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Die Erfindung betrifft einen Windkanal für ein Kraftfahrzeug, mit einem Gebläse, einer Messstrecke, welche mit einem durch das Gebläse erzeugten Luftstrom durchströmbar ist, einer Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme unterschiedlicher Kraftfahrzeuge innenhalb der Messstrecke, und einer Messvorrichtung zur Ermittlung von aerodynamischen Kennwerten des Kraftfahrzeugs. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Windkanals.
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Derartige Windkanäle werden insbesondere in der Kraftfahrzeugentwicklung eingesetzt. Dabei wird ein Kraftfahrzeug in einer Messstrecke des Windkanals angeordnet und mit Hilfe eines Gebläses ein möglichst gleichmäßiger und unverwirbelter Luftstrom in die Messstrecke eingeleitet, welcher das Kraftfahrzeug umströmt. Bei der Messung im Windkanal umströmt der Luftstrom das Kraftfahrzeug und bewirkt unter anderem eine Vertikalkraft auf das Kraftfahrzeug, welche mittels einer Messvorrichtung erfasst wird. Dabei ist das Kraftfahrzeug beispielsweise auf einer Aufnahmevorrichtung mit einer Kraftmesseinheit angeordnet, wobei die Kraftmesseinheit die Vertikalkraft erfasst. Aus der ermittelten Vertikalkraft kann beispielsweise der Abtrieb des Kraftfahrzeugs bestimmt werden, wobei der Abtrieb an einer Antriebsachse des Kraftfahrzeugs entscheidend für die Kurvenfahrt und die Beschleunigung des Kraftfahrzeugs ist. Weiterhin wird bei der Messung die Windgeschwindigkeit in der Messstrecke bestimmt. Aus den gesammelten Ergebnissen ermittelt man den sogenannten Luftwiderstandsbeiwert, auch cw-Wert genannt. Je kleiner der cw-Wert ist, desto geringer ist der Luftwiderstand des Kraftfahrzeugs und desto geringer ist der Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeugs bei einer Fahrt. Einen derartigen Windkanal offenbart beispielsweise die
DE 10 2011 054 434 A1 .
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Vor der Durchführung der tatsächlichen Windkanal-Messung muss das zu untersuchende Kraftfahrzeug vermessen werden und die exakte Außenkontur des Kraftfahrzeugs ermittelt werden. Auch dies gehört zur Messung im Windkanal. Die Vermessung und die Ermittlung der Außenkontur erfolgt üblicherweise manuell durch einen die Messung durchführende Person, wobei die Person die exakte Außenkontur händisch ermittelt. Weiterhin müssen die unterschiedlichen Fahrzeugkonfigurationen manuell durch die Person ermittelt und händisch in ein Versuchsprotokoll eingetragen werden. Unter der Fahrzeugkonfiguration werden unterschiedliche Ausgestaltungen eines Kraftfahrzeugs verstanden, wobei ein Kraftfahrzeug beispielsweise unterschiedliche Luftleitelemente, unterschiedliche Stellungen der vorhandenen Luftleitelemente oder unterschiedliche Standhöhen aufweisen kann.
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Nachteilhaft bei einer derartigen Vorgehensweise ist, dass die manuelle Ermittlung der Außenkontur des Kraftfahrzeugs, die manuelle Bestimmung der Kraftfahrzeugkonfiguration und das manuelle Eingeben der ermittelten Daten sehr zeitaufwändig ist und dadurch eine Messung im Windkanal einen beträchtlichen Zeitaufwand erfordert.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Windkanal mit Messvorrichtung zu schaffen, mit welchem eine Messung, welche auch das Vermessen und Erfassen der Außenkontur beinhaltet, mit einem reduzierten Zeitaufwand durchgeführt werden kann.
