-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reduktion, insbesondere zur Tilgung, von mindestens einer unerwünschten Schwingung eines Lenkrades in einem Kraftfahrzeug.
-
Vibrationen oder Schwingungen in Lenksystemen von Kraftfahrzeugen können z.B. durch Fahrbahnunebenheiten oder unausgewuchtete Reifen oder durch das Lenksystem selber bedingt sein. Auch können Schwingungen im Lenksystem von einer Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeuges erzeugt werden. Hierbei kann es vorkommen, dass diese Schwingungen über zumindest Teile des Lenksystems bis hin zu einem Lenkrad oder zu einer Lenkhandhabe übertragen werden und dort von einem Kraftfahrzeugführer als störend und irritierend wahrgenommen werden.
-
Aus diesem Grund wurden Systeme entwickelt, die zum Ziel haben, diese störenden Schwingungen zu reduzieren.
-
Die
DE 10 2010 006 069 A1 beschreibt ein Schwingungsdämpfungssystem einer Lenkanordnung, welches eine Sensoreinheit zur Erfassung einer Schwingung der Lenkanordnung und eine Aktuatoreinheit zur Erzeugung einer Kompensationsschwingung umfasst. Die Sensoreinheit und die Aktuatoreinheit sind an der Lenkanordnung angeordnet und umfassen zumindest ein piezoelektrisches Element. Hierbei wirkt das piezoelektrische Element direkt auf die Lenkanordnung.
-
Die
DE 10 2007 052 848 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen in einem Lenkrad oder Gassackmodul, mit einer Tilgermasse, einer Dämpfungseinrichtung, die mit der Tilgermasse verbunden ist und ein Dämpfungselement aufweist, sowie eine mit der Dämpfungseinrichtung gekoppelten Steuereinrichtung zur Veränderung der mechanischen Schwingungseigenschaften der Vorrichtung. Hierbei weist die Steuereinrichtung ein verstellbares mechanisches Steuerelement auf, das mit dem Dämpfungselement zusammenwirkt und durch dessen Verstellung die Eigenfrequenz der Vorrichtung einstellbar ist.
-
Hierbei werden also mechanische Eigenschaften der Vorrichtung eingestellt, um eine Veränderung der Schwingungsfrequenz des Schwingungstilgers zu erreichen.
-
Aus der
US 2002 / 0 092 699 A1 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Reduzierung von unerwünschten Schwingungen bekannt.
-
Aus der
DE 10 2008 030 757 A1 ist eine Anordnung zur Verwendung in einem Lenkrad eines Kraftfahrzeugs bekannt, umfassend einen Gasgenerator für einen Airbag und eine Feder zur Anbindung des Gasgenerators an einen Lenkradkörper, wobei mit dem Gasgenerator ein Aktor verbunden ist, der Schwingungen oder Vibrationen erzeugt. Vorzugsweise weist der Aktor mindestens zwei Spulen und mindestens eine Schwungmasse auf, wobei die Spulen die Schwungmasse elektromagnetisch bewegen, um die Schwingungen oder Vibrationen zur haptischen Warnung eines Kraftfahrzeugführers zu erzeugen.
-
Es stellt sich das technische Problem, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Reduktion, insbesondere zur Tilgung, von mindestens einer Schwingung eines Lenkrades zu erreichen, welche eine möglichst vollständige Reduktion, insbesondere eine Tilgung, von Schwingungen über ein breites Frequenzspektrum ermöglichen.
-
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 4. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
-
Vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zur Reduktion, insbesondere zur Tilgung, von mindestens einer Schwingung eines Lenkrades. Das Lenkrad bezeichnet hierbei eine Lenkhandhabe, mittels derer ein Kraftfahrzeugführer ein Lenkmoment z.B. auf eine Lenksäule oder ein Lenksystem eines Kraftfahrzeuges aufbringen kann. Hierbei kann die Lenksäule mechanisch mit einer Zahnstange des Lenksystems verbunden sein, wobei eine Bewegung der Lenksäule mittels eines Getriebes auf die Zahnstange übertragbar ist, wobei eine Bewegung der Zahnstange zu einer Auslenkung von lenkbaren Rädern führt. Allerdings kann eine mechanische Verbindung zwischen Lenkhandhabe und lenkbaren Rädern auch aufgetrennt sein, wie es z.B. bei so genannten Steer-by-wire-Systemen der Fall ist. In diesem Fall bezeichnet das Lenkrad eine Lenkhandhabe mittels derer der Kraftfahrzeugführer ein Lenkmoment aufbringen kann, welches von einem Sensor erfasst und als Grundlage für eine Erzeugung einer Lenkkraft, beispielsweise mittels eines Servomotors, dient. Die Vorrichtung umfasst mindestens einen Aktor, mindestens eine Tilgermasse, mindestens einen Sensor zur Erfassung der mindestens einen Schwingung des Lenkrades und mindestens eine Steuereinrichtung.
