DE69905898T2

DE69905898T2 - Anordnung zur verbesserung des verhaltens eines fahrzeuges durch strömungsanpassung

Info

Publication number: DE69905898T2
Application number: DE69905898T
Authority: DE
Inventors: Henry Townend
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-05-28
Filing date: 1999-05-28
Publication date: 2003-12-04
Anticipated expiration: 2019-05-29
Also published as: DE69905898D1; EP1098809B1; GB9811503D0; EP1098809A1; WO1999061300A1; AU4273799A

Description

Diese Erfindung betrifft Einrichtungen zur Steuerung des aerodynamischen Widerstands eines sich in Bewegung befindenden Objekts, wie bspw. eines Straßen- oder anderen Fahrzeugs, und/oder zur Beeinflussung auf dieses wirkender ungewünschter Kräfte und/oder Momente.
Was den Luftwiderstand anbetrifft, sind nach hinten weisende Teile eines sich bewegenden Objekts, wie bspw. eines Straßenfahrzeugs, den Wirkungen einer sogenannten "Basisströmung" ausgesetzt, die häufig einen wesentlichen Basisluftwiderstand (wesentliche Basisluftwiderstände) ausübt, die der Bewegung des Fahrzeugs entgegenwirkt (entgegenwirken). Bei einem Fahrzeug kann ein Basiswiderstand (können Basiswiderstände) einen äußerst ungünstigen Einfluss auf den Kraftstoffverbrauch haben und/oder das Beschleunigungsvermögen und/oder die maximal erreichbare Geschwindigkeit begrenzen.
Es ist bekannt, dass dieser Basisluftwiderstand vermindert werden kann, wenn ein Luftstrom und/oder andere Gase geringer Energie in diese Grundströmung ausgeblasen werden. Entlüftungsströme sind aus verschiedenen Quellen erhältlich, z. B. von den Abgasen, der von dem Kühler (den Kühlern) oder einem anderen Kühlsystem (anderen Kühlsystemen) ausgestoßenen Luft, der von Klimaanlagen abgezweigten Luft und/oder der von Rädern und Radhäusern herrührenden Luftströmung. Der in die Basisströmung eingeleitete Strom ist nicht dazu vorgesehen, einen sehr energiereichen Strahl zu bilden, und sein Momentanteil kann sehr gering sein. Er hat den Zweck, die Bildung eines gasartigen "Bootsschwanzes" (eines konischen Hecks) zu ermöglichen, und durch ihn wird somit eine lange stromlinienförmige Heckpartie simuliert, ohne dass diese jedoch die zusätzliche physische Länge und Masse hat, die eine strukturelle Erweiterung an dem vorhandenem Heck enthalten würde. Diese Wirkung äußert sich selbst in einer Erhöhung der Drücke, die auf die Bodenregionen des Fahrzeugs wirken, d. h. in einer Reduktion der Sogkräfte, die für die auf die Bodenregion(en) wirkende (n) Widerstandskraft (Widerstandskräfte) verantwortlich sind.
Ein in FR-A-2 517 273 beschriebenes Fahrzeug weist Leitungen auf, durch die Luftströme aus einem Bereich mit niedriger Energie oder einer anderen Luftströmung zu einem Bereich an der Außenseite des Fahrzeugs geführt werden. Durch diese geleiteten Luftströme werden Rollmomente und oder Nickmomente reduziert.
Es ist jedoch in der FR-A-2517273 keine Lehre und kein Hinweis darauf enthalten, dass diese Luftströme von in dem Bereich von Kotflügeln oder Radhäuser oder der Motorhaube des Fahrzeugs vorgesehenen Öffnungen ausgeblasen werden sollen, wie von der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen.
Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, das Prinzip der (Nebenluft-)Entlüftung/Ausblasung (bleed) dazu zu verwenden, um den Basiswiderstand zu beeinflussen, insbesondere zu reduzieren. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, das Ausblasprinzip anzuwenden, um andere Kräfte, wie bspw. Auftriebskräfte oder Seitenkräfte (und/oder zugehörige Momente) zu beeinflussen, insbesondere zu reduzieren, indem eine Strömung niedriger Energie für seitliche Luftausblasung und Variationen davon verwendet wird, z. B. für Einrichtungen, bei denen der Luftausstoß nicht gänzlich in die seitliche Richtung erfolgt. Solche weiteren Kräfte und Momente treten häufig bei Seitenwinden und/oder z. B. Windböen auf.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Beeinflussung der Stabilität und/oder des aerodynamischen Luftwiderstands eines Fahrzeugs geschaffen, das einer an dem Fahrzeug vorbei strömenden Lufstströmung ausgesetzt ist, wenn sich das Fahrzeug in Bewegung befindet, wobei zu dem Verfahren die Schritte gehören: ein oder mehrere Leitungen und/oder miteinander strömungsmäßig verbundene Räume bereitzustellen, durch die Luft und/oder Gas(e) aus einem Bereich niedriger Energie oder einer anderen Luftströmung zu einem Bereich der Außenfläche des Fahrzeugs geführt wird (werden), der aufgrund der während der Bewegung über das Fahrzeug strömenden Luftströmung Sogkräften oder einem verringerten Druck ausgesetzt ist, die auf das Fahrzeug Gier-, Roll- und/oder Nickmomente ausüben, und Austrittsöffnungen oder sonstige Öffnungen vorzusehen, durch die die Luft und/oder das (die) Gas(e) aus der Leitung oder den Leitungen in die Luftströmung eingebracht wird (werden), die über denjenigen Bereich der Fahrzeugaußenfläche strömt, in dem ein Sog und/oder ein verringerter Druck herrscht, wobei die Austrittsöffnungen in dem Bereich der Radhäuser von Vorderrädern und/oder Kotflügeln und/oder der Motorhaube des Fahrzeugs