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EINLEITUNG
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine aerodynamische Unterbodenanordnung für ein Fahrzeug.
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Die aerodynamischen Eigenschaften des Fahrzeugs können angepasst werden, um sowohl die Betriebsfunktionen des Fahrzeugs zu verbessern als auch zu reduzieren. So kann beispielsweise durch das Anpassen der Aerodynamik des Fahrzeugs der Luftwiderstand und die Windgeräusche reduziert und die Geräuschemission während des Fahrzeugbetriebs minimiert werden. Durch das Anpassen der Aerodynamik des Fahrzeugs kann auch der Anpressdruck erhöht und die Fahrzeugstabilität und das Kurvenverhalten verbessert werden. Um die aerodynamischen Eigenschaften des Fahrzeugs anzupassen, können verschiedene Arten von Komponenten, wie beispielsweise Spoiler, Luftdämme und dergleichen, auf verschiedenen Oberflächen des Fahrzeugs angebracht werden.
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KURZDARSTELLUNG
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Ein Fahrzeug beinhaltet eine Fahrzeugkarosserie mit einem ersten und einem gegenüberliegenden zweiten Ende. Das erste Ende des Fahrzeugs ist konfiguriert, um dem einströmenden Luftstrom zu begegnen, wenn sich das Fahrzeug in Relation zu einer Fahrbahnoberfläche bewegt. Ein Unterboden erstreckt sich zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende der Fahrzeugkarosserie. Der Unterboden definiert einen Raum zwischen der Fahrzeugkarosserie und der Fahrbahnoberfläche und beinhaltet eine erste Seitenkante, eine gegenüberliegende zweite Seitenkante und einen dazwischen definierten Mittelbereich.
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Mindestens eine aerodynamische Oberfläche, worin die mindestens eine aerodynamische Oberfläche mindestens einen gekrümmten dreieckigen Kanal beinhaltet, der konfiguriert ist, um zu bewirken, dass sich der Luftstrom über eine Stolperkante des mindestens einen gekrümmten dreieckigen Kanals trennt, um einen Niederdruckwirbelbereich innerhalb des gekrümmten dreieckigen Kanals zu erzeugen. Die Stolperkante des mindestens einen gekrümmten dreieckigen Kanals kann eine bündige oder stolze Stolperkante sein und ist jeweils konfiguriert, um den Luftstrom beim Überfahren der Stolperkante zu trennen und dadurch einen Niederdruckwirbelbereich zu erzeugen. Dieser Niederdruckwirbelbereich wirkt normal zu der mindestens einen aerodynamischen Oberfläche, was zu einem aerodynamischen Abtrieb führt. Der mindestens eine gekrümmte dreieckige Kanal ist im Verhältnis zum Unterboden flach oder bündig.
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In einer Ausführungsform beinhaltet die mindestens eine aerodynamische Oberfläche einen ersten gekrümmten dreieckigen Kanal, wobei der erste gekrümmte dreieckige Kanal auf die erste Seitenkante des Unterbodens gerichtet ist, und mindestens einen zweiten gekrümmten dreieckigen Kanal, worin der mindestens zweite gekrümmte dreieckige Kanal auf die erste Seitenkante des Unterbodens gerichtet ist.
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Die mindestens eine aerodynamische Oberfläche kann ferner einen dritten gekrümmten dreieckigen Kanal gegenüber dem ersten gekrümmten dreieckigen Kanal beinhalten, wobei der dritte gekrümmte dreieckige Kanal, worin der dritte gekrümmte dreieckige Kanal auf die gegenüberliegende zweite Seitenkante des Unterbodens gerichtet ist, und mindestens einen vierten gekrümmten dreieckigen Kanal gegenüber dem mindestens zweiten gekrümmten dreieckigen Kanal, den mindestens vierten gekrümmten dreieckigen Kanal, worin der mindestens vierte gekrümmte dreieckige Kanal auf die gegenüberliegende zweite Seitenkante des Unterbodens gerichtet ist.
