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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen eine Luftstromsteuerung für Kraftfahrzeuge. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Luftstromsteuereinrichtung zum Steuern des Ausfahrens eines Luftabweisers (z. B. eines Luft-/Windleitspoilers).
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Hintergrund der Erfindung
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Wenn die Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeuges sich erhöht, wird aufgrund der Unterschiede in der Luftgeschwindigkeit und im Druck, die unter dem Fahrzeugchassis im Vergleich zum oberen Teil des Fahrzeuges (bzw. Fahrzeugdachs) erzeugt werden, Auftrieb erzeugt und verringert sich Kontakt der Fahrzeugräder mit der Fahrbahnoberfläche etwas. Dies kann das Fahrverhalten bzw. die Bedienung des Fahrzeuges und die Stabilität beeinflussen, insbesondere für Fahrzeuge, die bei hohen Geschwindigkeiten betrieben werden. Zwecks der Lösung dieses Problems ist es bekannt, aerodynamische Luftabweiser oder „Luftdämme” (z. B. Frontspoiler bzw. Frontluftabweiser (z. B. Schürzen)) für Kraftfahrzeuge bereitzustellen, um beim Leiten des unter dem Fahrzeug durchgehenden Luftstromes mitzuwirken. Durch Anwenden solcher Luftabweiser kann die Kraftfahrzeug-Treibstoffeffizienz verbessert werden. In ähnlicher Weise wirken Luftabweiser beim Beschränken des Kraftfahrzeugauftriebes mit. Zum Beispiel beschränken Fahrzeug-Frontspoiler den Kraftfahrzeugende-Auftrieb durch Erzeugen einer Abwärtskraft, die die Fahrzeugnase nach unten drückt und damit das Fahrzeug-Fahrverhalten und die Stabilität verbessert. Außerdem können geeignet konstruierte Frontspoiler beim Motorkühlen mitwirken und damit die Effizienz fördern. Andere Luftabweiser, wie zum Beispiel (Heck-)Spoiler (bzw. Flügel), können einen ähnlichen Effekt bereitstellen, zum Beispiel durch Erzeugen einer Abwärtskraft nahe eines Fahrzeughecks, um den Kontakt (bzw. die Berührungsfläche) mit einer Fahrbahnoberfläche zu verbessern (bzw. zu vergrößern).
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Notwendigerweise verringern Luftabweiser, die sich unter dem Kraftfahrzeug-Chassis erstrecken, den Bodenabstand. Dies kann wenig Bedeutung haben, wenn das Fahrzeug auf einer ebenen Fahrbahn fährt. Jedoch, wenn das Fahrzeug auf einer unebenen Fahrbahn fährt, kann eine übermäßige Verringerung des Bodenabstandes in einer Fahrzeugbeschädigung und einem potentiellen Verlust an Stabilität und Fahrverhalten resultieren. Zum Beispiel, sogar wenn das Fahrzeug ein Hindernis auf der Fahrbahn eigentlich nicht berührt, kann plötzliches Bremsen oder Lenken verursachen, dass die Fahrzeugnase sinkt und/oder wankt, was wiederum verursacht, dass ein Teil eines Frontspoilers die Fahrbahnoberfläche berührt und Beschädigung und mögliche Beeinträchtigung der Fahrstabilität und des Fahrzeug-Fahrverhaltens bzw. der Fahrzeug-Bedienung hervorruft. Außerdem kann bei niedrigen Geschwindigkeiten der Luftabweiser nicht gebraucht werden, um Treibstoffeffizienz und Fahrverhalten zu verbessern, und kann Zurückziehen bzw. Einziehen bzw. Einfahren des Luftabweisers wünschenswert sein.
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Um dieses (bzw. oben genanntes) und andere Probleme zu lösen, betrifft die vorliegende Erfindung ein kompaktes und effizientes System zum Ausfahren und Einfahren eines Kraftfahrzeug-Luftabweisers.