vorgesehen sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Fahrzeug geschaffen, das eine oder mehrere Leitungen und/oder miteinander strömungsmäßig verbundene Räume, durch die Luft und/oder Gas(e) aus einem Bereich geringer Energie oder einer sonstigen Luftströmung zu einem Bereich der Außenfläche des Fahrzeugs geführt wird (werden), der in Folge der während der Bewegung über das Fahrzeug strömenden Luftströmung Sogkräften oder einem verringerten Druck ausgesetzt ist, die auf das Fahrzeug Gier-, Roll- und/oder Nickmomente ausüben, sowie Austrittsöffnungen oder sonstige Öffnungen aufweist, durch die die Luft und/oder das (die) Gas(e) aus der Leitung oder den Leitungen in die Luftströmung ausgeblasen wird (werden), die über denjenigen Bereich der Fahrzeugaußenfläche strömt, in dem ein Sog und/oder ein verringerter Druck herrscht, wobei die Düsenöffnungen in dem Bereich von Vorderräder-Radhäusern und/oder Kotflügeln und/oder der Motorhaube des Fahrzeugs vorgesehen sind.
Die Weise, in der Seitenwinde auf ein Fahrzeug einwirken, variiert mit dem Gierwinkel. Mit Vergrößerung des Gierwinkels erhöht sich, wenigstens anfänglich, auch die Seitenkraft, über einem gewissen Wert des Gierwinkels hinaus ist jedoch die Strömung auf der dem Wind abgewandten Seite in der Lage, sich von der Fahrzeugoberfläche zu lösen, wobei damit voraussichtlich eine Verringerung der Seitenkraft und des Giermoments, aber häufig ein Anstieg des Luftwiderstands einhergeht - es ist auch möglich, dass es aufgrund der Gierbewegung zu einem Anheben oder einer aufwärts gerichteten Kraft kommt. Mit seitlicher Entlüftung kann die Ablöseerscheinung gezielt hervorgerufen werden, und zwar durch seitliches Ausblasen und/oder ein zugehöriges Oberflächenkonstruktionsdetail, wie bspw. einen Bereich mit Ausnehmungen oder Erhöhungen oder Vorsprüngen, an denen es bei kleinen Gierwinkeln viel eher zu der Strömungsablösung kommt und/oder die restliche Sogwirkung der abgelösten Strömung durch die seitliche Ausblasung reduziert werden kann und damit (zum Beispiel) die Auftriebskraft und/oder das Nickmoment infolge des Gierverhaltens reduziert werden können - Auswirkungen auf den Luftwiderstand sind nicht leicht vorhersagbar.
Durch die Gierbewegung verursachte Auftriebskräfte treten auf, weil die auf die Seite und Vorderfront eines in Gierbewegung befindlichen Fahrzeugs auftreffende Strömung notwendigerweise längs der Windseite, um die dem Wind abgekehrte Seite herum, nach unten (um unter dem Fahrzeug zu strömen) oder nach oben (um um die Ecke des Radkastens herum und über die Motorhaube und/oder die Windschutzscheibe hinweg zu strömen) geleitet wird. Die gewöhnliche Folge hiervon ist eine aufgrund von Sogkräften auf der dem Wind abgewandten Seite bewirkte starke Seitenkraft (vor allem im vorderem Bereich und somit ein windschiefes Giermoment) verbunden mit beträchtlichen Sogkräften an den oberen Flächen, die dadurch eine durch die Gierbewegung verursachte Auftriebskraft erfahren. All dies zusammengenommen führt zu einer Neigung des Fahrzeugs, zu einem Zeitpunkt, wenn die Aerodynamik infolge einer geringeren durch die Vorderräder auf die Straße ausgeübten Last zu einem Untersteuern des Fahrzeugs führt, aus der Kurslinie zu laufen.
Seitliches Entlüften oder Ausblasen (lateral bleed) heißt ein Ausströmen von Luft aus der und/oder über die Fahrzeugoberfläche wenigstens zu Anfang in eine in Bezug auf die örtlich begrenzte Fahrzeugoberfläche im Wesentlichen quer verlaufende Richtung. Häufig ist es eine relativ zu der Längsachse des Fahrzeugs im Wesentlichen seitwärts verlaufende Richtung. Seitliches Ausblasen wird hier als eine aerodynamische Alternative oder möglicherweise als eine Ergänzung zu struktureller Formgestaltung und geometrischen Verfahren betrachtet. Der Zweck des seitlichen Ausblasens ist es, eine Methode bereitzustellen, die mit der möglichen Ausnahme eines zugehörigen Oberflächenkonstruktionsdetails, wie oben erwähnt, geometrische Veränderungen der Formgestaltung vermeidet, die bereits ausgewählt und bis zu einem gewissen Maße durch unvermeidbare Merkmale, wie bspw. Vorderräder, Radkastenverkleidungen und das Erfordernis an Knautschzonen und Aufprallschutz, vorgegeben ist.
Luft geringer Energie ist Luft, die eine Arbeit ausgeführt hat oder verarbeitet worden ist, unabhängig davon, ob diese Verarbeitung gewünscht ist, wie bspw. bei einer Luft, die einen Kühler durchlaufen hat, oder unerwünscht ist, wie bei einer auseinander gerissenen Bewegung einer Luftströmung, die bspw. um die Radkastenhohlräume herum und innerhalb dieser auftreten kann. Unabhängig davon, ob Luft geringer Energie zu dem Zweck einer Verringerung des Basisfahrtwiderstandes oder für solche Zwecke, wie Reduktion der Auftriebskraft oder der Seitenkraft, verwendet werden soll, kann es wohl ineffizient sein, der Luft speziell zu diesem Zweck Energie zu entziehen. Im Allgemeinen sollte energiearme Luft Orten entnommen werden, an denen sie bereits vorhanden ist (z. B. stromabwärts von Kühlem, innerhalb von Radkästenhohlräumen oder von den Grenzschichten rund um die Fahrzeugkarosserie