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Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugvorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, und ein Fahrzeug mit einer solchen Fahrzeugvorrichtung.
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Die
US 7,429,074 B1 zeigt eine Luftstrom-Steuerungsvorrichtung mit einem Luftleitelement, welches ein Material mit einem Formgedächtnis aufweist.
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Die
EP 2 830 857 B1 zeigt ein Verbundmaterial für eine wandelbare Haut eines Luftfahrzeugs, welches Material in Abhängigkeit von einer Umgebungstemperatur seine Form ändert.
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Die
US 10,766,594 B2 zeigt eine Komponente mit einer Innentragstruktur und einer Außenwandung, wobei die Innentragstruktur aus einem faserverstärkten Kunststoff hergestellt ist und elektrische Leiter aufweist, welche als Heizung und als Dehnungsmessstreifen dienen.
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Die WO 2020 / 203 091 A1 zeigt ein Außenelement für ein Fahrzeug, welches mehrere Faserverbundschichten aufweist.
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Die US 2021 / 0 260 858 A1 zeigt eine Verbundstruktur für einen Lastkraftwagen, welche ein faserverstärktes Polymer und ein darin eingebettetes elektrisches Gitter mit leitenden und isolierenden Fasern aufweist.
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine neue Fahrzeugvorrichtung und ein neues Fahrzeug bereit zu stellen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der nebengeordneten Ansprüche.
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Eine Fahrzeugvorrichtung für ein Fahrzeug weist ein Karosserieelement und eine Steuervorrichtung auf, welches Karosserieelement eine Faservorrichtung aufweist, welche Faservorrichtung Fasern aufweist und elektrisch mit der Steuervorrichtung verbunden ist, welche Faservorrichtung dazu eingerichtet ist, eine Verformung des Karosserieelements in elektrische Energie umzuwandeln, und welche Steuervorrichtung dazu eingerichtet ist, eine erste Spannung an mindestens einen Teil der Fasern anzulegen, um eine Änderung der Steifigkeit der Fasern zu bewirken. Durch die Energie kann unmittelbar ein Einfluss auf die Fasern bewirkt werden und deren Steifigkeit verändert werden, oder sie kann in dem Steuergerät ausgewertet werden. Das Steuergerät kann durch die Erzeugung der ersten Spannung die Steifigkeit der Fasern beeinflussen, diese sind also reaktiv. Das Karosserieelement kann hierdurch beispielsweise in physikalischen Extremsituationen versteift werden. Insbesondere die Torsionssteifigkeit kann erhöht oder bei Bedarf erniedrigt werden. Zudem führen die Fasern zu einer erhöhten Steifigkeit des Karosserieelements.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Fasern als leitfähige Fasern ausgebildet. Sie können also einen elektrischen Strom leiten.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Fasern als reaktive Fasern ausgebildet. Sie können beim Anlegen einer Spannung oder beim Fließen eines Stroms oder bei beidem ihre Steifigkeit verändern.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Faservorrichtung dazu eingerichtet, die elektrische Energie durch einen Piezoeffekt oder durch einen triboelektrischen Effekt zu erzeugen. Diese Effekte können vorteilhaft ausgenutzt werden zur Erzeugung elektrischer Energie.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuervorrichtung dazu eingerichtet, durch die erste Spannung einen Strom durch mindestens einen Teil der Fasern zu erzeugen, um die Änderung der Steifigkeit der Fasern zu bewirken.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuervorrichtung dazu eingerichtet, ein erstes Signal zu empfangen, welches erste Signal eine erste Information über eine Bewegung eines Fahrzeugs trägt, und welche Steuervorrichtung dazu eingerichtet ist, die erste Spannung in Abhängigkeit vom ersten Signal zu beeinflussen. Dies erlaubt eine gezielte Beeinflussung der Steifigkeit in Abhängigkeit von der momentanen Situation.