 nach oben bzw. nach unten geschwenkt werden, etwa um eine Schwenkachse SA. Im dargestellten Beispiel ist im Unterboden 12 eine Vertiefung 44 ausgebildet, in der das in seine Ruhestellung nach oben geschwenkte Luftleitelement 24 aufgenommen ist, insbesondere versenkt ist.
Neben dem in 4A gezeigten Schwenken des Luftleitelements 24 von einer Ruhestellung in eine Luftleitstellung und umgekehrt können auch andere Bewegungen für das Luftleitelement 24 umgesetzt werden. Beispielsweise kann das Luftleitelement 24 auch linear nach oben bzw. unten bewegt bzw. verfahren werden. Dies ist beispielhaft in der 4B gezeigt. Dabei ist das Luftleitelement 24 relativ zu dem Unterboden 12 translatorisch (Translationsrichtung TR) beweglich, insbesondere entlang oder parallel zu der Höhenrichtung Z des Fahrzeugs 10. Somit kann das Luftleitelement 24 in Abhängigkeit einer Einstellung eines Fahrwerks des Fahrzeugs 10 mehr oder weniger von dem Unterboden 12 in Richtung des Untergrunds 42 vorstehen. Hierdurch kann das Luftleitelement 24 in seiner Luftleitstellung (gestrichelt dargestellt) variabel eingestellt werden. Anders ausgedrückt kann in Abhängigkeit von der Fahrwerkeinstellung das vollständige oder teilweise Ausfahren bzw. Einfahren des Luftleitelements 24 aus bzw. in die Vertiefung 44 bewirkt werden, so dass für jede Fahrwerkseinstellung eine optimierte Positionierung des Luftleitelements 24 in seiner Luftleitstellung ermöglicht ist.
Aus der 4 ist ferner noch der Abstand BF ersichtlich zwischen dem Unterboden 12 und dem Untergrund 42. Der Abstand BF kann auch als Bodenfreiheit bezeichnet werden. Das Luftleitelement 24 weist üblicherweise eine Elementbreite EB auf, die bis zum 0,9-fachen der Bodenfreiheit BF des Kraftfahrzeugs 10 betragen kann. Eine hohe Effektivität des Luftleitelements konnte für eine Elementbreite EB festgestellt werden, die etwa dem 0,4-fachen bis 0,6-fachen der Bodenfreiheit entspricht.
Das für ein vorderes Luftleitelement 24 in Bezug auf die 4 oben Erläuterte gilt in gleicher Weise auch für ein hinteres Luftleitelement 26.
5 zeigt das Kraftfahrzeug der 2 mit den Luftleitelementen 24, 26. Mit gekreuzter Schraffur sind vordere Bereiche 46 und hintere Bereiche 48 angedeutet, innerhalb derer die Anordnung der Luftleitelemente 24, 26 erfolgen sollte. Für die vorderen Luftleitelemente 24 hat sich gezeigt, dass eine grö-ßere Elementlänge EL zu einer wirksameren Verbesserung der aerodynamischen Strömungsverhältnisse führt. Die Elementlänge EL des vorderen Luftleitelements 24 kann 2cm und mehr betragen. Die Elementlänge EL des hinteren Luftleitelements 26 kann ebenfalls 2cm und mehr betragen.
Aus den 5, 4 und 2 ist auch ersichtlich, dass die jeweiligen Luftleitelemente 24, 26 in Fahrzeugbreitenrichtung Y bezogen auf das jeweils zugeordnete Fahrzeugrad 14, 16 nach innen versetzt angeordnet sind. Das heißt, die Luftleitelemente 24, 26 sind näher an einer gedachten Längsmittelachse LMA (siehe 2, 5) angeordnet als das jeweils betreffende bzw. zugeordnete Fahrzeugrad 14, 16. Bezogen auf die Fahrzeugbreitenrichtung Y können das Luftleitelement 24, 26 und das betreffende Fahrzeugrad 14, 16 in Strömungsrichtung nicht überlappend oder teilweise überlappend angeordnet sein, wobei das Luftleitelement in Strömungsrichtung gesehen die Radbreite eines betreffenden Fahrzeugrades 14, 16 zu maximal 20% überlappt.