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Erläuterung der Erfindung
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Entsprechend den hierin beschriebenen Zwecken und Vorteilen ist eine Luftstromsteuereinrichtung für ein Fahrzeug in einem Aspekt der vorliegenden Erfindung beschrieben, die aufweist: einen vertikal bewegbaren (z. B. verschiebebewegbaren) Luftabweiser und eine Mehrzahl von linearen Aktuatoren, die reihenweise durch einen Antrieb betätigt werden, um den Luftabweiser vertikal zu bewegen. Der Luftabweiser weist eine oder mehrere Schienen auf, die für eine gleitende Translationsbewegung (z. B. Verschiebebewegung) in einer oder mehreren (damit) zusammenwirkenden, am Fahrzeug montierten Führungsschienen konfiguriert sind. In Ausführungsformen ist (bzw. sind) die eine oder mehreren Schienen als T-Kanal-Gleitstücke (bzw. -Schlitten) konfiguriert, und die (damit) zusammenwirkenden Führungsschienen definieren entsprechende aufnehmende Mutterteile. Eine Steuervorrichtung kann mit dem Antrieb betriebsmäßig bzw. betätigbar verbunden sein. In Ausführungsformen kann der Antrieb ein Fluid-Antrieb sein.
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In Ausführungsformen weist die Steuervorrichtung eine Logik (bzw. Logikschaltung) einschließlich ausführbarer Befehle auf, um eine/die vertikale Translationsbewegung des Luftabweisers zu einer vorbestimmten Position entsprechend einer Fahrzeug-Fahrgeschwindigkeit zu bewirken. In Ausführungsformen ist der Antrieb eine hydraulische Pumpe, die reversibel betätigt werden kann, um selektiv zu bewirken, dass die Mehrzahl von linearen Aktuatoren (bzw. anzutreibenden Elementen) den Luftabweiser hebt oder senkt. In Ausführungsformen ist jeder von der Mehrzahl der linearen Aktuatoren ein hydraulischer Kolben, wobei die Mehrzahl der linearen Aktuatoren zusammen mit der hydraulischen Pumpe einen hydraulischen Kreislauf definiert.
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In der folgenden Beschreibung werden die Ausführungsformen der offenbarten Luftabweiser-Einrichtung und eines Luftstrom-Steuerungssystems dargestellt und beschrieben. Es versteht sich, dass die Vorrichtungen und Systeme andere, verschiedene Ausführungsformen haben können und ihre einzelne Elemente in diversen, naheliegenden Aspekten modifiziert werden können, ohne dabei von den Vorrichtungen abzuweichen (bzw. über den Umfang der Erfindung hinauszugehen), wie sie in den folgenden Ansprüchen ausgeführt und beschrieben sind. Daher sind die Zeichnungen und Beschreibungen als illustrativ und nicht als limitierend zu betrachten.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die begleitenden Zeichnungen, die hierin mitaufgenommen sind und einen Teil der Beschreibung bilden, stellen einzelne Aspekte der offenbarten Luftabweiser-Einrichtung dar und dienen zusammen mit der Beschreibung zum Erläutern von bestimmten Grundsätzen davon. In den Zeichnungen
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zeigt 1 ein Fahrzeug, das einen Frontspoiler aufweist,
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zeigt 2 einen aktiven Luftabweiser gemäß der vorliegenden Erfindung,
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zeigt 3, isoliert dargestellt, eine am Luftweiser montierte Schiene und eine (damit) zusammenwirkende, am Fahrzeug montierte Führungsschiene für den aktiven Luftabweiser aus 2,
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zeigt 4 einen linearen Aktuator zum Antreiben des Luftabweisers zur Translationsbewegung durch die Schiene und die (damit) zusammenwirkende Führungsschiene aus 3,
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ist 5 eine schematische Darstellung einer Luftstromsteuereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,
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ist 6 eine schematische Darstellung eines Steuerungssystems für die Luftstromsteuereinrichtung aus 5, und
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ist 7 ein Ablaufschema, das eine Steuerungslogik zum Steuern der Luftstromsteuereinrichtung aus 5 via des Steuerungssystems aus 6 darstellt.
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Nun wird detailliert auf die Ausführungsformen der offenbarten Luftabweiser-Einrichtung und des Luftstrom-Steuerungssystems Bezug genommen, von denen Beispiele in den begleitenden Zeichnungen dargestellt sind.