-
Erfindungsgemäß ist mittels des Aktors die mindestens eine Tilgermasse mit mindestens einem Bewegungsfreiheitsgrad bewegbar. Der mindestens eine Bewegungsfreiheitsgrad kann hierbei ein rotatorischer oder ein translatorischer Bewegungsfreiheitsgrad sein.
-
Die mindestens eine Schwingung des Lenkrades kann hierbei eine Drehschwingung oder eine translatorische Schwingung sein. Wird eine Bezugsebene z.B. als zentrale Schnittebene definiert, die das Lenkrad senkrecht zu einer zentralen Rotationsachse des Lenkrades mittig schneidet, so kann die mindestens eine Schwingung eine Rotationsschwingung um diese zentrale Rotationsachse oder eine translatorische Schwingung in der Bezugsebene oder senkrecht zu dieser Bezugsebene sein. Auch eine Kombination der vorhergehend genannten Schwingungen oder eine Schwingung, die Anteile von mehreren der vorhergehend genannten Schwingungen enthält, ist als unerwünschte Schwingung denkbar.
-
Der Bewegungsfreiheitsgrad, mit welchem die mindestens eine Tilgermasse durch den Aktor bewegbar ist, kann hierbei parallel zu den vorhergehend erläuterten Schwingungsfreiheitsgraden der mindestens einen Schwingung des Lenkrades oder gleich einer dieser Schwingungsfreiheitsgrade sein.
-
Mittels der Steuereinrichtung ist mindestens eine Kenngröße der mindestens einen unerwünschten Schwingung bestimmbar und in deren Abhängigkeit die Bewegung der mindestens einen Tilgermasse derart aktiv steuerbar, dass die mindestens eine Schwingung reduziert, vorzugsweise getilgt, wird.
-
Dabei ist der Aktor ein elektromechanischer Aktor, wobei der elektromechanische Aktor ein oder mehrere Elektromagnete aufweist, um die Antriebsenergie für die Tilgermasse berührungslos zu übertragen.
-
Hierbei ist die Tilgermasse selbst magnetisch oder umfasst Mittel zur Erzeugung eines Magnetfeldes, z.B. Permanentmagnete oder ebenfalls Elektromagnete.
-
Mittels einer geeigneten Bestromung der Elektromagnete kann hierbei ein Magnetfeld erzeugt werden, welches in Zusammenhang mit dem tilgerseitigen Magnetfeld eine gewünschte Bewegung der Tilgermasse erzeugt.
-
Weiter ist die mindestens eine Tilgermasse an dem Lenkrad und/oder an der Lenksäule angeordnet.
-
Dabei ist die mindestens eine Tilgermasse über ein Federelement mit dem Lenkrad und/oder der Lenksäule mechanisch gekoppelt. Alternativ ist die mindestens eine Tilgermasse über ein Federelement sowie ein Dämpferelement mit dem Lenkrad und/oder der Lenksäule mechanisch gekoppelt.
-
Hierdurch lassen sich in vorteilhafter Weise Frequenzeigenschaften des Tilgersystems, welches aus Tilgermasse, Federelement und gegebenenfalls Dämpferelement besteht, festlegen. So können dynamische Eigenschaften des Tilgersystems, z.B. eine Eigenfrequenz, derart festgelegt werden, dass das Tilgersystem für einige vorbestimmte unerwünschte Schwingungen als passives Tilgersystem fungiert. Schwingt das Lenkrad also mit der vorbestimmten unerwünschten Schwingung, so kann diese ohne aktive Ansteuerung der Tilgermasse durch den Aktor rein durch eine passive Schwingungstilgung reduziert oder getilgt werden. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise ein energiesparender Betrieb, da der Aktor nicht für jede unerwünschte Schwingung die Tilgermasse aktiv bewegen muss. Hierbei ist anzumerken, dass dynamische Eigenschaften des Tilgersystems über eine Masse der Tilgermasse, eine Federsteifigkeit des Federelements sowie eine Dämpfungskonstante des Dämpfungselements eingestellt werden können.
