DE19912140C2 - Kraftfahrzeug mit Strömungsbeeinflussungsmitteln zur Reduzierung des Luftwiderstandes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Außenkon­ tur, der Strömungsbeeinflussungsmittel zur Reduzierung des Luftwiderstandes des Kraftfahrzeuges zugeordnet sind.

Ein solches Kraftfahrzeug ist aus der US 4 682 808 bekannt. Zur Reduzierung des Luftwiderstandes eines Kraftfahrzeuges mit Steilheck, vorzugsweise eines Lastkraftwagens, sind im Heckbe­ reich verschiedene Vorschläge für die Anordnung von starr festgelegten Luftleitelementen vorgesehen, die die Nachlauf­ strömung im Heckbereich des Kraftfahrzeugs beeinflussen.

Die WO 95/19287 weist ein Kraftfahrzeug auf, dessen Fahrzeug­ dach Spoilerelemente zugeordnet sind, die in ihrer Neigung re­ lativ zum Fahrzeugdach fahrgeschwindigkeitsabhängig verstell­ bar sind. Das jeweilige Spoilerelement verbleibt in der je­ weils stärker oder schwächer geneigten Stellposition jeweils solange stationär, bis die Fahrgeschwindigkeit sich wieder än­ dert. Es wird somit fahrgeschwindigkeitsabhängig der Ausstell­ winkel des jeweiligen Dachspoilerelementes verändert.

Auch bei der DE 38 28 752 A1 sind Spoilerelemente in ihrem je­ weiligen Anstellwinkel abhängig von entsprechenden Fahrfunkti­ onsparametern veränderbar.

Die DE-OS 22 12 952 betrifft ein Schienenfahrzeug, das front- und heckseitig Strömungsbeeinflussungsmittel aufweist, die ab­ hängig von der jeweils eingestellten Fahrtrichtung in die Funktions- oder die Ruheposition überführt werden.

Aus der US 2 737 411 ist als Strömungsbeeinflussungsmittel im Heckbereich eines Lastkraftwagens ein Heckballon vorgesehen, der in eine Funktionsposition aufblasbar oder in eine Ruhepo­ sition evakuierbar ist.

Es ist auch bekannt (DE 38 37 729 A1), zur Reduzierung des Strömungswiderstandes eines Kraftfahrzeugs im Heckbereich Ausblas- und Ansaugvorrichtungen vorzusehen, wobei die Aus­ blasvorrichtung ein stetiges Ausblasen von Luft mit hoher Ge­ schwindigkeit und die Ansaugvorrichtung ein stetiges Ansaugen von entsprechend abgelenkter Luft im Totwasserbereich erzie­ len. Die Ausblas- und Ansaugvorrichtungen sind miteinander kombiniert, indem jeweils ein Gebläse sowohl zum Ansaugen als auch zum Ausblasen von Luft dient.

Aus der US 5 209 438 ist es schließlich auf einem gattungs­ fremden Fachgebiet, dem Flugzeugbau, bekannt, im Wandgrenz­ schichtbereich der Umströmung eines Tragflügels oszillierend bewegliche Störelemente vorzusehen, um den Auftrieb des Tragflügels zu erhöhen. Alternativ sieht diese Druckschrift den oszillierenden Einsatz von Störelementen zur Erhöhung des Divergenzwinkels bei einem Diffusor vor.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art zu schaffen, das einen gegenüber dem Stand der Technik reduzierten Luftwiderstand im Fahrbetrieb aufweist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Stömungsbeeinflus­ sungsmittel beweglich oder als Ausblas- und/oder Ansaugvor­ richtungen im Bereich der Außenkontur angeordnet und mit Hilfe von eine Steuereinheit aufweisenden Antriebsmitteln periodisch aktivierbar sind, um kontrolliert zeitabhängige Störungen in die Fahrtwindstörmung einzubringen.

