JP2008540221A - 車両の空気案内装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、スポイラベース（１４）に固定されたスポイラ（１２）と、スポイラ（１２）がほぼ車両輪郭（３）内にある非使用位置と、走行中ダウンフォース作用を提供するために、スポイラ（１２）が車両輪郭（３）を越えて外開きしている少なくとも１つの第１作動位置との間で、スポイラベース（１４）を調節するための調節装置（２０）とを備えた、車両（１）の空気案内装置（１０）に関する。この場合、調節装置（２０）は非使用位置と作動位置の間でスポイラベース（１４）を調節するために、スポイラベース（１４）に枢着された揺動アーム構造体（２２、２８）と、揺動アーム構造体（２２、２８）を揺動させるための制御可能な駆動手段を備えている。スポイラの一層大きな最大外開き角度を可能にするために、本発明に従い、スポイラ（１２）を外開きする際に、スポイラベース（１４）の前側範囲と揺動アーム（２２、２８）の前側揺動アーム（２２）の端部との間の関節（２６）を過剰に伸ばすために適するように、調節装置（２０）が形成されている。

Description

本発明は、請求項１の前提部分に記載した車両の空気案内装置に関する。

このような空気案内装置は例えば特許文献１によって知られており、自動車の後部範囲に配置されたスポイラを備えている。このスポイラは外開き機構によって、ほぼ自動車輪郭内にある非使用位置と、自動車輪郭から突出する作動位置との間で調節可能である。外開き機構は構造的に簡単に実施され、スポイラの外開き運動の際に並進部分と回転部分を組み合わせるので、スポイラは作動位置において自動車輪郭に対して離隔された位置を有利に占める。公知の機構は構造的な条件により、（スポイラの非使用位置に対して）約４０°のスポイラの最大外開き角度を可能にする。

このようなスポイラによって例えば自動車の空気力学的特性、ひいては走行特性に有利な影響を与えることが知られている。特に高速時に、スポイラのダウンフォース作用によって自動車の接地性を高めることができる。

特許文献２により、例えば自動車のブレーキシステムと連結して、大きな空気抵抗位置にもたらすことができる自動車スポイラが知られている。このスポイラは、エアブレーキとして作用するので、従来のブレーキ作用が増幅される。スポイラの外開き運動は、自動車横方向に延在する揺動軸線回りの簡単な揺動である。スポイラとブレーキシステムの連結は、この文献に従い、（詳しく記載されていない）油圧回路によって行うことができる。
ＤＥ １０３ ０９ ３６９ Ａ１ ＤＥ ２００ ０１ ６９５ Ｕ１

本発明の課題は、スポイラの一層大きな最大外開き角度を可能にするように、冒頭に述べた種類の空気案内装置を改良することである。

この課題は請求項１に記載した特徴を有する空気案内装置によって解決される。

この場合、用語「スポイラ」は、例えば剛性を有するほぼ板状の空気案内プロファイルとして形成可能である、走行中に空気が流れる空気ガイドを意味する。スポイラを形成する際、スポイラの技術分野で知られている多彩な形状を用いることができる。走行中の揚力を低減するためあるいはダウンフォースを発生するために往々にして、航空機の翼の（逆の）形を有する空気案内プロファイルが望ましい。

スポイラは好ましくは車両の後部範囲に配置されるが、これは決して強制されない。その代わりに、スポイラを例えばルーフ範囲に配置してもよい。

スポイラベースはスポイラとは別個にまたはスポイラと一体に形成可能であり、本発明による揺動アーム機構と空気力学的に有効なスポイラ面との間の連結部材としての働きをする。スポイラベースは好ましくはスポイラの下側に配置され、例えば別個の部材としてスポイラに固定されている。

本発明の場合、スポイラを外開きする際に、スポイラベースの前側範囲と第１揺動アームの第２端部の間の関節を過剰に伸ばし得ることが重要である。本発明において用語「過剰に伸ばす」は、スポイラ調節時に当該の関節角度が１８０°よりも大きくなる状況を意味する。この関節角度は、第１揺動アームの両端の間の線分と、スポイラベースの両枢着個所の間の線分とがなす角度である。

