JP6799065B2 - 車両用ウィング、その制御方法、およびこのウィングを備える自動車 - Google Patents

車両用ウィング、その制御方法、およびこのウィングを備える自動車 Download PDF

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Description

本発明は、車両用ウィングに関し、特に、下向きに押さえ付ける力を発生して地面に対する粘着力を増加させるために自動車に装着可能なウィングに関する。また本発明は、ウィングの動作を制御する方法およびこのウィングを備える自動車に関する。
特にスポーツカーにおいて、なかでも特にフォーミュラ1選手権におけるスポーツカーにおいて用いられる車両用の既知のウィングの下面には、ウィングに配置されたダクトを外部に接続する一以上のスリットが形成されている。ウィングにおけるダクトは、ウィングの前方に配置されてそして自動車の運転手席の前方に配置される吸気口に最終的に接続される外部ダクトに接続される。こうして、操縦者は、前記外部ダクトを通過する気流を手動で閉じることによって、スリットに空気を通過させて、ウィングの空力抵抗およびその下向きに押さえ付ける力を低減することができる。
前記既知のウィングは比較的重く、複雑で、製造、組み込み、動作、保守が困難である。さらに、外部ダクトおよび吸気口によって、車両の空気力学的性能および美観が低下する。
ドイツ特許出願公開第2726507号明細書(DE2726507A1)には、ウィングおよびそれを支持する支持体に配置されたダクトを外部に接続する開口部が形成された下面を有するウィングが記載されている。これらのダクトは、車両における圧力生成器に直接接続されている。
したがって、本発明は、前記欠点がないウィングを提供することを目的とする。前記目的は、添付の特許請求の範囲に記載した主な特徴を有するウィングおよび方法によって達成される。
支持体に挿入される特徴的なダクトにより、本ウィングは、既知のウィングよりも寸法的にコンパクトとでき、美観をよくできる。
支持体の自由端に配置される特徴的なダクトにより、本ウィングは、バルブおよびそのアクチュエータだけでなく吸気口および排気口も一体化でき、これにより、全体的な大きさを低減するかつ/またはエンジンを冷却するために用いられる吸気入口および気流を利用することができる。
近傍に配置される特徴的なスロットル・バルブおよびアクチュエータにより、気流制御システムの重量および可動部材の数を最小化することができる。
本ウィングの、支持体の、およびスリットの特徴的な大きさ、形状および構成により、空気力学を、スリットを通る空気の通過による作用の有効性が向上するよう、最適化することができる。
アクチュエータの特徴的な電子制御システムにより、本ウィングの動作を、リアルタイムに自動的に制御することができ、そして特に適当なセンサによって検出された車両のパラメータを利用する特徴的な制御手順が用いられる場合、車両の異なる使用状態に手動でまたは自動的に調整することができる。
本ウィングの、および支持体の、重量、組み立て時間および欠陥発生の可能性を、接着剤を用いて一体に連結することができる内部リブを有する特徴的なシェル構造を用いることにより低減することができる。
互いから独立したダクトを有するとともに本ウィングに沿って特徴的な位置、好ましくはその端部ではない位置に配置される少なくとも二つの支持体を用いることによって、車両の二つの側に作用する下向きに押さえ付ける力を、異ならせることができる利点がある。
本発明のさらなる利点および特徴は、以下の添付図面を参照した本発明の実施形態の以降の詳細な限定するものではない説明から当業者には明瞭となろう。
ウィングの不等角投影図を示す。 図1のウィングの上面図を示す。 図1のウィングの底面図を示す。 上側シェルのない図2のウィングを示す。 図1のウィングの背面図を示す。 図1のウィングの正面図を示す。 図6のVII−VII拡大断面を示す。 図6のVIII−VIII拡大断面を示す。 図6のIX−IX拡大断面を示す。 図1のウィングの制御システムの方式を示す。 使用中の図1のウィングの動作のグラフを示す。
