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Die Erfindung betrifft eine Luftführungseinrichtung für ein Nutzfahrzeug, insbesondere einen Nutzkraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Eine solche Luftführungseinrichtung für ein Nutzfahrzeug, insbesondere einen Nutzkraftwagen, ist beispielsweise der
US 8 496 285 B2 als bekannt zu entnehmen. Hierbei umfasst die Luftführungseinrichtung wenigstens ein Luftleitelement, welches bewegbar an einem Aufbau des Nutzfahrzeugs gehalten ist. Das Luftleitelement wird auch als Spoiler bezeichnet und dient dazu, insbesondere bei einer Vorwärtsfahrt des Nutzfahrzeugs Luft, die das Nutzfahrzeug an- und umströmt, abzulenken, um dadurch den Luftwiderstand des Nutzfahrzeugs und insbesondere eines Gespanns mit dem Nutzfahrzeug und einem mit dem Nutzfahrzeug gekoppelten Anhänger gering zu halten.
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Die Luftführungseinrichtung umfasst ferner wenigstens einen Aktor, mittels welchem das Luftleitelement relativ zum Aufbau bewegbar ist. Hierdurch ist es möglich, das Luftleitelement während einer Fahrt des Nutzfahrzeugs relativ zum Aufbau zu bewegen, ohne dass der Fahrer des Nutzfahrzeugs das Luftleitelement bewegen, das heißt beispielsweise die Fahrt beenden, aussteigen und das Luftleitelement manuell bewegen muss.
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Bei der
US 8 496 485 B2 ist beispielsweise ein Drucksensor zum Erfassen eines Drucks vorgesehen, wobei das Luftleitelement in Abhängigkeit von dem erfassten Druck mittels des Aktors bewegbar ist. Ferner kann wenigstens ein Sensor zum Erfassen einer Lage und eines Orts eines Luftwirbels vorgesehen sein, wobei das Luftleitelement in Abhängigkeit von der Lage und dem Ort des Luftwirbels bewegbar ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Luftführungseinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welcher der Luftwiderstand des Nutzfahrzeugs besonders gering gehalten werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Luftführungseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine Luftführungseinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, mittels welcher der Luftwiderstand des Nutzfahrzeugs besonders gering gehalten werden kann, ist erfindungsgemäß eine Sensoreinrichtung vorgesehen, mittels welcher wenigstens ein Abstand des Luftleitelements zu einem mit dem Nutzfahrzeug gekoppelten Anhänger erfassbar und ein einen erfassten Abstand charakterisierendes Abstandssignal an den Aktor übertragbar ist. Mittels des Aktors ist dann das Luftleitelement in Abhängigkeit von dem Abstandssignal bewegbar. Dies bedeutet, dass der Aktor das den erfassten Abstand charakterisierende Abstandssignal empfängt, sodass mittels des Aktors das Luftleitelement in Abhängigkeit von dem erfassten Abstand bewegbar, das heißt einstellbar ist. In der Folge ist es möglich, den Abstand zwischen dem Luftleitelement und dem Anhänger besonders gering zu halten oder vollständig zu schließen, sodass beispielsweise wenigstens ein den Luftwiderstand des Nutzfahrzeugs beeinträchtigender Spalt zwischen dem Luftleitelement und dem Anhänger gering gehalten oder überbrückt werden kann, ohne dass es jedoch bei etwaigen Relativbewegungen zwischen dem Anhänger und dem Luftleitelement zu Kollisionen zwischen dem Anhänger und dem Luftleitelement kommt. Durch die Erfassung und Überwachung des Abstands ist es möglich, das Luftleitelement relativ zum Aufbau und relativ zum Anhänger zu bewegen und dadurch unerwünschte Kollisionen des Luftleitelements mit dem Anhänger zu vermeiden.
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Da der Abstand zwischen dem Luftleitelement und dem Anhänger und somit der Luftwiderstand des Nutzfahrzeugs besonders gering gehalten werden können, kann auch der Energieverbrauch des Nutzfahrzeugs, das heißt die zum Antreiben des Nutzfahrzeugs erforderliche Energie besonders gering gehalten werden. Weist das Nutzfahrzeug beispielsweise einen konventionellen Antriebsstrang mit einem Verbrennungsmotor auf, welcher mit konventionellem Treibstoff wie beispielsweise Dieselkraftstoff betreibbar ist, so kann der Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors besonders gering gehalten werden. Ist das Nutzfahrzeug als Hybrid-Fahrzeug oder Elektrofahrzeug ausgebildet und umfasst hierbei wenigstens einen Elektromotor zum Antreiben des Nutzfahrzeugs, so kann der Bedarf an elektrischem Strom zum Antreiben des Kraftwagens besonders gering gehalten werden. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass das Nutzfahrzeug einen Brennstoffzellenantrieb aufweist, sodass durch die erfindungsgemäße Luftführungseinrichtung der Wasserstoffverbrauch des Nutzfahrzeugs besonders gering gehalten werden kann. Obwohl aktuelle Nutzfahrzeuge wie beispielsweise Lastkraftwagen und Omnibusse bereits sehr gute Aerodynamik-Werte aufweisen können, ist es mittels der erfindungsgemäßen Luftführungseinrichtung möglich, den Luftwiderstand nochmals zu reduzieren, da Luftspalte zwischen dem Nutzfahrzeug beziehungsweise dem Luftleitelement und dem Anhänger besonders gering gehalten werden können.
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Es hat sich gezeigt, dass der durch die Luftführungseinrichtung bewirkte Effekt zur Luftwiderstandsreduzierung insbesondere ab einem mittleren Geschwindigkeitsbereich wirksam wird und sich mit zunehmender Geschwindigkeit durch die quadratische Zunahme des Luftwiderstands im Verhältnis zur Geschwindigkeit verstärkt. Dementsprechend hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn das Luftleitelement beispielsweise mittels des Aktors aus einer Verstaustellung in wenigstens eine Luftleitstellung bewegbar ist und dabei erst dann aus der Verstaustellung in die Luftleitstellung bewegt wird, wenn die Fahrgeschwindigkeit des Nutzfahrzeugs einen vorgebbaren Schwellenwert überschreitet, welcher beispielsweise in einem mittleren Geschwindigkeitsbereich liegt. Dabei steht das Luftleitelement in der Luftleitstellung weiter von dem Aufbau ab als in der Verstaustellung.