herum) - sie sollte dann entlassen werden: 1. aus, durch oder in der Nähe der Bodenebene(n) oder Heckwand (Heckwände) des Fahrzeugs (wenn sie dazu dient, den Basisluftwiderstand zu verringern) oder 2. aus, durch oder in der Nähe der Karosserieteile, die im Allgemeinen in der vorderen Hälfte des Fahrzeugs liegen, z. B. in dem Bereich von und/oder vor den Vorderrädern und/oder der Motorhaube (wenn sie zum Zweck hat, die Seitenkräfte oder Auftriebskräfte und ihre zugehörigen, von Seitenwinden herrührenden Momente zu verringern) oder von anderen Bereichen des Fahrzeugs, wie bspw. den Türen, Säulen oder hinteren Teilen, wie bspw. den hinteren Türen oder den hinteren Radkastenhohlräumen. Dort, wo energiearme Luft nicht geeignet vorliegt, kann es dennoch wünschenswert sein, seitliches Ausblasen von Nebenluft zu verwenden, selbst wenn dies nun als Folge der Verwendung eines kurvenreichen und langen Versorgungskreislaufes für die energiearme Luft oder als Folge der Verwendung von Luft hoher Energie, die zwar passend vorliegt, jedoch für die seitliche Entlüftung verzögert werden muss, den Fahrtwiderstand erzeugt oder erhöht.
Die vorliegende Erfindung betrifft Mittel, um diese Ziele zu erreichen, und befasst sich mit dem möglichen zusätzlichen Bedarf, unter gierfreien oder gierbegrenzten Bedingungen durch eine geeignete Konstruktion und Anordnung von Leitungen oder durch Modifikation existierender Leitungen eine gewisse Stärke an aerodynamischer Abtriebskraft bereitzustellen und/oder zu steuern. Sie betrifft auch die integrierte Konstruktion von Fahrzeugen, die einige oder all diese Merkmale unter Berücksichtigung der folgenden Betrachtungen vereinigen:
1. Der Luftwiderstand eines Fahrzeugs kann durch die Notwendigkeit, Räder unterzubringen, wegen der mit den Rädern verbundenen Luftströme und wegen der Luftströme innerhalb der Radkastenhohlräume und um die Radkästen herum (wenn die Radkästen in Bezug auf das Design des Fahrzeugs speziell gestaltet sind) wesentlich erhöht sein.
2. Kühler sind nicht immer in einer aerodynamischen günstigen Weise installiert - sie werden manchmal mit einer Luftströmung beaufschlagt, die nicht durch eine Luftführung geleitet ist (oder nicht ganz vollständig oder nicht geeignet geführt ist) und die somit auf den (die) Kühler auf eine etwas zufällige Weise auftrifft, und die von dem (den) Kühler(n) abgehende Strömung ist häufig derart eingerichtet, um zu Kühlzwecken auf den Motorblock aufzuprallen und sich danach so gut wie möglich auszubreiten.
3. Im Ergebnis müssen Kühler gegebenenfalls überdimensioniert sein, um eine ausreichende Kühlung zu erzielen, und sowohl der Kühler als auch das darin geführte Wasser stellen einen zusätzlichen Gewichtsnachteil dar.
4. Darüber hinaus wird gewöhnlich erwartet, dass die Ausströmung aus dem Kühler einen Luftwiderstandnachteil nach sich zieht, wohingegen diese Ausströmung bei einer geeigneteren Konstruktion den Basisluftwiderstand (die Basisluftwiderstände) des Fahrzeugs reduzieren kann.
Es ist deshalb ein Merkmal dieser Erfindung, dass erwogen wird, dass Radströmungen sowie Kühlerströmungen (und Strömungen von anderen kühlenden oder Luft verarbeitenden Einrichtungen) das Vermögen haben, innerhalb einer integrierten Konstruktion gemeinsam als mitwirkende Komponenten verwendet zu werden, und dass sie in der Lage sind, Luft oder Gas(e) mit niedriger Energie bereitzustellen, die für Basisentlüftung oder seitliche Entlüftung oder beides verwendet werden kann (können).
In den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können vorgesehen sein:
1. ein größtenteils oder vollständig inneres System von Leitungen und/oder verbundenen Räumen, durch die Luft und/oder Gas von Regionen (wie bspw. Radkastenhohlräumen, Kühlern, Lufteinlässen oder von Lufteinlässen gespeisten Bereichen) zu solchen Bereichen des Fahrzeugs, die an deren Außenflächen aufgrund von Basisströmungen oder eines Seitenwinds oder einer Windböe Sogkräften oder reduzierten Drücken ausgesetzt sind, und zu solchen Flächen des Fahrzeugs geleitet werden kann, die so geformt, so dimensioniert und so angeordnet sind, dass sie mit am meisten zu den unerwünschten Kräften und/oder zu dem (den) Gier-, Nick- oder Rollmoment(en) beitragen;
2. Düsenöffnungen oder andere Öffnungen, durch die in den Radkästenhohlräumen oder irgendwo sonst befindliche Luft Zugang zu den Leitungen und/oder den verbundenen Räumen finden kann;
3. Mittel, durch die abgehende Nebenströmungen (z. B. von Fahrzeugklimaanlagen) in solche Leitungen und/oder solche verbundenen Räume hinein aufgefangen werden und vor oder während dieses Prozesses oder danach mit vorhandenen Luftströmungen und Ausströmungen gemischt werden können,
4. Düsenöffnungen oder andere Öffnungen, durch die die Luft, das Gas und/oder das (die) Gas-Luft-Gemisch(e) in (eine) ausgewählte Strömungsregion(en), bspw. solche, die Sogkräfte und/oder -momente ausüben, hinein ausgeblasen werden können.
