DE2218300C3

DE2218300C3 - Fahrzeugkarosserie mit Mitteln zur Verringerung der Seitenwindempfindlichkeit

Info

Publication number: DE2218300C3
Application number: DE2218300A
Authority: DE
Inventors: Wolf-H. Dr.-Ing. 3180 Wolfsburg Hucho
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1972-04-15
Filing date: 1972-04-15
Publication date: 1980-11-27
Also published as: DE2218300A1; DE2218300B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugkarosserie mit vertikalen Bugkanten, die in horizontalen Ebenen endliche Krümmungen aufweisen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Ausbildung von Karosserien von Kraftfahrzeugen, die die Form eines Kastenwagens haben. Die Erfindung ist mit Vorteil aber auch bei anderen Fahrzeugen einsetzbar, wenn die Aufgabe besteht, die Seiteinwindempfindlichkeit zu verringern.

Wie Untersuchungen im Windkanal gezeigt haben, sind die Radien der erwähnten Krümmungen der Bugkanten von EinfluD auf die Seitenwindempfindlichkeit des Fahrzeuges. So kann die Seitenwindempfindlichkeit von Fahrzeugen, die eine Bugkanten aufweisende Karosserie besitzen, vermindert werden, wenn man den Radius der Krümmung gegen Null gehen läßt, die Bugkanten also sehr scharf biegt. Eine derartige Maßnahme läßt sich aber deshalb in der Regel nicht anwenden, weil eine derartige scharfkantige Bugform den Nachteil hat, daß der Widerstandsbeiwert stark erhöht wird, so daß, wenn man die gleiche Fahrgeschwindigkeit haben will, der Kraftstoffverbrauch erheblich steigt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fahrzeugkarosserie mit vertikalen Bugkanten, die in horizontalen Ebenen endliche Krümmungen aufweisen, zu schaffen, die den beiden erwähnten, sich offensichtlich widersprechenden Forderungen, nämlich derjenigen nach Verringerung der Seitenwindempfindlichkeit und derjenigen nach Beibehaltung eines geringen

ic Widerstandsbeiwertes, Rechnung trägt

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß die Radien der Krümmungen im Hinblick auf einen Widerstandsbeiwert gewählt sind, der zumindest ungefähr in demjenigen Bereich der Abhängigkeit des Widerstandsbeiwertes vom Radius liegt, in dem Änderungen des Radius praktisch keine Änderungen des Widerstandsbeiwertes bewirken, und daß im Bereich der Bugkanten vertikal verlaufende Ablösekanten solcher Dimensionierung vorgesehen sind, daß bei unter einem vorgegebenen Mindest-Schiebewinkel auftreffendem Seitenwind zumindest ungefähr die mit scharf gebogenen Bugkanten verbundenen Seitenwindeigenschaften vorliegen.

Ein wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Fahrzeugkarosserie ist also in dem Vorsehen vertikal verlaufender Ablösekanten zu sehen, die empirisch so dimensioniert sind, daß einerseits bei fehlendem Seitenwind oder einem Seitenwind, der innerhalb eines bestimmten Schiebewinkelbereichs auftritt, der niedrige Widerstandsbeiwert, bestimmt durch die Wahl des Radius der Krümmungen der Bugkante, gewahrt ist, dagegen dann, wenn der Seitenwind unter einem größeren Schiebewinkel auftritt, ein »Umspringen« der betreffenden Kennlinien von denjenigen für Bugkanten mit relativ großen Krümmungsradien auf diejenigen stattfindet, die für dieselbe Fahrzeugkarosserie, aber mit scharfkantig gebogenen Bugkanten gelten. Zwar hat innerhalb des genannten Schiebewinkelbereichs, in dem die Kennlinien für gerundete Bugkanten gelten, der Verlauf des Giermomentenbeiwerts und des Seitenkraftbeiwerts eine große Steilheit, aber dem Betrag nach sind diese beiden Komponenten in dem kleinen Schiebewinkelbereich noch so klein, daß sie für die Fahreigenschaften des Fahrzeugs nicht gefährlich sind.

