DE102014018990A1

DE102014018990A1 - Kraftfahrzeug mit belüftetem Radkasten

Info

Publication number: DE102014018990A1
Application number: DE102014018990.2A
Authority: DE
Inventors: Marc WOLF; Saim YIGIT
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2014-12-18
Filing date: 2014-12-18
Publication date: 2016-06-23
Also published as: US20160176385A1; CN105711565A; GB2535577A; US9669807B2; GB201519899D0

Abstract

Kraftfahrzeug mit einem Rad (1), einem das Rad (1) umgebenden Radkasten (2) und einem in den Radkasten (2) mündenden Luftkanal (10), wobei sich im Luftkanal (10) ein verstellbares Element (20) befindet, welches in einer ersten Stellung durch den Luftkanal (10) in den Radkasten (2) eintretende Luft in einen Zwischenraum zwischen einer inneren Flanke (4) des Rades (1) und einer Innenwand (25) des Radkastens (2) lenkt und in einer zweiten Stellung die Luft an einer äußeren Flanke (32) des Rades (1) vorbeilenkt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Rad, einem das Rad umgebenden Radkasten und einem in den Radkasten mündenden Luftkanal.
DE 10 2006 044 952 A1 beschreibt einen Luftkanal in einem Kraftfahrzeug mit einer Eintrittsöffnung am Unterboden und einer Austrittsöffnung im Radkasten, durch die Luft zum Kühlen einer Bremse in den Radkasten eingeleitet wird. Der Querschnitt der Austrittsöffnung erstreckt sich vornehmlich in Fahrzeugquerrichtung. Luft, die über den Luftkanal beim Fahren in den Radkasten gelangt, wird großenteils an der Lauffläche des Reifens ab- und um die von dem Reifen umgebene Bremse herumgelenkt und trägt daher nur wenig zur Kühlung der Bremse bei. Zusätzlich nimmt durch die Lufteinleitung der Luftwiderstand im Inneren des Radkastens zu, was zu einer Verschlechterung der Aerodynamik des Fahrzeugs führt.
Eine Aufgabe der Erfindung ist die Kühlung der Bremse sowie die Aerodynamik des Fahrzeugs im Bereich des Rades zu verbessern.
Die Aufgabe wird einer Ausgestaltung der Erfindung zufolge gelöst durch ein Kraftfahrzeug mit einem Rad, einem das Rad umgebenden Radkasten und einem in den Radkasten mündenden Luftkanal, wobei sich im Luftkanal ein verstellbares Element befindet, welches in einer ersten Stellung durch den Luftkanal in den Radkasten eintretende Luft in einen Zwischenraum zwischen einer inneren Flanke des Rades und einer Innenwand des Radkastens lenkt und in einer zweiten Stellung die Luft an einer äußeren Flanke des Rades vorbeilenkt.
Die Luft, die in der ersten Stellung des verstellbaren Elements in den Zwischenraum zwischen der inneren Flanke des Rades und der Innenwand des Radkastens gelenkt wird, umfließt zumindest teilweise eine in einer Aussparung an der inneren Flanke des Rads angebrachte Bremse und dient zu deren effektiver Kühlung. Wird keine Luft zur Kühlung der Bremse benötigt, wird die Luft in der zweiten Stellung des verstellbaren Elements an der äußeren Flanke des Rades weitgehend in Fahrzeugrichtung vorbeigelenkt und bildet dort einen Luftvorhang. Dieser Luftvorhang vermindert die durch eine Drehbewegung des Rades entstehenden Luftverwirbelungen innerhalb des Radkastens und verbessert damit im Bereich des Rades die Aerodynamik.
Der Luftkanal kann einen geschlossenen Querschnitt aufweisen.
Eine Einlassöffnung des Luftkanals kann in der Fahrzeugfront liegen. Der sich vor dem fahrenden Fahrzeug an der Front aufbauende Staudruck kann damit teilweise abgeleitet werden.
Damit wäre es auch möglich, den Staudruck auszunutzen und auf das verstellbare Element zu verzichten, so dass durch die ausströmende Luft die Bremse immer gekühlt und gleichzeitig ein Luftvorhang gebildet wird. Die ungünstigen Auswirkungen auf die Aerodynamik durch das Lenken von Luft in den Radkasten werden dann zumindest teilweise durch den gebildeten Luftvorhang vermindert.