Obiges muss unter gewisser Einschränkungen angewendet werden, zu denen die Tatsachen zählen, dass in einigen vorhandenen Fahrzeugen Nebenströme bereits verwendet werden und sicherlich dass das Vorsehen sowohl einer Basisentlüftung als auch einer seitlichen (oder einer anderen) Entlüftung eventuell gleichzeitig erfolgen müssen. Beispielsweise ist bei einigen Fahrzeugkonstruktionen bereits die Installation von Kühlern an oder in der Nähe des Hecks des Fahrzeugs vorgesehen (z. B. beim Lancia Stratos, wie ursprünglich von Bertone vorgestellt, und beim Lamborghini Diablo). Weder bei dem Lancia noch bei dem Lamborghini ist der Kühler in der Weise eingebaut, um das Design der unteren Oberflächen zu beeinflussen, noch (so wird angenommen) mit der geringsten Absicht installiert, um Abtriebskräfte zu beeinflussen; und diese Erfindung befasst sich mit dieser Zusatzmaßnahme und zugleich mit der Tatsache, dass Kühler im. Wesentlichen vorne in Bezug auf die Basis montiert werden können, wodurch eine tolerierbare Schwerpunktposition leichter erreicht werden kann, während eine Reduktion des Basisluftwiderstands und eine Beeinflussung der Abtriebskraft weiterhin ermöglicht sind. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist dort ein Lufteinlass (oder sind Einlässe), durch den (die) Luft aus der Luftströmung unterhalb des Unterbodens des Fahrzeugs eingezogen und zu Kühlern und oder zu einem Motor geleitet wird, wobei diese Kühlluft danach in Richtung auf das Heck des Fahrzeugs geführt und durch (ein) geeignet konstruierte(s), nach hinten weisende(s) Karosserieteil(e) ausgeblasen wird, sowie in einigen Fällen eine solche Luftführung oder ein solcher Luftzugang vorgesehen, die es ermöglichen, dass Luft aus dem Bereich innerhalb der Radkästenhohlräume oder in deren Nähe (entweder gemeinsam mit der Kühlluft von dem Motor oder dem (den) Kühler(n) oder gesondert von dieser) zu Basisbereichen des Fahrzeugs befördert wird, um dort durch ein geeignet konstruiertes nach hinten gerichtetes Karosserieteil oder Karosserieteile ausgestoßen zu werden, an dem bzw. denen für einen solchen Zweck spezielle Vorkehrungen getroffen worden sind, z. B. durch Vorsehen von Ablenkelementen oder -wänden, um die innere Strömung zu lenken, sowie geeignet gewählter Lochungen, um die ausströmende Nebenluft effektiv zu verteilen.
Das oben beschriebene System kann erneut derart eingerichtet sein, um Luft zu verwenden, die von der Seite (den Seiten) und nicht von der Unterseite des Fahrzeugs abgezapft wird.
Erfindungsgemäße Ausführungsformen werden nun beispielhaft mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen zeigen:
Fig. 1 bis 3 schematische Darstellungen von erfindungsgemäßen Fahrzeugen, die in erster Linie Mittel veranschaulichen, durch die der Luftwiderstand des Fahrzeugs und die Abtriebskraft verändert werden können, und
Fig. 4 und 5 schematisierte Darstellungen von Fahrzeugen gemäß der vorliegenden Erfindung, in denen in erster Linie Mittel veranschaulicht sind, die zum seitlichen Luftausblasen verwendet werden können.
Fig. 6 zeigt eine schematisierte Darstellung eines Fahrzeugs, die die Position von Luftausblaslöchern an einem Model veranschaulicht, das einem im Beispiel 3 beschriebenen Windkanaltest unterzogen worden ist.
Fig. 1 zeigt ein vereinfachtes Beispiel eines Fahrzeugs, in dem ein Kühler 2 in Bezug auf die Hinterradachse weiter vorne eingebaut und mit Luft gespeist ist, die von der Strömung unterhalb des Fahrzeugs entnommen wird, wobei das Gehäuse derart konstruiert ist, dass es aufgrund von an der unteren Fläche des Einlass-"Windlaufs" 4 angreifenden Sogkräften eine abwärts gerichtete Kraft ermöglichen kann, wobei der Einlasswindlauf selbst derart angeordnet ist, dass der Luftwiderstand der Abgasanlage und/oder der Halbwellen und/oder der rückwärtigen Aufhängung durch durch den Kühler oder den Windlauf bewirkte Abschirmung reduziert wird.
Fig. 2 zeigt einen zugehörigen Kühlereinbau für ein Sportfahrzeug hoher Leistung und Veranschaulicht, dass Einlässe an der Karosserieunterseite ebenfalls Luft zu den Luftfiltern 6 für den Motor liefern können und sich dadurch selbst aufgrund der Sogwirkung des Motors über die Luftfilter eine Beeinflussung der Grenzschicht zunutze machen können.
Fig. 3 zeigt eine teilweise schematisierte Darstellung eines Fahrzeugs, das eine ähnliche, zur Erzielung eines niedrigen Fahrtwiderstands geeignete Anordnung aufweist, mit Maßnahmen, um über Öffnungen 10 und/oder 12 und/oder 14 hindurch Luft von Radkastenhohlräumen 8 von Hinterrädern zu verwenden, um die Versorgung der aus der Basis auszublasenden Luft zu verbessern und/oder auf zweckdienliche Weise ein Luftausblasen hinter den Hinterrädern zu ermöglichen - der auszublasende Nebenluftstrom kann verbessert werden, wenn geeignet ausgestaltete Radspeichen verwendet werden, bspw. mit geneigten Lamellen, um eine Strömung durch das Rad hindurch, in den Hohlraum hinein und nach außen durch den Boden einzuleiten bzw. zu ermöglichen. Der Kühler kann auch zwischen dem Ort der Hinterräder und der Basis montiert sein.
Diese Bauteilanordnungen können außerdem dazu verwendet werden, um Luft für das seitliche Luftausblasen zuzuführen (z. B. an dem hinteren Ende des Fahrzeugs, wenn es so erwünscht ist), und die Karosserieunterseite oder andere Einlässe können ebenfalls dazu verwendet werden, um eine solche Luft bereitzustellen oder die Luftmenge zu erhöhen.