Rein schematisch ist in 5 auch ein Aktuator 52 gezeigt, der dazu eingerichtet ein (einzelnes) zugeordnetes Luftleitelement 24, 26 oder mehrere Luftleitelemente 24, 26 zu betätigen. Der Aktuator 52 kann ein Elektromotor sein oder ein hydraulischer oder pneumatischer Antrieb, wobei der Aktuator 52 ein betreffendes Luftleitelement 24, 26 von seiner Ruhestellung in seine Luftleitstellung (4) bewegen kann, insbesondere verschwenken, ein-/ausfahren kann. Die Verbindung 54 zwischen dem Aktuator 52 und einem betreffenden Luftleitelement 24, 26 ist hier als einfache Linie dargestellt. Diese Verbindung 54 kann beispielsweise eine mechanische Kopplung zwischen dem Aktuator 52 und dem betreffenden Luftleitelement 24, 26 sein oder eine Art Getriebe. Ganz allgemein kann die Verbindung 54 auch als Kraftübertragungsmittel verstanden werden, durch das eine Bewegung des Aktuators 52 auf das betreffende Luftleitelement 24, 26 übertragen werden kann.
Der Aktuator 52 kann mit einer Steuereinheit 56 verbunden sein. Die Steuereinheit 56 kann Teil einer übergeordneten Fahrzeugsteuereinrichtung sein. Mittels der Steuereinheit 56 kann durch entsprechende Signale der Aktuator 52 angesteuert werden. Dabei kann die Steuereinheit 56 dazu eingerichtet sein, den Aktuator 52 in Abhängigkeit von Betriebszuständen des Kraftfahrzeugs 10 zu betätigen. Beispielsweise kann die Steuereinheit 56 so eingerichtet sein, dass das Luftleitelement 24, 26 bis zum Erreichen einer bestimmten Geschwindigkeit in seiner Ruhestellung gehalten ist und nach dem Überschreiten dieser bestimmten Geschwindigkeit in seine Luftleitstellung bewegt wird. Die bestimmte Geschwindigkeit kann beispielsweise bei 60km/h oder mehr liegen, insbesondere bei 80km/h oder mehr. Wird nach einer Fahrt mit einer höheren Geschwindigkeit die bestimmte Geschwindigkeit wieder unterschritten, kann das Luftleitelement 24, 26 von seiner Luftleitstellung wieder in die Ruhestellung bewegt werden.
Die Steuereinheit 56 kann einen jeweiligen Aktuator 52 auch so ansteuern, dass das betreffende Luftleitelement 24, 26 in seiner Luftleitstellung variabel eingestellt wird, was beispielsweise bei einer Konfiguration gemäß 4B möglich ist. Hierbei kann das Luftleitelement 24, 26 in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs oder/und in Abhängigkeit von einer Fahrwerkseinstellung mehr oder weniger aus seiner Vertiefung 44 (4B) ausgefahren werden und auch in teilweise ausgefahrenen Stellungen gehalten werden.
Auch wenn in der Darstellung der 5 jeweils ein Aktuator 52 mit Verbindungen 54 zu zwei Luftleitelementen 24, 26 dargestellt ist, kann auch jedem Luftleitelement 24, 26 ein eigener Aktuator 52, insbesondere ein eigener Elektromotor, zugeordnet sein. Es wird diesbezüglich auch daran gedacht, ein Luftleitelement 24, 26 zusammen mit seinem zugeordneten Aktuator 52 als Luftleitmodul vorzusehen. Ein solches Luftleitmodul kann in einfacher Weise am Kraftfahrzeug verbaut werden und muss leidglich mit den entsprechenden elektrischen Verbindungen zur Stromversorgung und Ansteuerung verbunden werden.
Der Nutzen des hier vorgestellten Luftleitelements 24, 26 liegt in einer Verringerung des Widerstandbeiwerts c_w. Das Luftleitelement 24, 26 weist eine Fläche auf, die geneigt zu den Stromlinien SL (1) aus dem zeitlich gemittelten Geschwindigkeitsfeld stromaufwärts von Fahrzeugachsen VA, HA ausgerichtet ist. Durch die Ausrichtung des Luftleitelements 24, 26 geneigt zu der Stromlinienrichtung wird das Luftleitelement 24, 26 von der Seite bzw. schräg angeströmt. Hierdurch wird am Luftleitelement 24, 26 ein Tütenwirbel ausgebildet bzw. es erfolgt eine Umleitung bzw. Verwirbelung des Luftstroms. Das Luftleitelement 24, 26 kann dadurch einen positiven Einfluss auf den Widerstandsbeiwert haben..