Dadurch ist es möglich, den Luftwiderstand des Kraftfahrzeuges im Fahrbetrieb erheb­ lich zu reduzieren. Diese Maßnahme ermöglicht es demzufolge auch, den Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeugs zu senken. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass an stumpfen Karos­ serieabschnitten des Kraftfahrzeuges, insbesondere im Heckbe­ reich, jedoch auch im Bereich der Rückseite von Außenspiegeln oder anderen, stumpf gestalteten Karosserieabschnitten in dem jeweils abgelösten Außenströmungsbereich instationäre Wirbel­ strukturen auftreten, die zu einer Druckminderung strömungsab­ wärts des jeweiligen Karosserieabschnittes und damit zu einer Widerstandserhöhung führen. In einem Heckbereich des Kraft­ fahrzeuges prägt die abgelöste Strömung im wesentlichen eine sogenannte Nachlaufströmung, die schon bei geringen Fahrge­ schwindigkeiten turbulent ist. Auch rückseitig anderer stump­ fer Karosserieabschnitte kann somit von einer Nachlaufströmung gesprochen werden. Je energetischer die Wirbelstrukturen in der Nachlaufströmung sind, um so größer ist der resultierende Luftwiderstand. Derartige abgelöste turbulente Strömungen wei­ sen kohärente Strukturen auf, in denen der größte Anteil der kinetischen Energie der Strömung konzentriert ist. Solche ko­ härenten Wirbelstrukturen in der turbulenten Nachlaufströmung führen zu entsprechenden Druckerniedrigungen. Somit sind nach Erkenntnis der Erfindung die kohärenten Wirbelstrukturen maß­ geblich für den Druckwiderstand und damit für einen wesentli­ chen Anteil des gesamten Luftwiderstandes eines Kraftfahrzeu­ ges. Die kohärenten Wirbelstrukturen entstehen als Konsequenz von hydrodynamischen Instabilitäten einer statistisch gemit­ telten Grundströmung. Durch entsprechende Mittel zur Beein­ flussung dieser kohärenten Wirbelstrukturen kann die Grund­ strömung verändert werden, wodurch sich die gesamte Dynamik verändert und eine energetisch günstigere Umströmung des Kraftfahrzeuges realisierbar ist. Dies wiederum hat eine Redu­ zierung des Luftwiderstandes zur Folge. Als besonders vorteil­ haft hat es sich erwiesen, kontrolliert zeitabhängige Störun­ gen in die Nachlaufströmung einzuleiten, um die Intensität der vorhandenen, kohärenten Wirbelstrukturen zu reduzieren bzw. um die Entstehung dieser Strukturen weiter stromabwärts des je­ weiligen Karosserieabschnittes, insbesondere des Kraftfahr­ zeughecks, zu verlagern. Durch gezielt eingebrachte Störungen mit Hilfe der Beeinflussungsmittel können kohärente Strukturen bei anderen dominanten Frequenzen entstehen als beim natürli­ chen Nachlauf. Durch Einbringen großamplitudiger Störungen kann die statistisch gemittelte Nachlaufströmung so verändert werden, daß die gemittelte Nachlaufströmung im hydrodynami­ schen Sinne stabiler ist und somit die Entstehung der energe­ tischen kohärenten Strukturen des natürlichen Nachlaufs ver­ hindert bzw. reduziert oder räumlich verlagert wird. Zusätz­ lich oder alternativ ist es vorteilhaft, in Wandgrenzschichten kontrollierte zeitabhängige Störungen einzuleiten, um eine Ab­ lösung der Strömung in Bereichen mit positivem Druckgradienten in Strömungsrichtung zu verhindern. Durch das Einleiten der Störungen kann der Energieaustausch zwischen wandnahen Schich­ ten und der Außenströmung wesentlich verbessert werden. Somit können anliegende Strömungen mit deutlich größeren Druckgra­ dienten in Hauptströmungsrichtung als im ungestörten Fall rea­ lisiert werden. Durch den Einsatz von Heckeinzügen mit ver­ stärktem Druckgradienten kann bis zum Fahrzeugheck ein größe­ rer Druckrückgewinn und damit ein reduzierter Luftwiderstand realisiert werden. Außerdem ist die dann im Nachlauf auftre­ tende, statistisch gemittelte Nachlaufströmung hydrodynamisch weniger instabil, wodurch weniger intensive kohärente Struktu­ ren im Nachlauf auftreten und so der Luftwiderstand weiter re­ duziert wird. Die erfindungsgemäße Lösung gewährleistet eine weiter verbesserte Strömungsdynamik und somit eine energetisch günstigere Umströmung des Kraftfahrzeuges. Da die Strömungsbe­ einflussungsmittel durch die Antriebsmittel aktivierbar sind, ist die Umströmung des Kraftfahrzeuges aktiv beeinflussbar. Das Vorsehen von im wesentlichen stationär ausgerichteten Strömungsbeeinflussungsmitteln hingegen, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, stellt eine passive Maßnahme zur Be­ einflussung der Umströmung des Kraftfahrzeuges dar, die mit der erfindungsgemäßen Lösung und der beschriebenen Ausgestal­ tung nicht vergleichbar ist. Durch die Steuereinheit ist es möglich, die Frequenz der Aktivierung der Strömungsbeeinflus­ sungsmittel immer an die jeweilige Strömungsgeschwindigkeit des Fahrtwindes und der Umströmung des Kraftfahrzeuges anzu­ passen, so dass bei allen Fahrgeschwindigkeiten jeweils ein reduzierter Luftwiderstand erzielbar ist.

