DE102020129592A1

DE102020129592A1 - System für die Regelung einer Luftumlenkungsvorrichtung an einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102020129592A1
Application number: DE102020129592.8A
Authority: DE
Inventors: Fabrizio Promutico
Original assignee: Bitron SpA
Current assignee: Bitron SpA
Priority date: 2019-11-13
Filing date: 2020-11-10
Publication date: 2021-05-20
Also published as: US20210139087A1; IT201900021075A1; CN112793675A

Abstract

System für die Regelung einer Luftumlenkungsvorrichtung (10) an einem Kraftfahrzeug, umfassendmindestens eine erste und eine zweite Regelungsvorrichtung (20, 30) zur Regelung der Trimmlage der Luftumlenkungsvorrichtung (10), wobei jede Regelungsvorrichtung einen feststehenden Teil (21, 31), der ausgebildet ist, um mit dem Fahrzeug (V) verbunden zu werden, und einen beweglichen Teil (22, 32), der mit der Luftumlenkungsvorrichtung (10) kraftschlüssig verbunden ist, umfasst, undmindestens einen ersten und einen zweiten Aktuator (25, 35; 250; 350), die mit der ersten beziehungsweise zweiten Regelungsvorrichtung (20, 30) verbunden sind und unabhängig voneinander betätigt werden können, um unabhängig die erste und die zweite Regelungsvorrichtung (20, 30) zu steuern.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Steuersysteme für die Luftumlenkungsvorrichtungen von Kraftfahrzeugen, wie zum Beispiel Flügel, Spoiler und andere aerodynamische Anbauteile der Fahrzeugkarosserie.
Was die Flügel anbelangt, so ist der Einsatz von zentralen Antriebssystemen bekannt, bei denen der Platz für eine Getriebewelle, die den Aktuator mit den seitlichen kinematischen Ketten für die Flügelbewegung verbindet, zu berücksichtigen ist.
Dies kann bei größeren und komplexeren Flügeln, die eine besondere Form aufweisen und insbesondere in dem Raum angeordnet sind, in dem sich der Motor oder andere platzfordernde Elemente befinden, zu Problemen oder sogar zur Unmöglichkeit der Benutzung führen, da nicht der Platz vorhanden ist, um die Getriebewelle zwischen dem Aktuator und den kinematischen Ketten durchzuführen. In diesem Zusammenhang wurden alternative pneumatische/ölhydraulische Lösungen vorgeschlagen, die jedoch andere Probleme hinsichtlich der Zuverlässigkeit des Luft-Öl-Kreislaufs und der wartungsfreien Lebensdauer aufwerfen.
Bei einigen entwickelten Anwendungen kann es notwendig sein, die Querneigung des Flügels in Bezug auf das Fahrzeug zu ändern (gemäß einer Drehung auf der x-Achse des Fahrzeugs wie herkömmlicherweise angegeben - das heißt, parallel zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs). Die derzeitigen Systeme machen eine solche Umsetzung schwierig. An auch nur einer einzigen der seitlichen kinematischen Ketten, die den Flügel steuern, könnte es zu Fehlfunktionen oder Blockierungen kommen, die mit herkömmlichen Systemen nicht leicht zu handhaben sind. Ein mechanisches System mit Welle könnte zu einer versetzten Drehung der Welle und einem irreversiblen Defekt des Systems führen. Es könnte sein, dass ein ölhydraulisches System nicht in der Lage ist, eine Blockierung auch nur einer Seite des Flügels zu handhaben, und der Flügel würde auf ungewollte Weise auf der x-Achse geneigt werden mit der Gefahr eines Bruchs von Stützen und Teilen der Karosserie.
Ein weiterer Nachteil der herkömmlichen Systeme besteht darin, dass solche Systeme durch eigens dafür vorgesehene und in Bezug auf das Fahrzeugsteuergerät zusätzliche Steuergeräte gesteuert werden, wobei erhöhte Kosten für die Bereitstellung eines zusätzlichen Bauteils der allgemeinen Steuerelektronik des Fahrzeugs anfallen. Eine solche zusätzliche Steuereinheit ist notwendig, weil die Aktuatoren nur eine ausführende Funktion haben.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Steuersystem zur Verfügung zu stellen, das zumindest teilweise den oben erwähnten Nachteilen abhelfen kann.
Gegenstand der Erfindung ist angesichts dessen ein System zur Regelung einer Luftumlenkungsvorrichtung an einem Kraftfahrzeug, umfassend
mindestens eine erste und eine zweite Regelungsvorrichtung zur Regelung der Trimmlage der Luftumlenkungsvorrichtung, wobei jede Regelungsvorrichtung einen feststehenden Teil, der ausgebildet ist, um mit dem Fahrzeug verbunden zu werden, und einen beweglichen Teil, der mit der Luftumlenkungsvorrichtung kraftschlüssig verbunden ist, umfasst, und
mindestens einen ersten und einen zweiten Aktuator, die mit der mindestens ersten beziehungsweise zweiten Regelungsvorrichtung verbunden sind und unabhängig voneinander betätigt werden können, um den beweglichen Teil der ersten Regelungsvorrichtung beziehungsweise den beweglichen Teil der zweiten Regelungsvorrichtung zu steuern.