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist am Karosserieelement ein Bewegungssensor vorgesehen, welcher Bewegungssensor dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von einer Bewegung des Karosserieelements ein zweites Signal zu erzeugen und an die Steuervorrichtung zu senden, und welche Steuervorrichtung dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit vom zweiten Signal die erste Spannung auszugeben, um bevorzugt die Bewegung des Karosserieelements zu verringern. Hierdurch kann das Karosserieelement in Abhängigkeit von dem zweiten Signal und damit von der eigenen Bewegung die eigene Steifigkeit beeinflussen. Dies ermöglicht eine unmittelbare, zielgerichtete Beeinflussung der Steifigkeit.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuervorrichtung dazu eingerichtet, in Abhängigkeit vom zweiten Signal die erste Spannung auszugeben, um eine Schwingung des Karosserieelements zu verringern. Unangenehme Schwingungen des Fahrzeugs können hierdurch verringert werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Faservorrichtung dazu eingerichtet, in Abhängigkeit von der erzeugten Energie ein drittes Signal an die Steuervorrichtung auszugeben, und die Steuervorrichtung ist dazu eingerichtet, die erste Spannung in Abhängigkeit vom dritten Signal zu erzeugen. Die Steuervorrichtung kann somit die Verformung der Fasern der Faservorrichtung anhand des dritten Signals auswerten und entsprechend durch Ausgabe der ersten Spannung reagieren. In einer einfachen Ausführungsform kann das dritte Signal verstärkt werden und das verstärkte Signal als erste Spannung ausgegeben werden. Es kann beispielsweise auch die Änderung des dritten Signals berücksichtigt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Steuervorrichtung ein Datenspeicher zugeordnet, welcher Datenspeicher mindestens einen ersten Datenwert gespeichert hat, welcher erste Datenwert eine Information über ein Schwingungsverhalten des Karosserieelements aufweist, und die Steuervorrichtung ist dazu eingerichtet, die erste Spannung in Abhängigkeit vom ersten Datenwert auszugeben. Die Steuervorrichtung kann hierdurch gezielter gegen Schwingungen vorgehen, indem sie beispielsweise beim Auftreten bestimmter Frequenzen die erste Spannung ändert.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Fasern an dem Karosserieelement befestigt durch mindestens eine Verbindungselement aus der Verbindungselementgruppe bestehend aus:
- - Laminierung,
- - Verklebung, und
- - Folierung.
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Diese Verbindungselemente ergeben zusammen mit dem Karosserieelementen und den Fasern eine Struktur, bei der eine effektive Beeinflussung der Steifigkeit möglich ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Karosserieelemente dazu eingerichtet, eine Außenhaut eines Fahrzeugs auszubilden. In diesem Bereich können die durch den Fahrtwind entstehenden Bewegungen und Schwingungen vorteilhaft zur Erzeugung elektrischer Energie genutzt werden. Alternativ oder kumulativ können die Karosserieelemente an inneren Wandplatten und/oder an Strukturelementen vorgesehen werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Fasern piezoelektrisches Material auf, welches piezoelektrische Material eine Spannungserzeugung in Abhängigkeit von einer Verformung und eine Änderung der Steifigkeit in Abhängigkeit von einem Strom ermöglicht. Es ist zudem möglich, nur einen dieser Effekte zu nutzen und den anderen Effekt durch ein anderes Material zu verwirklichen. Ein solches Material wird beispielsweise verwendet von der Fa. HEAD bei Tennisschlägern, wobei die Fa. HEAD für das Material die Marke „intellifiber“ nutzt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das piezoelektrische Material durch Laminierung und/oder Klebstoffe befestigt. Die Befestigung ist auch an Metallen möglich.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Fasern mindestens einen Fasertyp aus der Fasertypgruppe bestehend aus
- - Carbonfasern,
- - Glasfasern,
- - Kunststofffasern.