In Ausgestaltung der Erfindung sind die periodisch aktivierba­ ren Strömungsbeeinflussungsmittel mit passiven Strömungsleit­ mitteln im Bereich der Außenkontur kombiniert. Die passiven Strömungsleitmittel wie auch die periodisch aktivierbaren Strömungsbeeinflussungsmittel können sowohl im Heckbereich als auch an anderen Bereichen der Außenkontur des Kraftfahrzeugs vorgesehen sein. Durch die Kombination von aktiven und passi­ ven Maßnahmen zur Beeinflussung der Fahrzeugumströmung wird eine weiter verbesserte Reduzierung des Luftwiderstandes er­ reicht.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die periodisch aktivierbaren Strömungsbeeinflussungsmittel in einem Heckbe­ reich des Kraftfahrzeugs zur Störung einer Nachlaufströmung angeordnet. Durch das Einbringen der kontrolliert zeitabhängi­ gen Störungen in die Nachlaufströmung ist es möglich, die In­ tensität von vorhandenen Wirbelstrukturen zu reduzieren oder die Entstehung solcher Wirbelstrukturen weiter stromabwärts des Kraftfahrzeughecks zu verlagern. Dabei ist es auch mög­ lich, durch Einbringen von großamplitudigen Störungen eine statistisch gemittelte Nachlaufströmung so zu verändern, dass die entsprechende Nachlaufströmung im hydrodynamischen Sinne stabiler ist und die Entstehung von energetischen, kohärenten Strukturen des natürlichen Nachlaufes verhindert, reduziert oder räumlich verlagert wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die periodisch aktivierbaren Strömungsbeeinflussungsmittel in vor dem Heckbe­ reich angeordneten Außenkonturbereichen zur Störung von Wand­ grenzschichten der Fahrzeugumströmung angeordnet. Dadurch ist es möglich, eine Ablösung der Fahrzeugumströmung in Bereichen mit positivem Druckgradienten in Strömungsrichtung zu verhin­ dern. Durch das Vorsehen der Störungen kann der Energieaus­ tausch zwischen wandnahen Schichten und einer Außenströmung der Fahrzeugumströmung wesentlich verbessert werden. Die Be­ einflussung der Wandgrenzschichten in Außenkonturbereichen des Kraftfahrzeuges gewährleistet zudem eine Veränderung der na­ türlichen Nachlaufströmung im Heckbereich, wobei die veränder­ te Nachlaufströmung hydrodynamisch eine höhere Stabilität auf­ weist. Die Ausgestaltung gewährleistet somit zum einen eine Reduzierung des Luftwiderstandes durch eine Erhöhung des Drucks in Hauptströmungsrichtung bereits vor dem Ende des Kraftfahrzeugs und zum anderen eine positive Veränderung der Nachlaufströmung, wodurch ein weiter reduzierter Luftwider­ stand erzielbar ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind mehrere Strö­ mungsbeeinflussungsmittel über den Heckabschlussbereich ver­ teilt angeordnet, die gleich- oder gegenphasig zueinander pe­ riodisch aktivierbar sind. Die Aktivierung kann dabei derart erfolgen, dass umlaufende Störungen erzielbar sind.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist als Strömungsbe­ einflussungsmittel wenigstens ein beweglich gelagertes, form­ stabiles Luftleitelement vorgesehen. Dies ist eine einfach re­ alisierbare Ausgestaltung.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind als Strömungsbe­ einflussungsmittel Ausblas- und/oder Ansaugvorrichtungen vor­ gesehen, deren Ausblas- und/oder Ansaugöffnungen in der Außen­ kontur integriert sind. Diese Ansaugöffnungen können eine Vielzahl von verschiedenen Formen, insbesondere kreisrunde, eckige Durchtritte oder schmale Schlitze bilden. Die Ansaug­ öffnungen können zudem durch Membranen überdeckt sein, so dass die Ausblas- und/oder Ansaugvorrichtungen nicht direkt Luft­ ströme zur Störung einsetzen, sondern lediglich zur balgarti­ gen Betätigung und Bewegung entsprechend flexibler Membranen dienen. Die Membranen können jedoch auch luftdurchlässig sein, so dass sich ausblas- und ansaugbare Luftströme ergeben.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nachfolgend sind bevorzugte Ausführungsbespie­ le der Erfindung beschrieben und anhand der Zeichnungen darge­ stellt.

Fig. 1 zeigt schematisch in einer Seitenansicht eine erste Aus­ führungsform eines Kraftfahrzeuges,

Fig. 2 in vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt eines Heck­ bereiches des Kraftfahrzeuges nach Fig. 1,

Fig. 3 in vergrößerter Darstellung eine Antriebseinheit zur pe­ riodischen Schwenkbewegung eines Luftleitelementes nach Fig. 2,

Fig. 4 eine weitere Antriebseinheit einer Ausblas- und Ansaug­ vorrichtung, die als Strömungsbeeinflussungsmittel dient,

Fig. 5 einen Heckbereich einer weiteren Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs,

Fig. 6 schematisch eine Draufsicht auf eine weitere Ausfüh­ rungsform eines Kraftfahrzeuges,

Fig. 7 eine Seitenansicht des Kraftfahrzeuges nach Fig. 6,

Fig. 8 in perspektivischer Darstellung einen Heckbereich einer weiteren Ausführungsform eines Kraft­ fahrzeuges,

Fig. 9 in einer Darstellung ähnlich Fig. 8 eine weitere Ausfüh­ rungsform eines Kraftfahrzeuges,

