DE10200311A1

DE10200311A1 - Lagerung für eine Motor- und/oder Getriebeeinheit

Info

Publication number: DE10200311A1
Application number: DE2002100311
Authority: DE
Inventors: Hansjoerg Maier; Lutz Fellenberg; Richard Kaesler
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Carl Freudenberg KG
Priority date: 2002-01-07
Filing date: 2002-01-07
Publication date: 2003-07-24

Abstract

Es wird eine Lagerung für eine Motor- und/oder Getriebeeinheit, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, beschrieben, bei welcher mindestens drei Lager vorgesehen sind und wobei wenigstens zwei Lager beabstandet zur Hauptdrehachse der Motor- und/oder Getriebeeinheit angeordnet sind, und dass die Lagerposition und die Lagersteifigkeiten so gewählt sind, dass die von der Motor- und/oder Getriebeeinheit in einem vorgegebenen Frequenzbereich auf die Lager ausgeübten Kräfte sich bestmöglichst gegenseitig kompensieren. Weiterhin wird ein Verfahren zur rechnerischen Ermittlung einer solchen Lagerung beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lagerung für eine Motor- und/oder Getriebeeinheit, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, bei welcher mindestens drei Lager vorgesehen sind, sowie ein Verfahren zur rechnerischen Ermittlung einer solchen Lagerung.