したがって、本発明は、作動位置で車両輪郭に対して離隔したスポイラの位置の利点と、スポイラの増大した最大外開き角度とを構造的に簡単な方法で組み合わせる。

実施形では、非使用位置において、スポイラベースが特にスポイラと一緒に車両表面の切欠き内に収納されている。スポイラがその非使用位置において、車体のトラフ状の切欠き内に車両輪郭に対してほぼ面一に配置されていると有利である。それによって、空気力学的に多少とも作用する非使用位置に、スポイラをもたらすことができる。

きわめて有利な実施形では、スポイラベースの前側範囲と第１揺動アームの第２端部の間の関節を過剰に伸ばす際に、調節装置が少なくとも１つの第２作動位置を提供する。この第２作動位置では、走行中にスポイラが制動作用を生じる。これは、ダウンフォース作用を提供する第１作動位置に加えて、第２作動位置と呼ばれる他のスポイラ位置が設けられ、この他のスポイラ位置においてスポイラが第１作動位置を越えて更に外開きし、それによって制動作用を生じることを意味する。

実施形では、第１作動位置におけるスポイラの外開き角度、非使用位置におけるスポイラの方向に対するスポイラの揺動が、１０〜５０°である。それぞれ設定された外開き角度を有する１つまたは複数の第１作動位置を設けることができる。特に調節装置が、予め定めた走行パラメータ、特に例えば走行速度に依存して、スポイラの自動調節を行うと、空気力学を最適に適合させるために、少なくともスポイラの非使用位置から第１作動位置までの調節範囲において、スポイラを無段調節可能である。

本発明による実施形に基づいて、スポイラを非常に大きく外開きすることができるので、スポイラの少なくとも一部が車両輪郭の下方に位置する非使用位置は、第２作動位置におけるスポイラの効果的な制動作用の妨げにならない。スポイラの達成可能な最大外開き角度は好ましい実施形では少なくとも７０°、特に約９０°である。

実施形では、第２作動位置においてスポイラの外開き角度は５０〜９０°である。きわめて効果的な制動作用のためには、８５°±５°の外開き角度が有利である。

有利な実施形では、スポイラベースの前側範囲と第１揺動アームの第２端部との間の関節の角度は、非使用位置において３０°よりも小さく、第２作動位置において２１０°よりも大きい。

本発明の実施形では、第２作動位置が、スポイラベースの前側範囲と第１揺動アームの第２端部との間の関節の運動機構的に最大に過剰伸長された位置に一致している。「最大に過剰伸長された位置」は、（両揺動アームの両端の）４つの重要な関節個所の間の距離に基づいて現在の外開き角度を更に増大させることができないときに達成される。

その代わりに、機械的なストッパを配置することができる。このストッパは最大に過剰伸長された位置に達する前に関節構造体の外開き運動を停止する。しかし、これは運動力学によって考えられる角度調節範囲を縮小するので、このようなストッパの当接は好ましくは、最大に過剰伸長された位置から最大で１０°離れた当該関節の位置で行われる。このような機械的なストッパの利点は特に、４つの重要な関節個所の連結部材の間の、実際に発生する圧力負荷または引張り負荷を低減できることにある。

原理的には、調節装置を１個の構造ユニットとして例えば車両横方向中央に配置することができる。しかしながら、スポイラの安定した保持のためには、調節装置が車両横方向に見て分割して（例えば均等間隔に）配置された少なくとも２つの調節ユニットを備えていることが好ましい。好ましくは垂直な車両縦中心平面に対して対称に、２個の同種の調節ユニットが設けられている。この調節ユニットはそれぞれ、第１揺動アームと第２揺動アームと端側に設けられた揺動軸受または枢着部を備えている。