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Bei dem Nutzfahrzeug handelt es sich beispielsweise um einen Nutzkraftwagen, welcher eine Zugmaschine ist, die mit dem Anhänger koppelbar ist. Das Nutzfahrzeug als Zugmaschine und der mit dem Nutzfahrzeug gekoppelte Anhänger bilden ein Gespann, welches beispielsweise als Sattelzug ausgebildet ist. Hierbei ist die Zugmaschine als Sattelzugmaschine und der Anhänger als Auflieger ausgebildet, welcher beispielsweise einen Königszapfen aufweist. Die Sattelzugmaschine weist hierbei eine Sattelkupplung auf, welche mit dem Königszapfen gelenkig koppelbar beziehungsweise gekoppelt ist. Da Nutzfahrzeuge beziehungsweise Gespanne, speziell Sattelzüge, oft über längere Distanzen auf Autobahnen je nach Verkehrslage mit ihrer maximal zulässigen Höchstgeschwindigkeit gefahren werden, stellt die Luftführungseinrichtung eine optimierte Aerodynamiklösung dar. Speziell Nutzfahrzeuge können allein schon durch gesetzliche Vorschriften eine große Stirnfläche mit relativ steiler Frontkarosseriestruktur beziehungsweise Aufbaustruktur aufweisen, sodass Fahrtwind oft senkrecht oder nahezu rechtwinklig auf die Fahrzeugfront auftrifft. Konstruktiv wird bereits seit langer Zeit versucht, beispielsweise durch seitlich abgerundete Fahrerhäuser und/oder aerodynamisch optimierte Dachspoiler eine Reduzierung des Luftwiderstands beziehungsweise eine Verbesserung des Luftwiderstandsbeiwerts zu erzielen. Mit anderen Worten kann es sich bei dem Aufbau des Nutzfahrzeugs um ein Fahrerhaus handeln, an welchem das Luftleitelement zumindest mittelbar bewegbar gehalten ist.
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Aerodynamische Optimierungen dienen dem Zweck, den Energieverbrauch und Schadstoffausstoß zu reduzieren. Allen aerodynamischen Optimierungen steht jedoch die Tatsache entgegen, dass der Zweck eines Nutzfahrzeugs insbesondere dem Transport von Gütern dient. Somit ist ein weiteres Ziel, möglichst viel Ladevolumen zum Transport von Gütern zu realisieren. Bedingt durch die Ladekapazität wird ein Nutzfahrzeug bei der Fahrt stets eine große Angriffsfläche für Luft, das heißt Fahrtwind, bieten.
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Mittels der erfindungsgemäßen Luftführungseinrichtung ist es insbesondere möglich, eine vorteilhafte Aerodynamik in einem Übergangsbereich vom Nutzfahrzeug als Zugmaschine zum Anhänger zu realisieren, da wenigstens ein Luftspalt zwischen dem Nutzfahrzeug und dem Anhänger besonders gering gehalten werden kann. Ein weiterer Vorteil ist, dass sich Verwirbelungen der Luft gering halten lassen, sodass das Nutzfahrzeug beziehungsweise das Gespann insgesamt ein besonders vorteilhaftes Geräuschverhalten aufweist. Mit anderen Worten können Lärmemissionen gering gehalten werden, da von dem Nutzfahrzeug und dem Anhänger emittierte Geräusche minimiert werden können.
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Bei dem Luftleitelement handelt es sich beispielsweise um ein seitliches Luftleitelement, das beispielsweise von einer Seitenwand des Aufbaus, insbesondere der Fahrerkabine, absteht. Ferner kann es sich bei dem Luftleitelement um einen Dachspoiler handeln, welcher auf einem Dach des Aufbaus angeordnet ist.
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Hintergrund der Erfindung ist ferner die Erkenntnis, dass durch die Verdrängung von anströmenden Luftmassen aus dem Frontbereich des Nutzfahrzeugs rund um dieses ein Überdruck entsteht, speziell im Vorderbereich. Diese verdichtete Luft ist bestrebt, sich zu entspannen. Tritt die Luft beziehungsweise Luftmasse zumindest teilweise in den Übergangsbereich vom Nutzfahrzeug zum Anhänger ein, so wird die Luft vom hinter dem Nutzfahrzeug angeordneten, das heißt auf das Nutzfahrzeug folgenden Anhänger, welcher auch als Trailer bezeichnet wird, stark verwirbelt. Mittels des Luftleitelements ist es nun möglich, übermäßige Verwirbelungen im Übergangsbereich zwischen dem Nutzfahrzeug und dem Anhänger zu vermeiden, da der Abstand zwischen dem Luftleitelement und dem Anhänger besonders gering gehalten werden kann. Dadurch können Verbrauchs- und Lärmreduzierungen realisiert werden.
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Üblicherweise scheidet ein komplettes Verschließen des Übergangsbereichs aufgrund von unterschiedlichen, mit dem Nutzfahrzeug koppelbaren Anhängern und aufgrund von unterschiedlichen, auf dem Anhänger zu transportierenden Containern mit abweichenden Abmessungen und vor allem durch Schwenkbewegungen der Zugmaschine relativ zum Anhänger bei engen Kurven oder beim Rangieren aus. Erfindungsgemäß ist es auch möglich, den Abstand mit dem Luftleitelement besonders gering zu halten oder gar einen Spalt zwischen dem Nutzfahrzeug und dem Anhänger mittels des Luftleitelements zumindest vorübergehend vollständig zu überbrücken. Würde nun beispielsweise der Anhänger relativ zum Nutzfahrzeug verschwenken, so würde es zu einer Kollision des Anhängers mit dem Luftleitelement kommen. Da nun jedoch das Luftleitelement mittels des Aktors in Abhängigkeit von dem erfassten Abstand bewegt wird, kann das Luftleitelement bei einem solchen Verschwenken des Anhängers mittels des Aktors schnell aus einem möglichen Kollisionsbereich herausbewegt werden, sodass eine Kollision des Anhängers mit dem Luftleitelement sicher vermieden werden kann.