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Detaillierte Beschreibung
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Einleitend beschreibt die vorliegende Erfindung einen Fahrzeug-Luftabweiser hauptsächlich im Rahmen eines vorderseitig montierten Luftabweisers zum Verändern des Luftstromes unter/um ein Fahrzeugchassis, (und) insbesondere einen Frontspoiler. Jedoch wird der Fachmann erkennen, dass die offenbarte Systeme und Vorrichtungen ohne Weiteres an andere Typen von Fahrzeug-Luftabweisern anpassbar sind, einschließlich, (jedoch) ohne eine Einschränkung jeder Art zu beabsichtigen, Kotflügelverbreiterungen, Seitenschürzen, Dach- und/oder Heckspoilern, und anderer. Die Anwendung der beschriebenen Vorrichtungen und Systeme auf sämtliche Ausführungsforme ist hierin enthalten.
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Unter Bezugnahme auf 1, wie oben beschrieben, ist es bekannt, ein Kraftfahrzeug 100 bereitzustellen, das aufweist: einen verschiebebewegbaren aerodynamischen Luftabweiser (z. B. einen Frontspoiler) 120, der im Wesentlichen benachbart (z. B angrenzend) an und hinter einer Fahrzeugstoßstange 140 angeordnet ist und nach unten aus dem Fahrzeug ausfahrbar ist, um den Luftstrom (siehe die Pfeile) unter dem Fahrzeug 100 zu steuern bzw. zu leiten. Der Frontspoiler 120 verringert den Luftstrom unterhalb des Fahrzeuges 100, wodurch die Tendenz der Fahrzeugnase, sich bei (hohen) Geschwindigkeiten zu heben, reduziert wird. Ebenso, durch Verwenden der/von bewegbaren Frontspoilern 120, die eine Vielzahl von Konfigurationen haben, kann der Luftstrom unter dem Fahrzeug nach Gebrauch erhöht oder verringert werden, um beim Kühlen von Unterbodenkomponenten (des Fahrzeuges) mitzuwirken.
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Jedoch können solche bewegbaren Luftabweiser-Systeme übermäßig komplex und kostspielig sein. Um dieses und andere Probleme zu lösen, bezugnehmend auf 2, ist eine mit einer Fahrzeugstoßstange 202 verbundene Luftabweiser-Einrichtung 200 gemäß der vorliegenden Erfindung bereitgestellt. Die Einrichtung 200 weist einen Antrieb 204 auf, der konfiguriert ist, um eine Mehrzahl von linearen Aktuatoren 206 reihenweise, d. h. als eine Einheit, zu betätigen, um einen Luftabweiser 208 vertikal zu bewegen (Pfeile A).
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Der Luftabweiser 208 ist konfiguriert für eine vertikale Translationsbewegung (z. B. Verschiebebewegung) durch eine oder mehrere am Luftabweiser 208 montierten Schienen 210, die konfiguriert sind, um gleitend von einer oder mehreren (damit) zusammenwirkenden, am Fahrzeug montierten Führungsschienen (in dieser Ansicht nicht gezeigt) aufgenommen zu sein. In einer Ausführungsform (siehe 3) sind die am Luftabweiser 208 montierten Schienen 210 als T-Kanal-Gleitstücke konfiguriert, und die am Fahrzeug montierten Führungsschienen 300 definieren damit zusammenwirkende, aufnehmende Mutterteile an einer Fahrzeugoberfläche, zum Beispiel zusammenwirkende Führungsschienen 300, die mit dem Fahrzeug-Motorspoiler 302 verbunden sind. Jedoch versteht es sich, dass die anderen Konfigurationen für Schienen 210 und Führungsschienen 300 möglich sind und für Anwendung hierin vorgesehen sind.