Außerhalb dieses kleinen Schiebewinkelbereichs, der also im Hinblick auf die noch vertretbaren Beträge des Giermomenten- und des Seitenkraftbeiwertes gewählt sein wird, wird dagegen der Tangentialkraftbeiwert erhöht, so daß hier die zwecks Erzielung einer Verringerung der Seitenkraftempfindlichkeit erstrebte Verkleinerung des Giermomentenbeiwertes und des Seitenkraftbeiwertes erkauft wird durch eine Vergrößerung des Strömungswiderstandes des Fahrzeuges in Fahrtrichtung. Da derart große Schiebewinkel jedoch nur relativ selten und im allgemeinen kurzzeitig vorkommen, ist diese Erhöhung des Tangentialkraftbeiwertes hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs des Fahrzeuges kaum merklich.

Für die bauliche Ausbildung der Erfindung gibt es verschiedene Möglichkeiten. Beispielsweise können die Ablösekanten durch über die Karosseriekontur überstehendes Material gebildet sein, das aus dem Karosserieblech herausgeprägt oder durch zusätzliche leistenförmige Teile auf das Blech aufgesetzt sein kann. Es ist jedoch auch möglich, die Ablösekanten durch sich unter die Karosseriekontur erstreckende Einziehungen in derselben zu bilden.
Auch hinsichtlich des Ortes der Ablösekanten gibt es

eine Reihe von Möglichkeiten. Liegen die Ablösekanten vor den Bugkanten, d. h. praktisch noch im Bereich der vorderen Wand der Karosserie, so wird man eine der die Alblösekanten bildenden Ebenen zumindest ungefähr parallel zur Fahrzeuglängsachse verlaufen lassen. Liegen die Ablösekanten dagegen auf Karosserieseitenwänden, so weist eine der sie bildenden Ebenen zweckmäßigerweise zumindest ungefähr senkrecht zur Fahrzeuglängsachse. Liegen schließlich die Ablösekanten auf den Bugkanten, so wird eine der sie bildenden Ebenen zumindest ungefähr die Radien der Krümmungen enthalten, die normal zu den Krümmungen verlaufen.

Verständlicherweise lassen sich für die Dimensionierungen der Krümmungsradien und der Größen der Ablösekanten keine Formeln angeben; diese Variablen müssen vielmehr empirisch, beispielsweise im Windkanal, bestimmt werden.

In der Zeichnung sind mehrere Ausführungen der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 die teilweise Draufsicht auf die Frontpartie einer erfindungsgemäß ausgebildeten Fahrzeugkarosserie mit Ablösekante bei gerader Anströmung,

F i g. 2 den Verlauf des Widerstandbeiwertes Cw in Abhängigkeit vom Verhältnis r/b (Krümmungsradius der Bugkantc zur Fahrzeugbreite) bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1,

F i g. 3 die Draufsicht auf die Frontpartie nach F i g. 1 bei Schrägströmung unter einem Schiebewinkel β und dazu F i g. 4 den Verlauf des Giermomentenbeiwertes cn,

F i g. 5 den Verlauf des Seitenkraf tbeiwertes Cs und

F i g. 6 den Verlauf des Tangentialkraftbeiwertes er jeweils in Abhängigkeit vom Schiebewinkel ß,

F i g. 7 bis 10 jeweils eine teilweise Draufsicht auf die Frontpartie von erfindungsgemäß ausgebildeten Fahrzeugkarosserien mit Ablösekanten.