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Ein weiterer Vorteil ist, dass ein rückwärtiger, dem Anhänger zugewandter Bereich der Zugmaschine sowie eine der Zugmaschine zugewandte Stirnseite des Anhängers zugänglich sein muss, um Versorgungsleitungen wie beispielsweise Druckluft- und Elektrikleitungen anschließen oder trennen zu können. Dies ist auch bei einem mit dem Nutzfahrzeug gekoppelten Anhänger zu gewährleisten, zumindest im Fahrzeugstillstand. Durch die Bewegbarkeit des Luftleitelements ist es möglich, den Zugang zur Stirnseite beziehungsweise dem rückwärtigen Bereich zu realisieren, da das Luftleitelement beispielsweise in seine Verstaustellung bewegt werden kann.
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Die erfindungsgemäße Luftleiteinrichtung ist insbesondere auch dann zu verwenden, wenn das Luftleitelement, insbesondere in seiner Luftleitstellung, nicht vertikal parallel zu vertikalen Außenkanten der Stirnwand des Trailers, sondern etwa winklig dazu verläuft. Darüber hinaus kann es während des Betriebs des Nutzfahrzeugs durch Bodenwellen und Rampenwinkeln zu einer Veränderung der Stellung des Luftleitelements relativ zur Außenkante des Anhängers kommen, da das Nutzfahrzeug und der Anhänger üblicherweise nicht synchron reagieren. Beispielsweise überfahren Achsen des Nutzfahrzeugs eine Bodenwelle, wobei Achsen des Anhängers jedoch noch auf einem ebenen Untergrund stehen. Dadurch entstehen Verwindungen sowohl um die Hoch- als auch Querachse, woraus wiederum Relativbewegungen zwischen dem Anhänger und dem Nutzfahrzeug resultieren. Kollisionen zwischen dem Luftleitelement und dem Anhänger können hierbei vermieden werden, da etwaige Änderungen des Abstands zwischen dem Luftleitelement und dem Anhänger mittels der Sensoreinrichtung erfasst werden können. Unterschreitet der erfasste Abstand beispielsweise einen vorgebbaren Schwellenwert, so kann das Luftleitelement mittels des Aktors beispielsweise aus der Luftleitstellung in die Verstaustellung oder in Richtung der Verstaustellung bewegt werden, sodass eine Kollision zwischen dem Anhänger und dem Luftleitelement vermieden wird.
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Hintergrund der Erfindung ist ferner, dass beispielsweise in Deutschland die zulässige Breite des Anhängers 2,55 Meter beträgt. Auch hierbei ist es mittels der erfindungsgemäßen Luftführungseinrichtung möglich, einen etwaigen Spalt zwischen dem Luftleitelement und somit dem Nutzfahrzeug und dem Anhänger zumindest nahezu vollständig zu verschließen, ohne die zulässige Breite zu überschreiten oder überzustehen. Die zulässige Breite für ein maximales Ladevolumen wird meistens mit einer Laderaum-Innenbreite von 2,48 Meter komplett ausgenutzt, sodass außerhalb des Anhängers kein Raum oder nur ein geringer Raum zur Verfügung steht.
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Durch die erfindungsgemäße Luftführungseinrichtung kann ferner ein automatisches System dargestellt werden, mittels welchem manuelle Bedienungsfehler ausgeschlossen werden, welche beispielsweise durch den Fahrer nur im Stillstand vorgenommen werden können. Mittels des Aktors wird das Luftleitelement nämlich während der Fahrt des Nutzfahrzeugs automatisch bewegt, um Kollisionen effektiv zu vermeiden.
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Bei einer manuellen Einstellung von bewegbaren, insbesondere ausziehbaren, Luftleitelementen besteht die Gefahr von Fehleinstellungen, und zwar dann, wenn das Nutzfahrzeug und der Anhänger nicht entlang einer gemeinsamen Mittelachse zueinander stehen. Stehen das Nutzfahrzeug und der Anhänger beispielsweise mit einem Knick zueinander, so sind Abstände beispielsweise von seitlichen Luftleitelementen zu jeweiligen vorderen Ecken oder Kanten des Anhängers unterschiedlich.
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Werden die Luftleitelemente nun vom Fahrer manuell derart eingestellt, dass es ausgehend von der geknickten Stellung nicht zu einer Kollision des Anhängers mit den Luftleitelementen kommen kann, wobei sich der Fahrer also an dem geringsten Abstand orientiert, so ist die Einstellung der Luftleitelemente bei Fahrt auf gerader Strecke nicht optimal, da die jeweiligen Abstände der Luftleitelemente zu dem Anhänger für die Geradeausfahrt übermäßig groß sind. Stehen die Zugmaschine und der Anhänger in einem Rampenwinkel zueinander, so kann es auf ebener Fahrtstrecke zu einer Berührung der ausgezogenen Luftleitelemente mit den Ecken des Anhängers kommen. Wird die Einstellung der Luftleitelemente nach dem größten Abstand ausgerichtet, so kann es beim Schwenken des Nutzfahrzeugs relativ zum Anhänger zu einer Kollision zwischen den Luftleitelementen und dem Anhänger kommen.
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Diese geschilderten Probleme können mittels der erfindungsgemäßen Luftleiteinrichtung vermieden werden, da das Luftleitelement mittels des Aktors automatisch bewegt und dabei beispielsweise aus- und eingefahren werden kann. Vergrößert sich beispielsweise aufgrund von Relativbewegungen zwischen dem Anhänger und dem Nutzfahrzeug der Abstand zwischen dem Anhänger und dem Nutzfahrzeug und somit zwischen dem Anhänger und dem Luftleitelement, so kann das Luftleitelement beispielsweise mittels des Aktors ausgefahren, das heißt vom Aufbau weg und auf den Anhänger zu bewegt werden, um dadurch einen Spalt zwischen dem Luftleitelement und dem Anhänger gering zu halten oder vollständig zu überbrücken. Bewegt sich daraufhin der Anhänger auf den Aufbau des Nutzfahrzeugs zu, so kann das Luftleitelement mittels des Aktors eingefahren werden, um Kollisionen des Anhängers mit dem Luftleitelement zu vermeiden, wobei gleichzeitig der Spalt zwischen dem Luftleitelement und dem Anhänger gering gehalten oder vollständig überbrückt werden kann.