図1〜図7を参照して、本発明にかかるウィング1は、上方に略凹状の上面1aと下方に略凸状の下面1bとを有し、これにより、ウィング1が前方へと移動するとき、特に車両(図には示していない)例えば運転中のスポーツカーに装着されたウィングが移動するとき、下向きに押さえ付ける力が発生する。前記車両に特にその後部にウィング1を固定するために、ウィング1は、一以上の支持体を、好ましくは少なくとも二つの支持体2,3を備える。支持体2,3は、ウィングの下面1bの下方で突出し、好ましくは、飛行機の翼と同様な形状を有することができる。ウィング1の先端1cは前方に凹状である、かつ/または、ウィング1の後端1dは後方に凸状である。ウィング1は、支持体2,3間であって、二つの外側部分EP間に備えられる中央部CPを好ましくは有する。外側部分EPの幅は、中央部CPの幅の60%〜90%、特に70%〜80%である。ウィング1は、下面1bを有する下側シェルに特に接着によって連結される、上面1aを有する上側シェルを備える。そのような接合を行いやすくするために、上側シェルは少なくとも一つの第一縦リブ1eを、すなわちウィング1に沿って延設される下方へ突出するリブを、備えることができる。第一縦リブ1eを、下側シェルから上方に突出する少なくとも一つの第二縦リブ1fに連結することができる。前記一以上の支持体2,3は、右側シェル2b,3bに好ましくは接着によって連結される左側シェル2a,3aを備えることができる。
ウィング1の下面1bには、ウィング1に配置される一以上の第一ダクト6,6’,7,7’を外部に接続する一以上のスリット4,4’,5,5’が形成されている。スリット4,4’,5,5’は、ウィング1の先端1cのスリット4,4’,5,5’に隣接する部分の形状(profile)とほぼ同じ形状で延びている。
ウィング1の一方の側に配置される一以上の第一スリット4,4’は、一以上の第一ダクト6,6’に接続され、ウィング1の他方の側に配置される一以上の第二スリット5,5’が、一以上のさらなる第一ダクト7,7’に接続され、これにより、前記第一スリット4,4’および第二スリット5,5’は、少なくとも二つの第一ダクト6,6’および第一ダクト7,7’にそれぞれ接続されて、少なくとも二つの独立した気流F1,F2をスリット4,4’,5,5’に向かって取り込むことができる。
特に、一以上のスリット4,5がウィング1のそれぞれの外側部分EPに配置されており、一以上のスリット4’,5’がウィング1の中央部CPに配置されている。ウィング1の外部部分EPの少なくとも一つのスリット4または5および/または中央部CPの少なくとも一つのスリット4または5’は、二つの第一ダクト6,6’または7,7’に、特に支持体2または3から延びる四つの第一ダクトのうちの二つ6,6’または7,7’に、それぞれ接続される。ダクト6,6’,7,7’を、ほぼU字状断面を有し、スリット4,4’,5,5’に向かって開いており、ウィング1の下側シェルに連結される一以上のチャンネル8によって規定することができる。スリット4,4’,5,5’の幅は、0.5〜40mm特に2〜4mmで構成される。ウィング1の翼弦(chord)Cの投影で見たウィング1の先端1cからのスリット4,4’,5,5’の距離Dは、翼弦Cの5%〜70%特に30%〜40%である。
第一ダクト6,6’または7,7’は、前記支持体のうちの少なくとも一方の支持体2および/または3に配置される少なくとも一つの第二ダクト9に接続される。特に、第一支持体2から延びる第一ダクト6,6’は第一支持体2に配置される第二ダクト(図面においては見えていない)に接続される。また、第二支持体3から延びる第一ダクト7,7’は、第二支持体3に配置される第二ダクト9に接続される。したがって、少なくとも二つの第一ダクト6,6’,7,7’を、少なくとも二つの支持体2,3にそれぞれ配置される少なくとも二つの第二ダクト9にそれぞれ接続することができる。
それぞれの支持体2および/または3の自由端(すなわち基部)は、一つ以上の穿孔されたピン10,10’および/または11,11’を有する。ピンは、下方へと突出し、ウィング1を固定するために車両の上側部分において形成された対応する受け部へと挿入可能である。