In Fig. 1 ist der Radius r der Krümmung der Bugkante 1 su gewählt, daß der Widerstandsbeiwert cw ungefähr im Bereich des horizontalen Astes der Kurve ίο nach F i g. 2 liegt. Dort ist der Verlauf des Widerstandsbeiwertes civ in Abhängigkeit von dem Verhältnis r/b wiedergegeben. Man erkennt, daß eine weitere Vergrößerung dieses Verhältnisses r/b, also bei gegebener Fahrzeugbreite b des Radius r der Krümmung der Bugkanten, über denjenigen Wert hinaus, bei dem der Widerstandsbeiwert cwopt auftritt, keine Verbesserung dieses Wide''standsbeiwertes Cw mehr bringt. Erfindungsgemäß ist nun im Bereich der Bugkante 1 — und selbstverständlich auch im Bereich der gegenüberliegenden, in den Figuren nicht dargestellten Bugkante — eine Ablösekante 2 vorgesehen, die so dimensioniert ist, daß sich bei der in F i g. 1 vorliegenden Strömung allein in Fahrtrichtung (Schiebewinkel β = 0°) hinter der Ecke der Ablösekante 2 allenfalls eine kleine Ablöseblase ergibt, im übrigen aber eine anliegende Strömung herrscht. Dadurch ist die Wahrung des durch die Wahl des Radius r — und hier nicht interessierender weiterer Fahrzeuggrößen — bestimmten cn^Wertes sichergestellt. In die Dimensionierung der Größe der Ablösekan- ω te 2, die in Fig. 1 f'u '· eine Einziehung der Karosseriewand unter die eigentliche Karosseriekontur erzielt ist, geht auch der Abstand Xa der Ablösekante 2, gemessen in Richtung der Fahrzeuglängsachse, von dem vorderen Scheitelpunkt 3 der Karosserie ein.

Während Fig. 1 die Strömungsverhältnisse bei fehlendem Seitenwind zeigt, ist in F i g. 3 ein endlicher Schiebewinkel β angenommen. Die Bauweise ist dieselbe geblieben; man erkennt aber, daß nunmehr bei

4 eine Ablösung der Strömung eintritt, so daß als Kennlinie nicht mehr diejenige für ein relativ großes Verhältnis r/b, sondern diejenige für eine scharfkantige Bugausbildung (r/b = Q) gilt Dies ist anhand der F i g 4,

5 and 6 erläutert, von denen Fig.4 den Verlauf des Giermomentenbeiwertes c\, Fig.5 den Verlauf des Seitenkraftbeiwertes Cs und Fig.6 den Verlauf des Tangentialkraftbeiwertes er, jeweils in Abhängigkeit von dem jeweiligen Schiebewinkel ß, zeigt- Wie bereits ausgeführt, ist die Dimensionierung der von der Erfindung betroffenen Teile der Karosserie so getroffen, daß innerhalb eines durch den Wert β α gegebenen Schiebewinkels auftreffende Seitenwinde praktisch voll auf das Fahrzeug wirken können, wie dies durch die abgerundeten Bugkanten bedingt ist, während Seitenwinde, die unter einem Schiebewinkel größer als ßA auftreffen, auf das Fahrzeug so einwirken, als sei die Karosserie im Bugbereich scharfkantig gebogen.

In den F i g. 4, 5 und 6 ist mit dünnen ausgezogenen Linien jeweils der Verlauf der betreffenden lateralen Komponente bei anliegender Strömung, also großem Verhältnis r/b, wiedergegeben, während die unterbrochenen Linien den Fall der Ablösung, also scharfkantig gebogener Bugkanten, betreffen. Dick ausgezogen ist der bei der Erfindung tatsächlich vorliegende Verlauf der jeweiligen Lateralkomponente dargestellt. Betrachtet man zunächst den Verlauf des Giermomentenbeiwertes Ch sowie denjenigen des Seitenkraftbeiwertes es, so hat man bei mit Schiebewinkeln innerhalb des durch ßA gegebenen Bereichs auftreffenden Seitenwinden denjenigen Verlauf, der für ein großes Verhältnis r/b charakteristisch ist. Diese Kennlinien sind also relativ steil, jedoch sind die Beträge noch so klein, daß sie für das Fahrverhalten des Fahrzeuges nicht schädlich sind. Umgekehrt ist dagegen der Verlauf der bei der Erfindung vorliegenden Kennlinie für den Tangentialkraftbeiwert Ct (Fig. 6): Hier liegt zunächst ein Kurvenast vor, der unter demjenigen für eine Karosserie mit scharfkantig gebogenen Bugkanten liegt.