Insbesondere sind die beweglichen Teile der Regelungsvorrichtungen mit unterschiedlichen Punkten der Luftumlenkungsvorrichtung verbunden.
Jede Regelungsvorrichtung kann einen Mechanismus aufweisen, der aus der Gruppe bestehend aus Endlosschraube, Zahnstange, Zahnrädern, Gelenkviereck, Stangen oder einer Kombination davon gewählt ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erstrecken sich die erste Regelungsvorrichtung und die zweite Regelungsvorrichtung von demselben feststehenden Teil ausgehend.
Die beweglichen Teile der ersten und der zweiten Regelungsvorrichtung können mit den feststehenden Teilen der ersten beziehungsweise der zweiten Regelungsvorrichtung jeweils über voneinander getrennte kinematische Ketten verbunden sein.
Jede Regelungsvorrichtung kann mindestens einen entsprechenden Sensor umfassen, der ausgebildet ist, um ein Signal zur Angabe des dynamischen Zustands der entsprechenden Regelungsvorrichtung und/oder des entsprechenden Aktuators zu liefern.
Jede Regelungsvorrichtung kann Sendemittel zur Übertragung eines Signals zur Angabe des dynamischen Zustands der entsprechenden Regelungsvorrichtung und/oder des entsprechenden Aktuators und Empfangsmittel zum Empfang eines Steuersignals für den entsprechenden Aktuator umfassen.
Das erfindungsgemäße System kann ferner eine Steuereinheit umfassen, die gestaltet ist, um die Aktuatoren auf der Grundlage von Signalen, die die dynamischen Bedingungen der Regelungsvorrichtungen und/oder der Aktuatoren und/oder des Kraftfahrzeugs angeben, zu betätigen.
Jeder Aktuator kann gemäß einem vorab festgelegten Bewegungsgesetz betätigt werden, wobei das Bewegungsgesetz durch mindestens einen der folgenden Parameter definiert ist: Betriebsstellungen des Aktuators und/oder der entsprechenden Regelungsvorrichtung, Geschwindigkeit des Aktuators und/oder der entsprechenden Regelungsvorrichtung, Bewegungsbahn des Aktuators und/oder der entsprechenden Regelungsvorrichtung, Beschleunigung des Aktuators und/oder der entsprechenden Regelungsvorrichtung.
Das Bewegungsgesetz kann in Abhängigkeit von den dynamischen Bedingungen der entsprechenden Regelungsvorrichtung und/oder des entsprechenden Aktuators verändert werden.
Mit dem erfindungsgemäßen System kann über Datenübertragungsnetze (zum Beispiel CAN) eine reine Signalverbindung zwischen den Aktuatoren hergestellt werden, ohne dass mechanische Verbindungen wie Getriebewellen oder Öl- oder Druckluftleitungen erforderlich sind. Wird eine Architektur verwendet, bei der ein Master-Aktuator und ein oder mehrere Slave-Aktuatoren vorgesehen sind, kann die Anzahl der mit dem Fahrzeugsteuergerät ausgetauschten Signale verringert werden.
Die Verwendung von unabhängigen Regelungsvorrichtungen mit den entsprechenden Aktuatoren ermöglicht eine hohe Flexibilität der Steuerung sowie eine hohe Anpassungsfähigkeit an verschiedene Fahrzeuge und die Möglichkeit einer einfachen Anpassung an die Fahrzeugkonfigurationen.
Ferner ist es möglich, eine Kontrolle der Positionen der Luftumlenkungsvorrichtung unter allen Bedingungen zu erhalten, wodurch eventuelle Fehlfunktionen aufgrund von Blockierungen oder anderen Ursachen verhindert, erkannt und korrigiert werden können.
Ein weiterer möglicher Vorteil besteht darin, dass die Trimmlage des Fahrzeugs in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit und den Fahrbedingungen des Fahrzeugs (zum Beispiel in der Kurve) geändert werden kann.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung hervor, die als nicht einschränkendes Beispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erfolgt, von denen:

1 eine schematische Ansicht ist, die ein System für die Regelung einer Luftumlenkungsvorrichtung eines Fahrzeugs gemäß der Erfindung zeigt;
2 ein Beispiel einer möglichen Steuerungsarchitektur zeigt;
3 eine perspektivische Ansicht eines beweglichen Flügels eines Fahrzeugs und des zugehörigen Regelungssystems ist;
4 und 5 perspektivische Ansichten einer Antriebseinheit des Flügels aus 3 sind;
6 eine perspektivische Ansicht der Antriebseinheit aus den 4 und 5 ist, von der eine Abdeckung entfernt wurde;
7 eine perspektivische Ansicht eines Übertragungsmechanismus der Antriebseinheit aus den 4-6 ist;
8 eine perspektivische Ansicht einer Antriebseinheit ist, die in einem erfindungsgemäßen Regelungssystem verwendet werden kann;
9 und 10 Schnittansichten der Antriebseinheit aus 8 in einer eingefahrenen beziehungsweise ausgefahrenen Position sind;
11 eine perspektivische Ansicht der inneren Bauteile der Antriebseinheit aus 8 sind;
12 und 13 eine seitliche Vertikalansicht beziehungsweise eine Schnittansicht einiger Bauteile aus 11 sind.