Fig. 10 einen Heckbereich einer weiteren Ausführungsform eines Kraftfahrzeuges mit einem schraffier­ ten Anordnungsbereich für wenigstens ein als Strömungs­ beeinflussungsmittel dienendes Luftleitelement,

Fig. 11 einen Heckbereich einer weiteren Ausführungsform eines Kraftfahrzeuges,

Fig. 12 eine weitere Ausführungsform eines Kraftfahrzeuges ähnlich Fig. 11,

Fig. 13 bis 16 in jeweils gleichen Seitenansichten vier weitere Ausfüh­ rungsformen von Kraftfahrzeugen,

Fig. 17 eine Heckansicht einer weiteren Ausführungsform eines Kraftfahrzeuges, das mit länglichen und parallelen Ausblas- und Ansaugmembranen versehen ist,

Fig. 18 eine weitere Heckansicht eines Kraftfahrzeuges ähnlich Fig. 17, bei dem die Membranen vertikal parallel zuein­ ander ausgerichtet sind,

Fig. 19 eine Heckansicht einer weiteren Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs, bei dem die Membranen im Randbereich des Heckbereiches umlaufend angeordnet sind,

Fig. 20 eine weitere Ausführungsform eines Kraftfahrzeuges ähnlich Fig. 20,

Fig. 21 eine weitere Ausführungsform eines Kraftfahrzeuges ähnlich Fig. 19 und 20,

Fig. 22 in einer Heckansicht eine weitere Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs, wobei der Heckbereich mit Luftausblas- und -ansaugöffnungen versehen ist,

Fig. 23 eine weitere Ausführungsform eines Kraftfahrzeuges mit oberen und unteren Heckeinzügen,

Fig. 24 ein Kraftfahrzeug ähnlich Fig. 23,

Fig. 25 ein Kraftfahrzeug ähnlich den Fig. 23 und 24,

Fig. 26 ein Kraftfahrzeug in Form eines Stufenheck-Personen­ kraftwagens, der verschiedene Bereiche zur möglichen An­ ordnung von Strömungsbeeinflussungsmitteln aufweist,

Fig. 27 eine Draufsicht auf den Personenkraftwagen nach Fig. 26, und

Fig. 28 den Personenkraftwagen nach den Fig. 26 und 27 mit einem weiteren Anordnungsbereich für Strömungsbeeinflussungs­ mittel.

Ein Kraftfahrzeug in Form eines Personenkraftwagens 1 nach Fig. 1 ist mit einem Heckbereich 2 versehen, der als Steilheck ge­ staltet ist. Am Übergang des Heckbereiches 2 zu einem Dachbe­ reich ist als passives Strömungsbeeinflussungsmittel eine Luft­ leitkante 3 vorgesehen. Die Luftleitkante 3 ist Teil der Fahr­ zeugkarosserie des Personenkraftwagens 1. Zusätzlich ist an der Luftleitkante 3 ein aktives Strömungsbeeinflussungsmittel in Form eines Luftleitflügels 4 um eine horizontale Schwenkachse 5 schwenkbeweglich gelagert. Der Luftleitflügel 4 ist im Fahrbe­ trieb des Personenkraftwagens 1 periodisch auf- und abbeweglich gelagert (siehe Pfeilrichtung), wobei die Frequenz der periodi­ schen Schwenkbewegung des Luftleitflügels 4 an die Fahrgeschwin­ digkeit des Personenkraftwagens 1 angepaßt wird. Als Antriebs­ mittel zur Aktivierung der periodischen Schwenkbeweglichkeit des Luftleitflügels 4 ist ein Elektromotor 9 in Form eines Schritt­ motors vorgesehen, der mittels eines Kurbeltriebes 8 (Fig. 3) über einen Bowdenzug 6, 7 an dem Luftleitflügel 4 angelenkt ist (Fig. 2). Der als Antriebsmittel dienende Elektromotor 9 ist durch eine Steuereinheit S stufenlos steuerbar, die im Personen­ kraftwagen 1 integriert ist. Die Steuereinheit S ist mit einem Fahrgeschwindigkeitssensor 10 verbunden, dessen die momentane Fahrgeschwindigkeit erfassende Signale die Steuereinheit S lau­ fend auswertet und entsprechende Steuerbefehle an den Elektromo­ tor 9 weitergibt. Die Steuereinheit S ist mit einem Datenspei­ cher versehen, der bestimmten Strömungsgeschwindigkeiten der Fahrzeugumströmung geeignete Störungsfrequenzen für den Luft­ leitflügel 4 zuordnet. Abhängig von der jeweiligen Fahrgeschwin­ digkeit und der daraus resultierenden Fahrzeugumströmung mit Fahrtwind wird somit eine entsprechende Änderung der Frequenz der Schwenkbewegung des Luftleitflügels 4 erzielt.