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Eine Diffusoranordnung ist benachbart zum hinteren Ende der Fahrzeugkarosserie am Unterboden angeordnet. Die Diffusoranordnung wirkt mit der mindestens einen aerodynamischen Oberfläche zusammen, um den Luftstrom durch den Unterboden zu beschleunigen. Die mindestens eine aerodynamische Oberfläche ist einstückig im Unterboden ausgebildet. Die ersten, die mindestens zweiten, die dritten und die mindestens vierten gekrümmten dreieckigen Kanäle sind ebenfalls integral in den Unterboden eingeformt.
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Die vorstehend genannten Funktionen und Vorteile sowie andere Funktionen und Vorteile der vorliegenden Offenbarung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bestmöglichen praktischen Umsetzung der dargestellten Offenbarung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen hervor.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Draufsicht eines Fahrzeugs mit einer aerodynamischen Unterbodenanordnung gemäß der vorliegenden Offenbarung;
- 2 ist eine schematische Seitenansicht des Fahrzeugs, wie in 1 dargestellt;
- 3 ist eine perspektivische Untersicht eines Fahrzeugs mit einer aerodynamischen Unterbodenanordnung gemäß den Aspekten einer exemplarischen Ausführungsform;
- 4 veranschaulicht eine aerodynamische Oberfläche, die auf einem Fahrzeugunterboden gemäß den Aspekten einer exemplarischen Ausführungsform angeordnet ist;
- 5 veranschaulicht eine vergrößerte perspektivische Ansicht einer aerodynamischen Oberfläche gemäß den Aspekten einer exemplarischen Ausführungsform;
- 6A veranschaulicht eine Querschnitts-Schnittlinie auf der aerodynamischen Oberfläche von 4;
- 6B veranschaulicht eine perspektivische Ansicht des Querschnitts der aerodynamischen Oberfläche von 6A;
- 6C veranschaulicht eine Unterbodenansicht der aerodynamischen Oberfläche von 6B;
- 7 veranschaulicht eine Querschnitts-Spuransicht von Ausführungsformen der aerodynamischen Oberfläche gemäß den Aspekten der exemplarischen Ausführungsformen;
- 8 ist eine Vorderansicht eines Fahrzeugs mit einer aerodynamischen Oberfläche, die ein niedriges Profil in Bezug auf den Unterboden aufweist; und
- 9 veranschaulicht die von der aerodynamischen Oberfläche erzeugten Niederdruckströmungsfelder gemäß den Aspekten der exemplarischen Ausführungsformen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Nachfolgend werden mehrere Ausführungsformen der Offenbarung ausführlich beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Wenn möglich, werden die gleichen oder ähnliche Bezugszeichen in den Zeichnungen und der Beschreibung für gleiche oder ähnliche Teile oder Schritte verwendet. Die Zeichnungen sind vereinfacht und nicht im exakten Maßstab dargestellt. Zur Vereinfachung und Klarheit können richtungsweisende Begriffe, wie oben, unten, links, rechts, nach oben, über, oben, unter, unterhalb, hinten und vorn mit Bezug auf die Zeichnungen angewendet werden. Diese und ähnliche richtungsweisende Begriffe sind nicht so auszulegen, um den Umfang der Offenbarung zu beschränken.
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleichen oder ähnlichen Komponenten in den verschiedenen Figs, entsprechen, wird in 1 ein exemplarisches Fahrzeug 10 schematisch dargestellt. Das Fahrzeug 10 kann ein Nutzfahrzeug, ein Industriefahrzeug, ein Personenkraftwagen, ein Flugzeug, ein Wasserfahrzeug, ein Zug oder eine beliebige mobile Plattform sein, ist aber nicht darauf beschränkt. Es wird auch in Betracht gezogen, dass das Fahrzeug eine mobile Plattform sein kann, wie etwa ein Flugzeug, ein Geländefahrzeug (ATV), ein Boot, eine persönliche Bewegungsvorrichtung, ein Roboter und dergleichen, um die Zwecke der vorliegenden Offenbarung zu erfüllen.