Da aus den Fig. 1 bis 3 Kühlerpositionen in der Mitte oder hinten entnehmbar sind, kann seitliches Luftausblasen im vorderen Bereich eines Fahrzeugs ausgehend von den Radkästenhohlräumen der Vorderräder und möglicherweise durch Verwendung interner Leitungen einfacher bereitgestellt werden, wie weiter unten beschrieben, und/oder teilweise oder ausschließlich von zusätzlichen Einlässen in den vorderen Abschnitten des Fahrzeugs herrühren.
Fig. 4 zeigt eine teilweise schematisierte Darstellung der vorderen Unterseite eines Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung, die veranschaulicht, dass eine Ecke 19 mit einem großen Radius, deren Achse annähernd horizontal verläuft und die der Luftströmung ermöglicht, in den Einlass zu dem Kühler einzutreten, durch den wenigstens ein Teil der durch den Einlass aufgefangenen Luftströmung dann hindurchtritt und anschließend von dem Kühler bis zu dem Radkastenhohlraum gelangt, sowie eine weitere, einen großen Radius aufweisende Ecke 20 verwendet werden, wobei die Ecke 20 ermöglicht, dass eine sanfter Luftstrom aus dem Radkastenhohlraum in die Strömung unterhalb des Fahrzeugs entlassen wird. Der Strom kann an einem beliebigen Punkt oder Bereich längs des Strömungswegs abgezapft werden, um Bereiche, die unerwünschten Sogkräften oder einem reduzierten Druck ausgesetzt sind, mit seitlicher auszublasender Nebenluft zu versorgen, wobei der Rest gemeinsam mit demjenigen Teil der Luftströmung, der den Kühler nicht durchströmt, dazu verwendet wird, um die hohlraumbedingte Auftriebskraft/Abtriebskraft anzupassen.
Fig. 5 zeigt eine teilweise schematisierte Darstellung des Vorderabschnitts einer Ausführungsform der Erfindung, bei der eine in den Einlass 16 eintretende Luftströmung sich mit der Luft von dem (nicht veranschaulichten) Kühlerhaupteinlass vermischt und den Kühler durchströmt und die energiearme Luftströmung aus dem Kühler dann über Öffnungen 18 zu derjenigen Außenfläche des Fahrzeugs geleitet wird, die bei einem Seitenwind Sogkräften ausgesetzt ist, wobei sich diese Sogkräfte weiter erstrecken können als der veranschaulichte Bereich für die Öffnungen 18.
In der gerade beschriebenen Ausführungsform wirken die geneigten Einlässe einfach als gierempfindliche Lufteinlässe, die dazu vorgesehen sind, die Strömungsmenge zu dem Kühler 2 auf der windabgewandten Seite des Fahrzeugs und somit zu den Öffnungen 18 auf der windabgewandten Seite zu erhöhen, wenn beim Fahren des Fahrzeugs ein Seitenwind oder eine Windböe auftritt. Da unter diesen Bedingungen die Sogkräfte auf der dem Wind abgewandten Frontseite besonders ungünstig sind, kann dadurch der Zustrom zu den Einlässen 16 verbessert werden, jedoch kann es vorgezogen werden, die Einlässe 16 derart einzurichten, dass sie nicht zu dem Kühler 2 führen, sondern dazu verwendet werden, Luft direkt in eine Sammelkammer und/oder eine interne Leitung hinein zu leiten, von wo aus die Öffnungen 18 dann unmittelbar gespeist werden. Unter diesen Umständen können sich die Einlässe 16 in der in Fig. 5 veranschaulichten Position befinden, oder sie können wieder an dem Fahrzeug (z. B. an dem Frontende oder der Motorhaube) platziert werden. In diesen Positionen befinden sie sich einigermaßen stromabwärts des Stoßfängers und können bspw. Grenzschichtluft geringer Energie für wenigstens einen Teil der Luftströmung(en) aufnehmen, die die Einlässe auffangen, und somit erreichen:
1. einen geringen Fahrtwiderstand der Anordnung, da die aufgenommene Luft eine geringere Bewegungsenergie aufweist, wenn sie zum Teil oder ganz der Grenzschicht entnommen wird, und
2. einen kürzeren Strömungsweg von dem Einlass 16 zu den Öffnungen 18 und somit, unter böigen Bedingungen oder wenn das Fahrzeug in einen Bereich mit stetigem Seitenwind einfährt, eine kürzere zeitliche Verzögerung bei der Erzeugung des Nebenluftstroms, der für das seitliche Ausblasen benötigt wird.
Sicherlich können Drücke in den Radkästenhohlräumen selbst relativ starke Seitenkräfte erzeugen, und da der Radkastenhohlraum an der Windseite einen gewissen Staudruck aufnimmt und der Radkastenhohlraum an der dem Wind abgewandten Seite Sogkräften ausgesetzt sein kann, können sie wesentlich zu dem gesamten Giermoment beitragen. Ein Lösungsweg besteht darin, die Radkastenhohlräume miteinander quer zu verbinden, um so die Druckdifferenz zwischen diesen zu reduzieren. Die Räder selbst werden auch ihre eigenen Seitenkräfte abstützen, die in Betracht gezogen werden müssen. Verstärkt mit Lamellen oder einer Lochung versehene Räder können dazu verwendet werden, um die Luftströmung innerhalb des Radkastenhohlraums zu verändern, indem die Leichtigkeit beeinflusst wird, mit der die Luftströmung in die Hohlräume eintreten und daraus austreten kann.
Wenn auf der anderen Seite die Luft in den Radkastenhohlräumen als Nebenluft zum Ausblasen verwendet werden soll, so gibt es mehrere Möglichkeiten, um die Zufuhr eines sekundären Luftstroms vorzusehen; zwei oder mehrere der Radkastenhohlräume können miteinander verbunden sein, und die drei Hauptoptionen (wenn die Hohlraumluft als Nebenluft zum Ausblasen verwendet werden soll) sind wie folgt:
1. Ein einzelnes oder mehrfaches Rohr, das die Hohlräume der Vorderräder miteinander verbindet und einen Luftstrom in jeder Richtung von einem Hohlraum zu dem anderen ermöglicht,
2. ein Minimum von zwei Rohren, von denen jedes Luft von einem vorderen Radkastenhohlraum einzieht und sie zu einem ausgewählten Bereich liefert, wie bspw. denjenigen Teilen der Karosserie, an denen, insbesondere bei einem von Null verschiedenen Gierwinkel, hohe Sogkräfte auftreten (z. B. zu den Außenflächen der Vorderfront und dem vorderen Radkasten auf der gegenüberliegenden Seite),
3. ein Minimum von drei Leitungen, durch die die vorderen Radkastenhohlräume miteinander verbunden sind und von denen jede als ein Luftspeicher wirkt, um Luft zu ihrer eigenen und einer benachbarten äußeren Karosserieumgebung zuzuführen und daraus auszublasen.
Zusammengefasst ergibt sich Folgendes:
a. Sekundäre Luftströmung kann zum Ausblasen oder für andere Zwecke verwendet werden, sie kann bereits vorhandenen Lufteinlässen entnommen (insbesondere, da durch das Beseitigen interner oder externer Grenzschichten die Aufnahmefähigkeit verbessern kann) oder von den Strömungen stromabwärts von Kühlern oder anderen vorhandenen Einrichtungen bezogen werden, und
b. wenn das Sicherheitserfordernis an erster Stelle steht, dann sollte der auszublasende Nebenluftstrom der freien Luftströmung mittels auf Gierbewegung ansprechenden Einlässen auf jeder Seite der vorderen Bleche (zum Beispiel) oder mittels Einlässen entnommen werden, die in die Motorhaube eingelassen oder daran angebaut sind (wiederum bedarfsweise auf eine gierempfindliche Weise), jedoch kann die direkte Entnahme von Luft aus der freien Luftströmung zu einem Luftwiderstand führen, der nicht länger teilweise einem anderen System angelastet werden kann. Somit sollten die Einlässe dort, wo Mengendurchströme ausreichend sind, weit und nicht höher als die Grenzschicht sein, die bereits auf einer wesentlich stromabwärts des vorderen Stoßfängers gegebenen Fläche ausgebildet ist.
Die Wahl zwischen den obigen Optionen hängt nicht nur von deren Leistungsfähigkeit unter stetigen Gierbedingungen, sondern von ihrem Reaktionsverhalten auf Windböen und ihrer Empfindlichkeit in Bezug auf die Zeitverzögerung bei der Erzeugung eines auszublasenden Nebenluftstroms in Abhängigkeit von sich verändernden Gierbedingungen ab, wobei beliebige Auswirkungen, die sie auf den Luftwiderstand und z. B. die Seitenkraft bei einer gierfreien und mit Gier behafteteten Bewegung haben, mit einzubeziehen sind.
Gemäß dem Voranstehenden ist erkennbar, dass die Kühlluft (die dem (den) Kühler(n) eines flüssigkeitsgekühlten Systems zugeführt würde) bei einem luftgekühlten Motor derart eingerichtet sein könnte, um über die Kühlrippen und/oder andere Teile eines luftgekühlten Motors zu strömen, und dass die Luft anschließend, möglicherweise in Verbindung mit einer Luft oder einem Gas von anderen Quellen, für den Zweck eines Ausblasens an der Basis oder eines seitlichen Ausblasens verwendet werden könnte. Es wird auch anerkannt, dass diese Methode anstatt in den besonderen Kombinationen, wie gerade beschrieben, auch individuell verwendet werden könnte. Beispielsweise hängt die Verwendung von Rad- oder Radkastenströmungen, um einen auszublasenden Nebenluftstrom zu schaffen, nicht davon ab, ob gleichzeitig eine Kühlerausströmung oder heiße Luft aus einem luftgekühlten Motor oder Motoren vorhanden ist. Die Kühler können anstatt Wasserkühler auch Ölkühler sein, und die Kühler können somit selbst bei luftgekühlten Motoren vorhanden sein.
Da man speziell weiß, dass Luft, die bis zu einem gewissen Grad erwärmt worden ist, den Prozess der Basisausblasung fördert, kann weiterhin eine solche Luft alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, indem die Luft über den Schalldämpfer und/oder das Abgassystem des Fahrzeugs streicht, wobei ein unmittelbarer Kontakt mit dem Motor selbst und/oder mit Untersystemen, wie bspw. Bremsen, Getriebe, Bauteilen und Kühlern, und/oder der zu deren Kühlung erforderlichen Luft vorgesehen sein kann oder auch nicht. Der Auspuffund die Schalldämpfer können somit in den Strömungskreislauf integriert werden, und der Motor/das Getriebe kann/können überlegt in eine Leitung, eine offene Kapsel oder Luftführung eingefügt werden, die auch wenigstens einige Teile der Abgasanlage(n), des Katalysators (der Katalysatoren) und des Schalldämpfers (der Schalldämpfer) sowie anderer zur Abgasableitung verwendeter Bauteile enthält, oder mit Luftführung versieht oder einschließt. Diese Vorschläge sind für ein Fahrzeug mit einem in der Mitte oder hinten angeordneten Motor nicht bekannt, wurden aber für ein Fahrzeug mit einem vorne angeordneten Motor in einer Arbeit von Pininfarina, Fiat und Alfa-Lancia für den Italienischen Nationalen Forschungsrat (1985-9) untersucht. Solch eine erwärmte Luft ist für seitliche Nebenluftausblasung und/oder Basisnebenluftausblasung sehr geeignet.