Stand der Technik

Es sind vielfältige Lagerungskonzepte, vornehmlich drei- und vier-Punktlagerungen für verschiedene Einbaulagen und Antriebskonzepte für Motor- und Getriebeeinheiten für Kraftfahrzeuge bekannt. Alle Lagerungen sind darauf ausgelegt, dass sie die von der Motor- und Getriebeeinheit ausgehenden Schwingungen von der Karosserie weitgehend fernhalten sollen. Hierbei spielt insbesondere das Leerlaufverhalten der Motor-Getriebeeinheit eine wesentliche Rolle, da in dem hier relevanten Frequenzbereich (bis ca. 40 Hz) große Schwingungsamplituden auftreten und der Fahrkomfort dadurch wesentlich beeinträchtigt wird.
Ein bekannter Ansatz für eine Lagerung sieht vor, die Motor- und Getriebeeinheit bezüglich dynamischer Rotationsbewegungen möglichst weich zu lagern. So werden beispielsweise bei der sogenannten Torque-Roll-Axis- Lagerung (TRA-Lagerung) zwei Lager auf der Hauptdrehachse der Motor- und Getriebeeinheit angeordnet, und ein drittes Lager, welches als Pendelstütze dient, befindet sich im Abstand zu dieser. Die Pendelstütze weist eine progressive Steifigkeitskennlinie auf, so dass die Motor- und Getriebeeinheit weitgehend frei um ihre Hauptdrehachse schwingen kann. Bei dieser Anordnung sind die Lager weitgehend kräftefrei, das heißt es werden nahezu keine Kräfte von der rotatorisch dynamisch schwingenden Einheit auf die Lager ausgeübt.
Nachteilig an dieser Anordnung und generell an allen Anordnungen, die auf eine Minimierung der Lagerkräfte, das heißt auf eine weiche Aufhängung, ausgelegt sind, ist, dass damit ein rotatorisch labiles System vorliegt, das sowohl auf innere als auch auf äußere Anregungen sensibel reagieren kann. Ein weiterer Aspekt ist die dadurch eingeschränkte Auslegung der Motor- und Getriebeeinheit-Eigenfrequenzen, die für die Optimierung vieler Betriebszustände entscheidend ist.
Weiterhin sind Lagerungskonzepte bekannt, bei denen die Lagerkräfte nicht vermieden werden und daraus Kräfte resultieren, die auf den Aufbau wirken und damit den Fahrkomfort beispielsweise hinsichtlich der Akustik beeinträchtigen.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Lagerung für eine Motor- und/oder Getriebeeinheit, bei welcher mindestens drei Lager vorgesehen sind, zu finden, bei welcher die Motor- und/oder Getriebeeinheit rotatorisch stabil gelagert ist, gleichwohl aber eine resultierende Kraft über die Lager auf den Fahrzeugaufbau weitgehend vermieden wird. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein rechnerisches Verfahren zur Ermittlung einer solchen Lagerung bereitzustellen. Diese Aufgaben werden mit einer Lagerung mit allen Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie mit einem Verfahren mit allen Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung nehmen die Unteransprüche Bezug.
Gemäß der Erfindung sind bei einer Lagerung für eine Motor- und/oder Getriebeeinheit, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, bei welcher mindestens drei Lager vorgesehen sind, wenigstens zwei Lager beabstandet zur Hauptdrehachse der Motor- und/oder Getriebeeinheit angeordnet, und die Lagerpositionen und die Lagersteifigkeiten sind so gewählt, dass die von der Motor- und/oder Getriebeeinheit in einem vorgegebenen Frequenzbereich auf die Lager ausgeübten Kraftvektoren sich gegenseitig bestmöglich kompensieren.
Die Erfindung macht sich die Tatsache zu Nutze, dass jedes Lagerungssystem Achsen besitzt, im folgenden Steifigkeitsachsen genannt, die sich dadurch auszeichnen, dass eine Drehung der Motor- und/oder Getriebeeinheit um diese Achsen zu einer Kompensation aller Lagerkräfte führt. Ziel der Erfindung ist es daher, die zu einem Frequenzband gehörende Hauptdrehrichtung, d. h. die Hauptdrehachse der Motor- und/oder Getriebeeinheit und eine Steifigkeitsachse in Deckung zu bringen. Die Beeinflussung der Steifigkeitsachse kann durch Variation von Lagersteifigkeiten und/oder Lagerpositionen erfolgen. Sind die Steifigkeitsachse und die Hauptdrehachse der Motor- und/oder Getriebeeinheit identisch, so folgt daraus dass bei Drehung der Einheit um die Hauptdrehachse die Summe der Kraftvektoren in den Lagern gleich Null ist.
Mit der erfindungsgemäßen Lagerung wird erreicht, das einerseits die von der Motor- und/oder Getriebeeinheit ausgehenden Schwingungen bestmöglich von dem Fahrzeugaufbau isoliert werden, wodurch sich der Fahrkomfort erhöht. Andererseits ist das System rotatorisch stabil, da die Lager aufgrund der Kräftekompensation anstelle der aus dem Stand der Technik bekannten Minimierung der Lagerkräfte vorgespannt sind, das System ist gefesselt. Bei jeder Abweichung beispielsweise der Lage der Hauptdrehachse der Motor- und/oder Getriebeeinheit oder der Lagerpositionen beziehungsweise Lagersteifigkeiten von der Ausgangssituation wird die Kompensation zumindest teilweise aufgehoben. Es treten resultierende Kräfte auf, die transalatorisch auf den Aufbau wirken.
Aus dem gleichen Grund kann die Kräftekompensation, so wie in den Patentansprüchen 1 und 10 beschrieben, auch nur bestmöglich erfolgen. So ändert sich beispielsweise die Lage der Hauptdrehachse der Motor- und/oder Getriebeeinheit in Abhängigkeit von der Frequenz der Anregung. Daraus folgt, dass die vollständige Kräftekompensation streng genommen nur für eine bestimmte Frequenz und für die Hauptdrehrichtung der Motor und/oder Getriebeeinheit erzielt werden kann. Schon in den angrenzenden Frequenzbereichen wird die Kräftekompensation nicht mehr vollständig erreicht. Es treten resultierende Kräfte auf. Diese Kräfte sind jedoch aufgrund der nur noch geringen Änderungen der Lage der Hauptdrehachse der Motor- und/oder Getriebeeinheit in Abhängigkeit von der Frequenz in den relevanten Frequenzbereichen, beispielsweise im Bereich der 2ten Ordnung der Leerlauffrequenz und darüber im Fahrbetrieb eines Viertakt-/Vierzylinder- Hubkolbenmotors, das heißt bei ca. 15 Hz und darüber, aber ebenfalls nur sehr gering, so dass die erfindungsgemäße Wirkung, nämlich die Reduzierung der über die Lager auf den Fahrzeugaufbau wirkenden Kräfte bei gleichzeitiger Vorspannung des Lagers, erreicht wird. Eine vollständige Kräftekompensation ist zwar wünschenswert, aber nicht unbedingt erforderlich.
Es ist bekannt, dass der Rotationsvektor einer in einem Fahrzeugaufbau gelagerten Motor- und/oder Getriebeeinheit in einem vorgegebenen Frequenzbereich zeitlich nicht stabil ist. Hierbei durchläuft die Drehachse Vorzugsrichtungen mit besonders stark ausgeprägter Schwingungsbewegung. Diese Vorzugsrichtungen, deren Lage sich mit der Frequenz ändert, werden im Sinne dieser Erfindung als Hauptdrehachse bezeichnet. Hiervon zu unterscheiden ist die Hauptträgheitsachse
Unter Lager im Sinne dieser Erfindung sollen alle Einrichtungen verstanden werden, mittels derer die Motor- und/oder Getriebeeinheit am Rahmen aufgehängt ist. Diese Lager haben die Aufgabe, die Gewichtskraft der Motor- und/oder Getriebeeinheit sowie die Gegenkräfte der Drehmomente aufzunehmen, Schwingungen zu dämpfen sowie Erschütterungen durch die Fahrbahn zu mindern. Solche Lager können beispielsweise so gestaltet sein, dass sie einen Kern aufweisen, der aus einem Leichtmetall-Gußteil, in das eine Gewindebuchse aus Stahl eingegossen ist, besteht. Der Kern ist hierbei in einen Hartgummiblock eingebettet, der von einem als Flansch ausgebildeten Tiefziehteil begrenzt wird. Dieser Block wird auch Silentblock genannt. Der Federweg des Hartgummiblocks wird häufig durch einen metallischen Anschlag begrenzt, um ein Zerstören des Gummis zu verhindern. Die vorliegende Erfindung ist jedoch keinesfalls auf den beschriebenen Lagertyp beschränkt. Prinzipiell kann sie bei allen möglichen Lagertypen eingesetzt werden, insbesondere auch in Verbindung mit den bekannten Hydrolagern, die Motorschwingungen besonders effizient dämpfen und dadurch den Fahrkomfort verbessern.
Vorteilhafterweise wird die Rotationsbewegung der Motor- und/oder Getriebeeinheit durch Absorption der Rotationsenergie minimiert. Hierzu werden Drehschwingungstilger eingesetzt, die in Richtung des Rotationsvektors wirken. Der Vorteil dieser Maßnahme liegt darin, dass die einzelnen Lagerkräfte zusätzlich minimiert werden. Die Kräftekompensation wird dadurch begünstigt.
Als Drehschwingungstilger werden bevorzugt die bereits oben erwähnten, üblicherweise als Motorlager eingesetzten Hydrolager verwendet, insbesondere schaltbare Hydrolager, deren Lagersteifigkeit für verschiedene Lastfälle optimiert werden kann.
Weiterhin ist es vorteilhaft, die Lagerpositionen und Lagersteifigkeiten so zu wählen, dass die Eigenschwingungen des Systems Motor/Getriebe zu möglichst tiefen Frequenzen hin verschoben werden. Dies hat den Vorteil, dass die maximalen Schwingungsamplituden im interessierenden Frequenzbereich minimiert werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Lagerpositionen und die Lagersteifigkeiten darüber hinaus noch so gewählt, dass die Eigenschwingungen der Motor- und/oder Getriebeeinheit gekoppelt sind. Bei geeigneter Verteilung der Schwingungsenergie auf verschiedene Moden lässt sich mit dieser Maßnahme ebenfalls eine Verringerung der maximalen Schwingungsamplituden erzielen.
Die erfindungsgemäße Lagerung ist prinzipiell für alle Arten von Verbrennungskraftmaschinen und Getriebeeinheiten geeignet, ebenso für alle Einbauarten solcher Systeme, wie zum Beispiel Motor und Getriebe hintereinander entlang der Fahrzeuglängsachse angeordnet oder quer zur Fahrzeuglängsachse, und alle denkbaren Antriebskonzepte. Ebenso können Verbrennungskraftmaschinen und Getriebe als Einheit gemeinsam, oder aber separat unter Verwendung der erfindungsgemäßen Lagerung gelagert werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die erfindungsgemäße Lagerung für einen Viertakt-/Vierzylinder-Hubkolbenmotor mit quer zur Fahrzeuglängsachse angeordneter Motor- und/oder Getriebeeinheit verwendet, wobei der vorgegebene Frequenzbereich zur Kräftekompensation im Bereich der zweiten Ordnung der Leerlauffrequenz liegt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur rechnerischen Ermittlung einer Lagerung für eine Motor- und/oder Getriebeeinheit, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, bei welcher die wenigstens zwei Lager beabstandet zur Hauptdrehachse der Motor- und/oder Getriebeeinheit angeordnet sind, und die Lagerpositionen und die Lagersteifigkeiten so gewählt sind, dass die von der Motor- und/oder Getriebeeinheit in einem vorgegebenen Frequenzbereich auf die Lager ausgeübten Kräfte sich gegenseitig bestmöglich kompensieren, umfasst folgende Schritte:

a) Bestimmung der Startgrößen
- a) Vorgabe einer Ausgangsanordnung (Lagerpositionen) für einen Satz von n Lagern (die einzelnen Lager werden im folgenden von 1 bis n ganzzahlig durchnumeriert) und eines Ausgangssatzes an translatorischen Steifigkeitsvektoren c_n im Lager n im betrachteten Frequenzband;
- b) Bestimmung des Hauptdrehvektors HDV (entspricht der Hauptdrehachse) der Motor- und/oder Getriebeeinheit (durch Simulation oder experimentell) für diese Ausgangslagerung und den Ausgangssatz an translatorischen Steifigkeiten im betrachteten Frequenzband;
- c) Bestimmung des Abstandsvektors d_n des Lagers n zu dem Hauptdrehvektor (= räumlich kürzeste Verbindung zwischen dem Lager n und dem HDV; die Abstandsvektoren d_n bilden mit dem Hauptdrehvektor HDV einen rechten Winkel) aus den Lagerpositionen und dem Hauptdrehvektor HDV;
- d) Aufstellen der Ausgangsgleichungen:
wobei n die Anzahl der Lager, die von 1 bis n ganzzahlig durchnumeriert werden, beschreibt,
a_n die Auslenkung im Lager n für einen kleinen Drehwinkel α beschreibt, mit a_n = HDV × d_n
und der Kraftvektor F_n im Lager n sich aus dem Produkt aus an mit der dazugehörigen Steifigkeit c_n im Lager n ergibt,
x, y, z die kartesischen Koordinaten bezeichnen;
b) Optimierung des Systems unter Änderung der Parameter c, und/oder d_n, so lange, bis Gleichung (1) erfüllt ist, wobei die Optimierung rekursiv erfolgt, d. h. nach jedem Optimierungsschritt wird der sich ggf. mit verändernde Hauptdrehvektor HDV durch Simulation oder experimentell neu bestimmt.

