DE102008057577A1 - Elastomer engine bearing i.e. mechatronical rigidity adaptive engine bearing, for motor vehicle, has circular bearing inserted between two base plates, and pipe piece supporting circular bearing and adjusting elasticity of circular bearing - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Elastomer-Lager, insbesondere ein Motorlager für ein Kraftfahrzeug, nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs und ein Verfahren zur Variation seiner Federsteifigkeit.The The invention relates to an elastomeric bearing, in particular an engine mount for a motor vehicle, according to the generic term of the first Claim and a method for varying its spring stiffness.
Elastomer-Lager liegen in der Verbindung eines Fahrwerk-, Getriebe- oder Motorteils zum Fahrzeugaufbau. Sie sind in unterschiedlichsten Ausführungsformen bekannt. Sie können Schwingungen bzw. Relativbewegungen zwischen den Anschlussteilen ermöglichen und dämpfen.Elastomeric bearings lie in the connection of a chassis, transmission or engine part to the vehicle body. They are in different embodiments known. You can oscillate or relative movements allow and dampen between the connecting parts.
Motorlager nehmen sowohl die statischen und dynamischen Motorhaltekräfte im Fahrbetrieb auf, als auch dämpfen sie die daraus resultierenden niederfrequenten Schwingungen des Motors. Darüber hinaus sollen sie die Übertragung von akustischen Schwingungen, die sich vom Motor auf die Karosserie und damit den Fahrgastraum ausbreiten, unterbinden. Dafür sollten solche Lager im niederfrequenten und im hochfrequenten Bereich unterschiedliche Eigenschaften hinsichtlich Steifigkeit und Dämpfung aufweisen. Dies bedingt bei der Auslegung solcher Lager erhebliche Kompromisse, die bei ungünstigen Bedingungen weit vom jeweiligen Optimum liegen können. Gute Ergebnisse wurden bisher durch hydraulisch gedämpfte Motorlager erreicht, die eine hohe Dämpfung niederfrequenter Schwingungen bewirken und gleichzeitig eine gezielte Entkopplung hochfrequenter Schwingungen ermöglichen. Aber auch bei solchen Lagern sind die Eigenschaften im niederfrequenten und im hochfrequenten Bereich nicht unabhängig voneinander einstellbar, wodurch die Abstimmung auf die jeweils geforderten Werte sehr aufwändig wird. Darüber hinaus ist bei solchen hydraulisch gedämpften Motorlagern im allgemeinen eine Veränderung der dynamischen Federsteifigkeit nur in axialer, d. h. in vertikaler Richtung möglich, während diese in radialer Richtung weitgehend unverändert bleibt, so dass eine gesteuerte Federsteifigkeitsänderung, die sich den jeweiligen Betriebszuständen anpasst, nicht möglich ist. Bei schaltbaren Hydrolagern erfolgt eine Verstellung bzw. Anpassung für den Leerlaufbetrieb elektrisch oder durch Unterdruck. Diese ist sehr langsam und liegt im Bereich von 2 bis 5 Sekunden. Zudem kann nur eine Dämpfung geändert werden. Normalerweise bewirkt eine Steifigkeitsänderung eines Motorlagers auch immer eine Dämpfungsänderung.motor bearings take both the static and dynamic motor holding forces when driving on, as well as dampen the resulting low-frequency Vibrations of the engine. In addition, they should be the transfer from acoustic vibrations that radiate from the engine to the bodywork and thus spread the passenger compartment, prevent. Therefore Such bearings should be in the low frequency and high frequency range different properties in terms of stiffness and damping exhibit. This requires considerable in the design of such bearings Compromises that in unfavorable conditions far from the respective Optimum can lie. Good results have been achieved so far hydraulically damped engine mounts reached a high Damping low-frequency vibrations cause and at the same time enable a targeted decoupling of high-frequency vibrations. But even in such camps, the properties are in low-frequency and in the high-frequency range are not independent of each other adjustable, whereby the vote on the respectively required Values become very expensive. In addition, it is in such hydraulically damped engine mounts in general a Change in the dynamic spring stiffness only in the axial, d. H. possible in the vertical direction while this remains largely unchanged in the radial direction, so that a controlled spring stiffness change, the does not adapt to the respective operating conditions is. Switchable hydraulic bearings are adjusted or adjusted for the idling operation electrically or by negative pressure. This is very slow and is in the range of 2 to 5 seconds. In addition, can only one attenuation can be changed. Usually causes a change in stiffness of a motor bearing also always a damping change.