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Dadurch, dass eine optische Erfassungsvorrichtung zur Erfassung einer Außenkontur des durch die Aufnahmevorrichtung aufgenommenen Kraftfahrzeugs, eine Auswerteinheit und eine Verknüpfungseinheit vorgesehen sind, wobei die Auswerteinheit derart ausgeführt ist, dass die Auswerteinheit aus der durch die optische Erfassungsvorrichtung erfassten Außenkontur des Kraftfahrzeugs eine Fahrzeugkonfiguration ermittelt, und wobei die Verknüpfungseinheit derart ausgeführt ist, dass die Verknüpfungseinheit die durch die Auswerteinheit ermittelte Fahrzeugkonfiguration des Kraftfahrzeugs mit den durch die Messvorrichtung ermittelten Messergebnissen verknüpft, kann der Zeitaufwand einer Messung im Windkanal erheblich reduziert werden. Dabei wird die Außenkontur des Kraftfahrzeugs mittels der optischen Erfassungsvorrichtung exakt und mit einer hohen Detailtiefe erfasst und an die Auswerteinheit übermittelt. Die Auswerteinheit bestimmt die Außenkontur des Kraftfahrzeugs und ermittelt daraus eine Kraftfahrzeugkonfiguration. Die Kraftfahrzeugkonfiguration beinhaltet alle Komponenten und Einstellungen, die die Luftumströmung und damit die Aerodynamik des Kraftfahrzeugs beeinflussen. Dazu zählen beispielsweise die unterschiedlichen Luftleitelemente, bei verstellbaren Luftleitelementen die vorliegende Stellung der Luftleitelemente oder der Abstand zwischen dem Kraftfahrzeugunterboden und der Fahrbahn. Weiterhin gehören beispielsweise die Fahrzeugräder, insbesondere die Felgen des Kraftfahrzeugs, zur Kraftfahrzeugkonfiguration, da auch die Fahrzeugräder die Luftumströmung des Kraftfahrzeugs durch an den Fahrzeugrädern entstehende Verwirbelungen beeinflussen. Die durch die Auswerteinheit bestimmte Kraftfahrzeugkonfiguration wird durch eine Verknüpfungseinheit mit den Messergebnissen der dazugehörigen Messung verknüpft, so dass automatisiert ein Messprotokoll mit der Kraftfahrzeugkonfiguration und den dazugehörigen Messergebnissen geschaffen wird.
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Durch die automatisierte Erfassung und das automatisierte Verknüpfung der Kraftfahrzeugkonfiguration mit den dazugehörigen Messergebnissen, kann der Zeitaufwand der Messung reduziert werden. Außerdem können Fehler durch eine falsche Eingabe von Fahrzeugdaten durch die die Messung durchzuführende Person vermieden werden. Weiterhin werden Fehler einer falschen Zuordnung zwischen Fahrzeugdaten und Messergebnissen zuverlässig verhindert.
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Vorzugsweise weist die optische Erfassungsvorrichtung mindestens eine Kamera auf, wodurch die Außenkontur hochauflösend und zuverlässig erfasst werden kann, so dass alle Feinheiten der Außenkontur des Kraftfahrzeugs erfasst werden können.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die optische Erfassungsvorrichtung sechs Kameras auf, welche gleichmäßig um das Kraftfahrzeug verteilt angeordnet sind. Dadurch kann die gesamten Außenkontur zuverlässig erfasst werden. Dabei werden mehrere Aufzeichnungen der einzelnen Kameras mit unterschiedlichen Detailgrad durchgeführt und anschließend die Aufzeichnungen der Kamera zur einer Außenkontur des Kraftfahrzeugs automatisiert verarbeitet.
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Vorzugsweise ist ein mit der Auswerteinheit zusammenwirkender Datenspeicher vorgesehen, welcher unterschiedliche vordefinierte Fahrzeugkonfigurationen aufweist, wobei die Auswerteinheit basierend auf der erfassten Außenkontur des Kraftfahrzeugs eine vordefinierte und in dem Datenspeicher hinterlegte Fahrzeugkonfiguration bestimmt. Der Datenspeicher umfasst unterschiedliche gespeicherte Fahrzeugkonfigurationen, welche beispielsweise durch das Fahrzeugmodell, durch eine bestimmte Fahrzeugausstattung oder durch einen bestimmten Fahrzustand definiert sind. Die Auswerteinheit gleicht die erfasste Außenkontur mit der in dem Datenspeicher hinterlegten Fahrzeugkonfiguration ab und schließt durch den Abgleich auf das Fahrzeugmodell, die Fahrzeugausstattung, beispielsweise spezielle Spoilerelemente, und auf den Fahrzustand des Kraftfahrzeugs. Dadurch können beispielsweise unterschiedliche aus der Kraftfahrzeugkonfiguration und den Messergebnissen entstehende Messprotokolle eines einzigen Fahrzeugmodells einfach zu einer Messreihe dieses Fahrzeugmodells verbunden werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Datenspeicher ein cloudbasierter Datenspeicher. Durch den cloudbasierten Datenspeicher ist eine einfache, kabellose Kommunikation zwischen der Auswerteinheit und dem Datenspeicher möglich. Durch den cloudbasierten Datenspeicher ist eine bidirektionale Kommunikation zwischen dem Datenspeicher und der Auswerteinheit auf eine einfache Weise möglich. Die Auswerteinheit kann zum Abgleich der erfassten Außenkontur des Kraftfahrzeugs mit der im Datenspeicher hinterlegten Fahrzeugkonfiguration die dafür benötigten Daten vom Datenspeicher abrufen. Außerdem kann die Auswerteinheit die ermittelten Fahrzeugkonfigurationen an den Datenspeicher übermitteln, welche im Datenspeicher gespeichert werden. Dadurch, dass die Messergebnisse der Messvorrichtung auch in dem Datenspeicher abgespeichert werden, kann die Verknüpfungseinheit die Messergebnisse und die Fahrzeugkonfigurationen aus dem Datenspeicher abrufen, um diese miteinander zu verknüpfen.