Beispiel 1

Ein als EAS bezeichnetes Fahrzeugmodel, das auf ungefähr ein fünftel verkleinert worden ist, wurde Windkanaltests unterworfen, um die Wirkung eines seitlichen Luftausblasens auf die Auftriebskraft und andere Kräfte und Momente, die durch eine Gierbewegung verursacht sind, zu bestimmen.

LOTUS EAS

Bei den Tests an dem EAS-Model wurde Luft verwendet, die innerhalb des windseitigen (vorderen) Radkastenhohlraums eingezogen worden ist, um aus der Karosserie über dem windabgewandten (vorderen) Radkasten und in dessen unmittelbarer Umgebung auszutreten, wodurch mittels einer selbstpumpenden "Fluidverbindung" eine seitliche Nebenluftausblasung erreicht worden ist. Diese Art einer "Fluidverbindung" wurde verwendet, weil angenommen worden ist, dass der windseitige Radkastenhohlraum als Lufteinlass dienen und Luft bei einem gemäßigten Druck einem beliebigen Bereich zuführen würde, der einem niedrigeren Druck ausgesetzt ist, bspw. einer Fläche, die einer wesentlichen Sogkraft ausgesetzt ist.
Das EAS-Model wurde an dem vorderen linken Radkastenhohlraum mit 6 inneren Löchern (mit ungefähr 6 mm Durchmesser) und um den rechten vorderen Radkasten herum mit 19 Löchern (mit einem Durchmesser von ungefähr 1 bis 2 mm) versehen, durch die Luft aus dem linken Radkastenhohlraum nach außen ausgeblasen werden konnte, wobei die Löcher in dem Radkastenhohlraum und diejenigen um den Radkasten herum durch einen verbindenden Raum innerhalb des Models miteinander verbunden worden sind.
Bei einem Gierwinkel von Null und einem Luftnebenstrom von Null ergab das EAS-Model einen Abtriebskraft-Koeffizienten von 0,173 (und ein CD von 0,206).
Ergebnisse für das EAS-Model bei Tests, in denen das Model bei einem Gierwinkel von +20º angeordnet worden ist, sind unten gegeben:
REL Reynoldsche Zahl basierend auf der Fahrzeuglänge
CL Koeffizient der Auftriebskraft-
CD Koeffizient des Luftwiderstands
CY Koeffizient der Seitenkraft
Cn Koeffizient des Giermoments
Diese zwei Ergebnissätze zeigen, dass (1) seitliches Nebenluftausblasen durch eine selbstpumpende Fluidverbindung, die von einem vorderen Radkastenhohlraum gespeist wird, geschaffen werden kann und (2) dass das seitliche Ausblasen aus der Karosserieumgebung um den linken Vorderradkasten herum wesentlich die durch Gier verursachte Auftriebskraft reduzieren kann.
Die Ergebnisse zeigen, dass bei einem Gierwinkel von Null das unveränderte EAS-Model eine beträchtliche abwärts gerichtete Kraft erfahren hat. Bei einem Gierwinkel von 20º hat sich dies zu einer beträchtlichen aufwärts gerichteten Kraft geändert. Die Verwendung einer aus dem vorderen windabgewandten Kotflügel seitlich ausströmenden Nebenluft zeigte eine Verringerung der Auftriebskraft von einem CL von 0,243 zu einem CL von 0,188, d. h. eine 23%ige Auftriebskraftreduktion. Der Fahrtwiderstandsbeiwert wurde um 2% verringert, die Seitenkraft um 3,5% und das Giermoment um 6%.

Beispiel 2

Das EAS-Model wurde durch Hinzufügung eines langer Hohlrohrs modifiziert, das die vorderen Radkastenhohlräume miteinander verbindet und zu dem Zugang durch in den Hohlraumwänden ausgebohrte Löcher geschaffen worden ist, Es wurden zuerst Messergebnisse in Bezug auf die Kraft und das Moment für das Basismodel ohne seitlich ausgeblasene Nebenluft und ohne jegliche Strömung zwischen den miteinander verbundenen Hohlraumräumen erhalten. Danach wurden Kraft- und Momentmessungen für verschiedene Arten von Entlüftungen durchgeführt. Nachstehend sind Ergebnisse von Messungen angegeben, bei denen verschiedene Formen von seitlichen Entlüftungen aus einer innerhalb des Models angeordneten, durch Stauluft gespeisten Sammelkammer bei Gierwinkeln von 40º verwendet worden sind, und sie liegen in zwei Hauptbereichen (A und B). In dem Bereich A kann die seitliche Nebenluftausströmung das Giermoment um einen kleinen Betrag verändern, aber die Auftriebskraft an der Vorderfront von einem Beiwert von 0,5 oder ähnlich bis auf unterhalb von 0,3 reduzieren (und dies wird bei einer geringen Luftwicierstandveränderung erreicht). In dem Bereich B wird das Giermoment nur geringfügig verändert, aber die Vorderfrontauftriebskraft fast bis auf 0 reduziert, und die Erhöhung des Luftwiderstandes ist groß. NULL-NEIGUNG, 40º GIERWINKEL NULL-NEIGUNG, 40º GIERWINKEL LÄUFE 5 & 9, NEIGUNG VON NULL, +40º GIERWINREL
CLW Auftriebskoeffizient
CAb Koeffizient des axialen Luftwiderstands der Karosserie
NDCP1 Position des seitlichen Druckpunktes, ausgedrückt als Prozentsatz der Karosserielänge stromabwärts des vorderen Stoßfängers
CNf Beiwert der Auftriebskraft der Frontachse
CNr Beiwert der Auftriebskraft der Hinterachse
Cn Beiwert des Giermoments
a keine Querströmung
b Querstromkreis mit einer Kreisausschnittsöffnung von 6 mm
c Querstromkreis mit einer Kreisausschnittsöffnung von 12 mm
d Querstromkreis mit einer Kreisausschnittsöffnung von 18 mm

Beispiel 3

Ein weiteres, als ASCC2 bezeichnetes Model wurde Ebenfalls Windkanaltests unterzogen.
Zur Positionierung der Ausblaslöcher wurden drei Bereiche ausgewählt, die hier als LB101, LB102 und LB103 ausgewiesen sind und die 27, 40 bzw. 40 Löcher (von ungefähr 1-2 mm Durchmesser) aufweisen. Die Bereiche LB101, LB102 und LB103 lagen um den vorderen Kotflügel herum, weiter vorne als der Radkasten und um die vordere Ecke des Radkastens herum, und sie sind in Fig. 6 bei (52), (54) bzw. (56) veranschaulicht. Einige bei einem Gierwinkel von 20 Grad erhaltenen Daten sind:
Diese kleinen Mengen an ausgeblasener Luft führen zu einer Erhöhung des NDCP1 von ungefähr 1%, was eine erhöhte Stabilität in Bezug auf Seitenwinde veranschaulicht.