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Dabei ist es denkbar, dass das Luftleitelement mehrstufig ausgeführt sein kann. Dies bedeutet, dass ein teleskopartiges Aus- und Einfahren des Luftleitelements vorgesehen sein kann. Diese Lösung ermöglicht das Überwinden großer Abstände zwischen dem Anhänger und dem Aufbau bei gleichzeitiger Realisierung eines geringen Bauraumbedarfs des Luftleitelements, wenn dieses teleskopartig eingefahren ist.
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Da das Luftleitelement beziehungsweise eine durch das Luftleitelement bewirkbare Ablenkung der Luft erst bei steigender Geschwindigkeit wirksam wird, ist es vorteilhaft, das Luftleitelement erst ab einem mittleren Geschwindigkeitsbereich auszufahren beziehungsweise aus der Verstaustellung in die Luftleitstellung auszufahren. Ein weiterer Vorteil hierbei ist, dass bei diesen mittleren Geschwindigkeitsbereichen Schwenkbewegungen des Nutzfahrzeugs relativ zum Anhänger aufgrund der nur noch gering möglichen Lenkausschläge besonders gering ausfallen.
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Beispielsweise umfasst die Sensoreinrichtung wenigstens einen Ultraschallsensor, mittels welchem der Abstand erfassbar ist. Somit ist es möglich, das Luftleitelement mittels des Ultraschallsensors zu positionieren.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Sensoreinrichtung einen Lenkwinkelsensor umfasst, mittels welchem ein Lenkwinkel des Nutzfahrzeugs erfassbar und ein den erfassten Lenkwinkel charakterisierendes Lenkwinkelsignal an den Aktor übertragbar ist, mittels welchem das Luftleitelement in Abhängigkeit von dem Lenkwinkelsignal bewegbar ist. Dadurch ist es möglich, mittels des Lenkwinkelsensors eine Stellung des Nutzfahrzeugs relativ zum Anhänger zu ermitteln. Ist das Luftleitelement beispielsweise bei einer Fahrt ausgefahren, und kommt es zu Lenkbewegungen, so kann die Stellung des Luftleitelements besonders schnell verändert werden, um Kollisionen mit dem Anhänger zu vermeiden. Werden beispielsweise Mindestabstände bei der zusätzlichen und kontinuierlichen Ultraschall-Abstandsmessung unterschritten, so kann das Luftleitelement ganz oder zumindest teilweise eingefahren werden. Bei Vergrößerung des Abstands zwischen dem Anhänger und dem Luftleitelement kann das Luftleitelement wieder neu positioniert, das heißt ausgefahren werden. Unterschreitet die Fahrgeschwindigkeit des Nutzfahrzeugs eine definierte Mindestgeschwindigkeit, so kann das Luftleitelement ebenfalls komplett eingefahren, das heißt in die Verstaustellung bewegt werden.
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Unter dem Ein- und Ausfahren des Luftleitelements ist eine translatorische Bewegung des Luftleitelements zu verstehen. Mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Luftleitelement relativ zu dem Aufbau translatorisch bewegbar ist, wobei das Luftleitelement mittels des Aktors relativ zu dem Aufbau translatorisch bewegbar ist.
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Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass das Luftleitelement relativ zu dem Aufbau um wenigstens eine Schwenkachse verschwenkbar ist. Dabei ist das Luftleitelement mittels des Aktors relativ zum Aufbau verschwenkbar. Dies bedeutet, dass mittels des Aktors Winkelstellungen des Luftleitelements eingestellt werden können, wobei das Luftleitelement beispielsweise winkeloptimiert positionierfähig ist. Hierzu ist beispielsweise wenigstens ein Scharnier vorgesehen, über welches das Luftleitelement zumindest mittelbar an dem Aufbau gehalten und relativ zu dem Aufbau verschwenkbar ist. Wird beispielsweise das Luftleitelement unter einem bestimmten Winkel ausgefahren, so wird beispielsweise beim Ausfahren die Winkelstellung des Luftleitelements angepasst beziehungsweise zurückgenommen, sodass es zu keiner Überschreitung der maximal zulässigen Fahrzeugbreite kommt. Durch diese Maßnahme ist die optimale Positionierung des Luftleitelements sowohl in der Länge als auch im Winkel relativ zum Anhänger und Aufbau mit minimaler Spaltbreite möglich.
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Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass das Luftleitelement aus seiner Grundstellung beziehungsweise Verstaustellung in Querrichtung des Nutzfahrzeugs nicht zur Mitte hin, sondern lediglich nach außen hin ausschwenkt, um dadurch Beschädigungen beispielsweise an Luftführungssystemen, Druckschläuchen etc. hinter dem Aufbau und/oder an Kühleinrichtungen des Anhängers auszuschließen.
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Werden beispielsweise ein oberes und unteres Ende des als seitliches Luftleitelement ausgebildeten Luftleitelements stationär befestigt ausgeführt, so kann ein Schutz für das Scharnier realisiert werden, sodass das Scharnier speziell vor Nässe geschützt werden kann. Bei einer Kombination aus Kälte und Nässe wird so die Gefahr eines Festfrierens des Luftleitelements verhindert oder kann zumindest gering gehalten werden.
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Wird das Luftleitelement beispielsweise mit einer aktorgesteuerten und automatischen Einstellmöglichkeit um die Hochachse ausgerüstet, so kann dadurch die Möglichkeit einer zumindest nahezu optimalen parallelen Positionierung zu einer Kante des Anhängers realisiert werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Sensoreinrichtung wenigstens eine Kamera, insbesondere eine Stereokamera, oder einen Lasersensor und/oder einen Radarsensor umfassen, um den Abstand zu erfassen.