Der Luftkanal kann sich in einen Bremsluftkanal, durch den die Luft in den Zwischenraum strömt, und einen Seitenluftkanal, durch den die Luft an der äußeren Flanke des Rades vorbeiströmt, verzweigen.
Der Luftstrom, der aus dem Bremsluftkanal austritt, kann gegen die innere Flanke des Rads gerichtet sein. Damit wird eine effektive Kühlung der in der Aussparung an der inneren Flanke des Rads angebrachten Bremse erreicht.
Eine Auslassöffnung des Bremsluftkanals im Radkasten kann größtenteils auf der der Fahrzeugmitte zugewandten Seite einer Ebene, welche senkrecht zur Radachse bei Geradeausfahrt steht und die innere Flanke des Rades berührt, liegen. Damit wird die Luft gezielt in den Zwischenraum zwischen der inneren Flanke des Rades und der Innenwand des Radkastens gelenkt, und eine für die Kühlung der Bremse unergiebige Steigerung der Luftzirkulation an der Lauffläche des Rades wird weitgehend vermieden.
Eine Auslassöffnung des Seitenluftkanals kann in der Nähe der äußeren Flanke des Rades liegen.
Die Ausdehnung einer Auslassöffnung des Seitenluftkanals kann in der Vertikalen größer sein als in Fahrzeugquerrichtung. Somit kann ein in der Vertikalen ausgedehnter Luftstrom erzeugt werden, der einen über einen großen Teil der vertikalen Ausdehnung des Radkastens hinweg geschlossenen Luftvorhang bildet.
Das verstellbare Element kann zwischen dem Bremsluftkanal und dem Seitenluftkanal positioniert sein. In der ersten Stellung kann der Bremsluftkanal geöffnet und der Seitenluftkanal geschlossen sein, in der zweiten Stellung kann der Seitenluftkanal geöffnet und der Bremsluftkanal geschlossen sein.
Ein Aktuator kann bei einer Verzögerung des Fahrzeugs das verstellbare Element in die erste Stellung bringen.
Zur Ansteuerung des Aktuators kann eine Steuerschaltung vorgesehen sein. Vorteilhafterweise ist die Steuerschaltung mit der Bremse oder einer der Bremse zugeordneten Bremsanlage verbunden, um den Aktuator in Abhängigkeit von einer Aktivität der Bremse zu steuern.
Der Bedarf an Luft, die durch den Bremsluftkanal zugeführt werden muss, um die Bremse ausreichend zu kühlen, hängt von der Intensität eines Bremsvorgangs ab. Die Steuerschaltung kann daher eingerichtet sein, die Verweildauer des verstellbaren Elements in der ersten Stellung nach Beendigung des Bremsvorgangs in Abhängigkeit von der Intensität des Bremsvorgangs festzulegen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
1 einen schematischen Querschnitt durch den vorderen linken Frontbereich eines Kraftfahrzeugs;
2 eine Ansicht der Fahrzeugfront;
3 eine perspektivische Ansicht des Luftkanals;
1 zeigt in einem schematischen Querschnitt entlang der Schnittebene I-I in 2 durch den vorderen linken Frontbereich eines Kraftfahrzeugs ein vorderes Rad 1 in einem Radkasten 2 und eine in Fahrtrichtung davor befindliche Stoßfängerverkleidung 3. Das Rad 1 weist an einer inneren Flanke 4 eine Aussparung 5 auf, in der eine auf das Rad 1 wirkende Bremse 9 angebracht ist.
Ein Luftkanal 10 erstreckt sich von einer Einlassöffnung 11 in der Stoßfängerverkleidung 3 aus, wie in 2 in einer Ansicht der Fahrzeugfront 6 dargestellt zwischen einem oberen Stoßfängerquerträger 12 und einem unteren Stoßfängerquerträger 14 hindurch in Richtung des Radkastens 2. Der obere und der untere Stoßfängerquerträger 12, 14 sind mit Längsträgern zu einer Tragstruktur für den Vorderwagen verbunden. In 2 sind der obere und der untere Stoßfängerquerträger 12, 14 von der Stoßfängerverkleidung 3 verdeckt und daher durch gestrichelte Linien angedeutet. Nimmt ein Kühlergitter einen Teil der Fahrzeugfront ein, kann die Einlassöffnung 11 auch anstatt in der Stoßfängerverkleidung im Kühlergitter liegen.