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Das Fahrzeug 10 in 1 ist in Bezug auf eine Straßenoberfläche 12 positioniert. Das Fahrzeug 10 beinhaltet eine Fahrzeugkarosserie 14. Die Fahrzeugkarosserie 14 definiert sechs Karosserieseiten. Die sechs Karosserieseiten beinhalten ein erstes Ende oder Frontende 16, ein gegenüberliegendes zweites Ende oder Heck 18, einen ersten Seitenabschnitt oder eine linke Seite 20, die sich im Allgemeinen zwischen dem ersten und zweiten Ende 16, 18 und einem gegenüberliegenden zweiten Seitenabschnitt oder der rechten Seite 22 erstrecken. Die Fahrzeugkarosserie 14 beinhaltet ferner einen oberen Karosserieabschnitt 24, der einen Fahrzeugdachabschnitt beinhalten kann, sowie einen gegenüberliegenden unteren Karosserieabschnitt oder Unterboden 26, wie in 2 dargestellt. Wie von Fachleuten verstanden wird, kann das erste oder vordere Ende 16 zum Begegnen der einströmenden Umgebungsluft 28 konfiguriert werden, wenn das Fahrzeug 10 im Verhältnis zur Fahrbahnoberfläche 12 in Bewegung ist.
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Das Fahrzeug 10 beinhaltet einen Rahmen 30, der mit der Fahrzeugkarosserie 14 zusammenwirkt und diese trägt. Der Rahmen 30 trägt einen ersten Satz von einem oder mehreren Rädern 32, die in der Nähe des ersten oder vorderen Endes 16 des Fahrzeugs 10 und einen zweiten Satz von einem oder mehreren Rädern 34, die in der Nähe des zweiten oder hinteren Endes 18 des Fahrzeugs 10 angeordnet sind. Wie in 1 dargestellt, beinhaltet der erste Satz von einem oder mehreren Rädern 32 ein Paar Vorderräder, die drehbar mit dem Rahmen 30 verbunden sind und sich um eine Achse drehen, während der zweite Satz von einem oder mehreren Rädern 34 ein Paar Hinterräder beinhaltet, die drehbar mit dem Rahmen 30 verbunden sind und sich um eine Achse drehen.
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Wie in 2 dargestellt, kann der Unterboden 26 im Allgemeinen einen Abstand zwischen den ersten und zweiten Enden 16, 18 der Fahrzeugkarosserie 14 verlängern oder überspannen. Der Unterboden 26 kann einen oder mehrere darin ausgebildete Radkästen oder Öffnungen 38 beinhalten. Wie in den Figs. dargestellt, können eine oder mehrere Öffnungen einen oder mehrere Radkästen 38 beinhalten, die in der Fahrzeugkarosserie 14 vorgesehen sind. Die Radkästen 38 sind so bemessen, dass sie einen Teil der Räder 32, 34 aufnehmen, die am Rahmen 30 des Fahrzeugs 10 montiert sind.
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Unter nunmehriger Bezugnahme auf 3 kann der Unterboden 26 des Fahrzeugs 10 durch einen oder mehrere Bereiche definiert werden, die sich zwischen dem ersten oder vorderen und dem zweiten oder hinteren Karosserieende erstrecken. Ein vorwärts gerichteter Unterbodenabschnitt 42 kann definiert werden als ein Bereich des Unterbodens 26, der sich im Allgemeinen zwischen dem ersten oder vorderen Ende 16 der Karosserie 14 und dem einen oder mehreren Vorderrädern 32 erstreckt. Ein rückwärts gerichteter Unterbodenabschnitt 44 kann definiert werden als ein Bereich des Unterbodens 26, der sich im Allgemeinen zwischen dem einen oder den mehreren Hinterrädern 34 und dem zweiten oder hinteren Ende 18 der Karosserie 14 erstreckt. Ein mittlerer Unterbodenabschnitt 46 kann als ein Bereich des Unterbodens 26 zwischen dem vorderen Unterbodenabschnitt 42 und dem hinteren Unterbodenabschnitt 44 definiert werden. Alternativ kann der mittlere Unterbodenabschnitt 46 als ein Bereich des Unterbodens 26 definiert werden, der sich im Allgemeinen zwischen einem oder mehreren Vorderrädern 32 und einem oder mehreren Hinterrädern 34 des Fahrzeugs 10 erstreckt. Es versteht sich, dass die hierin beschriebenen Unterbodenbereiche auch in alternativen Konfigurationen basierend auf der Konfiguration des Fahrzeugs 10 konfiguriert werden können.