また図8を参照して、支持体2および/または3におけるそれぞれの第二ダクト9は、好ましくは、支持体3の左側シェル3aおよび右側シェル3bの内壁によってだけでなく、一つ以上の縦リブ3c,3d、すなわち、支持体3に沿って延設され、左側シェル3aまたは右側シェル3bの内壁のうちの一方から内側に突出し、特に、右側シェル3bまたは左側シェル3aの他方の内壁から内側に突出するさらなる縦リブ3e,3fに二つずつ連結されるリブによっても、規定される。
また図9を参照して、少なくとも一つのバルブ12は、支持体2および/または3における第二ダクト9、またはこの第二ダクト9に接続される少なくとも一つの第三ダクト13,13’に沿って配置され、これにより、第三ダクト13,13’(もしあれば)、第二ダクト9、一つ以上の第一ダクト6,6’,7,7’、および一つ以上のスリット4,4’,5,5’を通過してウィング1の下方へと流れ出る(mouth)流入フローIFを調整する。特に、一つ以上のバルブ12が、支持体2および/または3の自由端において第二ダクト9の自由端の前方に配置される第三ダクト13および/または13’に沿って配置される。バルブ12は、好ましくは、ほぼ水平軸の回りに回転することができるスロットルを有するスロットル・バルブである。スリット4,4’,5,5’に向かって前記入力流IFの通路を完全にまたは部分的に開閉するようバルブ12は、アクチュエータ14,14’に、特に第三ダクト13,13’の近傍に配置される電気機械式(electromechanical)アクチュエータに、接続される。第三ダクト13,13’は、車両の速度とともに増加する流入フローIFを得るよう、例えば車両本体の一部に形成される吸気口、特に車両のエンジンの冷却のために用いられる吸気口を有するダクトを通じて外部に適切に接続可能な吸気口15,15’を有する。
また吸気口15,15’は、第三ダクト13,13’を通過しない流入フローIFを例えば車両のエンジンに向かって方向付けられる流出フローOFへと逸すのに適した排気口16,16’に好ましくは接続される。第三ダクト13,13’、吸気口15,15’、および排気口16,16’は、好ましくは、一体に連結される二つの相補的なシェルに形成されるペアの相補的なチャネルを用いて構成される。他の実施形態においては、また、バルブ12を、排気口16,16’に沿って配置することもできるが、その場合、排気口は第二ダクト9に常に接続されるダクトである。
第三ダクト13,13’が始まる部分、すなわち排気口16,16’から分かれる部分の断面の面積A1は、5000〜7000mmである、またはバルブ12が配置される第三ダクト13,13’の断面の面積A2の10%〜1000%である。面積A2は、1500〜2500mmである。第二ダクト9の端部、すなわち第一ダクト6,6’,7,7’へと分割される端部における断面の面積A3は、700〜800mmで、または面積A2の10%〜1000%で構成される。スリット4,4’,5,5’の総面積は、1500〜2500mm、または面積A2の10%〜1000%で構成される。
図10を参照して、ウィング1によって生成された下向きに押さえ付ける力およびウィングの空力抵抗を制御するために、アクチュエータ14,14’は、バルブ12を自動的にまたは手動で開閉するようアクチュエータ14,14’の動作を制御するのに適した少なくとも一つの電子制御ユニットCUに有線でかつ/または無線で接続される。そのため、制御ユニットCUは、車両ブレーキの位置を検出するためのブレーキ・センサBSに、および/または車速を検出するための速度センサVSに、および/または車両の縦加速度を検出するための縦方向加速度計LAに、および/または車両の横方向加速度を検出するための横方向加速度計SAに、および/または車両アクセルの位置を検出するためのスロットル・センサTSに、および/または車両ステアリングの位置を検出するためのステアリングセンサSSに、接続され、これにより、アクチュエータ14,14’を用いて、これらのセンサBS、VS、LA、SA、TSおよび/またはSSから送信される信号に応じて、一つ以上のバルブ12を、一つ以上のバルブ12を異なる位置とすることも含めて、作動させることができる。