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Diese Fasern ermöglichen vorteilhaft eine Beeinflussung der Steifigkeit der Faseranordnung.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Karosserieelement mindestens ein Karosserieelement auf aus einer Karosserieelement-Gruppe bestehend aus:
- - Fronthaube,
- - Türen,
- - Seitenwände,
- - Heckklappe,
- - Kofferraum,
- - Kofferraumdeckel,
- - Batteriegehäuse
- - Unterbodenschutzstruktur,
- - Gehäuse der Ladevorrichtung,
- - Schwellerbereich,
- - Dach,
- - Fahrzeugboden, und
- - Querträger.
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Durch einen Einsatz der Fahrzeugvorrichtung in einem oder mehreren dieser Karosserieelemente kann das Geräuschverhalten des Fahrzeugs verbessert werden.
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Ein Fahrzeug weist eine solche Fahrzeugvorrichtung auf. Das Fahrzeug kann hierdurch insbesondere bei höheren Geschwindigkeiten deutlich schwingungsärmer und bei Bedarf steifer gemacht werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Karosserieelement eine vorgegebene Position im Fahrzeug auf, und die Fasern der Faservorrichtung verlaufen zumindest teilweise zumindest abschnittsweise schräg nach oben. Versuche haben ergeben, dass ein solcher Verlauf schräg nach oben vorteilhaft die Steifigkeit und insbesondere die Torsionssteifigkeit beeinflussen kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform verlaufen die Fasern zumindest teilweise zumindest abschnittsweise mit einem ersten Winkel von einer Waagerechten 54 schräg nach oben, welcher erste Winkel im Bereich 20° bis 70° liegt, bevorzugt im Bereich 30° bis 60° und besonders bevorzugt im Bereich 40° bis 50°. Diese Winkel ermöglichen eine vorteilhafte Beeinflussung der Steifigkeit.
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Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen sowie aus den Unteransprüchen. Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung vorliegenden Erfindung zu verlassen. Es zeigt:
- 1 in schematischer Seitenansicht ein Fahrzeug,
- 2 in schematischer Seitenansicht eine Tür des Fahrzeugs von 1,
- 3 in einer schematischen Darstellung eine Fahrzeugvorrichtung des Fahrzeugs von 1, und
- 4 in einem Querschnitt eine Fahrzeugtür mit einer Faservorrichtung.
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Im Folgenden sind gleiche oder gleich wirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden üblicherweise nur einmal beschrieben. Die Beschreibung ist figurenübergreifend aufeinander aufbauend, um unnötige Wiederholungen zu vermeiden.
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1 zeigt ein Fahrzeug 10 mit Karosserieteilen 21 bis 25. Dies sind bspw. eine Vordertür 21, eine Hintertür 22, eine Fronthaube 23, ein Dach 24 und ein Stoßfänger bzw. eine Schürze 25.
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Im Ausführungsbeispiel weisen die Vordertür 21 und die Hintertür 22 jeweils eine Fahrzeugvorrichtung 20 auf.
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2 zeigt im Detail den Bereich der Vordertür 21 mit der Fahrzeugvorrichtung 20. Die Fahrzeugvorrichtung 20 hat eine Faservorrichtung 30 mit Fasern 34. Bei den Fasern 34 handelt es sich bevorzugt um leitfähige, reaktive Fasern. Die Fasern 34 sind beispielsweise Carbonfasern, Carbonfaser-Verbundwerkstoffe, Glasfasern oder Glasfaser-Verbundwerkstoffe, insbesondere in elektrisch leitfähigen Ausführungen. Die Faservorrichtung 30 ist mit einer Steuervorrichtung 32 verbunden. Die Steuervorrichtung 32 kann bspw. direkt in der Vordertür 21 vorgesehen sein, oder sie kann zentral an einer anderen Stelle des Fahrzeugs 10 vorgesehen sein.
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Zusätzlich ist ein fahrzeugfestes Fahrzeugkoordinatensystem eingezeichnet, bei dem die x-Achse nach vorne zeigt, die z-Achse nach oben zeigt und die y-Achse nach links zeigt.