構造的にきわめて簡単な実施形では、両揺動アームの第１端部が、車体に対して定置された揺動軸受に軸承されている。しかしながら、スポイラを外開きするときに両揺動軸受の少なくとも一方を動かしてもよい。それによって、例えばスポイラ運動が変更される。更に、制御可能な駆動手段が第１揺動軸受または両揺動軸受を直接移動させ（例えば案内レールに沿って）、この移動が制御面構造体（例えばスライドピンを備えた滑り案内溝）を介してスポイラを外開きするために必要な揺動アームの揺動を生じるようにすることができる。

できるだけ大きな外開き角度範囲を得るために、両揺動アームの車体側の揺動軸受の間隔が、スポイラベースの範囲の両枢着部の間隔よりも大きいと有利である。この観点では更に、第１揺動アームの長さが第２揺動アームの長さの３０〜９０％であると有利である。

調節装置は例えば電気的に（例えば電動機）および／または油圧的に（油圧シリンダ）および／または空気圧的に（空気圧シリンダ）作動可能である。当該のアクチュエータは好ましくは車両の運動状態に依存して作動させられる。これに関する実施形では、予め定めた１つの走行速度を上回るときにスポイラが１つの第１作動位置に駆動される。その代わりに、複数の第１作動位置が設けられているときには、予め定めた複数の走行速度を上回るときに、スポイラが複数の作動位置に順々に駆動される。この場合、走行速度が高まるにつれて外開き角度が増大する。

第２作動位置（制動位置）への駆動のために、この駆動が予め定めた「開始事象」によって開始され、スポイラの即時調節のために現在位置から第２作動位置へ行われる。予め定めた「終了事象」の際、スポイラは第２作動位置から再び戻し調節され、好ましくは第１作動位置または第１作動位置の一つにあるいは（走行状態に依存するスポイラ調節の場合）現在の走行状態に一致するスポイラ位置に戻し調節される。

開始事象としては例えば、現在の走行速度が予め定めた限界を上回り、そして好ましい車両のブレーキ装置が予め定めた限界値を上回る程度に操作されるケースである。ブレーキ操作の程度は自動車の場合例えばブレーキペダル位置に基づいて検出可能である。

その代わりにまたは付加的に、運転者による操作要素の手動操作を開始事象とすることができる。

終了事象としてあるいは論理的操作によって終了事象を導き出すことができる判断基準として、開始事象からの予め定めた時間の経過、予め定めた走行速度以下への走行速度低下、運転者によるブレーキ操作の終了あるいは運転者による操作要素を用いた手動終了が考えられる。

きわめて有利な実施形では、駆動手段が、第１揺動アームに直接作用するかまたは第１揺動アームの第１端部に相対回転しないように連結された揺動アーム軸に作用する駆動部材を備えている。

第１揺動アームに直接作用する駆動部材は例えば駆動アームによって形成可能である。この駆動アームは一方では第１揺動アームの中央範囲に枢着され、他方では電動運転されるクランクの端部に枢着されている。その代わりに、このような駆動アームを例えばスピンドル機構によってずらすことができる。

第１揺動アームの揺動軸に作用する駆動部材は例えば電動駆動装置の駆動歯車によって形成可能である。この駆動歯車はこの揺動軸の歯にかみ合っている。その代わりに、揺動軸を駆動するために、例えばいわゆるクロスアーム機構を使用することができる。

両者の場合、電動駆動装置は好ましくは電気的なステッピングモータである。

次に、実施の形態に基づいてかつ添付の図を参照して本発明を詳しく説明する。二重に設けられ作用が類似している、この実施の形態の要素の参照数字にはそれぞれ、ハイフン（−）と「１」または「２」の符号が付け加えられている。以下において、個々のこのような要素またはこのような要素の全体は、付け加えていない参照数字によって示してある。