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein reines Elastomer-Lager und ein Verfahren zu dessen Betrieb bereit zu stellen, mit dem die Federsteifigkeit eines solchen Lagers, abhängig von vorgegebenen Betriebsparametern, stufenlos variiert werden kann, und zwar in dem Sinne, dass ein solches Lager bei niederen Drehzahlen und damit grossen Schwingungsamplituden, insbesondere im Leerlauf, relativ weich und bei höheren Betriebsdrehzahlen relativ hart ist.task The present invention is a pure elastomeric bearing and to provide a method for its operation, with which the spring stiffness of such a warehouse, depending on given operating parameters, can be varied continuously, in the sense that a such bearings at low speeds and thus large vibration amplitudes, especially at idle, relatively soft and at higher Operating speeds is relatively hard.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ein Verfahren zum Betrieb des Elastomer-Lagers beschreibt Anspruch 9. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den zusätzlichen Unteransprüchen.The Task is according to the invention with the features of claim 1. A method of operating the elastomeric bearing describes claim 9. Further embodiments of the invention result from the additional subclaims.
Nach der Erfindung ist ein Elastomer-Lager, insbesondere ein Motorlager oder ein Fahrwerkslager eines Kraftfahrzeugs, mit mindestens einem zwischen mindestens zwei Stützkörpern eingebrachten Feder-/Dämpferkörper, der über mindestens einen weiteren Stützkörper im Bedarfsfall abstützbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Stützkörper den Feder-/Dämpferkörper so abstützen kann, dass dessen Dehnfähigkeit verstellbar beeinflusst wird.To The invention is an elastomeric bearing, in particular an engine mount or a chassis bearing of a motor vehicle, with at least one between at least two support bodies introduced spring / damper body, the at least one other support body can be supported if necessary, characterized in that that the further support body, the spring / damper body can support so that its elasticity adjustable being affected.
Das hat den Vorteil, dass der Feder-/Dämpferkörper in Abhängigkeit vorgegebener Betriebsparameter, zeitweise, mittels verschieden großer, von außen aufgebrachter Kraft so belastet werden kann, dass sich dessen Elastizitätsmodul entsprechend der gerade erwünschten Feder-/Dämpfungseigenschaften des Elastomer-Lagers einstellen lässt. Damit ist es also möglich, die Federsteifigkeit des Elastomer-Lagers nach vorgegebenen Anforderungen und Betriebsparametern zu variieren. Ein zweckmäßiger Betriebsparameter ist hierbei zum Beispiel die Motordrehzahl, abhängig von deren Höhe dann im Leerlauf eine weiche und bei Volllast eine harte Kennlinie des Elastomer-Lagers eingestellt werden kann. So werden motorerregte Schwingungen über eine best mögliche Schwingungsisolation durch die weiche, ungedämpfte Einstellung des Elastomer-Lagers verhindert und eine Schwingungsanregung des Motors durch Fahrbahnunebenheiten wird andererseits über eine steife Anbindung des Motors an das Fahrwerk unterbunden. Eine individuell an die Betriebsbedingungen des Kraftfahrzeugs anpassbare Motorlagerung durch ein solches erfindungsgemäßes Elastomer-Lager eröffnet auch ein großes Potential zur Verbesserung des Fahrkomforts. Sinnvoll ist hier die Berücksichtigung von Motordrehzahl, Radbeschleunigung und/oder Vorderachsträger-Beschleunigung.This has the advantage that the spring / damper body in response to predetermined operating parameters, temporarily, by means of different sized, externally applied force can be charged so that its modulus of elasticity can be adjusted according to the desired spring / damping properties of the elastomer bearing. Thus, it is possible to vary the spring stiffness of the elastomer bearing according to predetermined requirements and operating parameters. An expedient operating parameter here is, for example, the engine speed, depending on the height then a soft and at full load a hard characteristic of the elastomeric bearing can be set at idle. Thus, motor-excited vibrations are prevented over a best possible vibration isolation by the soft, undamped setting of the elastomer bearing and vibration excitation of the engine by road bumps on the other hand prevented by a rigid connection of the engine to the chassis. An engine mount which can be adapted individually to the operating conditions of the motor vehicle by means of such an elasto according to the invention mer-stock also opens up a great potential for improving ride comfort. Useful here is the consideration of engine speed, wheel acceleration and / or front axle carrier acceleration.