1 zeigt schematisch eine Luftumlenkungsvorrichtung, zum Beispiel einen Heckflügel eines Kraftfahrzeugs. Typischerweise umfasst die Luftumlenkungsvorrichtung 10 einen in Bezug auf das Kraftfahrzeug beweglichen Körper, und sie umfasst mindestens eine Fläche, die ausgebildet ist, um die Luft während der Fahrt des Fahrzeugs umzulenken, um eine aerodynamische Wirkung zu erzielen.
1 stellt schematisch auch ein Regelungssystem der Vorrichtung 10 dar. In dem dargestellten Beispiel umfasst ein solches System eine erste und eine zweite Regelungsvorrichtung 20 beziehungsweise 30 für die Regelung der Trimmlage der Luftumlenkungsvorrichtung 10. Die Regelungsvorrichtungen 20 und 30 sind mit unterschiedlichen Punkten der Luftumlenkungsvorrichtung 10 verbunden. In dem dargestellten Beispiel sind die Regelungsvorrichtungen 20 und 30 an gegenüberliegenden Seiten der Luftumlenkungsvorrichtung 10 angeordnet. Anzahl und Anordnung der Regelungsvorrichtungen können jedoch von der Darstellung in der Figur abweichen. Zum Beispiel könnten zwei Paar Regelungsvorrichtungen vorhanden sein, die an gegenüberliegenden Seiten der Luftumlenkungsvorrichtung 10 angeordnet sind, wobei in jedem Paar eine Regelungsvorrichtung weiter vorne als die andere angeordnet wäre.
Jede Regelungsvorrichtung 20, 30 umfasst einen feststehenden Teil 21 beziehungsweise 31, der ausgebildet ist, um mit dem mit V bezeichneten Fahrzeug verbunden zu werden, und einen beweglichen Teil 22 beziehungsweise 32, der mit der Luftumlenkungsvorrichtung 10 kraftschlüssig verbunden ist.
Das System umfasst ferner mindestens einen ersten und einen zweiten Aktuator 25 und 35, die mit der ersten beziehungsweise zweiten Regelungsvorrichtung 20, 30 verbunden sind und unabhängig voneinander betätigt werden können, um den beweglichen Teil 22 der ersten Regelungsvorrichtung beziehungsweise den beweglichen Teil der zweiten Regelungsvorrichtung 20, 30 zu steuern. Mit anderen Worten kann der bewegliche Teil einer beliebigen der Regelungsvorrichtungen direkt nur von dem der betreffenden Regelungsvorrichtung zugeordneten Aktuator gesteuert werden, und er kann von den den anderen Regelungsvorrichtungen zugeordneten Aktuatoren möglicherweise nur indirekt über die Luftumlenkungsvorrichtung 10 gesteuert werden, da die beweglichen Teile der Regelungsvorrichtungen nur über die Luftumlenkungsvorrichtung 10 miteinander verbunden sind.
In jeder Regelungsvorrichtung 20, 30 ist der entsprechende bewegliche Teil 22, 32 mit dem entsprechenden feststehenden Teil 21, 31 über eine kinematische Kette verbunden. Die kinematischen Ketten der Regelungsvorrichtungen 20, 30 sind voneinander getrennt. Jede der kinematischen Ketten kann einen Mechanismus wie beispielsweise Endlosschraube, Zahnstange, Zahnräder, Gelenkviereck, Stangen oder eine Kombination davon umfassen. Alternativ können in einer oder mehreren der Regelungsvorrichtungen 20, 30 der bewegliche Teil und der feststehende Teil direkt vom zugeordneten Aktuator miteinander verbunden sein. In einer nicht dargestellten Ausführungsform können mehrere Regelungsvorrichtungen sich von demselben feststehenden Teil erstrecken.
In dem dargestellten Beispiel ist jede der Regelungsvorrichtungen 20, 30 ausgebildet, um eine lineare Bewegung des entsprechenden beweglichen Teils 22, 32 zu bewirken. Alternativ können die Vorrichtungen ausgebildet sein, um eine Drehbewegung der jeweiligen beweglichen Teile 22, 32 zu bewirken oder um eine Kombination von Bewegungen zu bewirken. Ferner können die Regelungsvorrichtungen 20, 30 ausgebildet sein, um voneinander unterschiedliche Bewegungen zu bewirken.
Jeder der beweglichen Teile 22, 32 der Regelungsvorrichtungen 20, 30 ist mit der Luftumlenkungsvorrichtung 10 durch eine Bindung verbunden. Diese Bindung kann beliebiger Art sein, zum Beispiel eine Verbindung, ein Scharnier, eine Kulisse oder ein anderes in der Technik bekanntes System. Die Bindung kann auf einer beliebigen Bahn bewegt werden, das heißt, geradlinig oder dergestalt, dass eine Kurve oder eine beliebige komplexe Bahn ausgeführt wird.
So kann beispielsweise, wenn die beweglichen Teile 22, 32 durch Scharniere mit der Luftumlenkungsvorrichtung verbunden sind, eine Gestaltung hergestellt werden, bei der sich die Luftumlenkungsvorrichtung 10 um die x-Achse des Fahrzeugs drehen kann.