図１は、自動車１の後部範囲に設けられた、翼状のスポイラ１２を有する空気案内装置１０を示している。

図１に示した非使用位置では、スポイラ１２の表面が後部範囲の自動車輪郭または自動車表面３に対してほぼ面一である。

スポイラ１２は、図１に示していない調節装置によって、自動車輪郭３内に下降した非使用位置から、図２に示すような第１作動位置へ揺動可能である。

非使用位置（図１）から第１作動位置（図２）へのスポイラ１２の外開き運動は、並進と回転を合成した運動である。

図２は第１作動位置を示している。この作動位置では、走行中公知のごとくダウンフォース作用を生じるために、スポイラ１２が調節装置によって自動車輪郭３の上方で外側に開いている。このダウンフォース作用によって、自動車１の接地性が改善される。したがって、以下において、この第１作動位置を「ダウンフォース位置」と呼ぶ。ダウンフォース位置では、（非使用位置に対する）スポイラ１２の外開き角度は約３０°である。

非使用位置とダウンフォース位置との間の移行は、図示した実施の形態では、予め定めた走行速度（例えば６０ｋｍ／ｈ）を上回るときに自動的に行われる。この速度限界を下回った後で、スポイラ１２は再び収納される。

好ましくは上記の走行速度よりもはるかに高い予め定めた他の走行速度を上回ると、自動調節装置は第２作動位置への移動を可能にする。この第２作動位置では、走行中制動作用を生じるために、スポイラ１２は図２に示したダウンフォース位置を越えて更に外開きしている。

図３はスポイラ１２のこの他の作動位置を示している。ダウンフォース位置（図２）から第２作動位置（図３、以下「制動位置」とも呼ぶ））への移行は、予め定めた程度以上の、運転者による自動車ブレーキ装置の操作によって開始される。

制動位置では、スポイラ１２の外開き角度は約９０°である。したがって、この位置では、かなりの付加的な制動作用が達成される。

運転者によって行われたブレーキ操作の程度が再び予め定めた程度限界以下になる（または自動車１の加速が行われる）や否やあるいは走行速度が再び予め定めた第２限界速度以下になるや否や、スポイラ１２は実際の走行速度に対応する位置に自動的に再び戻される。

図３に示すように、非使用位置、ダウンフォース位置および制動位置の間でスポイラ１２を調節するために使用される機構は、自動車横方向に見て互いに離隔配置された２個の調節ユニット２０−１、２０−２を備えている。この調節ユニット２０−１、２０−２は一緒に、スポイラ１２を非常に安定するように支持する調節装置２０を形成している。

次に、図４〜７を参照して、調節装置２０の構造的な実施を詳細に説明する。図示を簡単化するために、図４〜７に記入された要素はきわめて概略的に示してある。これらの要素の実際の実施のために、例えば、冒頭で既に述べた特許文献１に記載されているような、適当な形状の揺動アーム機構を用いることができる。

調節ユニット２０−１、２０−２は図示実施の形態では同一に形成されている。したがって、図４〜７において、（左側の）調節ユニット２０−１の要素が例示的に示され、（右側の）調節ユニット２０−２の要素は省略されている。

図４はスポイラ１２の非使用位置を示している。スポイラはこの状態で、車体表面３の窪みまたは切欠き５内に収容されている。スポイラ１２はスポイラベース１４、例えば支持体に連結されている。この支持体はスポイラ本体の下面にねじ止めされている。

調節ユニット２０−１は前側揺動アーム２２−１を備えている。この揺動アーム２２−１の第１端部は、前側揺動アーム２２−１が自動車横方向に延在する第１揺動軸線回りに揺動し得るように、前側揺動軸受２４−１に軸承されている。前側揺動アーム２２−１の他端は前側枢着部２６−１を介してスポイラベース１４に連結されている。前側枢着部２６−１は同様に、自動車横方向に延在する軸線回りの、スポイラベース１４と前側揺動アーム２２−１との相対運動を可能にする揺動軸受または関節として形成されている。