In nicht dargestellter Weise ist es auch möglich, die Amplitude der periodischen Schwenkbewegung des Luftleitflügels 4 fahrge­ schwindigkeitsabhängig zu ändern. Für diesen Fall sind geeignete Antriebsmittel vorgesehen, mittels derer der Schwenkwinkel des Luftleitflügels 4 veränderbar ist.

Die durch den Elektromotor 9 und den Kurbeltrieb 8 gebildete An­ triebseinheit ist in gleicher Weise auch für die Aktivierung weiterer Strömungsbeeinflussungsmittel einsetzbar, die als An­ saug- und Ausblaselemente in nachfolgend näher beschriebener Weise der Außenkontur eines Kraftfahrzeuges zugeordnet ist. Da­ bei greift der Kurbeltrieb 8 an einer Kolbenstange eines Kolbens 10 gemäß Fig. 4 an, der in einem Ansaug- und Ausblaszylinder 11 linearbeweglich gelagert ist. Stirnseitig schließt an den An­ saug- und Ausblaszylinder 11 ein Schlauch 12 an, dessen offenes Stirnende an geeigneter Stelle der Außenkontur des Kraftfahrzeu­ ges eine entsprechende Luftausblas- und -ansaugöffnung bildet. Entsprechende, durch den Kurbeltrieb 8 und den Elektromotor 9 verursachte Pumpbewegungen des Kolbens 10 bewirken somit perio­ dische, alternierende Ansaug- und Ausblasvorgänge im Bereich der entsprechenden Außenkonturöffnung. Durch das Ansaugen und Aus­ blasen von Luft im Außenkonturbereich des Kraftfahrzeuges er­ folgt in gleicher Weise wie bei der periodischen Beweglichkeit eines Luftleitelementes eine aktive Beeinflussung der Umströmung des Kraftfahrzeuges, die in gleicher Weise fahrgeschwindigkeits­ abhängig verändert werden kann.

Die hier beschriebenen Ausführungen zur periodischen Aktivierung entsprechender Strömungsbeeinflussungsmittel sind lediglich bei­ spielhaft ausgewählt, ohne eine beschränkende Wirkung zu haben. Selbstverständlich können auch entsprechend anders gestaltete und aufgebaute Antriebsmittel zur periodischen Aktivierung der Strömungsbeeinflussungsmittel vorgesehen sein.

Nachfolgend werden anhand einer Vielzahl von Ausführungsbeispie­ len verschiedene geeignete Anordnungen und Ausfüh­ rungen von aktiven Strömungsbeeinflussungsmitteln dargestellt, die teilweise mit passiven Strömungsbeeinflussungsmitteln kombi­ niert sind. Alle dargestellten aktiven Strömungsbeeinflussungsmittel können mit beliebigen, geeigneten passi­ ven Strömungsbeeinflussungsmitteln kombiniert sein. Insbesondere können die aktiven Strömungsbeeinflussungsmittel mit entsprechenden Ausführungsformen von passiven Strö­ mungsbeeinflussungsmitteln an Kraftfahrzeugen kombiniert werden.

Die nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispiele über die An­ ordnung und Ausgestaltung von aktiven Strömungsbeeinflussungs­ mitteln sind ohne die jeweils zugehörigen Antriebseinheiten zur periodischen Aktivierung dieser Strömungsbeeinflussungsmittel dargestellt. Je nach Gestaltung dieser Strömungsbeeinflussungs­ mittel sind diese mit Antriebseinheiten nach den Fig. 1 bis 4 oder mit anderen oszillierenden Antriebsmitteln versehen, wie sie zuvor angesprochen wurden.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 ist an einem stumpfen Heck 2a eines Kraftfahrzeuges 1a in Form eines Lastkraftwagens ein dem Luftleitflügel 4 nach den Fig. 1 und 2 entsprechender Luft­ leitflügel 4a angeordnet, der sich über wenigstens einen Teil der Fahrzeugbreite erstreckt. Der Luftleitflügel 4a ist als Strömungsbeeinflussungsmittel derart beweglich am Heckbereich 2a des Kraftfahrzeuges 1a angeordnet, daß er periodische Bewegungen durchführen kann. Die periodische Bewegung kann dabei durch eine Schwenkbewegung oder auch durch eine parallele Auf- und Abbewe­ gung des Luftleitflügels 4a erzielt werden. Je nach gewünschter Bewegung des Luftleitflügels 4a ist dieser linearbeweglich oder schwenkbeweglich gelagert. Die zur Aktivierung entsprechender periodischer Bewegungen des Luftleitflügels 4a eingesetzte Er­ regerfrequenz ist eine Funktion der Fahrgeschwindigkeit.

Bei einem weiteren Kraftfahrzeug 1b gemäß den Fig. 6 und 7 sind zwei Luftleitflügel 4b an gegenüberliegenden, seitlichen Außen­ kanten des Heckbereiches 2b angeordnet. Diese beiden Luftleit­ flügel 4b werden ebenfalls periodisch aktiviert und bewegt, wo­ bei sie gleichphasig oder gegenphasig bewegt werden können. Auch die Luftleitflügel 4b können sich über einen Teilbereich der Fahrzeughöhe oder über die gesamte Fahrzeughöhe erstrecken.