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Beispielsweise ist das Luftleitelement in beziehungsweise an einem Rahmen bewegbar gelagert. Hierbei ist das Luftleitelement beispielsweise an dem Rahmen gehalten und relativ zu dem Rahmen translatorisch bewegbar. Der Rahmen wiederum ist beispielsweise verschwenkbar an dem Aufbau gehalten, sodass der Rahmen und mit diesem das Luftleitelement um wenigstens eine Schwenkachse relativ zu dem Aufbau verschwenkbar sind. Dabei ist es möglich, den Rahmen mittels wenigstens eines Aktors oder mittels mehrerer Aktoren relativ zum Aufbau zu verschwenken. Ferner ist es möglich, das Luftleitelement mittels wenigstens eines Aktors beziehungsweise mittels mehrerer Aktoren relativ zu dem Rahmen translatorisch zu bewegen, sodass das Luftleitelement nicht nur relativ zum Aufbau translatorisch bewegt, das heißt aus- und eingefahren werden kann, sondern das Luftleitelement kann über den Rahmen auch um wenigstens eine Schwenkachse verschwenkt werden. Vorzugsweise verläuft die Schwenkachse in Fahrzeughochrichtung. Hierdurch ist eine zumindest nahezu parallele Ausrichtung wenigstens einer Kante des Luftleitelements zu einem stirnseitigen Aufbau des Anhängers möglich, sodass wenigstens ein Spalt zwischen dem Luftleitelement und dem Anhänger gering gehalten oder vermieden werden kann. Hierdurch können Verwirbelungen besonders gering gehalten werden.
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Als weiterhin besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Sensoreinrichtung wenigstens einen Umgebungssensor aufweist, mittels welchem zumindest ein die Umgebung des Nutzfahrzeugs charakterisierender Umgebungsparameter erfassbar und ein den erfassten Umgebungsparameter charakterisierendes Umgebungssignal an den Aktor übertragbar ist, mittels welchem das Luftleitelement in Abhängigkeit von dem Umgebungssignal bewegbar ist. Bei diesem Umgebungsparameter kann es sich beispielsweise um eine in der Umgebung herrschende Temperatur, das heißt die Außentemperatur, handeln. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass der Umgebungsparameter einen Niederschlag wie beispielsweise Regen oder Schnee charakterisiert, der auf das Nutzfahrzeug fällt. Beispielsweise ist der Umgebungssensor ein Regensensor, mittels welchem auf das Nutzfahrzeug auftreffender Regen beziehungsweise Schnee erfassbar ist. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass der Umgebungssensor zum Erfassen einer Aktivierung eines Scheibenwischers ausgebildet ist. Wird somit anhand des Umgebungssensors erfasst, dass der Scheibenwischer aktiviert ist und sich gegebenenfalls sogar in einem Dauerbetrieb befindet, so kann darauf rückgeschlossen werden, dass Niederschlag wie beispielsweise Regen oder Schnee auf das Nutzfahrzeug fällt. Anhand des Umgebungssensors ist es somit möglich, Rückschlüsse auf die Witterungszustände in der Umgebung des Nutzfahrzeugs zu schließen. Wird beispielsweise erfasst, dass die Temperatur geringer als 0 Grad Celsius ist, wird jedoch ebenfalls erfasst, dass kein Niederschlag auf das Nutzfahrzeug fällt, so kann in der Regel eine Vereisungsgefahr ausgeschlossen werden. In der Folge ist es möglich, das Luftleitelement mittels des Aktors bedarfsgerecht relativ zum Aufbau zu bewegen.
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Werden hingegen entsprechende Niederschlagsmengen erfasst, welche einen vorgebbaren Schwellenwert überschreiten, und wird zudem erfasst, dass die Temperatur geringer als 0 Grad Celsius ist, so wird das Luftleitelement mittels des Aktors vorzugsweise in die Verstaustellung bewegt, das heißt beispielsweise eingezogen oder eingefahren, um ein Festfrieren des Luftleitelements in der Luftleitstellung zu verhindern.
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Die Erfassung, dass die Niederschlagsmengen den vorgebbaren Schwellenwert überschreiten, erfolgt beispielsweise anhand des Regensensors. Alternativ oder zusätzlich kann diese Erfassung derart erfolgen, dass erfasst wird, dass der Scheibenwischer nicht etwa in seinem Intervallbetrieb, sondern in seinem Dauerbetrieb betrieben wird. Anhand des Dauerbetriebs kann darauf rückgeschlossen werden, dass große Mengen an Niederschlag auf das Nutzfahrzeug fallen, sodass eine Vereisungsgefahr besteht.
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Durch das Nutzen von vorhandenen Sensoreinrichtungen des Nutzfahrzeugs zur Steuerung oder Regelung des Luftleitelements können Einspareffekte generiert werden. Zur weiteren Vereinfachung und Kostenoptimierung der Luftleiteinrichtung besteht die Möglichkeit, auf die Schwenkbarkeit und daher auf das Scharnier zu verzichten. Alternativ oder zusätzlich kann eine Vorrichtung zur parallelen Ausrichtung des Luftleitelements entfallen.
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Das Luftleitelement kann als Dachspoiler ausgebildet sein, welcher auf einem Dach des Aufbaus beziehungsweise des Nutzfahrzeugs angeordnet ist. Hierbei ist der Dachspoiler beispielsweise translatorisch relativ zu dem Aufbau bewegbar und/oder um wenigstens eine insbesondere in Fahrzeugquerrichtung verlaufende Schwenkachse verschwenkbar. Auch bei der Ausgestaltung als Dachspoiler können Kollisionen des Dachspoilers mit dem Anhänger sicher vermieden werden. Insbesondere ist es möglich, Kollisionen des Dachspoilers mit an der vorderen Stirnseite des Anhängers angeordneten Kühleinrichtungen sicher zu vermeiden. Die zuvor zum seitlichen Luftleitelement genannten Ausführungen und Vorteile sind ohne weiteres auch auf den Dachspoiler übertragbar und umgekehrt.