-
Weiter ist die mindestens eine Tilgermasse zumindest teilweise als Einrichtung zur Gaserzeugung ausgebildet. Hierbei kann die mindestens eine Tilgermasse ein Gaserzeugungsmodul eines Airbags sein. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass keine zusätzlichen Bauteile zur Reduktion von unerwünschten Schwingungen am Lenkrad angeordnet werden müssen, wodurch sich eine platzsparende Integration der Vorrichtung im Kraftfahrzeug ergibt.
-
Die Steuereinrichtung erzeugt hierbei in Abhängigkeit der mindestens einen Kenngröße ein Eingangssignal für den Aktor. Hierzu ist die Steuereinrichtung daten- oder signaltechnisch mit dem mindestens einen Sensor sowie daten- oder signaltechnisch mit dem mindestens einen Aktor verbunden. Hierbei kann die Steuereinrichtung zumindest eine Frequenz der Bewegung der mindestens einen Tilgermasse steuern. Zusätzlich kann die mindestens eine Steuereinrichtung eine Amplitude und/oder eine Phasenlage der Bewegung der mindestens einen Tilgermasse steuern, wobei die Phasenlage der Bewegung bezogen auf eine Phase der mindestens einen Schwingung des Lenkrades ist.
-
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass eine aktive Schwingungsreduzierung, insbesondere eine aktive Schwingungstilgung, einer unerwünschten Schwingung des Lenkrades über ein breites Spektrum von Frequenzen von unerwünschten Schwingungen möglich ist, da mittels des Aktors eine Frequenz und gegebenenfalls eine Amplitude sowie eine Phasenlage einer Bewegung der Tilgermasse einstellbar ist. Hierdurch lässt sich in vorteilhafter Weise eine insgesamt vollständigere Reduktion, insbesondere Tilgung, von unerwünschten Schwingungen eines Lenkrades erreichen.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die mindestens eine Tilgermasse mittels des Aktors mit mehreren Bewegungsfreiheitsgraden bewegbar. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass auch unerwünschte Schwingungen mit mehreren Schwingungsfreiheitsgraden reduziert oder getilgt werden können.
-
In einer weiteren Ausführungsform ist mittels des Sensors ein zeitlicher Verlauf mindestens einer Beschleunigung des Lenkrades erfassbar. Die Beschleunigung kann hierbei eine Translationsbeschleunigung und/oder eine Drehbeschleunigung (Rotationsbeschleunigung) sein, wobei sich Translation und/oder Rotation auf die vorhergehenden Schwingungsfreiheitsgrade des Lenkrades beziehen. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine möglichst einfache Bestimmung des Eingangssignals des Aktors, da aus dem zeitlichen Verlauf der Beschleunigung in einfacher Weise Kenngrößen (Amplitude, Frequenz, Phase) einer unerwünschten Schwingung bestimmbar sind. Alternativ oder kumulativ kann auch eine Geschwindigkeit und/oder Winkelgeschwindigkeit des Lenkrades mittels eines Sensors erfasst werden, wobei die Steuereinrichtung die mindestens eine Kenngröße in Abhängigkeit der Geschwindigkeit und/oder Winkelgeschwindigkeit des Lenkrades bestimmt. Weiter alternativ oder kumulativ kann eine Position und/oder ein Winkel des Lenkrades mittels eines Sensors erfasst werden, wobei die Steuereinrichtung in Abhängigkeit der Position und/oder des Winkels die mindestens eine Kenngröße der unerwünschten Schwingung bestimmt.
-
Der Sensor kann hierbei an dem Lenkrad und/oder an der Lenksäule angeordnet sein. Vorzugsweise ist der Sensor hierbei starr mit der Lenksäule und/oder dem Lenkrad verbunden.
-
Weiter vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Reduktion, insbesondere zur Tilgung, von mindestens einer unerwünschten Schwingung eines Lenkrades, wobei mindestens eine Schwingung des Lenkrads erfasst wird.