これらのセンサとの接続に加えてまたは代わりに、制御ユニットCUを、車両制御ユニットVCUのうちの一つ以上に、一方向または双方向接続で例えばCANバスまたはLINバス接続を用いて接続することができる。また制御ユニットCUを、車両制御ユニットVCU内に集積化することもできる。また他の目的のために車両に既にある慣性プラットフォームを、縦方向加速度計LAおよび/または横方向加速度計SAとして使用することもできる。
図11を参照して、ウィング1の制御方法において、制御ユニットCUは、速度センサVSによって検出される車両の速度Vに応じて、ある速度閾値T1,T2,T3,T4および/またはT5でバルブ12を開閉するようアクチュエータ14,14’を作動させることができる。
特に、バルブ12は、第一閾値T1より低い速度Vでは閉位置VCにあり、かつ/または第二閾値T2と第三閾値T3との間の速度Vでは開位置VOにあり、かつ/または第四閾値T4と第五閾値T5との間の速度Vでは閉位置VCにあり、かつ/または第五閾値T5より高い速度Vでは開位置VOにある。
さらに制御方法において、制御ユニットCUは、速度Vが第一閾値T1よりも低い速度に低下する場合(速度V−)、バルブ12を閉じ、速度Vが第一閾値T1以上である第二閾値T2よりも高い速度に上昇する場合(速度V+)、バルブ12を開く。また、制御ユニットCUは、速度Vが第三閾値T3よりも低い速度に低下する場合(速度V−)バルブ12を開き、速度Vが第三閾値T3以上である第四閾値T4よりも高い速度に上昇する場合(速度V+)、バルブ12を閉じることもできる。
また制御ユニットCUは、縦方向加速度計LAから、および/または横方向加速度計SAからおよび/またはブレーキ・センサBSから、および/またはスロットル・センサTSから、および/またはステアリングセンサSSから、受信した信号に応じて、特に速度Vが第四閾値T4より高い場合かつ/または第五閾値T5より低い場合、バルブ12を開くまたは閉じることができる。また第五閾値T5を、効果がないものとすることもできる、すなわち車両の最大速度よりも高くすることもできる。
ブレーキ・センサBSによって測定されるブレーキ位置が閾値より大きい場合、かつ/または縦方向加速度計LAによって測定される縦方向加速度が閾値(好ましくは車両の制動状態を示している0g未満の閾値)より小さい場合、車両の制動距離を低減するために、制御ユニットCUはバルブ12を閉じることができる。
また、ステアリングセンサSSによって測定されるステアリング位置が閾値より大きい場合、かつ/または横方向加速度計SAによって測定される横方向加速度の絶対値が閾値より大きい場合、車両のコーナリンググリップを向上させるために、制御ユニットCUはバルブ12を閉じることができる。
また、ウィング1の一方の側によって第一支持体2を通じて伝わる下向きに押さえ付ける力がウィング1の他方の側によって第二支持体3を通じて伝わる下向きに押さえ付ける力よりも大きくまたは小さくなるよう、制御ユニットCUは、横方向加速度計SAからおよび/またはステアリングセンサSSから受信した信号に応じて支持体2,3の第二ダクト9または第三ダクト13,13’における二つ以上のバルブ12の開閉状態を異なる状態とすることができる。
特に、横方向加速度計SAおよび/またはステアリングセンサSSが車両の左旋回と判定した場合、すなわち、横方向加速度がある閾値より大きいまたは小さい場合かつ/またはステアリング位置がある閾値より大きいまたは小さい場合、制御ユニットCUはウィング1の左側への一以上のバルブ12を閉じ、そのためにウィング1の右側への一以上のバルブ12を開いた状態に維持し、車両が右旋回を行う場合、その逆として、これにより、旋回によって発生する車両の横揺れ(roll)を低減することができる。
第一閾値T1および第二閾値T2は、30〜60km/hにある。第三閾値T3および第四T4閾値は70〜90km/hにあり、第五閾値は80km/hを超える値である。
当業者はここに説明し例示した発明の実施態様への可能な変形および/または追加を行うことができるであろう。そのような変形および/または追加は、添付の特許請求の範囲の請求項の範囲内である。特に、さらなる実施形態は、明細書において説明したかつ/または図面に示した、個別のまたは任意の相互の組み合わせの一以上の技術的特徴の追加を有する添付の特許請求の範囲の請求項の1つの技術的特徴を含みうる。