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In Bezug auf den Dachspoiler ist zu beachten, dass beim voll ausgefahrenen Dachspoiler beziehungsweise Luftleitelement, wenn das Luftleitelement in einem Winkel nach oben gegenüber der Horizontalen ausfährt, eine maximal zulässige Fahrzeughöhe nicht überschritten wird. Ragt das voll oder teilweise ausgefahrene Luftleitelement auf seiner gesamten Breite beziehungsweise über die gesamte Breite des Anhängers über diesen, so besteht bei Schwenkung des Nutzfahrzeugs relativ zum Anhänger keine Kollisionsgefahr. Hierbei kann die Sensoreinrichtung auch den Bereich seitlich des Dachspoilers überwachen. Ist dem nicht so, so wird das Luftleitelement nur bis zu einem definierten Mindestabstand zum Anhänger ausgefahren.
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Ist das Luftleitelement mittels des Aktors winkelveränderlich, das heißt verschwenkbar, so besteht die Möglichkeit, das beispielsweise ausfahrbare Luftleitelement gegebenenfalls oberhalb der Oberkante des Anhängers, aber noch innerhalb der zulässigen Fahrzeughöhe zu positionieren. Ein etwaiger Spalt beziehungsweise eine etwaige Lücke zwischen dem Nutzfahrzeug (Zugmaschine) und dem Anhänger kann somit vollständig oder zumindest nahezu vollständig geschlossen werden. Zur exakten Positionierung können weitere Systeme, die beispielsweise auch bei einem autonomen Fahren verwendet werden, wie Kamera-, Laser- oder Radarsysteme eingesetzt werden.
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Im Bereich der Mittelachse finden bei leichten Schwenkungen zwischen dem Nutzfahrzeug und dem Anhänger keine bis nur geringe Abstandsänderungen statt. Die Abstandsänderungen nehmen aber mit zunehmendem Abstand zur Mittelachse in Querrichtung stetig zu. Deshalb ist es sinnvoll, den Lenkwinkelsensor für die Ansteuerung eines schnellen Zurückziehens beziehungsweise Einfahrens entsprechend dem Lenkwinkel zu nutzen, zumindest dann, wenn das aus- und einfahrbare Luftleitelement unterhalb der Oberkante des Anhängers oder eines Anbauteils positioniert ist.
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Die Ultraschall-Abstandsmessung kann analog dem seitlichen, ein- und ausfahrbaren Luftleitelement die Kollisionsgefahr verhindern. Für eine zusätzliche Sicherheit kann daher das als Dachspoiler ausgebildete Luftleitelement zu beiden Seiten hin leicht abgeschrägt ausgeführt werden.
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Auch bei dem Dachspoiler kann vorgesehen sein, den Dachspoiler in die Ruheposition beziehungsweise Verstaustellung bei Kälte und Nässe sowie bei Unterschreiten der definierten Mindestgeschwindigkeit einzufahren. Ausgefahren wird der Dachspoiler vorzugsweise erst ab Erreichen eines definierten Geschwindigkeitsbereichs. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass das Luftleitelement zweckmäßigerweise mit einem Rückzugssystem entsprechend der Lösung bei PKW-Seitenscheiben versehen wird. Bei einer solchen Seitenscheibe ist es vorgesehen, dass bei einer automatisch hochlaufenden Seitenscheibe das Vorliegen eines Hindernisses erkannt wird. In der Folge wird ein Einklemmschutz aktiviert. Ferner wird ein Rückzug der Scheibe entgegen der ursprünglichen Laufrichtung aktiviert. Eine entsprechende Abwandlung dieses Einklemmschutzes zur zusätzlichen Überwachung des ausfahrenden Luftleitelements zur Vermeidung von Kollisionsschäden ist sinnvoll. Mit anderen Worten ist vorteilhafterweise eine Schutzeinrichtung vorgesehen, mittels welcher eine durch den Aktor bewirkte Bewegung des Luftleitelements zumindest begrenzbar ist, wenn eine der Bewegung des Luftleitelements entgegenstehende Kraft einen vorgebbaren Schwellenwert überschreitet.
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Vorzugsweise ist das Luftleitelement beispielsweise entlang seiner Längserstreckung mehrteilig ausgeführt. Dadurch ist es einfach möglich, das Luftleitelement insbesondere hinsichtlich seiner Form an einen entsprechenden Verlauf einer Kante, an welcher das Luftleitelement angeordnet wird, anzupassen.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass die Sensoreinrichtung wenigstens eine Stereo-Kamera umfasst, welche beispielsweise an einer Oberkante einer Windschutzscheibe des Nutzfahrzeugs angeordnet ist. Mittels der Stereo-Kamera ist es möglich, Bodenwellen und sonstige Fahrbahnunebenheiten vor dem Nutzfahrzeug zu erfassen. In diesem Anwendungsbereich dient der Einsatz einer solchen Stereo-Kamera nicht nur zur Abschirmung eines adaptiven Fahrwerks, sondern auch zu einem präventiven und zumindest leichten Bewegen, insbesondere Einfahren, des Luftleitelements zur Kollisionsvermeidung infolge von Verwindungen des Nutzfahrzeugs relativ zum Anhänger.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
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1 ausschnittsweise eine schematische und perspektivische Vorderansicht eines Gespanns in Form eines Sattelzugs, mit einem Anhänger in Form eines Aufliegers und einem mit dem Auflieger gekoppelten Nutzfahrzeug in Form einer Zugmaschine, welche wenigstens ein bewegbar an einem Aufbau der Zugmaschine gehaltenes Luftleitelement, wenigstens einen Aktor, mittels welchem das Luftleitelement relativ zum Aufbau bewegbar ist, sowie eine Sensoreinrichtung umfasst, mittels welcher wenigstens ein Abstand des Luftleitelements zu dem mit der Zugmaschine gekoppelten Auflieger erfassbar und ein den erfassten Abstand charakterisierendes Abstandssignal an einen Aktor übertragbar ist, mittels welchem das Luftleitelement in Abhängigkeit von dem Abstandssignal bewegbar ist;
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2 ausschnittsweise eine schematische Draufsicht des Gespanns;
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3 ausschnittsweise eine schematische und perspektivische Seitenansicht des Gespanns;
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4 ausschnittsweise eine weitere schematische Draufsicht des Gespanns;
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5 ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht der Zugmaschine; und
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6 ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht des Gespanns.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen und perspektivischen Vorderansicht ein im Ganzen mit 10 bezeichnetes Gespann in Form eines Sattelzugs. Das Gespann 10 umfasst ein Nutzfahrzeug in Form eines Nutzkraftwagens, welcher als Zugmaschine 12 in Form eines Sattelzugs ausgebildet ist. Die Zugmaschine 12 umfasst ein Fahrgestell 14 mit einem Aufbau in Form eines Fahrerhauses 16, welches – wie in 2 erkennbar ist – Seitenwände 18 und ein Dach 20 umfasst. Am Fahrgestell 14 ist eine in 1 und 2 nicht erkennbare Vorrichtung zur Aufnahme eines Königszapfens eines Anhängers 21 des Gespanns 10 angeordnet. Bei der genannten Vorrichtung handelt es sich um eine Sattelkupplung, welche mit dem Königszapfen koppelbar und vorliegend gelenkig gekoppelt ist. Hierdurch ist der Anhänger 21 mit der Zugmaschine 12 gelenkig gekoppelt, sodass der Anhänger 21, welcher als Auflieger ausgebildet ist, mittels der Zugmaschine 12 bewegt, das heißt gezogen und geschoben werden kann. Infolge der gelenkigen Kopplung des Anhängers 21 mit der Zugmaschine 12 sind Relativbewegungen zwischen dem Anhänger 21 und der Zugmaschine 12 möglich. Insbesondere kann die Zugmaschine 12 relativ zum Anhänger 21 verschwenken.