-
Erfindungsgemäß wird mindestens eine Kenngröße der Schwingung bestimmt und eine Bewegung mindestens einer Tilgermasse aktiv gesteuert, wobei in Abhängigkeit der mindestens einen Kenngröße die Bewegung der mindestens einen Tilgermasse derart gesteuert wird, dass die mindestens eine Schwingung reduziert, vorzugsweise getilgt, wird. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine möglichst vollständige Reduktion einer unerwünschten Schwingung über ein breites Frequenzspektrum von erwünschten Schwingungen.
-
Weiter ist die mindestens eine Tilgermasse zumindest teilweise als Einrichtung zur Gaserzeugung ausgebildet. Hierbei kann die mindestens eine Tilgermasse ein Gaserzeugungsmodul eines Airbags sein. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass keine zusätzlichen Bauteile zur Reduktion von unerwünschten Schwingungen am Lenkrad angeordnet werden müssen, wodurch sich eine platzsparende Integration der Vorrichtung im Kraftfahrzeug ergibt.
-
In einer weiteren Ausführungsform wird eine Frequenz der Bewegung der Tilgermasse in Abhängigkeit der mindestens einen Kenngröße der mindestens einen Schwingung des Lenkrades eingestellt. Vorzugsweise wird die Frequenz der Bewegung der Tilgermasse gleich der Frequenz der mindestens einen Schwingung des Lenkrades eingestellt.
-
Der Begriff Kenngröße umfasst hierbei zumindest eine Frequenz der unerwünschten Schwingung. Weiter umfasst der Begriff Kenngröße eine Amplitude als auch eine Phase der unerwünschten Schwingung.
-
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine besonders effektive Schwingungsreduktion.
-
In einer weiteren Ausführungsform wird zusätzlich eine Amplitude und/oder Phasenlage der Bewegung der Tilgermasse in Abhängigkeit der mindestens einen Kenngröße der mindestens einen Schwingung des Lenkrades eingestellt. Vorzugsweise ist die Bewegung der Tilgermasse gegenphasig zur unerwünschten Schwingung. Hierbei beträgt ein Phasenversatz der Bewegung der Tilgermasse zur Phase der unerwünschten Schwingung 180°. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine möglichst vollständige Reduktion (Tilgung) der unerwünschten Schwingung.
-
In einer weiteren Ausführungsform wird eine Frequenz und/oder Amplitude und/oder Phasenlage der Bewegung der Tilgermasse derart gesteuert, dass ein Warnsignal für einen Kraftfahrzeugführer haptisch wahrnehmbar ist. Hierbei ist denkbar, dass eine Amplitude und/oder eine Frequenz und/oder eine Phasenlage der Bewegung der Tilgermasse für eine vorbestimmte Zeitdauer derart eingestellt werden, dass ein Kraftfahrzeugführer während dieser vorbestimmten Zeitdauer ein haptisches Signal bei Berührung des Lenkrades wahrnimmt. Das haptische Signal kann hierbei ausschließlich durch eine durch den Aktor induzierte Bewegung der Tilgermasse verursacht sein. Auch ist vorstellbar, dass das haptische Signal eine Kombination aus der durch den Aktor induzierten Bewegung der Tilgermasse sowie einer unerwünschten, aber nicht vollständig reduzierten, Schwingung besteht. Auch ist vorstellbar, dass das Verfahren zur Reduktion der unerwünschten Schwingung für eine vorbestimmten Zeitdauer unterbrochen wird, so dass der Fahrer ausschließlich die unerwünschte Schwingung wahrnimmt, die als haptisches Signal erfassbar ist. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine energiesparende Erzeugung eines haptisch wahrnehmbaren Warnsignals, da das Warnsignal nicht ausschließlich oder gar nicht vom Aktor erzeugt werden muss.
-
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Fig. zeigen:
- 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Reduktion einer unerwünschten Schwingung und
- 2 einen Querschnitt durch ein Lenkrad.
-
Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Merkmalen.