Die den Regelungsvorrichtungen 20, 30 zugeordneten Aktuatoren 25, 35 können Linear- oder Drehaktuatoren sein.
Jede Regelungsvorrichtung 20, 30 umfasst ferner mindestens einen entsprechenden Sensor 26, 36, der ausgebildet ist, um ein Signal zur Angabe des dynamischen Zustands der entsprechenden Regelungsvorrichtung 20, 30 und/oder des entsprechenden Aktuators 25, 35 zu liefern.
Der Sensor 26, 36 kann durch einen optischen oder magnetischen Encoder oder ein anderes in der Technik bekanntes System hergestellt sein.
Jede Regelungsvorrichtung 20, 30 umfasst ferner einen entsprechenden Geber 27, 37 zur Übertragung eines Signals zur Angabe des dynamischen Zustands der Regelungsvorrichtung 20, 30 und/oder des entsprechenden Aktuators 25, 35 sowie einen entsprechenden Empfänger 28, 38 zum Empfang eines Steuersignals für den entsprechenden Aktuator 25, 35. Die Empfangs- und Sendefunktionen können bei Bedarf von ein und derselben Vorrichtung ausgeführt werden.
In jedem Aktuator 25, 35 kann ein zum Beispiel auf einer Schaltungsplatine (PCB) implementiertes Datenverarbeitungssystem vorhanden sein, mit dem über einen Zeitraum die Position des beweglichen Teils des Aktuators 25, 35 (Linear- oder Winkelposition) und die vom Aktuator ausgeübte Kraft (oder Drehmoment) sowie die vom Motor des Aktuators 25, 35 aufgenommenen elektrischen Parameter (Spannung und Strom) überwacht werden können.
In jedem Aktuator 25, 35 kann ein Datenspeichersystem (wie jene, die in der Technik als EEPROM-Speicher bekannt sind, oder ein anderes System) vorhanden sein, mit dem die Sollwerte oder die gewünschten Zustände des Aktuators beziehungsweise die Positionen oder erwarteten Kräfte, die der Aktuator über einen Zeitraum entwickelt, ebenso wie die unter diesen Bedingungen gewünschten elektrischen Steuerungsparameter gespeichert werden können. Gleichermaßen kann die Steuerlogik des Aktuators unter den verschiedenen Betriebsbedingungen gespeichert werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Regelungssystem n aufeinander abgestimmte Aktuatoren (mit n größer oder gleich 2) umfassen.
Jeder Aktuator eines Paares (oder Trios oder Elements eines Systems mit n Aktuatoren) kann über einen Zeitraum ein anderes Öffnungs- oder Schließgesetz und ein eigenes Anwendungsgesetz für die ausgeführte Last oder eine andere Art der Reaktion auf „Störungen“, die der Aktuator empfangen kann, gespeichert haben.
Die Aktuatoren können über ein in der Automobilindustrie bekanntes Datenaustauschsystem (zum Beispiel ein CAN-Netzwerk) miteinander verbunden sein.
2 zeigt eine mögliche Steuerungsarchitektur der Aktuatoren, die einen mit dem Steuergerät (ECU) des Fahrzeugs über ein Datenverbindungssystem (zum Beispiel eine CAN-Leitung) verbundenen Master-Aktuator und eine Reihe von Slave-Aktuatoren, die über den Master-Aktuator mit dem Steuergerät des Fahrzeugs verbunden sind, umfasst.
Mit diesen Eigenschaften des Aktuators (Integration in den Aktuator von Betriebsdatenspeicherung, Datenverarbeitung und Kommunikation mit anderen Aktuatoren) und der besonderen Architektur (Aktuatoren, die miteinander kommunizieren und mit einer Master- und Slave-Struktur, bei der nur der Master mit dem Fahrzeugsteuergerät kommuniziert) kann ein Steuerungsverfahren eines Systems von (mindestens einem Paar) Aktuatoren für die Luftumlenkungsvorrichtung 10 wie nachfolgend angeführt hergestellt werden.

1. Das Fahrzeugsteuergerät teilt den Sollwert, auf den der Flügel oder die Flügel gebracht werden müssen, und die Art und Weise, wie dies zu erfolgen hat, dem Master mit. Dieser Sollwert kann für jeden einzelnen Aktuator gleich oder unterschiedlich sein.
2. Der Master teilt allen Slaves ihren zu erreichenden Sollwert mit.
3. Jeder Aktuator steuert sich selbst in (Linear- oder Winkel-) Position, Kraft (Drehmoment) und in Diagnose.
4. Jeder Aktuator teilt dem Master seinen Status mit.
5. Der Master überprüft, ob Position und Kraft mit einem zugewiesenen Gesetz übereinstimmen. Im einfachsten Fall gilt das Gesetz der Positionssynchronisation der Aktuatoren. Komplexere Gesetze könnten definiert werden, wie beispielsweise die Positionssynchronisation der Aktuatoren mit einer bestimmten Stellgeschwindigkeit, das heißt, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt die Position der Aktuatoren definiert werden muss (zum Beispiel muss nach einer bestimmten Zeit der Aktuator um einen bestimmten Winkel gedreht haben). Es können sogar noch komplexere Gesetze definiert werden, wie zum Beispiel, dass es zwischen einem Aktuatorpaar eine feste zeitliche oder räumliche Verzögerung gibt, oder dass sich ein Aktuator nach einem Zeitversatz bewegen muss oder noch andere. Dies ermöglicht es beispielsweise, angestellte Flügel auf der x-Achse während der Kurvenfahrt des Fahrzeugs für den Ausgleich der Rollbewegung zu haben, oder auf der y-Achse für den Ausgleich der Nickbewegung oder beim Bremsen als aerodynamische Bremse.