ドイツ特許出願公開第2726507号明細書(DE2726507A1)

Claims (23)

  1. 上方に略凹状である上面(1a)と下方に略凸状である下面(1b)と有するウィング(1)であって、
    該ウィング(1)には車両に固定するための一以上の支持体(2,3)が配置されており、
    前記ウィング(1)の前記下面(1b)には、前記ウィング(1)に配置される一以上の第一ダクト(6,6’,7,7’)を外部に接続する一以上のスリット(4,4’,5,5’)が形成されており、
    当該第一ダクト(6,6’,7,7’)は、少なくとも一つの支持体(2,3)に配置される少なくとも一つの第二ダクト(9)に接続されており、
    前記第二ダクト(9)は、第三ダクト(13,13’,16,16’)に接続されているウィングにおいて、
    前記第三ダクト(13,13’,16,16’)は、排気口(16,16’)に接続される吸気口(15,15’)を有しており、
    少なくとも一つのアクチュエータ(14,14’)に接続される少なくとも一つのバルブ(12)が、前記第二ダクト(9)に沿ってまたは前記第三ダクト(13,13’,16,16’)に沿って配置されているウィング。
  2. 請求項1に記載のウィング(1)において、前記バルブ(12)は前記第三ダクト(13,13’)に沿って配置されているウィング。
  3. 請求項1または2に記載のウィング(1)において、前記第三ダクト(13,13’,16,16’)は、支持体(2,3)の自由端における前記第二ダクト(9)の自由端の前方に配置されているウィング。
  4. 請求項1から3のうちの一に記載のウィング(1)において、前記バルブ(12)は、ほぼ水平軸回りに回転することができるスロットルを有するスロットル・バルブであるウィング。
  5. 請求項1から4のうちの一に記載のウィング(1)において、前記アクチュエータ(14)は、前記第三ダクト(13,13’)の近傍に配置された電気機械式アクチュエータ(14,14’)であるウィング。
  6. 請求項1から5のうちの一に記載のウィング(1)において、
    前記ウィング(1)の先端(1c)は前方に凹状であり、
    前記ウィング(1)の後端(1d)は後方に凸状であり、
    前記スリット(4,4’,5,5’)は、隣接する前記先端(1c)の部分の形状とほぼ同じ形状で延びているウィング。
  7. 請求項1から6のうちの一に記載のウィング(1)において、前記上面(1a)を有する上側シェルと、該上側シェルに連結されるとともに前記下面(1b)を有する下側シェルと、を備えており、
    前記上側シェルは、下方へ突出する少なくとも一つの第一縦リブ(1e)を備えており、該第一縦リブ(1e)は前記下側シェルから上方に突出する少なくとも一つの第二縦リブ(1f)に連結されているウィング。
  8. 請求項1から7のうちの一に記載のウィング(1)において、前記ウィング(1)の一方の側に配置される一以上の第一スリット(4,4’)は、一以上の第一ダクト(6,6’)に接続され、前記ウィング(1)の他方の側に配置される一以上の第二スリット(5,5’)が、一以上のさらなる第一ダクト(7,7’)に接続され、これにより、前記第一および第二スリット(4,4’,5,5’)は、少なくとも二つの第一ダクト(6,6’,7,7’)にそれぞれ接続されるウィング。
  9. 請求項8に記載のウィング(1)において、前記少なくとも二つの第一ダクト(6,6’,7,7’)は、少なくとも二つの支持体(2,3)にそれぞれ配置される少なくとも二つの第二ダクト(9)にそれぞれ接続されるウィング。
  10. 請求項9に記載のウィング(1)において、前記二つの支持体(2,3)間に、二つの外側部分(EP)間の中央部(CP)を備えており、
    一以上のスリット(4,5)が前記ウィング(1)のそれぞれの外側部分(EP)に配置されており、一以上のスリット(4’,5’)が前記ウィング(1)の前記中央部(CP)に配置されているウィング。