Ein Kraftfahrzeug 1c gemäß Fig. 8 weist in seinem Heckbereich 2c insgesamt drei Luftleitflügel 4c auf, die als aktive Strömungs­ beeinflussungsmittel analog den zuvor beschriebenen Ausführungs­ beispielen periodisch beweglich sind. Dabei ist ein Luftleitflü­ gel 4c gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 horizontal am Übergang zwischen Dachbereich und Heckbereich angeordnet. Die beiden anderen Luftleitflügel sind entsprechend den Luftleitflü­ geln 4b nach den Fig. 6 und 7 an gegenüberliegenden Seiten den Außenkanten des Heckbereiches 2c zugeordnet.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 ist im Heckbereich 2d eines Kraftfahrzeuges 1d zusätzlich zu den drei Luftleitflügel gemäß Fig. 8 ein weiterer Luftleitflügel am Übergang zwischen Fahr­ zeugboden und Heckbereich 2d angeordnet. Alle vier Luftleitflü­ gel 4d sind in verschiedenen Variationen gleich- oder gegenpha­ sig beweglich, wobei sich durch entsprechend versetzte Aktivie­ rungen der Luftleitflügel 4d umlaufende Störungen der Nachlauf­ strömung des Kraftfahrzeuges 1d im Heckbereich 2d erzielen las­ sen. Auch pendelnde Störungen können je nach Gestaltung der Pha­ sen zwischen den Aktivierungen und periodischen Bewegungen der Luftleitflügel 4d in die Nachlaufströmung eingebracht werden.

Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen wurden die Luftleitflügel in Verlängerung der jeweiligen Kanten des Heck­ bereiches 2d angeordnet. Vorteilhaft kann ein entsprechender Luftleitflügel 4e, der periodisch aktivierbar ist, jedoch auch in einem größeren, schraffierten Bereich gemäß Fig. 10 mittels entsprechender Halterungen relativ zum Heckbereich 2e angeordnet werden. Der schraffierte Anordnungsbereich erstreckt sich in Fahrzeuglängsrichtung über die Länge des Betrages der Fahrzeug­ höhe h, wobei die Hälfte des Anordnungsbereiches sich vom Steil­ heck 2e ausgehend in Fahrzeuglängsrichtung nach vorne und die andere Hälfte des Anordnungsbereiches in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten erstreckt. Der vorteilhafte Anordnungsbereich für einen entsprechenden Luftleitflügel 4e oder ein anders gestalte­ tes aktives Strömungsbeeinflussungsmittel erstreckt sich zudem von der Heckabrißkante am Übergang zwischen Dachbereich und Steilheck 2e um 0,1 mal die Fahrzeughöhe h nach unten und um 0,3 mal die Fahrzeughöhe h in Fahrzeughochrichtung nach oben.

Anstelle von Luftleitflügeln gemäß den Ausführungsformen nach den Fig. 5 bis 10 sind bei anderen Kraftfahrzeugen 1f, 1g gemäß den Fig. 11 und 12 periodisch bewegliche Luftleitklappen 4f, 4g vorgesehen, die die Störungsanregung der Nachlaufströmung bewir­ ken.

Anstelle von formstabilen Strömungsbeeinflussungsmitteln in Form von Luftleitprofilen, Luftleitklappen, Luftleitkanten und ähnli­ chem, die entsprechend periodisch beweglich gelagert sind, ist es auch möglich, als aktive Strömungsbeeinflussungsmittel gemäß den Fig. 13 bis 16 flexible Membranen 4h, 4j, 4k, 4l vorzusehen, die entsprechende Luftansaug- und -ausblasöffnungen überdecken und fahrzeuginnenseitig durch entsprechende Luftausblas- und Luftansaugvorrichtungen nach außen aufgebläht oder nach innen eingezogen werden. Geeignete Ansaug- und Ausblasvorrichtungen können analog der Vorrichtung nach Fig. 4 gestaltet sein. Auch die Membranen 4h bis 4l werden fahrgeschwindigkeitsabhängig pe­ riodisch gemäß Pfeilrichtung bewegt, indem sie in definierten Frequenzen nach außen aufgeblasen oder nach innen eingezogen werden. Die Membranen 4h bis 4l überdecken dazu entsprechende Luftauslaß- und Lufteinlaßöffnungen, die sie luftdicht ver­ schließen. Bei einer entsprechenden Antriebseinheit und einer Luftansaug- und -ausblasvorrichtung gemäß Fig. 4 wird somit ein Luftpolster alternierend nach außen gedrückt oder nach innen eingezogen, wodurch sich die Bewegung der Membranen 4h bis 4l ergibt. Die Membranen 4h bis 4l können großflächig, kleinflächig oder schmal gestaltet sein, wobei entweder lediglich eine ein­ zelne Membran oder mehrere Membranen an entsprechenden Stellen zur Störung der Nachlaufströmung vorgesehen sein können. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 13 erstreckt sich eine Membran 4h über die gesamte Fahrzeugbreite vor einer Heckabrißkante im Dachbereich, die somit neben der Störung der Nachlaufströmung die Störung entsprechender Wandgrenzschichten der Fahrzeugströ­ mung vornimmt. Beim Kraftfahrzeug 1j nach Fig. 14 erstreckt sich eine Membran 4j über die gesamte Fläche des Kraftfahrzeughecks. Beim Kraftfahrzeug 1k gemäß Fig. 15 ist eine kleinere Membran 4k auf Höhe eines Totwasserbereiches des Kraftfahrzeughecks vorge­ sehen. Das Kraftfahrzeug 1l weist in seinem Heckbereich gemäß Fig. 16 mehrere, über den Heckbereich verteilt angeordnete Mem­ branen 4l auf. Die Membranen sind vorzugsweise zumindest weitge­ hend quer zu einer Hauptströmungsrichtung der Fahrtwindumströ­ mung angeordnet.