6. Der Master teilt dem Steuergerät mit, ob der Status wie gewünscht ist oder nicht.
7. Bei Funktionsstörungen kann der Master unabhängig vom Steuergerät reagieren und einen unterschiedlichen Fehlerkommunikationsschwellwert haben. Der Master kann zum Beispiel im Falle einer zeitweiligen Verlangsamung der Bewegung eines der beiden Aktuatoren und innerhalb eines bestimmten zeitlichen oder räumlichen Spielraums auf den von der Verlangsamung betroffenen Aktuator warten und dabei dennoch die Synchronität der Aktuatoren erhalten. Sobald ein Verzögerungsschwellwert überschritten wird, kann der Master eine Störung an das Steuergerät melden, die andernfalls nicht kommuniziert wird.

Im Wesentlichen wird mit dem oben beschriebenen Verfahren ein Steuerkreis für die Leistungen (Position, Kraft, Fehler) von n Aktuatoren für die aktive Aerodynamik eines Fahrzeugs geschaffen, der unabhängig vom Fahrzeugsteuergerät ist oder der in jedem Fall eine Mindestanzahl an Informationen mit dem Fahrzeugsteuergerät austauscht (wie Lenkwinkel oder andere Fahrzeugparameter wie Fahrzeuggeschwindigkeit, und den für jeden Aktuator zu erreichenden Sollwert und das für das Erreichen geltende Gesetz).
Es sind jedoch verschiedenartige Architekturen möglich, zum Beispiel eine Architektur, bei der das Fahrzeugsteuergerät direkt mit allen Aktuatoren und den zugehörigen Sensoren kommuniziert.
In den 3 bis 7 ist ein Drehaktuator dargestellt, der in einem erfindungsgemäßen Regelungssystem eingesetzt werden kann. In 3 wird der Drehaktuator jedoch in einer herkömmlichen Anordnung verwendet, bei der das Regelungssystem der Luftumlenkungsvorrichtung vorsieht, dass der Aktuator mittig in Bezug auf die Luftumlenkungsvorrichtung 10 angeordnet und mit einem Paar kinematische Ketten 100, die an gegenüberliegenden Seiten der Luftumlenkungsvorrichtung 10 angeordnet sind, verbunden ist.
In den 3-7 ist der Drehaktuator als Getriebemotoreinheit ausgebildet, die insgesamt mit 250 bezeichnet ist. Das Gehäuse der Getriebemotoreinheit 250 kann an der Fahrzeugkarosserie befestigt sein und so den feststehenden Teil einer der Regelungsvorrichtungen des oben beschriebenen Systems bilden.
Die Getriebemotoreinheit 250 hat eine höchst kompakte und leichte Konstruktion mit minimaler Geräuschentwicklung und ist in der Lage, die Luftumlenkungsvorrichtung 10 ohne Verwendung von zusätzlichen Positionierungselementen in verschiedene Betriebsstellungen zu bringen.
Die Getriebemotoreinheit 250 umfasst im Wesentlichen:

einen steuerbaren Elektromotor mit einer Abtriebswelle,
einen Untersetzungsmechanismus, der einen schrägverzahnten Kegelradsatz und ein Schneckengetriebe umfasst, wobei der schrägverzahnte Kegelradsatz durch ein konisches Ritzel mit der Abtriebswelle des Elektromotors verbunden ist, wobei der schrägverzahnte Kegelradsatz ein im Eingriff befindliches Kegelrad aufweist, das ausgebildet ist, um mit einer Endlosschraube des Schneckengetriebes in operative Verbindung gebracht zu werden, wobei das Schneckengetriebe ein im Eingriff befindliches Zahnrad aufweist, das ausgebildet ist, um eine Einstellwelle der Luftumlenkungsvorrichtung anzutreiben; und
einen mechanischen Antriebskraftgeber, der ausgebildet ist, um eine Antriebskraft auf die Luftumlenkungsvorrichtung zu übertragen.

3 zeigt die Luftumlenkungsvorrichtung 10, insbesondere einen in eine Vielzahl von gewünschten Positionen in Bezug auf ein Kraftfahrzeug verstellbaren Flügel, genauer einen Heckflügel, der am Fahrzeugheck angeordnet werden kann. Die Luftumlenkungsvorrichtung 10 kann zwischen mindestens einer Betriebsstellung, in der die Vorrichtung in Bezug auf das Karosserieprofil des Fahrzeugs in einer angehobenen Position ausgefahren ist, und einer Ruhestellung, in der sie in einer Position, in der ihr Profil sich nahezu an das Karosserieprofil anschließt, oder in einer Position, in der die sie eine geringere oder keine Wirkung auf den Luftstrom hat, eingefahren ist, verstellt werden. Diese Regelungsbewegung wird mit Hilfe der Getriebemotoreinheit 250 erreicht. Die Getriebemotoreinheit 250 umfasst einen Elektromotor 259 und einen Untersetzungsmechanismus, der in Wechselwirkung mit dem Elektromotor steht. Der Untersetzungsmechanismus wirkt auf eine Einstellwelle 253, die mit den kinematischen Ketten 100 in Wechselwirkung steht, um die von der Getriebemotoreinheit 250 erzeugte Antriebskraft mechanisch auf die Luftumlenkungsvorrichtung 10 zu übertragen.