Ein solches mechatronisch adaptives Motorlager ist vorteilhafterweise in der Lage, bei gleichbleibender Dämpfung, seine Steifigkeit signifikant zu verändern, zum Beispiel sehr schnell um den Faktor 5 zu erhöhen. Abhängig von der Aktuatordynamik kann eine Verstellzeit von unter 200 Millisekunden, von Grund- auf Maximalsteifigkeit erreicht werden. Aufgrund einer geringen elastomeren Grunddämpfung, niedrig wählbarer Grundsteifigkeit und einer Eigenfrequenzverschiebung ergibt sich ein gutes akustisches Verhalten und es wird das Auftreten von Resonanzen vermieden.One Such mechatronic adaptive engine mount is advantageous able, with constant damping, its rigidity to change significantly, for example very quickly to increase the factor 5. Depending on the actuator dynamics can have an adjustment time of less than 200 milliseconds, from the ground up Maximum rigidity can be achieved. Due to a low elastomeric Basic damping, low selectable basic stiffness and a natural frequency shift results in a good acoustic Behavior and the occurrence of resonances is avoided.
In weiteren bevorzugten Ausführungen der Erfindung ist der Feder-/Dämpferkörper einstückig ausgebildet, insbesondere bestehend aus einem einzigen Werkstoff, insbesondere aus Gummi. Hier sind auch Einsätze in anderen technischen Gebieten denkbar. Eine solche Weiterbildung der Erfindung besitzt vorteilhafterweise einen einfachen Aufbau, was auch bedingt, dass sich die Grundsteifigkeit des Elastomer-Lagers einfach durch Einbau eines Gummieinsatzes mit anderen Materialeigenschaften an andere Gegebenheiten anpassen lässt. Insbesondere, wenn das Elastomer-Lager dadurch gekennzeichnet ist, dass dessen einer Stützkörper karosserieseitig, dessen anderer Stützkörper motorseitig mit dem Kraftfahrzeug verbunden ist und dass die beiden Stützkörper im wesentlichen jeweils eine Seite, insbesondere sich gegenüberliegende Seiten, des Feder-/Dämpferkörpers in ihrer Dehnfähigkeit beeinflussen, wobei der weitere Stützkörper mindestens eine weitere Seite des Feder-/Dämpferkörpers in ihrer Dehnfähigkeit beeinflusst, ist eine Verwendung von einfach aufgebauten Feder-/Dämpferkörpern bei einfacher Verstellbarkeit der Federsteifigkeit möglich. Dies wird noch zusätzlich dadurch unterstützt, dass der Feder-/Dämpferkörper im wesentlichen die Form eines Zylinders beziehungsweise Quaders oder Vielkants besitzt dessen Grundflächen von dem einen und dem anderen Stützkörper in ihrer Dehnfähigkeit beeinflusst werden, wobei der weitere Stützkörper die Mantelfläche beziehungsweise mindestens eine Seite der Mantelfläche des Feder-/Dämpferkörpers in ihrer Dehnfähigkeit beeinflusst.In Further preferred embodiments of the invention is the Spring / damper body integrally formed, in particular consisting of a single material, in particular made of rubber. Here are also inserts in other technical Areas conceivable. Such a development of the invention has advantageously a simple structure, which also requires that The basic stiffness of the elastomer bearing is easy to install a rubber insert with other material properties to other circumstances can be adjusted. Especially if the elastomeric bearing characterized in that its a supporting body Body side, the other support body motor side is connected to the motor vehicle and that the two support body essentially one side in each case, in particular opposite ones Sides, of the spring / damper body in their extensibility influence, wherein the further support body at least another side of the spring / damper body in their extensibility is a use of simply constructed spring / damper bodies at easy adjustment of the spring stiffness possible. This is additionally supported by that the spring / damper body substantially has the shape of a cylinder or cuboid or polygon its bases of the one and the other support body be influenced in their elasticity, with the other Support body, the lateral surface or at least one side of the lateral surface of the spring / damper body influenced in their elasticity.