Die Optimierung findet im einfachsten Fall so statt, dass die Ausgangsgrößen in Gleichung (1) eingesetzt werden und die Abweichung des Ergebnisses von Null bestimmt wird. Anschließend werden die Ausgangsgrößen, das heißt die Lagerpositionen und/oder die Lagersteifigkeiten so geändert, dass Gleichung (1) weitgehend erfüllt ist. Als Folge der Änderung der Lagerpositionen und/oder der Lagersteifigkeiten ändert sich auch der Hauptdrehvektor HDV. Es ist daher erforderlich, nach jeder Änderung der genannten Größen den Hauptdrehvektor neu zu bestimmen. Dies geschieht entweder experimentell oder durch Simulation in an sich bekannter Weise unter Verwendung eines Mehrkörpersimulationsmodels. Die Änderung des Hauptdrehvektors bewirkt, dass Gleichung (1) wieder nicht erfüllt ist, woraufhin die Eingangsgrößen Lagerpositionen und/oder Lagersteifigkeiten erneut angepasst werden müssen. Die vorgenannten Schritte werden nun so oft wiederholt, bis Gleichung (1) bestmöglich für den vorgegebenen Frequenzbereich erfüllt ist. Als Ergebnis erhält man einen Satz Lagerpositionen und/oder Lagersteifigkeiten, für die im vorgegebenen Frequenzbereich die Kräftekompensation bestmöglichst erfüllt ist.
In der Regel werden vom Fahrzeughersteller die Lagerpositionen vorgegeben. Es ist daher vorteilhaft, die Optimierung nur durch Variation der Lagersteifigkeiten durchzuführen.
Wie bereits oben beschrieben, können dann weitere Optimierungsschritte darin bestehen, durch Einsatz von Schwingungstilgern beispielsweise eines schaltbaren Hydrolagers, die Rotationsschwingungen der Motor- und/oder Getriebeeinheit weiter zu minimieren, beziehungsweise die Lagerposition und Lagersteifigkeiten so zu wählen, dass sich die Frequenzen der Eigenschwingungen des Systems Motor- und/oder Getriebeeinheit zu tieferen Frequenzen hin verschiebt beziehungsweise die Lagerposition und Lagersteifigkeiten so zu ändern, dass eine Kopplung der Eigenschwingungen stattfindet.