7 zeigt im Detail den Motor mit dem Untersetzungsmechanismus. Ein konisches Ritzel 255 eines schrägverzahnten Kegelradsatzes A wird über die Abtriebswelle 254 des Elektromotors 259 mitgenommen. Das konische Ritzel 255 steht in Wechselwirkung mit einem in Eingriff befindlichen Kegelrad 256, das die Endlosschraube 257 eines Schneckengetriebes B mitnimmt. Die Endlosschraube 257 wirkt auf ein in Eingriff befindliches Zahnrad 258, über das die Einstellwelle 253 direkt oder indirekt mitgenommen wird. In dem dargestellten Beispiel nimmt das Zahnrad 258 ein zylindrisches Ritzel 261 mit, das mit einem Stirnrad 262 zusammenwirkt, das eine Getriebeausgangswelle 263 mitnimmt. Ist die Getriebemotoreinheit mittig in Bezug auf die Luftumlenkungsvorrichtung 10 positioniert, wird an einem Ende oder an beiden Enden der Getriebeausgangswelle 263 die Einstellwelle 253 beziehungsweise die Einstellwellen 253 koaxial befestigt. In der oben beschriebenen Getriebemotoreinheit können hohe Untersetzungsverhältnisse erreicht werden, die eine Selbstverriegelungsfunktion ermöglichen, die die Luftumlenkungsvorrichtung ohne zusätzliche Positionierungs- oder Verriegelungsmittel und auch bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten oder bei hohem Winddruck in jeder gewünschten Betriebsstellung hält; darüber hinaus ist die oben beschriebene Einheit relativ geräuscharm.
6 zeigt die Getriebemotoreinheit 250, von der eine Abdeckung entfernt wurde, die in den 4 und 5 mit 264 bezeichnet ist. Wie in der 6 ersichtlich, ist dem Elektromotor 259 eine Schaltungsplatine 265 zugeordnet, auf der wie zuvor beschrieben mindestens ein Sensor angeordnet sein kann, der ausgebildet ist, um ein Signal zur Angabe des dynamischen Zustands des Elektromotors 259 bereit zu stellen, der durch einen optischen oder magnetischen Encoder oder ein anderes in der Technik bekanntes System hergestellt ist. Auf der Schaltungsplatine 256 können ein Geber und ein Empfänger angeordnet sein, um ein Signal zur Angabe des dynamischen Zustands des Aktuators 259 zu übertragen beziehungsweise um ein Steuersignal für den Aktuator 259 zu empfangen. Auf der Schaltungsplatine 265 kann ein Datenverarbeitungssystem vorhanden sein, mit dem über einen Zeitraum die Winkelposition der Abtriebswelle 254 des Motors 259 und das vom Motor ausgeübte Drehmoment sowie die vom Motor aufgenommenen elektrischen Parameter (Spannung und Strom) überwacht werden können. Auf der Schaltungsplatine 259 kann auch ein Datenspeichersystem vorhanden sein, mit dem die Sollwerte beziehungsweise die gewünschten Zustände des Aktuators beziehungsweise die Positionen oder die erwarteten Kräfte, die der Aktuator über einen Zeitraum entwickelt, sowie die unter diesen Bedingungen gewünschten elektrischen Steuerungsparameter gespeichert werden können. Gleichermaßen kann die Steuerlogik des Aktuators unter den verschiedenen Betriebsbedingungen gespeichert werden.
In den 8 bis 13 ist ein Linearaktuator dargestellt, der in einem erfindungsgemäßen Regelungssystem eingesetzt werden kann.
In den 8-13 ist der Linearaktuator als Antriebseinheit ausgebildet, insgesamt bezeichnet mit 350. Das Gehäuse der Antriebseinheit 350 kann an der Fahrzeugkarosserie befestigt werden, wobei es so den feststehenden Teil einer der Regelungsvorrichtungen des oben mit Bezug auf 1 beschriebenen Systems bildet.
Die Antriebseinheit 350 hat eine höchst kompakte und leichte Konstruktion mit minimaler Geräuschentwicklung und ist in der Lage, die Luftumlenkungsvorrichtung 10 ohne Verwendung von zusätzlichen Positionierungselementen in verschiedene Betriebsstellungen zu bringen.
Die Getriebemotoreinheit 250 umfasst im Wesentlichen einen steuerbaren Elektromotor mit einer Abtriebswelle und einen mit der Abtriebswelle verbundenen Übertragungsmechanismus, der die vom Elektromotor erzeugte Drehbewegung in eine lineare Bewegung eines Schafts umwandelt. Der Schaft ist dann direkt oder indirekt über eine kinematische Kette mit der Luftumlenkungsvorrichtung 10 verbunden.