Ein einfacher Aufbau der Verstelleinrichtung wird ermöglicht, wenn der weitere Stützkörper aus mindestens zwei, insbesondere gleichmäßig, über die Mantelfläche, beziehungsweise über einzelne Seiten der Mantelfläche, des Feder-/Dämpferkörpers verteilte, im wesentlichen gegen die Dehnungsrichtung des Feder-/Dämpferkörpers, insbesondere gleichmäßig, verstellbaren Stützkörperelementen besteht. Insbesondere, wenn der weitere Stützkörper aus im wesentlichen in radialer Richtung gegen die Mantelfläche des Feder-/Dämpferkörpers verstellbaren Stützkörperelementen besteht, und/oder wenn die Stützkörperelemente als Verstellbacken, insbesondere sechs Stück, an ihrem einen Ende gegen die Mantelfläche des Feder-/Dämpferkörpers klappbar, umlaufend um diesen, in einem den Feder-/Dämpferkörper mindestens teilweise umgebenden Gehäuse gelagert sind und an ihrem anderen Ende durch je einen Kugelkopf in radialer Richtung verschiebbar sind, durch einen von einem Verstellrad um im wesentlichen 20–30 Winkelgrad vor und zurück drehbaren Verstellring, indem jeder Kugelkopf in einer zum Gehäuse im wesentlichen sekantenartig verlaufenden Nut des Verstellrings geführt ist, kann das Verstellrad einfach durch einen Aktuator, insbesondere einen Elektromotor, insbesondere unter Zwischenschaltung eines Übersetzungsgetriebes, angetrieben werden.One simple construction of the adjusting device is made possible if the further support body consists of at least two, especially evenly, over the lateral surface, or over individual sides of the lateral surface, of the spring / damper body distributed, essentially against the expansion direction of the spring / damper body, especially uniform, adjustable support body elements consists. In particular, if the further support body made essentially in the radial direction against the lateral surface the spring / damper body adjustable support body elements exists, and / or if the support body elements as adjusting jaws, in particular six pieces, at her an end against the lateral surface of the spring / damper body hinged around this, in one the spring / damper body at least partially surrounding housing are stored and at its other end by a respective ball head in the radial direction are displaceable, by one of an adjusting to substantially 20-30 angle degree back and forth rotatable adjusting ring, by placing each ball head in a direction to the housing substantially guided secant groove extending the adjusting ring is, the adjusting wheel can easily by an actuator, in particular a Electric motor, in particular with the interposition of a transmission, are driven.