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In einer Ausführungsform (siehe 4) weist jeder lineare Aktuator einen Kolbenkopf 400 auf, der mit einem Antriebsschaft (z. B. einer Antriebsstange) 402 gekoppelt bzw. verbunden ist, welcher seinerseits betriebsmäßig (bzw. betätigbar) mit dem Luftabweiser 208 gekoppelt bzw. verbunden ist. Der Kolbenkopf 400 ist von/in einer Innenkammer 404 aufgenommen, sodass eine obere Kammer 406 und eine untere Kammer 408 definiert sind. Die obere Kammer 406 weist einen Einlass 410a auf und die untere Kammer 408 weist einen Einlass 410b auf, was ein Platzieren der oberen Kammer 406 und der unteren Kammer 408 in Fluid-Betriebsverbindung mit dem Antrieb 204 (in dieser Ansicht nicht gezeigt) erlaubt. Wie es erkannt werden kann und nachstehend beschrieben ist, wird die Zufuhr eines antreibenden Fluids zu der oberen Kammer 406 via Einlass 410a den Kolbenkopf 400 nach unten schieben, so dass der Luftabweiser 208 durch eine entsprechende vertikal nach unten (gerichtete) Translationsbewegung ausgefahren wird. Entgegengesetzt dazu wird das Zuführen eines antreibenden Fluids zu der unteren Kammer 408 via Einlass 410b den Kolbenkopf 400 nach oben schieben, so dass der Luftabweiser 208 durch eine entsprechende vertikal nach oben (gerichtete) Translationsbewegung eingefahren wird.
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In Ausführungsformen wird eine vom Luftabweiser 208 beim Ausfahren zurückgelegte Strecke durch eine Hublänge des Kolbenkopfes 400/Antriebsschafts 402 bestimmt.
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Der Kolbenkopf 400 kann eine Dichtung 412 aufweisen zum Steuern eines Fluidaustritts/einer Fluidleckage zwischen der oberen Kammer 406 und der unteren Kammer 408. In Ausführungsformen ist eine Dichtung 412 gewählt, welche einen eingeschränkten Fluidaustritt zwischen der oberen Kammer 406 und der unteren Kammer 408 ermöglicht, was, wie es erkannt werden kann, eine selbstentlüftende Funktion bereitstellt, um Luft von der Hochdruckseite des Kolbenkopfes 400 zu entfernen.
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In der dargestellten Ausführungsform ist der Antrieb 204 ein Fluidantrieb, zum Beispiel eine reversible hydraulische Pumpe, welche mit einem passenden Fluid 502 aus einem Reservoir 500 versorgt wird. Wie dargestellt, weist der reversible hydraulische Pumpenantrieb 204 zwei Fluidauslässe 504a, 504b auf. Der Fluidauslass 504a ist in einer seriellen Fluidverbindung mit jedem Aktuator-Einlass 410a, und der Fluidauslass 504b ist in einer seriellen Fluid-Verbindung mit jedem Aktuator-Einlass 410b, zum Beispiel durch passende Schläuche 506. Daher, wie es erkannt werden kann, kann der hydraulische Pumpen 204-Motor in eine erste Richtung angetrieben werden, um Fluid zu oberen Kammern 406 der hydraulischen Aktuatoren 206 zuzuführen, um den Kolbenkopf 400 vertikal zu bewegen und dabei den Luftabweiser 208 nach unten zu bewegen. Durch Umkehren der Motor-Polarität wird Fluid zu den unteren Kammern 408 der hydraulischen Aktuatoren 206 zugeführt, um den Kolbenkopf 400 vertikal zu bewegen und dabei den Luftabweiser 208 nach oben zu bewegen.
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Ein repräsentatives Steuerungssystem 600 ist in 6 gezeigt. Wie dargestellt, weist das System eine Energiequelle 602 auf, zum Beispiel eine Fahrzeugbatterie, die in elektrischer Verbindung mit dem Antrieb 204 und einer Steuervorrichtung 604 ist. Die Steuervorrichtung 604 kann jedes passende vorhandene oder bereitgestellte Steuergerät oder ein Mikrocontroller sein. In der dargestellten Ausführungsform ist die Steuervorrichtung 604 das Fahrzeug-Bordnetzsteuergerät (BSG), das schon vorteilhaft angepasst ist und anpassbar zum Steuern einer Vielzahl von Fahrzeugsystemen ist. Wie dargestellt, sind die Energiequelle 602 und die Steuervorrichtung 604 in elektrischer Verbindung mit dem Antrieb 204 zum reversiblen Betätigen des Antriebs 204, wie es oben zusammengefasst ist.