調節ユニット２０−１は更に、後側揺動アーム２８−１を備えている。この揺動アーム２８−１の第１端部は、後側揺動アーム２８−１が自動車横方向に延在する第２揺動軸線回りに揺動し得るように、後側揺動軸受３０−１に軸承されている。後側揺動アーム２８−１の他端は後側枢着部３２−１を介してスポイラベース１４に連結されている。この場合、この枢着部３２−１は、スポイラベース１４と後側揺動アーム２８−１との相対運動を可能にする。

車体側の両揺動軸受２４−１、３０−１は車体に対して位置を固定して、自動車１の支持構造体３４上に配置されている。

両揺動アーム２２−１、２８−１を同時に揺動させることにより、図示した幾何学的状況または関節個所２４−１、２６−１、３０−１、３２−１の選定した間隔に基づいて、スポイラベース１４ひいてはスポイラ１２を、図４に示した非使用位置から出発して、図５に示した中間位置を経て、図６に示したダウンフォース位置へ、そして必要な場合には更に図７に示した制動位置へ調節可能である。

図７の制動位置では、（スポイラベース１４と前側揺動アーム２２−１の上端の間の）関節２６−１が過剰に伸ばされている。この過剰の伸長は図示した幾何学的状況の場合、スポイラ１２をこの状態で非使用位置から約９０°だけ回転させることを可能にする。

図４〜７に示した要素２２−１、２４−１、２６−１、２８−１、３０−１、３２−１は自動車の右側において（対称に）、（図示していない）右側調節ユニット２０−２のために更に同一に形成されている。

更に、調節装置によって達成される、非使用位置と制動位置との間におけるスポイラ調節運動またはスポイラ１２を備えた調節ユニット２０−１の全体運動経過が、図８に組み合わせて示してある。

調節のために設けられた自動制御可能な駆動手段は、４本のすべての揺動アーム２２、２８を同時に揺動させる。この場合、駆動手段が両調節ユニット２０−１、２０−２の一方にのみ作用してもよいし、両方に作用してもよい。

駆動手段は例えば電動操作式クランク機構を備えることができる。このクランク機構の場合、例えば後側揺動軸受３０の範囲内に回転可能に軸承された連結棒が、比較的に長いスラスト棒に枢着連結され、このスラスト棒が更に、前側揺動アーム２２の中間範囲に枢着されている。この駆動構想は図７に破線で記入されている。

更に、スポイラベース１４の範囲にアクチュエータを一体化することが考えられる。このアクチュエータは前側揺動アーム２２に直接作用し、これらの要素１４、２２の間の角度を適切に調節する。

しかし、有利な構想では、前側揺動アーム２２に相対回転しないように連結された、自動車横方向に延在する揺動アーム軸が、電動式に直接駆動される。この場合、両調節ユニット２０−１、２０−２の同時調節の観点から、両前側揺動アーム２２のために共通の１本のこのような揺動アーム軸が設けられている、すなわち１本のこのような揺動アーム軸が左側の前側揺動アームと右側の前側揺動アームの両方に（そして場合によっては他の調節ユニットの前側揺動アーム２２に）相対回転しないように連結されていると有利である。

スポイラが非使用位置にある自動車の後部範囲の斜視図 スポイラが第１作動位置（ダウンフォース位置）に繰り出している、後部範囲の斜視図 スポイラが第２作動位置（制動位置）に繰り出している、後部範囲の斜視図 スポイラが収納されているときのスポイラ調節機構の概略的な側面図 第１作動位置の方へ繰り出している間のスポイラ調節機構の概略的な側面図 スポイラがその第１作動位置に繰り出している、スポイラ調節機構の概略的な側面図 スポイラがその第２作動位置に繰り出している、スポイラ調節機構の概略的な側面図 非使用位置から第２作動位置までの（およびその逆の）運動経過を示すための、スポイラ調節機構の概略的な側面図

符号の説明

１…自動車、３…車体表面、５…切欠き、１０…空気案内装置、１２…スポイラ、１４…スポイラベース、２０…調節装置、２２…前側揺動アーム、２４…前側揺動軸受、２６…前側枢着部、２８…後側揺動アーム、３０…後側揺動軸受、３２…後側枢着部、３４…支持構造体