  11. 請求項10に記載のウィング(1)において、外側部分(EP)の少なくとも一つのスリット(4,5)および前記中央部(CP)の少なくとも一つのスリット(4,5’)は、四つの第一ダクト(6,6’,7,7’)のうちの二つにそれぞれ接続されるウィング。
  12. 請求項1から11のうちの一に記載のウィング(1)において、
    少なくとも一つの支持体(2,3)は、左側シェル(2a,3a)と、該左側シェルに連結される右側シェル(2b,3b)と、を備えており、
    前記第二ダクト(9)は、前記左側シェル(3a)および前記右側シェル(3b)の内壁と、前記左側シェル(3a)または前記右側シェル(3b)の前記内壁のうちの一方から内側に突出する一以上の縦リブ(3c,3d)によって形成されるウィング。
  13. 請求項12に記載のウィング(1)において、前記縦リブ(3c,3d)は、前記右側シェル(3b)または前記左側シェル(3a)の他方の前記内壁から内側に突出するさらなる縦リブ(3e,3f)にそれぞれ、二つずつ連結されるウィング。
  14. 請求項1から13のうちの一に記載のウィング(1)において、前記アクチュエータ(14,14’)は、ブレーキ・センサ(BS)および/または速度センサ(VS)および/または縦方向の加速度計(LA)および/または横方向加速度計(SA)および/またはスロットル・センサ(TS)および/またはステアリングセンサ(SS)に接続される少なくとも一つの電子制御ユニット(CU)に接続され、これらのセンサ(BS,VS,TS,SS)および/または加速度計(LA,SA)から受信した信号に応じて前記バルブ(12)を開閉するウィング。
  15. 請求項1から14のうちの一に記載のウィング(1)において、前記ウィング(1)のそれぞれの側にそれぞれ配置される少なくとも二つのスリット(4,4’,5,5’)に接続される少なくとも二つの第二ダクト(9)または第三ダクト(13,13’)に沿って配置される少なくとも二つのバルブ(12)を備えており、第一バルブ(12)の開閉状態が第二バルブ(12)の開閉状態とは異なる場合、前記ウィング(1)の一方の側から伝わる下向きに押さえ付ける力は前記ウィング(1)の他方の側から伝わる下向きに押さえ付ける力より大きいまたは小さいウィング。
  16. 請求項1から15のうちの一に記載のウィング(1)を備える自動車。
  17. 車両に装着される請求項1〜15のうちの一に記載のウィング(1)を制御する方法であって、前記車両の速度(V)が測定される方法において、
    少なくとも一つのアクチュエータ(14)が、前記測定された速度(V)に応じて前記ウィング(1)の一以上のバルブ(12)を開閉するよう作動する方法
  18. 請求項17に記載の方法において、前記速度(V)が第一閾値(T1,T3)よりも低下する場合、一以上のバルブ(12)が閉じまたは開き、前記速度(V)が、前記第一閾値(T1,T3)より高い第二閾値(T2,T4)よりも増加する場合、開くまたは閉じる方法
  19. 請求項17または18に記載の方法において、車両ブレーキの位置が測定され、当該位置が閾値より大きい場合、一以上のバルブ(12)が閉じる方法
  20. 請求項17〜19のうちの一に記載の方法において、前記車両の縦方向加速度が測定され、当該縦方向加速度が閾値より小さい場合、一以上のバルブ(12)が閉じる方法。
  21. 請求項17〜20のうちの一に記載の方法において、前記車両の横方向加速度が測定され、当該横方向加速度の絶対値が閾値より大きい場合、一以上のバルブ(12)が閉じる方法。
  22. 請求項17〜21のうちの一に記載の方法において、前記車両の横方向加速度が測定され、当該横方向加速度が閾値より大きいまたは小さい場合、第一バルブ(12)が閉じ、かつ、第二バルブ(12)は開く方法。
  23. 請求項17〜22のうちの一に記載の方法において、車両ステアリングの位置が測定され、当該位置が閾値より大きいまたは小さい場合、第一バルブ(12)が閉じ、かつ、第二バルブ(12)は開く方法。
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