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Der Unterboden 26 kann einen im Wesentlichen ebenen Oberflächenbereich aufweisen. Komponenten verschiedener Fahrzeugsubsysteme, zum Beispiel eines Motorabgassystems und einer Fahrzeugaufhängung, können auch in speziell dafür ausgebildeten Durchgängen am Unterboden 26 angeordnet oder positioniert werden. Ein erster Luftstromabschnitt 48 kann mit einer begrenzten Störung an der Fahrzeugkarosserie 14 vorbeiströmen (siehe 2). Der Unterbodenabschnitt 26 kann zudem einen Raum 50 zwischen der Fahrzeugkarosserie 14 und der Fahrbahnoberfläche 12 definieren. Dementsprechend lässt der Raum 50 den ersten Luftstromabschnitt 48 unter der Fahrzeugkarosserie 14, zwischen der Fahrzeugkarosserie 14 und der Fahrbahnoberfläche 12 hindurchströmen, während ein zweiter Luftstromabschnitt 52 über den oberen Karosserieabschnitt 24 vorbeiströmt.
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Des Weiteren strömt ein dritter Luftstromabschnitt 54 um die linken und rechten Seiten 20, 22 der Fahrzeugkarosserie 14. Die Luftstromabschnitte 48, 52, 54 treffen hinter dem zweiten Ende 18 in einem Nachlaufbereich oder Rezirkulationsluftstrombereich 56 unmittelbar hinter dem hinteren Ende 18 des fahrenden Fahrzeugs 10 wieder aufeinander. Wie von Fachleuten verstanden wird, entsteht der Rezirkulationsluftstrombereich 56 im Allgemeinen bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten aus die um die sechs Seiten der Fahrzeugkarosserie strömenden Luftströme 20, 22, 24, und 26 des Fahrzeugs 10.
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Das Fahrzeug 10 kann auch eine Diffusoranordnung (nicht dargestellt) beinhalten, die in der Nähe des hinteren Endes 18 der Fahrzeugkarosserie 14 am hinteren Unterbodenabschnitt 44 angeordnet ist. Die Diffusoranordnung kann konfiguriert sein, um den ersten Luftstromabschnitt 48 über den Unterbodenabschnitt 26 hinaus durch den Raum 50 in die Umgebungsluft zu steuern. Die Diffusoranordnung kann eine Platte (nicht dargestellt) beinhalten, die so konfiguriert sein kann, dass sie sich selektiv aus dem Umgebungsluftstrom im Rezirkulationsluftstrombereich 56 hinein erstreckt und wieder herausgezogen wird, wenn sich das Fahrzeug 10 in Relation zur Fahrbahnoberfläche 12 bewegt. Die Platte kann aus einem entsprechend steifen, jedoch massearmen Material, wie beispielsweise einem technischen Kunststoff oder Aluminium, gebildet sein. Die Platte kann das aerodynamische Profil der Fahrzeugkarosserie 14 durch einen Grad der „Nachlauffüllung“ verbessern, wobei der Rezirkulationsluftstrombereich 56 unmittelbar hinter dem sich bewegenden Fahrzeug gefüllt wird. Die Diffusoranordnung ist konfiguriert, um mit mindestens einer aerodynamischen Oberfläche 60 (siehe 3) zusammenzuwirken, um das Luftströmungsmuster durch den Unterboden zu beschleunigen, um eine Abtriebskraft auf das Fahrzeug zu erzeugen und das aerodynamische Profil der Fahrzeugkarosserie 14 zu verbessern.