Ein vorderer Abschnitt 37 des Luftkanals 10 erstreckt sich, wie in 1 gezeigt, zwischen der Einlassöffnung 11 und einer Verzweigung 13, an der sich der Luftkanal 10 in einen Bremsluftkanal 16 und einen Seitenluftkanal 17 verzweigt.
Der Bremsluftkanal 16 erstreckt sich zwischen der Verzweigung 13 und einer Auslassöffnung 24. Diese Auslassöffnung 24 liegt im Radkasten 2, größtenteils auf der der Fahrzeugmitte zugewandten Seite einer Ebene A, welche senkrecht zur Radachse 15 steht und die innere Flanke 4 des Rades 1 berührt.
Der Seitenluftkanal 17 erstreckt sich zwischen der Verzweigung 13 und einer Auslassöffnung 29. Diese Auslassöffnung 29 liegt am äußeren Rande des Radkastens 2, benachbart zu einem vorderen Kotflügel 30.
Der vordere Abschnitt 37, der Bremsluftkanal 16 und der Seitenluftkanal 17 sind jeweils durch rohrartige Formteile aus Kunststoff mit ringsum geschlossenem Querschnitt gebildet.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht des Luftkanals 10. Die Auslassöffnung 29 ist in der Vertikalen schlitzartig langgestreckt, um einen Luftvorhang zu erzeugen, der die offene Seite des Radkastens 2 möglichst vollständig überdeckt.
An der Verzweigung 13 ist ein verstellbares Element in Form einer um eine Achse 19 schwenkbaren Klappe 20 angebracht. Die Klappe 20 verschließt in einer ersten Stellung den Seitenluftkanal 17 und gibt den Bremsluftkanal 16 frei. In einer zweiten Stellung verschließt die Klappe 20 den Bremsluftkanal 16 und gibt den Seitenluftkanal 17 frei. Ein Hebelarm 21 eines mechanischen Aktuators 23 (in 1 gestrichelt dargestellt), ist an der Achse 19 der Klappe 20 oberhalb der Verzweigung 13 befestigt. Der Hebelarm 21 ist so ausgerichtet, dass er in der zweiten Stellung der Klappe 20 etwa in Fahrzeugquerrichtung verläuft. Der Hebelarm 21 trägt an seinem Ende ein Gewicht 22.
Befindet sich das Fahrzeug in einer Vorwärtsbewegung, strömt Luft durch die Einlassöffnung in den Luftkanal 10 ein. Fährt das Fahrzeug ungebremst, so befindet sich die Klappe 20 in der zweiten Stellung, und ein Luftstrom 27 (durch einen gestrichelten Pfeil angedeutet) strömt durch den Seitenluftkanal 17. Die Längsachse eines sich direkt vor der Auslassöffnung 29 befindlichen Abschnitts 31 des Seitenluftkanals 17 verläuft, wie in 1 gezeigt, entlang einer Ebene B welche senkrecht zur Radachse 15 in Geradeausfahrstellung steht und die äußere Flanke 32 des Rades 1 berührt. Der Luftstrom 27 wird so weitgehend an der äußeren Flanke 32 des Rades 1 entlang vorbeigelenkt. Er bildet einen ausgedehnten, über einen großen Teil der vertikalen Ausdehnung des Radkastens hinweg geschlossenen Luftvorhang, der Verwirbelungen im Bereich des Rades 1 vermindert und die Aerodynamik verbessert.
Beim Bremsen übt das Gewicht 22 des Aktuators 23 durch seine Masseträgheit eine Kraft in Fahrtrichtung auf den Hebelarm 21 aus, so dass dieser schwenkt und die Klappe 20 in die erste Stellung versetzt. Ein Luftstrom 33 (durch einen gestrichelten Pfeil angedeutet) durch den Bremsluftkanal 16 wird, bedingt durch die Lage der Auslassöffnung 24, in einen Zwischenraum 36 zwischen der inneren Flanke 4 des Rades 1 und einer Innenwand 25 des Radkastens 2 gelenkt. Um diesen Luftstrom 33 möglichst in die Aussparung 5 des Rades 1 und auf die Bremse 9 zu lenken, verläuft die Längsachse eines sich direkt vor der