Die 11-13 zeigen im Detail den Motor mit dem Übertragungsmechanismus, die im Inneren des Gehäuses der in den 8 bis 10 dargestellten Antriebseinheit 350 angeordnet sind.
In dem dargestellten Beispiel umfasst der Übertragungsmechanismus ein Rädergetriebe C, das aus einer Vielzahl von Stirnrädern gebildet ist, von denen das erste direkt von der Abtriebswelle 351 des Elektromotors 352 mitgenommen wird. Die Stirnräder sind mit 353, 354, 355 und 356 bezeichnet und sind dergestalt ausgebildet, dass ein bestimmtes Untersetzungsverhältnis zwischen der Winkelgeschwindigkeit des mit 356 bezeichneten Ausgangszahnrads und dem an der Abtriebswelle 351 des Elektromotors 352 angebrachten und mit 353 bezeichneten Eingangszahnrad geschaffen wird. Auf einer Welle 357 des Ausgangszahnrads 356 ist koaxial eine Endlosschraube 358 einer Schraube-Mutter-Verbindung D angeordnet. Die Endlosschraube 358 steht in Wechselwirkung mit einem Mutterelement 359, um eine lineare Bewegung des Mutterelements 359 zu bewirken.
An dem Mutterelement 359 ist der Schaft 361 befestigt, der im Gehäuse der Antriebseinheit 350 verschiebbar angebracht ist und der ausgebildet ist, um direkt oder indirekt mit der Luftumlenkungsvorrichtung 10 verbunden zu werden. In dem dargestellten Beispiel ist beispielsweise das distale Ende des Schaftes 361 mit einem Kugelgelenk 362 versehen, das es dem damit verbundenen Element ermöglicht, die eigene Neigung in Bezug auf den Schaft 361 zu verändern.
Wie in den 11-13 ersichtlich, ist dem Elektromotor 352 eine Schaltungsplatine 365 zugeordnet, auf der wie zuvor beschrieben mindestens ein Sensor angeordnet sein kann, der ausgebildet ist, um ein Signal für die Angabe des dynamischen Zustands des Elektromotors 352 bereit zu stellen. Insbesondere wird ein bestimmter Sensor weiter unten unter Bezugnahme auf die 12 und 13 beschrieben. Auf der Schaltungsplatine 365 können ferner ein Geber und ein Empfänger angeordnet sein, um ein Signal zur Angabe des dynamischen Zustands des Aktuators 352 zu übertragen beziehungsweise um ein Steuersignal für den Aktuator 352 zu empfangen. Auf der Schaltungsplatine 365 kann ein Datenverarbeitungssystem vorhanden sein, mit dem über einen Zeitraum die Winkelposition der Abtriebswelle 351 des Motors 352 und das vom Motor ausgeübte Drehmoment sowie die vom Motor aufgenommenen elektrischen Parameter (Spannung und Strom) überwacht werden können. Auf der Schaltungsplatine 365 kann auch ein Datenspeichersystem vorhanden sein, mit dem die Sollwerte beziehungsweise die gewünschten Zustände des Aktuators beziehungsweise die Positionen oder die erwarteten Kräfte, die der Aktuator über einen Zeitraum entwickelt, sowie die unter diesen Bedingungen gewünschten elektrischen Steuerungsparameter gespeichert werden können. Gleichermaßen kann die Steuerlogik des Aktuators unter den verschiedenen Betriebsbedingungen gespeichert werden.
Unter Bezugnahme auf die 12 und 13 ist bei der Welle 357 des Ausgangszahnrads 356 ein Magnetsensor, zum Beispiel ein Hall-Effekt-Sensor, angeordnet, der ausgebildet ist, um ein Signal für die Angabe der Winkelgeschwindigkeit der Welle 357 des Zahnrads 356 bereit zu stellen. Ein Sensorkörper des Magnetsensors ist mit 366 bezeichnet. Der Welle 357 ist ein Untersetzungsmechanismus E zugeordnet, der ein Rädergetriebe umfasst, das aus einer Vielzahl von Stirnrädern gebildet ist, die mit 367, 368, 369 und 370 bezeichnet sind. Das Rädergetriebe umfasst eine Buchse 367a, die koaxial an der Welle 357 befestigt ist und auf der eine Außenverzahnung (Eingangszahnrad) 367 ausgebildet ist. Die Außenverzahnung 367 steht in Wechselwirkung mit dem Zahnrad 368, das wiederum das Zahnrad 369 mitnimmt. Das Zahnrad 369 steht wiederum in Wechselwirkung mit dem Erfassungszahnrad 370, das koaxial auf der Buchse 367a angebracht und in Bezug auf diese drehbar ist. Auf dem Erfassungszahnrad 370 ist ein Dauermagnet 371 angeordnet, der als vom Sensorkörper 366 zu erfassender beweglicher Teil dient.
Gemäß alternativen Ausführungsformen kann anstelle des Magnetsensors ein anderer berührungsloser Sensortyp, wie beispielsweise ein optischer Sensor, oder ein Berührungssensor, wie beispielsweise ein Mikroschalter, vorhanden sein.