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Unter nunmehriger Bezugnahme auf 3 ist eine perspektivische Untersicht eines Fahrzeugs 10 mit einer aerodynamischen Unterbodenanordnung gemäß den Aspekten einer exemplarischen Ausführungsform vorgesehen. Eine Fahrzeugkarosserie 14 ist mit einem ersten Ende 16 und einem gegenüberliegenden zweiten Ende 18 vorgesehen, worin das erste Ende 16 so konfiguriert ist, dass es dem ankommenden Luftstrom zugewandt ist, wenn das Fahrzeug 10 in Bewegung ist, bezogen auf eine Straßenoberfläche 12.
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Zwischen den ersten und zweiten Enden 16, 18 erstreckt sich ein Unterboden 26 der Fahrzeugkarosserie 14, der einen Raum 50 zwischen der Fahrzeugkarosserie 14 und der Straßenoberfläche 12 definiert. Der Unterboden 26 beinhaltet eine erste Seitenkante 20, eine gegenüberliegende zweite Seitenkante 22 und einen dazwischen definierten mittleren Bereich 66.
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Ein oder mehrere Radkästen 32 sind im Unterboden 26 nahe dem vorderen Ende 16 der Fahrzeugkarosserie 14 vorgesehen, und mindestens eine aerodynamische Oberfläche 60 ist angrenzend an einen oder mehrere Radkästen 38 im Unterboden 26 angeordnet (siehe 4). Die mindestens eine aerodynamische Oberfläche 60, worin die mindestens eine aerodynamische Oberfläche 60 mindestens einen gekrümmten dreieckigen Kanal 68 beinhaltet, der konfiguriert ist, um zu bewirken, dass sich der Luftstrom über eine Stolperkante 70 (siehe 5) des mindestens einen gekrümmten dreieckigen Kanals 68 löst, um einen Niederdruckwirbelbereich innerhalb des gekrümmten dreieckigen Kanals 68 zu erzeugen.
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Unter Bezugnahme nun auf die 6A - 6C, worin 6A eine Querschnitts-Schnittlinie (A) auf der aerodynamischen Oberfläche 60 von 4 zwischen dem vorderen Abschnitt 62, der benachbart zu einem oder mehreren Radkästen angeordnet ist, und einem hinteren Abschnitt 64, der benachbart zu dem mittleren Bereich 66 des Unterbodens 26 angeordnet ist, veranschaulicht. 6B veranschaulicht eine perspektivische Ansicht des Querschnitts der aerodynamischen Oberfläche in 6A. Die Schnittkante (A) der aerodynamischen Oberfläche 60 veranschaulicht die Dreiecksform der gekrümmten Kanäle 68, worin sich der Scheitelpunkt der Dreieckskanäle zum Unterboden 26 des Fahrzeugs 10 und die Stolperkante 70 vom Unterboden 26 weg erstrecken, während ein niedriges Profil in den Raum 50 zwischen dem Unterboden 26 und der Straßenoberfläche 12 aufrechterhalten wird. 6C veranschaulicht eine vordere Unterbodenansicht der aerodynamischen Oberfläche von 6B, worin wiederum der Scheitelpunkt der gekrümmten dreieckigen Kanäle 68 so dargestellt ist, dass er sich nach oben zum Unterboden 26 des Fahrzeugs 10 erstreckt.