Je nach gleich- oder versetztphasiger Ansteuerung der Membranen können laufende Wellen auf der Heckfläche erzeugt werden.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 17 sind ebenfalls Membranen 4l für ein Heck des Kraftfahrzeugs 1l vorgesehen, die sich streifenförmig horizontal über die Fläche des Heckbereiches er­ strecken. Diese Membranen 4l sind jedoch luftdurchlässig, indem sie mit entsprechenden Längsschlitzen oder anders gestalteten Perforationen versehen sind. Neben der Bewegung der Membranen 4l selbst wird somit bei diesem Ausführungsbeispiel die Störung der Nachlaufströmung auch durch entsprechende Luftströmungsausstöße oder Ansaugvorgänge erzielt, die ebenfalls periodisch aktiviert werden. Alternativ ist es auch möglich, keine flexible Membranen einzusetzen, sondern lediglich Luftaustritts- und -ansaug­ schlitze oder anders gestaltete Austritts- und/oder Ansaugöff­ nungen vorzusehen. Als Strömungsbeeinflussungsmittel, die ent­ sprechend periodisch aktiviert werden, dienen dann direkt die entsprechenden, periodischen Luftströmungsausstöße und/oder -an­ saugvorgänge.

Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 18 bis 21 weisen entsprechende Kraftfahrzeuge 1m bis 1p in ihren Heckbereichen 2m bis 2p solche Längsschlitze auf, die alternierende Luftausstoß- und -ansaugvorgänge bewirken. Die Längsschlitze 4m bis 4p sind jeweils am Heckbereich 2m bis 2p in der Außenkontur des Kraft­ fahrzeuges integriert und über entsprechende Strömungskanäle mit als Antriebsmittel dienenden, geeigneten Pumpeinrichtungen ver­ sehen.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 22 sind als Luftansaug- und Luftausblasöffnungen eine Vielzahl von kreisrunden Durchtritten 4q im Heckbereich 2q des Kraftfahrzeuges 1q vorgesehen, die je­ weils mit entsprechenden Strömungskanälen oder Leitungen im Fahrzeuginneren in Verbindung stehen. Auch bei den Ausführungs­ formen nach den Fig. 18 bis 22 können Membranen vorgesehen sein, die luftdurchlässig oder dicht die Öffnungen überdecken.

Neben dem beschriebenen Ausblasen oder Absaugen, das im zeitli­ chen Mittel masseneutral durch einen kolbenartigen Antrieb er­ folgt, ist es auch möglich, das Ausblasen und/oder Absaugen durch einen Nettomassenfluß zu verwirklichen, wobei einem konti­ nuierlichen Volumenstrom ein Pulsieren überlagert wird.

Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 23 bis 25 sind den Kraftfahrzeugen 1r, 1s, 1t aktive Strömungsbeeinflussungsmittel 4r, 4s, 4t zugeordnet, wie sie anhand der vorhergehenden Ausfüh­ rungsbeispielen beschrieben worden sind. Bei den Ausführungsbei­ spielen nach den Fig. 23 bis 25 sind diese aktiven Strömungsbe­ einflussungsmittel durch passive Strömungsbeeinflussungsmittel in Form von oberen und unteren Heckeinzügen 13, 14 kombiniert. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 23 ist zudem am Übergang zwi­ schen dem Fahrzeugboden und dem Heckeinzug 14 ein weiterer Luft­ leitflügel 15 vorgesehen, der ebenfalls periodisch beweglich ist. Vorteilhaft sind entsprechende aktive Strömungsbeeinflus­ sungsmittel 4r, 15 in einem Bereich vor den Heckeinzügen 13, 14 angeordnet, der in seiner Länge etwa der halben Fahrzeughöhe entspricht.