Durch die bewegliche Anbringung des Luftleitelements 24, 26 an dem Kraftfahrzeug 10 bzw. dessen Unterboden 12 kann das Luftleitelement in seinem Ruhezustand (aerodynamisch inaktiv) flach an dem Unterboden 12 anliegen oder in dem Unterboden 12 versenkt bzw. eingefahren sein. Das Bewegen des Luftleitelements 24, 26 in die Luftleitstellung (aerodynamisch aktiv) ist besonders bei höheren Geschwindigkeiten erwünscht, weil aerodynamische Widerstände bei höheren Geschwindigkeiten einen größeren Anteil am Gesamtfahrwiderstand darstellen und insbesondere Limitierungen bei der Bodenfreiheit nicht besonders relevant sind (Fahren auf Überlandstraßen oder Autobahnen). Dabei kann das Luftleitelement je nach Ausgestaltung eines zugeordneten Bewegungsmechanismus nur in der Ruhestellung oder in der Luftleitstellung eingestellt sein, was beispielsweise bei einem Schwenkmechanismus (siehe 4A) der Fall ist. Alternativ kann das Luftleitelement 24, 26 in seiner aerodynamisch wirksamen Luftleitstellung variabel einstellbar ausgeführt sein, was beispielsweise bei einem translatorisch arbeitenden Mechanismus (4B) der Fall ist. Bei einer variabel einstellbaren Luftleitstellung kann auch der Betriebszustand eines Fahrwerks berücksichtigt werden, das eine Veränderung der Fahrwerkslage über dem Untergrund ermöglicht. Dies kann beispielsweise ein Fahrwerk mit einstellbarer Luftfederung sein.
Bei einer entsprechenden Dimensionierung der Luftleitelemente 24, 26 kann auch daran gedacht werden, diese stationär am Unterboden 12 vorzusehen, ohne dass sie zwischen einer Ruhestellung und einer Luftleitstellung beweglich sind, sondern dauerhaft in einer Luftleitstellung fixiert sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014007691 A1 [0002]
DE 102010037616 A1 [0003]

Claims

Kraftfahrzeug (10) mit einer Karosserie, die einen Unterboden (12) und einen mit dem Unterboden (12) verbundenen Aufbau (40) aufweist, mehreren Fahrzeugrädern (14, 16), die an der Karosserie abgestützt sind, einer Luftleiteinrichtung (22), die am Unterboden (12) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftleiteinrichtung (22) wenigstens ein flächiges, insbesondere plattenförmiges Luftleitelement (24, 26) umfasst, das in Längsrichtung (X) des Kraftfahrzeugs (10) vor einer Radachse (VA, HA) eines zugeordneten Fahrzeugrads (14, 16) angeordnet ist, wobei das Luftleitelement (24, 26) eine sich im Wesentlichen in Längsrichtung (X) des Kraftfahrzeugs (10) erstreckende Elementlänge (EL) und eine sich im Wesentlichen in Höhenrichtung (Z) des Kraftfahrzeugs (10) erstreckende, insbesondere veränderliche Elementbreite (EB) aufweist, wobei die Elementlänge (EL) wenigstens gleich der maximalen Elementbreite (EB) ist und wobei das Luftleitelement (24, 26) eine vieleckige oder/und Rundungen aufweisende Umfangskontur aufweist, und dass das Luftleitelement (24, 26) bezogen auf eine der Vorwärtsfahrtrichtung (VFR) des Fahrzeugs (10) entgegengesetzte Luftströmungsrichtung (SL, SR) stromaufwärts der Radachse (VA, HA) so ausgerichtet ist, dass das Luftleitelement (24, 26) schräg angeströmt wird und sich in Längsrichtung (X) des Fahrzeugs (10) entlang einer Innenseite des betreffendes Fahrzeugrads (14, 16) ein Tütenwirbel ausbildet..