Auslassöffnung 24 befindlichen Abschnitts 26 des Bremsluftkanals 16 in Richtung auf die Bremse 9 zu. Der die Bremse 9 anströmende Luftstrom 33 dient zur Kühlung der Bremse 9. Er verursacht aber auch Verwirbelungen der Luft im Radkasten 2, die zu einer Verschlechterung der Aerodynamik führen. Ein Rückstellelement, etwa eine an der Achse 19 befestigte Feder, bringt daher nach Beendigung des Bremsvorgangs und dem damit verbundenen Wegfall der Kraft des Gewichts 22 die Klappe 20 in die zweite Stellung zurück. So ist einerseits während des Bremsens für Kühlung der Bremse 9 gesorgt, die damit verbundene Beeinträchtigung der Aerodynamik bleibt aber auf ein Minimum beschränkt. Das Zurückstellen der Klappe 20 in die zweite Stellung kann durch den Druck der durch die Einlassöffnung 11 einströmenden Luft unterstützt werden.
3 zeigt gemäß einer zweiten Ausgestaltung anstelle des trägheitsgesteuerten mechanischen Aktuators 23 einen Aktuator 34, der als Elektromotor ausgebildet ist. Der Aktuator 34 ist mit einer Steuerschaltung 35 verbunden. Die Steuerschaltung 35 erhält von einem Bremssensor Informationen über einen Bremsvorgang. Der Bremssensor kann Teil einer an sich bekannten Bremsanlage des Kraftfahrzeugs sein, z. B. ein Drucksensor, der den hydrostatischen Druck einer in der Bremsanlage zirkulierenden Bremsflüssigkeit erfasst. Wird ein Bremsvorgang begonnen, steuert die Steuerschaltung 35 den Aktuator 34 an und dieser bringt die Klappe 20 in die erste Stellung.
Die Steuerschaltung 35 ist eingerichtet, die Verweildauer der Klappe 20 in der ersten Stellung anhand der Intensität des Bremsvorgangs festzulegen und dazu, wenn nötig, die Klappe 20 auch nach Ende des Bremsvorgangs noch eine Zeit lang in der ersten Stellung zu halten. Z. B. kann anhand der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem Druck der Bremsflüssigkeit während des Bremsens und der Dauer des Bremsvorgangs die in der Bremsen 9 freigesetzte Wärmemenge abgeschätzt und die Verweildauer der Klappe 20 in der ersten Stellung proportional zu dieser Wärmemenge festgelegt werden. Am Ende der Verweildauer wird der Aktuator 34 von der Steuerschaltung 35 angesteuert und bringt die Klappe 20 in die zweite Stellung. Im Fahrbetrieb bleibt die Klappe 20 dann bis zum nächsten Bremsvorgang in dieser Stellung, und die Luft strömt durch den Seitenluftkanal 17 und bildet den aerodynamisch vorteilhaften Luftvorhang.
Es versteht sich, dass die obige detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen zwar bestimmte exemplarische Ausgestaltungen der Erfindung darstellen, dass sie aber nur zur Veranschaulichung gedacht sind und nicht als den Umfang der Erfindung einschränkend ausgelegt werden sollen. Diverse Abwandlungen der beschriebenen Ausgestaltungen sind möglich, ohne den Rahmen der nachfolgenden Ansprüche und deren Äquivalenzbereich zu verlassen. Insbesondere gehen aus dieser Beschreibung und den Figuren auch Merkmale der Ausführungsbeispiele hervor, die nicht in den Ansprüchen erwähnt sind. Solche Merkmale können auch in anderen als den hier spezifisch offenbarten Kombinationen auftreten. Die Tatsache, dass mehrere solche Merkmale in einem gleichen Satz oder in einer anderen Art von Textzusammenhang miteinander erwähnt sind, rechtfertigt daher nicht den Schluss, dass sie nur in der spezifisch offenbarten Kombination auftreten können; stattdessen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass von mehreren solchen Merkmalen auch einzelne weggelassen oder abgewandelt werden können, sofern dies die Funktionsfähigkeit der Erfindung nicht in Frage stellt.
Bezugszeichenliste