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3 zeigt in schematischer Darstellung den Aufbau der Fahrzeugvorrichtung 20. Die Faservorrichtung 30 ist mit der Steuervorrichtung 32 verbunden. Die Steuervorrichtung 32 ist mit einem Energiespeicher 44 und mit einer Dateneingabevorrichtung 46 verbunden. Die Faservorrichtung 30 weist die Fasern 34 auf, und diese sind im Ausführungsbeispiel an den Enden mit Sammelleitungen 61 bzw. 62 verbunden. Zudem weist die Faservorrichtung 30 eine Energieerzeugungsvorrichtung 36 auf, welche dazu eingerichtet ist, bei einer Verformung des Karosserieelements 21 elektrische Energie zu erzeugen und bevorzugt der Steuervorrichtung 32 zuzuführen. Die Steuervorrichtung 32 kann die elektrische Energie bspw. in einem Energiespeicher 44 speichern, indem sie beispielsweise durch einen Schalter oder durch eine Diode eine elektrische Verbindung zwischen der Faservorrichtung 30 und dem Energiespeicher 44 herstellt, oder sie kann die elektrische Energie aus dem Energiespeicher 44 auswerten, um eine Spannung an der Faservorrichtung 30 zu erzeugen. Die elektrische Energie kann auch unmittelbar zur Beeinflussung der Steifigkeit der Fasern genutzt werden.
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Die Energieerzeugungsvorrichtung 36 ist bevorzugt dazu eingerichtet, die elektrische Energie durch einen Piezoeffekt oder durch einen triboelektrischen Effekt zu erzeugen.
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Der Piezoeffekt kann beispielsweise mit Hilfe eines piezoelektrischen Polymers oder eines anderen piezoelektrischen Materials erzielt werden.
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Der triboelektrische Effekt ermöglicht die Aufladung zweier Körper bei Reibung gegeneinander.
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Elektrische Energie kann auch durch eine Kondensatoranordnung erzeugt werden, bei der durch einen sich ändernden Abstand zwischen zwei Kondensatorplatten eine Spannung erhöht oder erniedrigt wird. Die beiden Kondensatorplatten können beispielsweise an zwei beabstandeten Bereichen der Vordertür 21 bzw. allgemein des Karosserieteils 21 bis 25 vorgesehen sein bzw. durch diese ausgebildet sein. In Abhängigkeit von der elektrischen Energie kann ein Signal 83 erzeugt werden, welches durch einen Pfeil angedeutet ist. Durch die Energieerzeugungsvorrichtung 36 kann kinematische Energie, die beispielsweise durch eine Beeinflussung des Karosserieteils 21 bis 25 durch den Fahrtwind oder durch eine Unebenheit des Untergrunds entsteht, in elektrische Energie umgewandelt werden. Die Energieerzeugungsvorrichtung 36 ist bevorzugt durch eine Ausbildung der Fasern 34 aus einem piezoelektrischen Material verwirklicht.
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Die Steuervorrichtung 32 ist dazu eingerichtet, das Anlegen einer Spannung 82 an die Fasern 34 zu ermöglichen, um hierdurch eine Änderung der Steifigkeit der Fasern 34 zu bewirken. Die Spannung 82 kann bspw. an die Sammelleitungen 61, 62 angelegt werden. Die Änderung der Steifigkeit der Fasern 34 kann beispielsweise durch einen Strom und die dadurch entstehende Wärme beeinflusst werden, wobei der Strom durch die Spannung 82 beeinflusst wird, oder es können elektromechanische Effekte der Fasern 34 ausgenutzt werden. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von Fasern, welche ein piezoelektrisches Material aufweisen. Durch die Beeinflussung der Steifigkeit kann beispielsweise die Quersteifigkeit des Fahrzeugs 10 in Abhängigkeit von der Straßenqualität und/oder der Geschwindigkeit beeinflusst werden.