Ausführungsbeispiel

Ohne Beschränkung der Allgemeinheit wird im folgenden anhand eines einfachen zweidimensionalen Modells (s. hierzu Fig. 1) die Durchführung des erfindungsgemäßen Optimierungsverfahrens demonstriert: Bestimmung der Startgrößen Cn: Steifigkeit in X-Richtung des Lagers n
Dn: Kürzester Abstand zwischen dem Lager n und dem Hauptrotationsvektor
C1 = 100 N/mm; D1 = 200 mm;
C2 = 100 N/mm; D2 = 160 mm;
C3 = 120 N/mm; D3 = 250 mm.
Zur besseren Übersichtlichkeit werden weder der Ausgangssatz an Lagerpositionen noch die Daten zu dem aus den Startgrößen berechneten Hauptrotationsvektor an dieser Stelle angegeben. Stattdessen sind oben die bereits aus den Lagerpositionen und dem Hauptrotationsvektor berechneten Abstände Dn aufgeführt.
Einsetzen dieser Größen in Gleichung (1) ergibt, dass das vorgewählte System die Gleichung noch nicht erfüllt:

C1.D1 + C2.D2 ≠ C3.D3 (1)

Optimierung

Vorgabe: die Lagerpositionen sollen unverändert bleiben. Lediglich die Lagersteifigkeiten Cn sollen variiert werden.

1-ter Optimierungsschritt

Bspw. Anpassen der Steifigkeit C3 auf C3' = 2.C3, so dass Gleichung (1) erfüllt ist.

2-ter Optimierungsschritt

Neuberechnung des Hauptrotationsvektors des angepassten Systems mit den Parametern C1, C2, C3'. Es ergeben sich neue Abstände D1', D2' und D3'. Gleichung 1 ist nach Einsetzen aller geänderter Parameter noch nicht erfüllt:

C1.D1' + C2.D2' ≠ C3'.D3' (1)
Im allgemeinen reichen zwei Optimierungsschritte noch nicht aus.

Ergebnis

Nach mehreren Optimierungsschritten ergeben sich folgende Steifigkeitswerte für die Auslegung der drei Lager:
C1 = 105 N/mm
C2 = 98 N/mm
C3 = 230 N/mm