Ein bevorzugtes Verfahren zur Variation der Federsteifigkeit eines Elastomer-Lagers, insbesondere eines Motorlagers für Kraftfahrzeuge ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuergerät, abhängig von fahrtspezifischen Eingangsgrößen, wie insbesondere Motordrehzahl und/oder Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder Fahrbahnbeschaffenheit bzw. Einfeder-/Ausfederdaten des Fahrwerks, zum Beispiel die Radbeschleunigung, einen notwendigen Momentanwert des Formfaktors für die Abstützung des Feder-/Dämpferelements durch die Stützkörperelemente des weiteren Stützkörpers berechnet und diesen Momentanwert des Formfaktors am Feder-/Dämpferelement durch Ansteuerung, insbesondere Bestromung, des Aktuators einstellt, insbesondere mit einer Regelfrequenz bis zu 300 1/min. Diese Frequenz entspricht einer vollen Steifigkeitsverstellung. Kleine Steifigkeitserhöhungen können deutlich schneller hervorgerufen werden. Auch abhängig vom Aktuator, vor allem von dessen Bestromung und Spannung, kann hier eine deutlich höhere Regelfrequenz erreicht werden. 300 1/min entsprechen 200 ms, als Zeit bis zur vollständigen Erhöhung der Steifigkeit, etwa fünffach. Gewöhnlich wird aber nicht die volle Steifigkeitsverstellung abverlangt. Daraus folgt eine deutlich höher mögliche Regelfrequenz als 300 1/min.One preferred method for varying the spring stiffness of an elastomeric bearing, in particular an engine mount for motor vehicles is characterized characterized in that a control unit, depending of route-specific input variables, in particular Engine speed and / or vehicle speed and / or road condition or Bounce / Ausfederdaten the chassis, for example, the wheel acceleration, a necessary instantaneous value of the form factor for the Support of the spring / damper element by the Support body elements of the further support body calculated and this instantaneous value of the form factor on the spring / damper element adjusted by activation, in particular energization, of the actuator, especially with a control frequency up to 300 1 / min. This frequency corresponds to a full stiffness adjustment. Small stiffness increases can be evoked much faster. Also depending on the actuator, especially of its energization and tension, here is a clear higher control frequency can be achieved. 300 1 / min correspond 200 ms, as time to complete increase stiffness, about five times. Usually will but not required the full stiffness adjustment. from that follows a much higher possible control frequency than 300 1 / min.
Im
Folgenden wird die Erfindung anhand einer Prinzipskizze in
Wird
ein Elastomerblock mit einer Kraft beaufschlagt, so kommt es durch
die elastomere Inkompressibilität zu einer lokalen Ausdehnung
der nicht beziehungsweise weniger belasteten Oberflächen. Ursache
dafür ist das konstant bleibende Volumen von Elastomeren
unter Belastung. Der beschriebene Effekt begründet sich
also durch das viskoelastische Verhalten von elastomeren Werkstoffen,
welches prinzipiell mit einer hydraulischen Übersetzung
vergleichbar ist. Besonders gut darstellbar ist dieses Phänomen
mit einem zylindrischen Elastomerelement beziehungsweise mit einem
Rundlager
Aufgrund
der erwähnten Volumenkonstanz des belasteten Elastomerkörpers
(Rundlagers
Um
nun eine Veränderung der Steifigkeit zu realisieren, ist
die entstehende Ausbauchung
Durch
eine vollständige Blockierung der Ausbauchung
- – ein von oben oder unten über das Elastomer verschiebbarer Ring mit konstantem Querschnitt oder
- – ein Ring oder eine Klammer mit veränderlichem Querschnitt oder
- – Flächen, die über eine Aktuatorik
die Ausbauchung
53 einschränken (z. B. auch bei einem quaderförmigen Elastomer) oder - – Verdrehen eines Formelementes mit einem entsprechend geometrisch angepassten Elastomer.
- A ring of constant cross-section or sliding over the elastomer from above or below
- A ring or clip of variable cross section or
- - Surfaces that have an actuator the bulge
53 restrict (eg, even with a cuboid elastomer) or - - Turning a mold element with a corresponding geometrically adapted elastomer.
Auf
diese Weise ist es möglich, ein Elastomer-Lager, insbesondere
ein Motorlager für ein Kraftfahrzeug, mit mindestens einem
zwischen mindestens zwei Stützkörpern (Grundplatten
Bei
dem mechatronisch steifigkeitsadaptiven Motorlager des bevorzugten
Ausführungsbeispiels in den
Die
Grundfunktion des Elastomer-Lagers besteht darin, durch eine geeignete
Mechanik und Aktuatorik eine Gummifeder
Der
Aktuator
Im
nicht gezeichneten Fahrzeug ist das linke und rechte Motorlager,
analog der konventionellen Motorlagerung, mit dem Vorderachsträger
und den Motortragböcken verbunden. Die Anbindung an den Vorderachsträger
erfolgt über einen geeigneten Adapter nach dem Stand der
Technik an der Lagergrundplatte
Abhängig
von der Aktuatordynamik können für die Gummifeder
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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