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Die Steuervorrichtung 604 ist ihrerseits mit einer Logik (bzw. einer logischen Schaltung) zum Steuern des Betriebs des Antriebs 204 entsprechend einer Vielzahl von Eingangsdaten (bzw. Inputs) ausgestattet. Die Logik kann computerausführbare Befehle zum Betätigen des Antriebs 204 in eine erste Richtung und in eine zweite Richtung basierend auf einem Input von einem Fahrzeugsystem 606 aufweisen. In der dargestellten Ausführungsform ist die Steuervorrichtung 604 zum Empfangen eines Inputs von einem Fahrzeug-Tachometer 606 konfiguriert. Bei einer hohen Stufe, wenn das Fahrzeug 100 eine vorbestimmte Geschwindigkeit erreicht, gibt die Steuervorrichtung 604 auf (ein) Erhalten des Inputs von dem Tachometer 606, dass die vorbestimmte Geschwindigkeit erreicht ist oder überschritten ist, ein Signal an den Antrieb 204 (aus), um eine vorbestimmte Operation des Betätigens bzw. des Antreibens der linearen Aktuatoren 206 auszuführen, um den Luftabweiser 208 (in dieser Ansicht nicht gezeigt) nach Bedarf vertikal zu bewegen.
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Ein repräsentativer Steuerungslogik 700-Ablauf ist in 7 gezeigt. In dem dargestellten Beispiel wird das Ausfahren des Luftabweisers 208 durch eine Fahrzeug-100-Geschwindigkeit gesteuert, und daher ist die Konfiguration des Steuerungssystems 600 im Wesentlichen so, wie sie in 6 dargestellt ist. Bei einem Startpunkt (Schritt 700), zum Beispiel, wenn der Fahrzeug-100-Motor gestartet wird, wird das System aktiviert. Bei Schritt 702 wird es ermittelt, ob das Fahrzeug 100 sich mit einer ersten vorbestimmten Geschwindigkeit bewegt, zum Beispiel durch Input, welcher der Steuervorrichtung 604 von dem Tachometer 606 bereitgestellt ist. Wenn dies zutrifft, wird ein Befehl bei Schritt 704 ausgegeben, der ein verzögertes Ausfahren des Luftabweisers 208 bewirkt, zum Beispiel durch In-Gang-Setzen einer 10 Sekunden-Schaltuhr, die in der Steuervorrichtung-604-Logik enthalten ist. In einem nichteinschränkenden Beispiel könnte die erste vorbestimmte Geschwindigkeit 40 Meilen/h sein, die hinweist, dass das Fahrzeug sich bis zu einer Geschwindigkeit beschleunigt hat, bei der das Ausfahren eines Frontspoiler 208 vorteilhaft bezüglich der Kraftstoffökonomie, Motorkühlung usw. ist.
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Zusätzlich zu oder statt des Schritts 704 kann die Logik 700 aufweisen:
einen Schritt 706 zum Ermitteln, ob das Fahrzeug 100 mit einer zweiten vorbestimmten Geschwindigkeit fährt, zum Beispiel durch Input, der der Steuervorrichtung 604 von dem Tachometer 606 bereitgestellt ist. Wenn dies nicht zutrifft, läuft die bei Schritt 704 in Gang gesetzte Schaltuhr weiter. Wenn dies zutrifft, wird bei Schritt 708 ein Befehl ausgegeben, der das Ausfahren des Luftabweisers 208 bewirkt. Wie es erkannt werden kann, erfolgt das Ausfahren des Luftabweisers 208 durch einen von der Steuervorrichtung 604 ausgegebenen Befehl, der den Antrieb 204 betätigt, um Fluid den ersten Kammern 406 der linearen Aktuatoren 206 via die Einlässe 410a zuzuführen, so dass das Ausfahren des Luftabweisers 208, wie oben beschrieben, bewirkt wird. In einem nichteinschränkenden Beispiel, könnte die zweite vorbestimmte Geschwindigkeit 50 Meilen/h sein, die eine Geschwindigkeit ist, bei der es bestimmt worden ist, dass das Ausfahren eines Frontspoilers bzw. eines Luftabweisers 208 vorteilhaft bezüglich Kraftstoffökonomie, Motorkühlung usw. ist.