Die zuvor beschriebenen, periodisch beweglichen sowie gegebenen­ falls mit passiven, stationären Strömungsleitmitteln kombinier­ ten aktiven Strömungsbeeinflussungsmittel können auch bei Stu­ fenheckfahrzeugen 1u gemäß den Fig. 26 bis 28 vorgesehen werden. Bevorzugte Bereiche, um frühzeitig Strömungsablösungen zu ver­ hindern, sind dabei der Dachbereich 15, der Heckscheibenbereich 16, ein Heckdeckelbereich a auf Höhe des Heckdeckels 17 und ein Fahrzeugbodenbereich b wie auch seitliche Heckeinzugbereiche c. Der Heckscheibenbereich d befindet sich am Übergang zwischen Dachbereich 15 und Heckscheibe 16 gemäß Fig. 27. Eine geeignete Anordnung der Strömungsbeeinflussungsmittel ist zudem im Heckbe­ reich e gemäß Fig. 28 vorgesehen. Entsprechende aktive und pas­ sive Strömungsbeeinflussungsmittel können alternativ oder kumu­ lativ in den genannten Bereichen positioniert sein.

Die zuvor beschriebenen Strömungsbeeinflussungsmittel können Teil einer Vorrichtung zur Reduzierung des Luftwiderstandes bei Kraftfahrzeugen sein, die in geeigneter Weise in ein Kraftfahr­ zeug eingebaut oder an einem Kraftfahrzeug angebaut wird. Diese Vorrichtung stellt somit eine eigenständige, vom Kraftfahrzeug separat herzustellende Einheit dar, die nach Fertigstellung des Kraftfahrzeugs mit diesem verbunden werden kann. Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen hingegen waren die Teile ei­ ner solchen Vorrichtung integrale Bestandteile des Kraftfahrzeu­ ges, die bei der Herstellung und Konzeption des Kraftfahrzeugs bereits berücksichtigt werden.

Claims (12)

1. Kraftfahrzeug mit einer Außenkontur, der Strömungsbe­ einflussungsmittel zur Reduzierung des Luftwiderstandes des Kraftfahrzeuges zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsbeeinflussungsmittel (4, 4a bis 4t, 15) beweglich oder als Ausblas- und/oder Ansaugvorrichtungen im Bereich der Außenkontur angeordnet und mit Hilfe von eine Steuereinheit (S) aufweisenden Antriebsmitteln (6 bis 12) periodisch akti­ vierbar sind, um kontrolliert zeitabhängige Störungen in die Fahrtwindströmung einzubringen.

2. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (S) eine Änderung der periodischen Aktivie­ rung der Strömungsbeeinflussungsmittel (4, 4a bis 4t, 15) ab­ hängig von Fahrgeschwindigkeitsänderungen des Kraftfahrzeuges durchführt.

3. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die periodisch aktivierbaren Strömungsbeeinflussungsmittel mit passiven Strömungsleitmitteln (3, 13, 14) im Bereich der Au­ ßenkontur kombiniert sind.

4. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die periodisch aktivierbaren Strömungsbeeinflussungsmittel (4, 4a bis 4t, 15) in einem Heckbereich des Kraftfahrzeugs zur Störung einer Nachlaufströmung angeordnet sind.

5. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die periodisch aktivierbaren Strömungsbeeinflussungsmittel (4, 4a bis 4t, 15) in vor dem Heckbereich angeordneten Außenkon­ turbereichen zur Störung von Wandgrenzschichten der Fahrzeug­ umströmung angeordnet sind.

6. Kraftfahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung der Strömungsbeeinflussungsmittel (4, 4a bis 4t, 15) in Außenkonturbereichen zwischen halber Fahrzeuglänge und Fahrzeugheck vorgesehen ist.

7. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Personenkraftwagen (1q) mit Stufenheck die Strö­ mungsbeeinflussungsmittel in einem rückwärtigen Bereich (b) und/oder in einem Heckscheibenbereich (d) und/oder in einem Heckdeckelbereich (a) und/oder in Heckseitenbereichen (c) und/oder in einem Heckabschlussbereich (e) und/oder in einem Heckbodenbereich (b) angeordnet sind.

8. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Strömungsbeeinflussungsmittel (4b, 4c, 4d, 4l, 4m, 4n, 4o, 4p, 4q) über den Heckabschlussbereich (2b, 2c, 2d, 2m, 2n, 2o, 2p, 2q) verteilt angeordnet sind, die gleich- oder gegen­ phasig zueinander periodisch aktivierbar sind.

9. Kraftfahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die gleich- oder gegenphasige Aktivierung derart gestaltbar ist, dass umlaufende Störungen erzielbar sind.

10. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Strömungsbeeinflussungsmittel wenigstens ein beweglich ge­ lagertes, formstabiles Luftleitelement vorgesehen ist.

11. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Ausblas- und/oder Ansaugöffnungen der Ausblas- und/oder An­ saugvorrichtungen in der Außenkontur integriert sind.

12. Kraftfahrzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass den Ausblas- und/oder Ansaugvorrichtungen im Bereich der Au­ ßenkontur flexible Membranen zugeordnet sind.