Überschreitet der Schiebewinkel des auftreffenden Seitenwindes den Wert j3a, so erfolgt ein Umspringen der gültigen Kennlinie auf diejenige für eine Karosserie mit scharfkantig gebogenen Bugkanten. Man erhält also die gewünschte Verringerung von Cn und c& jedoch springt der Tangentialkraftbeiwert Ct auf denjenigen Wert, der für eine scharfkantig abgebogene Bugpartie der Karosserie charakteristisch ist. Dies ist aber deshalb nicht kritisch, weil derart große Schiebewinkel relativ selten und meist nur kurzzeitig auftreten. Auf jeden Fall ist aber sichergestellt, daß durch diese Erhöhung des Tangentialkraftbeiwertes ein zusätzlicher Kraftstoffverbrauch nur dann auftritt, wenn tatsächlich gefährliche Seitenwinde auftreffen, aiso eine Verringerung der Seitenwindempfindlichkeit geboten ist.

In dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 7 ist in der Karosserie ebenfalls in Strömungsrichtung hinter der Bugkante 1, aber noch in der Nähe oder im Bereich derselben, die Ablösekante 7 vorgesehen, die bei 8 eine Art Wendepunkt der Krümmung aufweist.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig.8 ist die Ablösekante 9 gebildet durch einen echten Vorsprung über die Kontur der Karosserie hinaus, und zwar liegt die Ablösekante hier unmittelbar auf der Bugkante der Karosserie; die eine der die Ablösekante bildenden Ebenen enthält zumindest ungefähr den Radius der Bugkante.

Wie F i g. 9 zeigt, kann eine derartige vorspringende

Ablösekante 10 auch in Strömungsrichtung hinter der Bugkante 11 liegen, während in Fig. 10 angenommen ist, daß die dort mit 12 bezeichnete, wiederum durch einen Vorsprung über die eigentliche Karosseriekontur gebildete Ablösekante sich in Fahrtrichtung vor der Bugkante 13 befindet. Praktisch ist die Ablösekante 12 auf der Frontpartie 14 der Karosserie angeordnet, und zwar so, daß ihre eine der sie bildenden Flächen zumindest ungefähr parallel zur Achse 15 des Fahrzeuges verläuft.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Fahrzeugkarosserie mit vertikalen Bugkanten, die in horizontalen Ebenen endliche Krümmungen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Radien (r) der Krümmungen im Hinblick auf einen Widerstandsbeiwert (cw) gewählt sind, der zumindest ungefähr in demjenigen Bereich der Abhängigkeit des Widerstandsbeiwertes (cw) vom Radius (r) liegt, in dem Änderungen des Radius (r) praktisch keine Änderungen des Widerstandsbeiwertes (cw) bewirken, und daß im Bereich der Bugkanten (1) vertikal verlaufende Ablösekanten (2, 7,9, iO und 12) solcher Dimensionierung vorgesehen sind, daß bei unter einem vorgegebenen Mindest-Schiebewinkel ($λ) auftreffendem Seitenwind zumindest ungefähr die mit scharf gebogenen Bugkanten verbundenen Seitenwindeigenschaften (Oa es) vorliegen.

2. Fahrzeugkarosserie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablösekanten (9 und 10) durch über die Karosseriekontur überstehendes Material gebildet sind.

3. Fahrzeugkarosserie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablösekanten (2 und 7) durch sich unter die Karosseriekontur erstreckende Einziehungen gebildet sind.

4. Fahrzeugkarosserie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablösekanten (12) vor den Bugkanten (13) liegen.

5. Fahrzeugkarosserie nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine der die Ablösekanten (12) bildenden Ebenen zumindest ungefähr parallel zur Fahrzeuglängsachse (15) läuft.

6. Fahrzeugkarosserie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablösekanten (10) auf Karosserieseitenwänden liegen und eine der sie bildenden Ebenen zumindest ungefähr senkrecht zur Fahrzeuglängsachse weisen.

7. Fahrzeugkarosserie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablösekanten (9) auf den Bugkanten liegen und eine der sie bildenden Ebenen die Radien der Krümmungen enthält.