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Außerdem ist das System 700 konfiguriert, um den Luftabweiser 208 nach Bedarf einzufahren. In der Ausführungsform, die in 7 dargestellt ist, wird bei Schritt 710 eine Ermittlung gemacht, ob die Fahrzeug-100-Geschwindigkeit bis zu oder unter die zweite vorbestimmte Geschwindigkeit gesunken ist, zum Beispiel wieder durch Input, der der Steuervorrichtung 604 vom Tachometer 606 bereitgestellt ist. Wenn dies nicht zutrifft, bleibt der Luftabweiser 208 ausgefahren. Wenn dies zutrifft, wird bei Schritt 712 ein Befehl ausgegeben, der ein verzögertes Einfahren des Luftabweisers 208 bewirkt, zum Beispiel durch In-Gang-Setzen einer 10 Sekunden-Schaltuhr, die in der Steuervorrichtung-604-Logik enthalten ist. Ein Sinken der Fahrzeug-100-Geschwindigkeit bis zu einer zweiten vorbestimmten Geschwindigkeit würde als ein Indikator dienen, (der hinweist,) dass ein sich einem unebenen Boden näherndes Fahrzeug das Einfahren des Luftabweisers 208 benötigt oder dass das Fahrzeug bis zu einer Geschwindigkeit abbremst, bei der ein Ausfahren des Luftabweisers 208 nicht vorteilhaft ist.
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Zusätzlich oder statt des Schritts 712 kann die Logik 700 aufweisen:
einen Schritt 714 des Ermittelns, ob die Fahrzeug-100-Geschwindigkeit bis oder unter die erste vorbestimmte Geschwindigkeit gesunken ist, zum Beispiel erneut durch Input, der der Steuervorrichtung 604 vom Tachometer 606 bereitgestellt ist. Wenn dies nicht zutrifft, läuft die bei Schritt 712 in Gang gesetzte Schaltuhr weiter. Wenn dies zutrifft, wird bei Schritt 716 ein Befehl ausgegeben, der ein Einfahren des Luftabweisers 208 bewirkt. Es versteht sich, dass das Einfahren des Luftabweisers 208 durch einen Befehl erfolgt, der von der Steuervorrichtung 604 ausgegeben wird, der den Antrieb 204 betätigt, um Fluid zu zweiten Kammern 408 der linearen Aktuatoren 206 via Einlässe 410b zuzuführen, sodass das Einfahren des Luftabweisers 208, wie oben beschrieben, bewirkt wird. Ein Sinken der Fahrzeug-100-Geschwindigkeit bis zu der ersten vorbestimmten Geschwindigkeit würde als ein Indikator dienen, (der hinweist,) dass das Fahrzeug, das einen unebenen Boden erreicht hat, das Einfahren des Luftabweisers 208 erfordert. Alternativ kann bei der ersten vorbestimmten Geschwindigkeit bestimmt werden, dass das Ausfahren des Luftabweisers 208 nicht vorteilhaft ist.
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Es versteht sich, dass die oben genannten Parameter nur als Beispiele dargestellt sind und nicht als einschränkend betrachtet werden können. Zum Beispiel können die erste vorbestimmte Geschwindigkeit und die zweite vorbestimmte Geschwindigkeit, die Schaltuhr-Verzögerungen, usw. entsprechend dem Fahrzeugtyp, der Kapazität des Antriebs 204 und des Luftabweisers 208 und entsprechend anderen Parametern nach Bedarf angepasst werden.
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Daher werden durch die oben beschriebenen Strukturen und Mechanismen eine Luftstromsteuereinrichtung und ein System zum Heben und Senken eines Luftabweisers entsprechend einer Fahrzeuggeschwindigkeit und anderen Parametern bereitgestellt. Das System ist einfach, robust und effizient, benötigt nur einen einzigen Antrieb 204 zur Betätigung und ist durch vorhandene Fahrzeugsteuergeräte steuerbar, für die der Input von vorhandenen Fahrzeugsystemen, z. B. dem Tachometer, bereitgestellt ist. Naheliegende Änderungen und Abwandlungen sind in Anbetracht der obigen Lehren möglich. Alle diese Änderungen und Abwandlungen sind innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche enthalten, wenn sie gemäß der Breite, die ihnen fair, rechtmäßig und gerecht zusteht, interpretiert werden.