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Bevorzugt wird die Spannung 82 in Abhängigkeit von dem Signal 83 erzeugt, indem dieses beispielsweise verstärkt wird oder dessen zeitliche Änderung ausgewertet wird.
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Die Dateneingabevorrichtung 46 ermöglicht das Empfangen von Sensordaten, und diese werden als Signal 81 an die Steuervorrichtung 32 übertragen. Das Signal 81 trägt eine erste Information über eine Bewegung des Fahrzeugs 10, und die Steuervorrichtung 32 ist dazu eingerichtet, die Spannung 82 in Abhängigkeit vom ersten Signal 81 zu beeinflussen. Hierdurch kann Information darüber berücksichtigt werden, wie die Bewegung des Fahrzeugs 10 sein wird. Bspw. kann eine Unebenheit durch einen Fahrzeugsensor im vorderen Bereich des Fahrzeugs 10 ermittelt werden, und die Steuervorrichtung 32 kann entsprechend durch Ausgabe der Spannung 82 reagieren und die Steifigkeit der Fasern 34 und damit auch des Karosserieteils 21 bis 25 beeinflussen. Das Signal 81 wird bevorzugt von einer Kamera oder einem Fahrzeugradargerät.
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Bevorzugt hat das Karosserieelement 21 einen Bewegungssensor 85, welcher dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von einer Bewegung des Karosserieelements 21 ein Signal 84 zu erzeugen und an die Steuervorrichtung 32 zu senden. Die Steuervorrichtung 32 ist dazu eingerichtet, in Abhängigkeit vom Signal 84 die Spannung 82 auszugeben, um bspw. die Bewegung des Karosserieelements 21 bei einer Kurvenfahrt oder bei einem Schlagloch zu verringern oder eine starke Schwingung des Karosserieelements 21 zu verringern.
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Die Fahrzeugvorrichtung 20 hat einen Datenspeicher 40, welcher mindestens einen ersten Datenwert gespeichert hat. Der erste Datenwert weist eine Information über ein Schwingungsverhalten des Karosserieelements 21 auf, und die Steuervorrichtung 32 ist dazu eingerichtet, die erste Spannung 82 in Abhängigkeit vom ersten Datenwert auszugeben. Dies ermöglicht eine verbesserte Beeinflussung der Faservorrichtung 30 durch die Steuervorrichtung 32, und Bewegungen und/oder Schwingungen des Karosserieelements 21 können gut reduziert werden.
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Die Fasern 34 der Faservorrichtung 30 verlaufen bevorzugt zumindest teilweise zumindest abschnittsweise schräg nach oben. Hierbei verlaufen die Fasern 34 bevorzugt zumindest teilweise zumindest abschnittsweise mit einem Winkel 55 von einer waagerechten schräg nach oben, welcher Winkel 55 im Bereich 20° bis 70° liegt, bevorzugt im Bereich 30° bis 60° und besonders bevorzugt im Bereich 40° bis 50°. Ein besonders bevorzugter Winkel 55 beträgt 45°.
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4 zeigt in schematischer Darstellung das Karosserieelement 21, und die Fasern 34 sind an der Außenseite 91 des Karosserieelements 21 vorgesehen. Zur Befestigung der Fasern 34 ist bevorzugt mindestens ein Verbindungselement 50 vorgesehen aus der Verbindungselementgruppe bestehend aus:
- - Laminierung,
- - Verklebung, und
- - Folierung.
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Durch diese Verbindungselemente können die Fasern 34 gut am Karosserieelement 21 befestigt werden, und die gute Befestigung erhöht die Versteifungswirkung durch die Fasern 34. Die Fasern 34 können auch auf der Innenseite 93 des Karosserieelements 21 oder bei einem Karosserieelement 21 mit Struktur im inneren Bereich 92 des Karosserieelements 21 vorgesehen werden.
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Naturgemäß sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfache Abwandlungen und Modifikationen möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 7429074 B1 [0002]
- EP 2830857 B1 [0003]
- US 10766594 B2 [0004]