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Elementbreite (EB) des Luftleitelements (24, 26) bis etwa dem 0,9-fachen der Bodenfreiheit (BF) des Kraftfahrzeugs (10) entspricht.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es zwei Vorderräder (14) aufweist, wobei jedem Vorderrad (14) ein jeweiliges vorderes Luftleitelement (24) zugeordnet ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das vordere Luftleitelement (24) im Wesentlichen parallel zur Längsrichtung (X) des Kraftfahrzeugs oder geneigt zur Längsrichtung (X) des Kraftfahrzeugs (10) ausgerichtet ist, wobei die Ausrichtung des vorderen Luftleitelements (24) derart gewählt ist, dass es bei geneigter Anordnung auf seiner Außenseite (27) und bei im Wesentlichen paralleler Anordnung auf seiner Innenseite (25) schräg angeströmt wird, insbesondere unter einem Anstellwinkel (a) von 5° bis 45°, vorzugsweise 10° bis 30°.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es zwei Hinterräder (16) aufweist, wobei jedem Hinterrad (16) ein jeweiliges hinteres Luftleitelement (26) zugeordnet ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das hintere Luftleitelement (26) geneigt zur Längsrichtung (X) des Kraftfahrzeugs (10) ausgerichtet ist, wobei die Ausrichtung des hinteren Luftleitelements (26) derart gewählt ist, dass es auf seiner Innenseite (29) schräg angeströmt wird, insbesondere unter einem Anstellwinkel von 5° bis 45°, vorzugsweise 10° bis 30°.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftleitelement (24, 26) eben oder gebogen ausgebildet ist oder ein Flügelprofil aufweist.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elementbreite (EB) des Luftleitelements (24, 26) über die gesamte Elementlänge (EL) gleichbleibend ist oder sich über wenigstens einen Teil der Elementlänge (EL) verändert.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftleitelement (24, 26) relativ zu dem Unterboden (12) beweglich ist, derart dass es in Abhängigkeit des Betriebs des Kraftfahrzeugs (10) wahlweise in einer Ruhestellung oder einer Luftleitstellung einstellbar ist
Kraftfahrzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftleitelement (24, 26) schwenkbar an dem Unterboden (12) oder/und versenkbar in dem Unterboden (12) angebracht ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftleitelement (24, 26) relativ zu dem Unterboden (12) translatorisch beweglich ist, insbesondere entlang oder parallel zu der Höhenrichtung (Z) des Fahrzeugs (10).
Kraftfahrzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftleitelement (24, 26) in Abhängigkeit einer Einstellung eines Fahrwerks des Fahrzeugs (10) mehr oder weniger von dem Unterboden (12) in Richtung des Untergrunds (42) vorsteht.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftleitelement eine mit einem Fluid wiederholt befüllbare Hülle aufweist, die in der Ruhestellung unbefüllt und in der Luftleitstellung unter Druck befüllt ist, derart dass die mit Fluid gefüllte Hülle eine gewünschte, insbesondere plattenartige Form aufweist.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftleitelement (24, 26) in Abhängigkeit der gemessenen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs (10) von der Ruhestellung in die Luftleitstellung oder umgekehrt bewegbar ist.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass dem Luftleitelement (24) ein Aktuator (52) zugeordnet ist, der dazu eingerichtet ist, eine automatisierte Bewegung des Luftleitelements (24, 26) von der Ruhestellung in die Luftleitstellung oder umgekehrt zu bewirken.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (52) mit einer Steuereinheit (56) des Kraftfahrzeugs (10) verbunden ist, wobei die Steuereinheit (56) dazu eingerichtet ist, den Aktuator (52) in Abhängigkeit von detektierten Betriebszuständen des Kraftfahrzeugs (20) anzusteuern.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftleitelement bezogen auf die Breitenrichtung (Y) des Kraftfahrzeugs versetzt zu einem betreffenden Fahrzeugrad nach innen zu einer Längsmittelachse des Kraftfahrzeugs hin angeordnet ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftleitelement in Strömungsrichtung gesehen die Radbreite eines betreffenden Fahrzeugrades zu maximal 20% überlappt.