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Die Zugmaschine 12 (Nutzfahrzeug) weist eine im Ganzen mit 22 bezeichnete Luftführungseinrichtung auf, welche – wie in Zusammenschau mit 2 erkennbar ist – seitliche Luftleiteinrichtungen 24 und 26 umfasst. Die seitlichen Luftleiteinrichtungen 24, 26 sind somit an den Seitenwänden 18 angeordnet. Ferner umfasst die Luftführungseinrichtung 22 eine Luftleiteinrichtung in Form eines Dachspoilers 28, der auf dem Dach 20 angeordnet ist. In 1 ist lediglich die bezogen auf die Vorwärtsfahrtrichtung der Zugmaschine 12 linke Seite erkennbar, sodass in 1 lediglich die linke Luftleiteinrichtung 24 erkennbar ist. Im Folgenden wird die Luftführungseinrichtung 22 am Beispiel der seitlichen Luftleiteinrichtung 24 beschrieben. Es versteht sich, dass die vorherigen und folgenden Ausführungen und Vorteile zur Luftleiteinrichtung 24 ohne weiteres auch auf die anderen Luftleiteinrichtungen, das heißt die rechte seitliche Luftleiteinrichtung 26 und den Dachspoiler 28, übertragen werden können.
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2 zeigt das Gespann 10 in einer Draufsicht, wobei in 2 Trittbretter 30 der Zugmaschine 12 erkennbar sind. Die Trittbretter 30 sind dabei am Fahrgestell 14 angeordnet. Der Fahrer der Zugmaschine 12 und somit des Gespanns 10 insgesamt kann die Trittbretter 30 betreten und dadurch in einen in 1 mit 32 bezeichneten Übergangsbereich zwischen dem Fahrerhaus 16 und dem Anhänger 21 gelangen, um dadurch im Übergangsbereich 32 Versorgungsleitungen anschließen und trennen zu können.
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Durch den gelenkig mit der Sattelkupplung verschwenkbaren Königszapfen ist eine in Fahrzeughochrichtung beziehungsweise Hochrichtung verlaufende Schwenkachse definiert, um welche der Anhänger 21 relativ zur Zugmaschine 12 verschwenkbar ist. Dabei ist durch einen Abstand des Königszapfens zu beiden Vorderecken 34 des Anhängers 21 gleichzeitig der Radius der Schwenkbahn definiert, welche durch die Vorderecken 34 bei Verschwenkung relativ zur Zugmaschine 12 beschrieben wird.
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In 2 steht der Anhänger 21 mit einem Knick zu der Zugmaschine 12, sodass jeweilige Mittelachsen der Zugmaschine 12 und des Anhängers 21 nicht zusammenfallen. Mit anderen Worten weist die Stellung der Zugmaschine 12 von der Mittellinie des Anhängers 21 (Auflieger) durch den Drehpunkt am Königszapfen ab. Aus 1 ist erkennbar, dass die Luftleiteinrichtungen (seitliche Luftleiteinrichtungen 24 und 26 und Dachspoiler 28) von den Seitenwänden 18 beziehungsweise vom Dach 20 abstehen.
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In 3 ist erkennbar, dass die seitlichen Luftleiteinrichtungen 24 und 26 zweiteilig ausgebildet sind. Die Luftleiteinrichtung 24 weist hierbei ein erstes Luftleitelement 36 auf, welches relativ zur jeweiligen Seitenwand 18 fest ist und von der jeweiligen Seitenwand 18 in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten parallel oder winklig dazu absteht. Ferner umfasst die jeweilige Luftleiteinrichtung 24 und 26 ein zweites Luftleitelement 38, welches bewegbar am Luftleitelement 36 angeordnet ist. Dabei ist das Luftleitelement 38 beispielsweise translatorisch relativ zum Luftleitelement 36 bewegbar und kann zwischen einer in 3 gezeigten Verstaustellung und wenigstens einer in 3 nicht gezeigten Luftleitstellung relativ zum Luftleitelement 36 und somit relativ zum Fahrerhaus 16 bewegt werden. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass das Luftleitelement 38 relativ zum Luftleitelement 36 und somit relativ zum Fahrerhaus 16 um wenigstens eine Schwenkachse verschwenkbar ist. Im Falle der seitlichen Luftleiteinrichtungen 24 und 26 verläuft die Schwenkachse vorzugsweise in Fahrzeughochrichtung, wobei die Schwenkachse im Falle des Dachspoilers 28 beispielsweise in Fahrzeugquerrichtung verläuft.
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Besonders gut in Zusammenschau mit 4 ist erkennbar, dass die Luftführungseinrichtung 22 wenigstens einen in 4 nicht erkennbaren Aktor umfasst, mittels welchem das Luftleitelement 38 relativ zum Fahrerhaus 16 bewegbar ist. 4 zeigt dabei eine von mehreren Luftleitstellungen des Luftleitelements 38. Dabei ist das Luftleitelement 38 mittels des Aktors zwischen der Ruhestellung und der Vielzahl an Luftleitstellungen bewegbar.