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Die Aufgabe wird außerdem durch ein Verfahren zum teilautomatisierten Betreiben eines Windkanals nach Anspruch 1 bis 5 gelöst. Zunächst wird die Außenkontur des Kraftfahrzeugs durch die optische Erfassungsvorrichtung erfasst, wobei die erfasste Außenkontur des Kraftfahrzeugs durch die Auswerteinheit verarbeitet, ausgewertet und eine Kraftfahrzeugkonfiguration bestimmt wird. Anschließend wird eine Messung durchgeführt und die Messergebnisse durch die Messvorrichtung erfasst.
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Abschließend wird die ermittelte Fahrzeugkonfiguration mit den ermittelten Messergebnissen verknüpft. Zu den Vorteilen des Verfahrens wird auf die vorhergehenden Absätze verwiesen.
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Durch einen derartigen Windkanal und durch ein derartiges teilautomatisiertes Verfahren zum Betreiben des Windkanals kann der Zeitaufwand der Messung im Windkanal reduziert werden und es können Fehler durch eine falsche Eingabe von Fahrzeugdaten durch die die Messung durchzuführende Person vermieden werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert.
- 1 zeigt schematisch einen Windkanal, und
- 2 zeigt ein in dem Windkanal aus 1 zu untersuchendes Kraftfahrzeug.
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1 zeigt einen Windkanal 10 zur strömungstechnischen Untersuchung eines in 2 gezeigten Kraftfahrzeugs 2 oder eines Modells des Kraftfahrzeugs 2. Der Windkanal 10 ist beispielsweise als sogenannter geschlossener Umlaufwindkanal ausgebildet. Mittels einer Gebläseeinrichtung 12 wird ein Luftstrom erzeugt und mittels einer Luftzuführeinrichtung 13 einer Windkanaldüse 15 des Windkanals 10 zugeführt. Die Windkanaldüse 15 beschleunigt den Luftstrom und leitet diesen zu einer Messstrecke 14, in welcher das Kraftfahrzeug 2 angeordnet ist. Zur Aufnahme des Kraftfahrzeugs 2 ist in der Messstrecke 14 eine Aufnahmevorrichtung 16 vorgesehen, welche vier in der 1 nicht gezeigte Radaufnahmeeinheiten aufweist. Stromabwärts der Messstrecke 14 ist ein Kollektor 17 angeordnet. Der Kollektor 17 führt den aus der Windkanaldüse 15 ausströmenden Luftstrom mittels einer Luftabführeinrichtung 19 wieder der Gebläseeinrichtung 12 zu.
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Außerdem umfasst der Windkanal 10 eine Messvorrichtung 18, welche eine Steuereinheit 26, einen Sensor 27 zur Erfassung der Strömungsgeschwindigkeit und eine Messeinheit 28 zur Ermittlung der auf das Kraftfahrzeug 2 wirkenden Kräfte, insbesondere Abtriebskräfte.
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Zur Beurteilung der aerodynamischen Eigenschaften des Kraftfahrzeugs 2 muss vor der tatsächlichen Messung die Außenkontur des Kraftfahrzeugs 2 ermittelt werden. Dies ist erforderlich, um einen Zusammenhang zwischen den Messwerten der Messvorrichtung 18 und den die Aerodynamik verändernden Komponenten des Kraftfahrzeugs 2 herstellen zu können. Üblicherweise erfolgt die Erfassung der Außenkontur des Kraftfahrzeugs 2 und die Zuordnung der erfassten Außenkontur des Kraftfahrzeugs 2 an die Messwerte der Messvorrichtung 18 manuell durch eine die Messung durchführende Person. Dieser Vorgang ist zeitaufwendig und feh lerbehaftet.
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Erfindungsgemäß umfasst der Windkanal 10 eine optische Erfassungsvorrichtung 20, eine Auswerteinheit 22 und eine Verknüpfungseinheit 24.
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Die optische Erfassungsvorrichtung 20 weist sechs Kameras 30, 32, 34, 36, 38, 40 auf, welche im Bereich der Messstrecke 14 angeordnet sind. Die Kameras 30, 32, 34, 36, 38, 40 sind derart um das Kraftfahrzeug 2 verteilt angeordnet, dass die Außenkontur des Kraftfahrzeugs 2 vollständig erfasst wird. Die Kameras 30, 32, 34, 36, 38, 40 sind signalmäßig mit der Auswerteinheit 22 verbunden, wobei die von den Kameras 30, 32, 34, 36, 38, 40 erfassten Bilder an die Auswerteinheit 22 übermittelt werden und in der Auswerteinheit 22 ausgewertet werden.