1: Rad
2: Radkasten
3: Stoßfängerverkleidung
4: Flanke
5: Aussparung
6: Fahrzeugfront
9: Bremse
10: Luftkanal
11: Einlassöffnung
12: Stoßfängerquerträger
13: Verzweigung
14: Stoßfängerquerträger
15: Radachse
16: Bremsluftkanal
17: Seitenluftkanal
19: Achse
20: Klappe
21: Hebelarm
22: Gewicht
23: Aktuator
24: Auslassöffnung
25: Innenwand
26: Abschnitt
27: Luftstrom
29: Auslassöffnung
30: Kotflügel
31: Abschnitt
32: Flanke
33: Luftstrom
34: Aktuator
35: Steuerschaltung
36: Zwischenraum
37: vorderer Abschnitt
38: Längsträger

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006044952 A1 [0002]

Claims

Kraftfahrzeug mit einem Rad (1), einem das Rad (1) umgebenden Radkasten (2) und einem in den Radkasten (2) mündenden Luftkanal (10), wobei sich im Luftkanal (10) ein verstellbares Element (20) befindet, welches in einer ersten Stellung durch den Luftkanal (10) in den Radkasten (2) eintretende Luft in einen Zwischenraum zwischen einer inneren Flanke (4) des Rades (1) und einer Innenwand (25) des Radkastens (2) lenkt und in einer zweiten Stellung die Luft an einer äußeren Flanke (32) des Rades (1) vorbeilenkt.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, mit einer Bremse (9), die in einer Aussparung (5) an der inneren Flanke (4) des Rads (1) angebracht ist.
Kraftfahrzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Luftkanal (10) einen geschlossenen Querschnitt aufweist.
Kraftfahrzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem eine Einlassöffnung (11) des Luftkanals (10) in der Fahrzeugfront (3, 6) liegt.
Kraftfahrzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem sich der Luftkanal (10) verzweigt in einen Bremsluftkanal (16), durch den die Luft in den Zwischenraum strömt, und einen Seitenluftkanal (17), durch den die Luft an der äußeren Flanke (32) des Rades (1) vorbeiströmt.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 5, bei dem der Luftstrom (33), der aus dem Bremsluftkanal (16) austritt, gegen die innere Flanke (4) des Rades (1) gerichtet ist.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 5 oder 6, bei dem eine Auslassöffnung (24) des Bremsluftkanals (16) im Radkasten (2) größtenteils auf der der Fahrzeugmitte zugewandten Seite einer Ebene, welche senkrecht zur Radachse (15) steht und die innere Flanke (4) des Rades (1) berührt, liegt.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem eine Auslassöffnung (29) des Seitenluftkanals (17) in der Nähe der äußeren Flanke (32) des Rades (1) liegt.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei dem die Ausdehnung einer Auslassöffnung (29) des Seitenluftkanals (17) in Fahrzeughöhe größer ist als in Fahrzeugquerrichtung.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 5 bis 9, bei dem das verstellbare Element (20) zwischen dem Bremsluftkanal (16) und dem Seitenluftkanal (17) positioniert ist.
Kraftfahrzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, mit einem Aktuator (23, 34), der bei einer Verzögerung des Fahrzeugs das verstellbare Element (20) in die erste Stellung bringt.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 11, mit einer Steuerschaltung (35) zur Ansteuerung des Aktuators (23, 34).
Kraftfahrzeug nach Anspruch 12, bei dem die Steuerschaltung (35) eingerichtet ist, die Verweildauer des verstellbaren Elements (20) in der ersten Stellung nach Beendigung eines Bremsvorgangs in Abhängigkeit von der Intensität des Bremsvorgangs festzulegen.