Claims

1. Verfahren zum Steuern/Regeln der Stabilität und/oder des aerodynamischen Widerstands eines Fahrzeugs, das einem Luftstrom ausgesetzt ist, der an dem Fahrzeug vorbei strömt, wenn sich dieses in Bewegung befindet, wobei zu dem Verfahren die Schritte gehören, ein oder mehrere Leitungen und/oder miteinander strömungsmäßig verbundene Räume bereitzustellen, durch die Luft und/oder Gas(e) aus einem Bereich niedriger Energie oder aus einer sonstigen Luftströmung zu einem Bereich der Außenfläche des Fahrzeugs geführt wird (werden), der aufgrund des während der Bewegung über das Fahrzeug strömenden Luftstroms Sogkräften oder verringertem Druck ausgesetzt ist, die auf das Fahrzeug Gier-, Roll- und/oder Nickmomente ausüben, und Austrittsöffnungen (18) oder sonstige Öffnungen bereitzustellen, durch die die Luft und/oder das (die) Gas(e) aus der Leitung oder den Leitungen in den Luftstrom eingebracht wird (werden), der über denjenigen Bereich der Fahrzeugaußenfläche strömt, in dem ein Sog und/oder ein verringerter Druck herrscht, wobei die Austrittsöffnungen in dem Bereich der Radhäuser von Vorderrädern und/oder Kotflügel und/oder der Motorhaube des Fahrzeugs vorgesehen sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Sogkräfte oder der verringerte Druck auf einen Seitenwind oder Windstöße zurückzuführen sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem Luft geringer Strömungsenergie mittels Einlassöffnungen (16) zur Verfügung gestellt wird, die geeignet positioniert sind, um Luft aus dem über die Oberflächen des Fahrzeugs strömenden Grenzschichtluftstrom einzufangen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem Luft geringer Energie mittels Einlassöffnungen (12) zur Verfügung gestellt wird, die geeignet positioniert sind, um Luft aus einem oder mehreren Radhaushohlräumen des Fahrzeugs aufzunehmen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem zwei oder mehrere der Radhaushohlräume des Fahrzeugs miteinander verbunden sind.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem Luft geringer Energie von der von einem Kühler (2) eines Fahrzeugs austretenden Luftströmung und/oder von einem sonstigen der Kühlung dienenden oder Luft verwendenden System zur Verfügung gestellt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Luft oder die Gase durch überwiegend in der vorderen Hälfte des Fahrzeugs vorgesehene Öffnungen (18) in den über die Außenfläche des Fahrzeugs strömenden Luftstrom eingeleitet werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem Öffnungen dazu vorgesehen sind, um Luft oder Gase aus einer nach hinten weisenden Blende abzulassen.

9. Fahrzeug, das mit einer oder mehreren Leitungen und/oder miteinander strömungsmäßig verbundenen Räumen ausgestattet ist, durch die Luft und/oder Gas(e) aus einem Bereich geringer Energie oder aus einer sonstigen Luftströmung zu einem Bereich der Außenfläche des Fahrzeugs geführt wird (werden), der aufgrund des während der Bewegung über das Fahrzeug strömenden Luftstroms Sogkräften oder verringertem Druck ausgesetzt ist, die auf das Fahrzeug Gier-, Roll- und/oder Nickmomente ausüben, und das mit Austrittsöffnungen oder sonstigen Öffnungen (18) versehen ist, durch die die Luft und/oder das (die) Gas(e) aus der Leitung oder den Leitungen in den Luftstrom eingebracht wird (werden), der über denjenigen Bereich der Fahrzeugaußenfläche strömt, in dem ein Sog und/oder ein verringerter Druck herrscht, wobei die Düsenöffnungen in dem Bereich der Radhäuser von Vorderrädern und/oder Kotflügel und/oder der Motorhaube des Fahrzeugs vorgesehen sind.

10. Fahrzeug nach Anspruch 9, bei dem die Sogkräfte oder der verringerte Druck auf einen Seitenwind oder Windstöße zurückzuführen sind.

11. Fahrzeug nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, bei dem Luft geringer Strömungsenergie mittels Einlassöffnungen (16) zur Verfügung gestellt wird, die geeignet positioniert sind, um Luft aus dem über die Oberflächen des Fahrzeugs strömenden Grenzschichtluftstrom einzufangen.

12. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei dem Luft geringer Energie mittels Einlassöffnungen (12) zur Verfügung gestellt wird, die geeignet positioniert sind, um Luft aus einem oder mehreren Hohlräumen der Radhäuser des Fahrzeugs aufzunehmen.

13. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 9 bis 12, bei dem zwei oder mehrere der Radhaushohlräume des Fahrzeugs miteinander verbunden sind.

14. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 9 bis 13, bei dem Luft geringer Energie von der von einem Kühler (2) eines Fahrzeugs austretenden Luftströmung und/oder von einem sonstigen der Kühlung dienenden oder Luft verwendenden System zur Verfügung gestellt wird.

15. Fahrzeug nach einem der Anspruche 9 bis 14, bei dem die Luft oder die Gase durch überwiegend in der vorderen Hälfte des Fahrzeugs vorgesehene Öffnungen (18) in den über die Außenfläche des Fahrzeugs strömenden Luftstrom eingeleitet werden.

16. Fahrzeug nach einem der Anspruche 9 bis 15, bei der Öffnungen dazu vorgesehen sind, um Luft oder Gase aus einer rückwärts weisenden Blende abzulassen.