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Die Auswerteinheit 22 erstellt aus den Bildern der Kameras 30, 32, 34, 36, 38, 40 eine Außenkontur des Kraftfahrzeugs 2. Anschließend bestimmt die Auswerteinheit 22 eine Kraftfahrzeugkonfiguration. Dabei wird die ermittelte Außenkontur des Kraftfahrzeus 2 mit einer Vielzahl von in einer cloudbasierten Datenbank 42 hinterlegten Kraftfahrzeugkonfigurationen abgeglichen und die zur Außenkontur des Kraftfahrzeugs 2 passende Kraftfahrzeugkonfiguration bestimmt. Die Kraftfahrzeugkonfiguration beinhaltet alle Komponenten und Einstellungen, die die Luftumströmung und damit die Aerodynamik des Kraftfahrzeugs beeinflussen. Dazu zählen beispielsweise ein in 2 gezeigter verstellbarer Heckspoiler 54 mit seiner aktuellen Stellung, ein Seitenschweller 56, die Standhöhe H des Kraftfahrzeugs 2 und/oder die Ausgestaltung der Fahrzeugräder 58. Des Weiteren gehören verschiedene an der Außenkontur vorhandene Lufteinlässe und luftumleitende Komponenten zur Fahrzeugkonfiguration.
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Der Windkanal 10 umfasst außerdem eine Verknüpfungseinheit 24, welche einerseits mit der Messvorrichtung 18 und andererseits mit der Auswerteinheit 22 verbunden ist. Die Verknüpfungseinheit 24 empfängt von der Auswerteinheit 22 die ermittelte Kraftfahrzeugkonfiguration des in dem Windkanal 10 angeordneten und zu untersuchenden Kraftfahrzeugs 2. Des Weiteren empfängt die Verknüpfungseinheit 24 die Messergebnisse der Messvorrichtung 18. Die Verknüpfungseinheit 24 verknüpft automatisiert die ermittelte Kraftfahrzeugkonfiguration mit den dazugehörigen Messergebnissen der Messvorrichtung 18 und erstellt ein Messprotokoll zu der Windkanal-Messung mit allen relevanten Kennwerten, d.h. den Messwerten und der Kraftfahrzeugkonfiguration.
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Die Verknüpfungseinheit 24 und die Messvorrichtung 18 sind ebenfalls mit der Datenbank 42 verbunden sein, wobei die Verbindung zwischen der Auswerteinheit 22, der Messvorrichtung 18 und der Verknüpfungseinheit 24 über die Datenbank 42 erfolgt. Hierbei ist die Datenbank 42 bidirektional mit der Auswerteinheit 22 verbunden, so dass die Auswerteinheit 22 zum einen Daten abrufen kann, um die Fahrzeugkonfiguration basierend auf der ermittelten Außenkontur des Kraftfahrzeugs 2 zu bestimmen, und zum anderen Daten, insbesondere die ermittelte Kraftfahrzeugkonfiguration, an die Datenbank 42 übermitteln kann. Die Messvorrichtung 18 übermittelt die Messergebnisse an die Datenbank 42, in welcher die Messeergebnisse gespeichert werden. Die Verknüpfungseinheit 24 ruft die abgespeicherten Messergebnisse der Messvorrichtung und die dazugehörigen Kraftfahrzeugkonfiguration des in dem Windkanal 10 angeordneten Kraftfahrzeugs 2 von der Datenbank 42 ab, verknüpft sie miteinander und erstellt ein Messprotokoll.
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Durch eine derartige Ausgestaltung des Windkanals 10 kann der Zeitaufwand einer Messung im Windkanal reduziert werden und Fehler aufgrund einer fehlerhaften Erfassung der Außenkontur vermieden werden, wobei die optische Erfassungsvorrichtung 20, die Auswerteinheit 22, die Messvorrichtung 18 und die Verknüpfungseinheit 24 ein geschlossenes System bilden, welches die Kennwerte des Kraftfahrzeugs, d.h. die Kraftfahrzeugkonfiguration, und die dazugehörigen Messergebnisse automatisiert miteinander koppelt.
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Es sind auch andere konstruktive Ausführungsformen als die beschriebenen Ausführungsformen möglich, die in den Schutzbereich des Hauptanspruchs fallen. Beispielsweise kann die optische Erfassungsvorrichtung 20 oder die Aufnahmevorrichtung 16 anders ausgeführt sein.