-
In 1 ist ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung 1 zur Reduktion, insbesondere Tilgung, von mindestens einer unerwünschten Schwingung eines Lenkrades 2 dargestellt. Die Vorrichtung 1 umfasst hierbei einen elektromechanischen Aktor 3, eine Tilgermasse 4, einen Beschleunigungssensor 5 sowie eine Steuereinrichtung 6. Die Steuereinrichtung 6 ist hierbei datentechnisch mit dem Beschleunigungssensor 5 und dem Aktor 3 verbunden. Die datentechnischen Verbindungen sind hierbei als einfache Pfeile dargestellt. Mittels des elektromechanischen Aktors 3 ist die Tilgermasse 4 bewegbar. Eine Kraftübertragung auf die Tilgermasse 4 erfolgt hierbei berührungslos über z.B. durch Elektromagnete erzeugte magnetische Felder, was durch einen gestrichelten Doppelpfeil angedeutet ist. Hierzu können auch an der Tilgermasse 4 magnetische Elemente, z.B. Permanentmagnete oder Elektromagnete, angeordnet sein. Die Tilgermasse 4 ist mechanisch mit dem Lenkrad 2 verbunden, welches durch eine durchgezogene Doppellinie verdeutlicht ist. Auch der Beschleunigungssensor 5 ist mechanisch mit dem Lenkrad 2 verbunden.
-
Mittels des Beschleunigungssensors 5 wird ein zeitlicher Verlauf einer Beschleunigung des Lenkrades 2 erfasst und an die Steuereinrichtung 6 übertragen. Diese ermittelt eine Frequenz, eine Amplitude sowie eine Phase des übermittelten Beschleunigungssignals und bestimmt hieraus ein Eingangssignal des Aktors 3, wobei das Eingangssignal derart bestimmt wird, dass der Aktor 3 die Tilgermasse 4 derart bewegt, dass die erfasste unerwünschte Schwingung des Lenkrades 2 reduziert oder getilgt wird. Hierzu kann der Aktor 3 die Frequenz, Amplitude sowie Phasenlage der Bewegung der Tilgermasse 4 einstellen.
-
In 2 ist ein Querschnitt durch ein Lenkrad 2 dargestellt. Hierbei ist eine zentrale Rotationsachse 7 des Lenkrades 2 sowie eine Bezugsebene 8, die senkrecht zur zentralen Rotationsachse 7 und mittig durch das Lenkrad 2 verläuft, dargestellt. Das Lenkrad 2 umfasst einen Lenkradkranz 9, der z.B. mittels Speichen mit einem so genannten Lenkradtopf 10 verbunden ist. Innerhalb des Lenkradtopfes 10 ist eine Einrichtung 11 zur Gaserzeugung eines Airbags angeordnet. Diese dient als erfindungsgemäße Tilgermasse 4 (siehe 1). Weiter ist im Lenkradtopf 10 ein elektromagnetischer Aktor 3 angeordnet, der nicht mechanisch mit der Einrichtung 11 zur Gaserzeugung verbunden ist. Die Einrichtung 11 zur Gaserzeugung ist hierbei über einen Diffusor 12 oder ein Halteblech mit dem Lenkradtopf 10 verbunden. Über den Diffusor 12 kann eine Bewegung der Einrichtung 11 zur Gaserzeugung auf den Lenkradtopf 10 und somit auch auf den Lenkradkranz 9 übertragen werden.
-
Unerwünschte Schwingungen des Lenkrades 2 umfassen Drehschwingungen um die zentrale Rotationsachse 7 sowie Translationsschwingungen in der Bezugsebene 8 sowie senkrecht zu der Bezugsebene 8. Hierbei ist die Einrichtung 11 zur Gaserzeugung bzw. deren Bewegung mittels des Aktors 3 derart steuerbar, dass unerwünschte Schwingungen mit den genannten Schwingungsfreiheitsgraden durch eine entsprechende Bewegung der Einrichtung 11 zur Gaserzeugung getilgt werden können.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Vorrichtung zur Reduktion von mindestens einer Schwingung
- 2
- Lenkrad
- 3
- elektromagnetischer Aktor
- 4
- Tilgermasse
- 5
- Beschleunigungssensor
- 6
- Steuereinrichtung
- 7
- zentrale Rotationsachse
- 8
- Bezugsebene
- 9
- Lenkradkranz
- 10
- Lenkradtopf
- 11
- Einrichtung zur Gaserzeugung
- 12
- Diffusor