System für die Regelung einer Luftumlenkungsvorrichtung (10) an einem Kraftfahrzeug, umfassend
mindestens eine erste und eine zweite Regelungsvorrichtung (20, 30) zur Regelung der Trimmlage der Luftumlenkungsvorrichtung (10), wobei jede Regelungsvorrichtung einen feststehenden Teil (21, 31), der ausgebildet ist, um mit dem Fahrzeug (V) verbunden zu werden, und einen beweglichen Teil (22, 32), der mit der Luftumlenkungsvorrichtung (10) kraftschlüssig verbunden ist, umfasst, und
mindestens einen ersten und einen zweiten Aktuator (25, 35; 250; 350), die mit der ersten beziehungsweise zweiten Regelungsvorrichtung (20, 30) verbunden sind und unabhängig voneinander betätigt werden können, um unabhängig die erste und die zweite Regelungsvorrichtung (20, 30) zu steuern.

Claims

System für die Regelung einer Luftumlenkungsvorrichtung (10) an einem Kraftfahrzeug, umfassend mindestens eine erste und eine zweite Regelungsvorrichtung (20, 30) zur Regelung der Trimmlage der Luftumlenkungsvorrichtung (10), wobei jede Regelungsvorrichtung einen feststehenden Teil (21, 31), der ausgebildet ist, um mit dem Fahrzeug (V) verbunden zu werden, und einen beweglichen Teil (22, 32), der mit der Luftumlenkungsvorrichtung (10) kraftschlüssig verbunden ist, umfasst, und mindestens einen ersten und einen zweiten Aktuator (25, 35; 250; 350), die mit der mindestens ersten beziehungsweise zweiten Regelungsvorrichtung (20, 30) verbunden sind und unabhängig voneinander betätigt werden können, um den beweglichen Teil (22) der ersten Regelungsvorrichtung (20) beziehungsweise den beweglichen Teil (32) der zweiten Regelungsvorrichtung (30) zu steuern.
System nach Anspruch 1, wobei die beweglichen Teile (22, 32) der Regelungsvorrichtungen (20, 30) mit unterschiedlichen Punkten der Luftumlenkungsvorrichtung (10) verbunden sind.
System nach Anspruch 1 oder 2, wobei jede Regelungsvorrichtung (20, 30) einen Mechanismus aufweist, der aus der Gruppe bestehend aus Endlosschraube, Zahnstange, Zahnrädern, Gelenkviereck, Stangen oder einer Kombination davon gewählt ist.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei sich die erste Regelungsvorrichtung (20) und die zweite Regelungsvorrichtung (30) von demselben feststehenden Teil ausgehend erstrecken.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die beweglichen Teile (22, 32) der ersten und der zweiten Regelungsvorrichtung (20, 30) mit den feststehenden Teilen (22, 32) der ersten beziehungsweise der zweiten Regelungsvorrichtung (20, 30) jeweils über voneinander getrennte kinematische Ketten verbunden sind.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei jede Regelungsvorrichtung mindestens einen entsprechenden Sensor (26, 36; 366) umfasst, der ausgebildet ist, um ein Signal zur Angabe des dynamischen Zustands der entsprechenden Regelungsvorrichtung (20, 30) und/oder des entsprechenden Aktuators (25, 35; 250; 350) zu liefern.
System nach Anspruch 6, wobei jede Regelungsvorrichtung (20, 30) Sendemittel (27, 37) zur Übertragung eines Signals zur Angabe des dynamischen Zustands der entsprechenden Regelungsvorrichtung (20, 30) und/oder des entsprechenden Aktuators (25, 35; 250; 350) sowie Empfangsmittel (28, 38) zum Empfang eines Steuersignals für den entsprechenden Aktuator (25, 35; 250; 350) umfasst.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend ferner eine Steuereinheit, die gestaltet ist, um die Aktuatoren (25, 35; 250; 350) auf der Grundlage von Signalen zur Angabe der dynamischen Bedingungen der Regelungsvorrichtungen (20, 30) und/oder der Aktuatoren (25, 35; 250; 350) und/oder des Kraftfahrzeugs zu betätigen.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei jeder Aktuator (25, 35; 250; 350) gemäß einem vorab festgelegten Bewegungsgesetz betätigt werden kann, wobei das Bewegungsgesetz durch mindestens einen der folgenden Parameter definiert ist: Betriebsstellungen des Aktuators (25, 35; 250; 350) und/oder der entsprechenden Regelungsvorrichtung (20, 30), Geschwindigkeit des Aktuators (25, 35; 250; 350) und/oder der entsprechenden Regelungsvorrichtung (20, 30), Bewegungsbahn des Aktuators (25, 35; 250; 350) und/oder der entsprechenden Regelungsvorrichtung (20, 30), Beschleunigung des Aktuators (25, 35; 250; 350) und/oder der entsprechenden Regelungsvorrichtung (20, 30).
System nach Anspruch 9, wobei das Bewegungsgesetz in Abhängigkeit von den dynamischen Bedingungen der entsprechenden Regelungsvorrichtung (20, 30) und/oder des entsprechenden Aktuators (25, 35; 250; 350) verändert werden kann.