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Motor-/Getriebelagerung für Quereinbau (hier ohne Aggregat) in Fahrersicht und zugehörige Steifigkeitsachse,
Fig. 2 für eine Motor-/Getriebelagerung analog zu der aus Fig. 1 den Einfluss der Variation von Lagerpositionen auf die Lage der Steifigkeitsachse
Fig. 3 in schematischer Darstellung in Fahrersicht eine quer eingebaute Motor-/Getriebeeinheit mit einer Lagerung ohne Kräftekompensation,
Fig. 4 in schematischer Darstellung in Fahrersicht eine Motor- /Getriebeeinheit mit einer Lagerung mit einer Kräftekompensation gemäß der Erfindung,
Fig. 5 den Steifigkeitsverlauf eines optimierten Hydrolagers, das gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als Schwingungstilger eingesetzt wird,
Fig. 6 den Einfluss der Verschiebung der Eigenfrequenzen zur tieferen Frequenzen hin beziehungsweise einer Schwingungskopplung auf die Übertragung der Schwingung auf den Fahrzeugaufbau im Bereich der zweiten Ordnung der Leerlauffrequenz.
Man erkennt in Fig. 1 in einer Prinzipskizze eine Motor-/Getriebelagerung für eine quereingebaute Motor-/Getriebeeinheit (die Motor-/Getriebeeinheit ist zur besseren Übersichtlichkeit hier nicht dargestellt), die ohne Beschränkung der Allgemeinheit zwei Lager 1, 2 und eine Pendelstütze 3 umfasst. Weiterhin ist eine der zu der dargestellten Lagerung zugehörigen Steifigkeitsachsen 10 zu erkennen.
Fig. 2 zeigt den Einfluss der Änderung der Lagerpositionen auf die Lage der Steifigkeitsachse für die eine Motor-/Getriebelagerung analog zu Fig. 1. Man erkennt, dass die Lage der Steifigkeitsachse 10 in Abhängigkeit von den Lagerpositionen bzw. Lagersteifigkeiten stark variiert.
In Fig. 3 ist in Fahrersicht eine Motor-/Getriebeeinheit 20 dargestellt, die mittels Lager 1, 2 und einem als Pendelstütze dienenden Lager 3 in einem nicht dargestellten Fahrzeugaufbau gehaltert ist. Motor und Getriebe sind in diesem Ausführungsbeispiel fest miteinander verbunden und quer zur Fahrzeuglängsachse eingebaut. Mit 21 ist in Fig. 3 der Schwerpunkt der Motor- /Getriebeeinheit 20 bezeichnet, mit 22 deren Hauptdrehachse für ein vorgegebenes Frequenzband und mit 10 die Steifigkeitsachse. Die Lager 1, 2 und 3 sind beabstandet zu der Hauptdrehachse 22 angeordnet. Man erkennt weiterhin, dass die Steifigkeitsachse 10 nicht deckungsgleich mit der Hauptdrehachse 22 verläuft. Es handelt sich hierbei um ein nicht optimiertes System, bei dem Kräfte, die sich nicht gegenseitig kompensieren, auf die Lager 1, 2 und/oder 3 wirken.
Fig. 4 zeigt das System aus Fig. 3 nach Durchführung der Kräfteoptimierung. Man erkennt, dass in Folge der Optimierung die Steifigkeitsachse 10 und die Hauptdrehachse 22 weitgehend übereinstimmen. Dies bedeutet, dass sich die von der Motor- und Getriebeeinheit 20 auf die Lager 1, 2 und 3 ausgeübten Kräfte gegenseitig weitgehend kompensieren. Das System ist "gefesselt" und rotationsstabil.
Fig. 5 zeigt die Kennlinie eines schaltbaren Hydrolagers, das in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als Drehschwingungstilger zur zusätzlichen Minimierung der Lagerkräfte eingesetzt wird. Die Kennlinie zeigt, dass das Hydrolager vorteilhafterweise auf die Bereiche statischer und quasistatischer Lastbereich wie auch auf die zweite Ordnung der Leerlauffrequenz eines Vierkolben-/Vierzylinder-Hubkolbenmotors (häufigster Anwendungsfall) optimiert ist. Man erkennt eine relativ hohe Hydrolagersteifigkeit im Bereich niedriger Frequenzen die mit zunehmender Frequenz langsam abfällt und schließlich im Bereich der zweiten Ordnung der Leerlauffrequenz eines Vierkolben-/Vierzylinder-Hubkolbenmotors ein ausgeprägtes Minimum aufweist. Das bedeutet: im Bereich niedriger Frequenzen weist das Hydrolager eine hohe Steifigkeit auf, im Bereich der zweiten Ordnung der Leerlauffrequenz ist das Lager weich.
Fig. 6 zeigt den Einfluss der Verschiebung der Eigenfrequenzen zu tieferen Frequenzen hin sowie der Kopplung der Eigenfrequenzen auf die Schwingungsübertragung auf den Fahrzeugaufbau, hier ohne Beschränkung der Allgemeinheit verdeutlicht am Beispiel der Beschleunigung an der Sitzschiene. Man erkennt, dass sich durch diese Maßnahmen die Schwingungsamplitude im Bereich der zweiten Ordnung der Leerlauffrequenz deutlich minimieren läßt.

Claims

1. Lagerung für eine Motor- und/oder Getriebeeinheit, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, bei welcher mindestens drei Lager vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Lager (1, 2, 3) beabstandet zur Hauptdrehachse (22) der Motor- und/oder Getriebeeinheit (20) angeordnet sind, und dass die Lagerpositionen und die Lagersteifigkeiten so gewählt sind, dass die von der Motor- und/oder Getriebeeinheit (20) in einem vorgegebenen Frequenzbereich auf die Lager (1, 2, 3) ausgeübten Kräfte sich gegenseitig bestmöglich kompensieren.

2. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Minimierung von Rotationsbewegungen der Motor- und/oder Getriebeeinheit (20) Drehschwingungstilger vorgesehen sind, welche der Rotationsbewegung tangential entgegenwirken.

3. Lagerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehschwingungstilger Hydrolager umfassen.

4. Lagerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydrolager schaltbar und auf Fahrbetrieb und Leerlauf optimiert sind.

5. Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerpositionen und Lagersteifigkeiten so gewählt sind, dass die Eigenschwingungen der Motor- und/oder Getriebeeinheit (20) zu möglichst tiefen Frequenzen hin verschoben sind.

6. Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerpositionen und Lagersteifigkeiten so gewählt sind, dass die Eigenschwingungen der Motor- und/oder Getriebeeinheit (20) gekoppelt sind.

7. Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor ein Hubkolbenmotor ist.

8. Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor ein Viertaktmotor ist und der vorgegebene Frequenzbereich im Bereich der 2ten Ordnung der Leerlauffrequenz liegt.

9. Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Motor- und/oder Getriebeeinheit (20) quer zur Fahrzeuglängsachse angeordnet ist.

10. Verfahren zur rechnerischen Ermittlung einer Lagerung für eine Motor- und/oder Getriebeeinheit, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, bei welcher die wenigstens zwei Lager beabstandet zur Hauptdrehachse der Motor- und/oder Getriebeeinheit angeordnet sind, und die Lagerpositionen und die Lagersteifigkeiten so gewählt werden, dass die von der Motor- und/oder Getriebeeinheit in einem vorgegebenen Frequenzbereich auf die Lager ausgeübten Kräfte sich gegenseitig bestmöglich kompensieren, und welches die folgenden Schritte umfasst:

a) Bestimmung der Startgrößen

a) Vorgabe einer Ausgangsanordnung (Lagerpositionen)für einen Satz von n Lagern (die einzelnen Lager werden im folgenden von 1 bis n ganzzahlig durchnumeriert) und eines Ausgangssatzes an translatorische Steifigkeitsvektoren c_n im Lager n im betrachteten Frequenzband;

b) Bestimmung des Hauptdrehvektors HDV der Motor- Getriebeeinheit (durch Simulation oder experimentell) für diese Ausgangslagerung und den Ausgangssatz an translatorischen Steifigkeiten im betrachteten Frequenzband;

c) Bestimmung des Abstandsvektors d_n des Lagers n zu dem Hauptdrehvektor (= räumlich kürzeste Verbindung zwischen dem Lager n und dem HDV; die Abstandsvektoren d_n bilden mit dem Hauptdrehvektor HDV einen rechten Winkel) aus den Lagerpositionen und dem Hauptdrehvektor HDV;

d) Aufstellen der Ausgangsgleichungen:

wobei n die Anzahl der Lager, die von 1 bis n ganzzahlig durchnumeriert werden, beschreibt,
a_n die Auslenkung im Lager n für einen kleinen Drehwinkel α beschreibt, mit a_n = HDV × d_n und der Kraftvektor F_n im Lager n sich aus dem Produkt aus an mit der dazugehörigen Steifigkeit c_n im Lager n ergibt,
x, y, z die kartesischen Koordinaten bezeichnen;

b) Optimierung des Systems unter Änderung der Parameter c_n und/oder d_n, solange, bis Gleichung (1) erfüllt ist, wobei die Optimierung rekursiv erfolgt, d. h. nach jedem Optimierungsschritt wird der sich ggf. mit verändernde Hauptdrehvektor HDV durch Simulation oder experimentell neu bestimmt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerpositionen konstant gehalten und nur die Lagersteifigkeiten im Optimierungsprozess geändert werden.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Optimierung für die Motor- und/oder Getriebeeinheit eines Vierzylinder-/Viertakt-Hubkolbenmotors bei einer Frequenz im Bereich der 2ten Ordnung der Leerlauffrequenz durchgeführt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerpositionen und/oder die Lagersteifigkeiten so gewählt werden, dass sich die Frequenzen der Eigenschwingungen der Motor- und/oder Getriebeeinheit zu tieferen Frequenzen hin verschoben werden.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Minimierung der Rotationsschwingungen der Motor- und/oder Getriebeeinheit Schwingungstilger eingesetzt werden, die der Rotationsbewegung tangential entgegenwirken.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Schwingungstilger schaltbare Hydrolager eingesetzt werden.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerpositionen und Lagersteifigkeiten so gewählt sind, dass eine Kopplung der Eigenschwingungen der Motor- und/oder Getriebeeinheit stattfindet.