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Aus 4 ist erkennbar, dass die jeweilige Vorderecke 34, welche auch als Vorderkante bezeichnet wird, abgeschrägt ist, um dadurch einen besonders vorteilhaften Luftwiderstand des Gespanns 10 insgesamt zu realisieren.
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Um den Luftwiderstand des Gespanns 10 besonders gering zu halten, ist darüber hinaus eine im Ganzen mit 40 bezeichnete Sensoreinrichtung vorgesehen. Die Sensoreinrichtung 40 umfasst vorliegend zwei Abstandssensoren, welche vorliegend als Ultraschall-Sensoren 42 und 44 ausgebildet sind. Die Ultraschall-Sensoren 42 und 44 sind vorliegend in einem einer der Zugmaschine 12 zugewandten vorderen Stirnseite 46 des Anhängers 21 zugewandten Endbereich 48 des Luftleitelements 38 angeordnet. Mittels der Sensoreinrichtung 40 ist wenigstens ein Abstand des Luftleitelements 38 und somit der Luftleiteinrichtung 24 insgesamt zu dem mit der Zugmaschine 12 gekoppelten Anhänger 21 erfassbar und ein den erfassten Abstand charakterisierendes Abstandssignal an den Aktor übertragbar. Der Aktor ist dazu ausgebildet, das Abstandssignal zu empfangen und das Luftleitelement 38 in Abhängigkeit von dem Abstandssignal zu bewegen. Mit anderen Worten dienen die Ultraschall-Sensoren 42 und 44 zur Positionierung des Luftleitelements 38. Dabei dient insbesondere der Ultraschall-Sensor 42 zur Seitenüberwachung, um beispielsweise eine Kollision des Luftleitelements 38 mit einer an der Stirnseite 46 gegebenenfalls angeordneten Klimatisierungseinrichtung des Anhängers 21 bei Schwenkbewegungen des Anhängers 21 relativ zur Zugmaschine 12 zu vermeiden. Unterschreitet beispielsweise der mittels der Ultraschall-Sensoren 42 und 44 erfasste Abstand zwischen dem Luftleitelement 38 und dem Anhänger 21 einen vorgebbaren Schwellenwert, so wird das Luftleitelement 38 mittels des Aktors eingefahren beziehungsweise in die oder in Richtung der Verstaustellung bewegt, um dadurch Kollisionen zwischen dem Anhänger 21 und dem Luftleitelement 38 sicher vermeiden zu können.
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5 zeigt das Luftleitelement 26 von der Mittelachse der Zugmaschine 12 aus mit Blickrichtung in Fahrzeugquerrichtung nach außen. Dabei sind die folgenden Ausführungen zur Luftleiteinrichtung 26 ohne weiteres auf die Luftleiteinrichtung 24 übertragbar und umgekehrt. In 5 ist der Aktor zum Bewegen des Luftleitelements 38 mit 47 bezeichnet. Das Luftleitelement 38 ist dabei an einem Rahmen 50 angeordnet und – wie in 5 durch Doppelpfeile veranschaulicht ist – relativ zum Fahrerhaus 16 um eine in Fahrzeughochrichtung verlaufende Schwenkachse 43 verschwenkbar. Das Luftleitelement 38 ist beispielsweise mittels wenigstens eines Scharniers 41 am Fahrerhaus 16 beziehungsweise am Luftleitelement 36 um die Schwenkachse 43 relativ zu dem Fahrerhaus 16 beziehungsweise dem Luftleitelement 36 verschwenkbar gehalten. Mittels des Aktors 47 ist beispielsweise eine Achse 52 translatorisch verschiebbar, wodurch das Luftleitelement 38 ein- und ausgefahren werden kann. Dabei ist das Luftleitelement 38 um die Achse 52 mittels des Aktors 47 verschwenkbar. Dadurch kann das Luftleitelement 38 an die korrespondierende Vorderecke 34 des Anhängers 21 angepasst werden. Dabei ist mittels des Aktors 47 eine automatische Anpassung möglich, sodass das Luftleitelement 38 bei Relativbewegungen zwischen dem Anhänger 21 und der Zugmaschine 12 mit bewegt werden kann. Aus 5 ist erkennbar, dass die Sensoreinrichtung 40 eine Vielzahl an Abstandssensoren beispielsweise in Form von Ultraschall-Sensoren 49 umfassen kann.
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6 zeigt den Dachspoiler 28, welcher ebenfalls ein relativ zum Dach 20 festes Luftleitelement 54 und ein Luftleitelement 56 umfasst, welches bewegbar an dem Luftleitelement 54 gehalten ist. Dabei ist auch das Luftleitelement 56 mittels eines Aktors relativ zum Luftleitelement 54 verschwenkbar und/oder translatorisch bewegbar und kann dadurch zwischen einer in 6 nicht gezeigten Verstaustellung und wenigstens einer in 6 gezeigten Luftleitstellung bewegt, insbesondere verschoben, werden. Vorliegend ist das Luftleitelement 56 mittels des Aktors zum Anhänger 21 hin ausgefahren.
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Dadurch, dass die Luftleitelemente mittels des jeweiligen Aktors relativ zum Fahrerhaus 16 bewegbar sind, können jeweilige Spalte zwischen den Luftleitelementen beziehungsweise dem Fahrerhaus 16 und dem Anhänger 21 zumindest gering gehalten oder vollständig verschlossen beziehungsweise überbrückt werden, sodass sich ein besonders vorteilhafter, geringer Luftwiderstand des Gespanns 10 insgesamt realisieren lässt. Kollisionen des Anhängers 21 mit dem jeweiligen Luftleitelement können jedoch vermieden werden, da das jeweilige Luftleitelement mittels des jeweiligen Aktors eingefahren wird, wenn anhand der Sensoreinrichtung 40 ermittelt wird, dass der Abstand zwischen dem Anhänger 21 und dem jeweiligen Luftleitelement den vorgebbaren Schwellenwert unterschreitet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 8496285 B2 [0002]
- US 8496485 B2 [0004]