Claims (11)

1. スポイラベース（１４）に固定されたスポイラ（１２）と、スポイラ（１２）がほぼ車両輪郭（３）内にある非使用位置と、走行中ダウンフォース作用を提供するために、スポイラ（１２）が車両輪郭（３）を越えて外開きしている少なくとも１つの第１作動位置との間で、スポイラベース（１４）を調節するための調節装置（２０）とを備えた、車両（１）の空気案内装置であって、調節装置（２０）が、
   第１揺動アーム（２２）を備え、車両横方向に延在する第１揺動軸線回りに第１揺動アーム（２２）を揺動可能にするために、第１揺動アームの第１端部が車両（１）の車体に適切に軸承（２４）され、第２端部がスポイラベースの前側範囲に枢着（２６）され、調節装置が更に、
   第２揺動アーム（２８）を備え、車両横方向に延在する第２揺動軸線回りに第２揺動アーム（２８）を揺動可能にするために、第２揺動アームの第１端部が、第１揺動アーム（２２）の第１端部の後方で、車両（１）の車体に適切に軸承（３０）され、第２端部がスポイラベース（１４）の後側範囲に枢着（３２）され、第１揺動アーム（２２）が第２揺動アーム（２８）よりも短く、調節装置が更に、
   非使用位置と作動位置の間でスポイラベース（１４）を調節するために、両揺動アーム（２２、２８）を揺動させるための制御可能な駆動手段を備えている、
   上記空気案内装置において、
   スポイラ（１２）を外開きする際に、スポイラベース（１４）の前側範囲と第１揺動アーム（２２）の第２端部との間の関節（２６）を過剰に伸ばすために適するように、調節装置（２０）が形成されていることを特徴とする空気案内装置。
2. 非使用位置において、スポイラベース（１４）が特にスポイラ（１２）と一緒に車両輪郭（３）の切欠き（５）内に収容されている、請求項１に記載の空気案内装置。
3. 第１作動位置において、スポイラ（１２）の外開き角度が１０〜５０°である、請求項１または２に記載の空気案内装置。
4. 少なくともスポイラ（１２）の非使用位置から第１作動位置までの調節範囲において、スポイラが無段調節可能である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の空気案内装置。
5. スポイラベース（１４）の前側範囲と第１揺動アーム（２２）の第２端部との間の関節（２６）が過剰に伸ばされる際に、調節装置（２０）が少なくとも１つの第２作動位置を有し、この第２作動位置においてスポイラ（１２）が走行中に制動作用を行う、請求項１〜４のいずれか一項に記載の空気案内装置。
6. 第２作動位置においてスポイラ（１２）の外開き角度が５０〜９０°である、請求項５に記載の空気案内装置。
7. 第２作動位置が、スポイラベース（１４）の前側範囲と第１揺動アーム（２２）の第２端部との間の関節（２６）の運動機構的に最大に過剰伸長された位置に一致している、請求項５または６に記載の空気案内装置。
8. 調節装置（２０）が車両横方向に見て分割配置された少なくとも２つの調節ユニット（２０−１、２０−２）によって形成されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載の空気案内装置。
9. 両揺動アーム（２２、２８）の第１端部が、車体に対して定置された揺動軸受（２４、３０）に軸承されている、請求項１〜８のいずれか一項に記載の空気案内装置。
10. 両揺動アーム（２２、２８）の車体側の揺動軸受（２４、３０）の間隔が、スポイラベース（１４）の範囲の両枢着部（２６、３２）の間隔よりも大きい、請求項１〜９のいずれか一項に記載の空気案内装置。
11. 駆動手段が、第１揺動アーム（２２）に直接作用するかまたは第１揺動アーム（２２）の第１端部に相対回転しないように連結された揺動アーム軸に作用する駆動部材を備えている、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の空気案内装置。

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