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Unter nunmehriger Bezugnahme auf 7 ist eine Darstellung einer Querschnittsansicht (A) von Ausführungsformen der aerodynamischen Oberfläche gemäß den Aspekten der exemplarischen Ausführungsformen vorgesehen. Wiederum wird veranschaulicht, wie sich der gekrümmte dreieckige Kanal 68 in Aufwärtsrichtung 72 zum Unterboden des Fahrzeugs 10 erstreckt. Gemäß zwei Ausführungsformen der aerodynamischen Oberfläche 26 beinhaltet eine erste Ausführungsform eine bündige Stolperkante 76, die konfiguriert ist, um zu bewirken, dass der Luftstrom zum Trennen einen Niederdruckwirbelbereich innerhalb des gekrümmten dreieckigen Kanals erzeugt wird, während er über die Stolperkante strömt, während das Fahrzeug 10 in Bewegung ist. Eine zweite Ausführungsform gemäß exemplarischen Ausführungsformen beinhaltet eine stoßende Stolperkante 78, die in Richtung 80 etwas weiter in den Raum 50 zwischen dem Unterboden 26 des Fahrzeugs 10 und der Straßenoberfläche vorsteht. Die stoßende Stolperkante 78 ist konfiguriert, um zu bewirken, dass der Luftstrom getrennt wird und einen stärkeren Niederdruckwirbelbereich innerhalb des gekrümmten dreieckigen Kanals 68 erzeugt, der über die Stolperkante strömt, während das Fahrzeug 10 in Bewegung ist. Dies wiederum führt zu einem größeren aerodynamischen Abtrieb während der Bewegung des Fahrzeugs 10, insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten.
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8 ist eine Vorderansicht eines Fahrzeugs mit einer aerodynamischen Oberfläche, die ein niedriges Profil in Bezug auf den Unterboden 26 aufweist. Die aerodynamische Oberfläche 60 kann so konfiguriert werden, dass sie ein teilbündiges Profil mit der Oberfläche des Unterbodens 26 aufweist. Es ist zu verstehen, dass der Hauptzweck der aerodynamischen Oberfläche 60 darin besteht, Niederdruckbereiche innerhalb der gekrümmten dreieckigen Kanäle 68 zu erzeugen, wenn der Luftstrom während der Fahrt über die Stolperkante strömt. Dieser erzeugte Niederdruckbereich bewirkt einen Abtrieb in Richtung 82, der normal zur aerodynamischen Oberfläche 60 ist.
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Unter nunmehriger Bezugnahme auf 9 ist eine Darstellung der von der aerodynamischen Oberfläche 60 erzeugten Niederdruckströmungsfelder 90 gemäß den Aspekten der exemplarischen Ausführungsformen dargestellt. Die Niederdruckbereiche 90 werden in den gekrümmten dreieckigen Kanälen erzeugt, wenn der Luftstrom über die Stolperkante der aerodynamischen Oberfläche 60 strömt, und die Größe des Niederdruckbereichs nimmt mit der erhöhten Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10 zu.
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Die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen oder Figs. unterstützen und beschreiben die Offenbarung, während der Umfang der Offenbarung jedoch einzig und allein durch die Patentansprüche definiert wird. Während einige der besten Modi und weitere Ausführungsformen der beanspruchten Offenbarung ausführlich beschrieben wurden, gibt es verschiedene alternative Konzepte und Ausführungsformen zur Umsetzung der in den hinzugefügten Ansprüchen definierten Offenbarung. Darüber hinaus sollen die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen oder die Merkmale von verschiedenen Ausführungsformen, die in der vorliegenden Beschreibung erwähnt sind, nicht unbedingt als voneinander unabhängige Ausführungsformen aufgefasst werden. Vielmehr ist es möglich, dass jedes der in einem der Beispiele einer Ausführungsform beschriebenen Merkmale mit einem oder einer Vielzahl von anderen gewünschten Merkmalen aus anderen Ausführungsformen kombiniert werden kann, was andere Ausführungsformen zur Folge hat, die nicht in Worten oder durch Bezugnahme auf Zeichnungen beschrieben sind. Dementsprechend fallen derartige andere Ausführungsformen in den Rahmen des Schutzumfangs der angehängten Ansprüche.
