DE102013213800A1

DE102013213800A1 - Vorrichtung und Verfahren zur NVH-Reduzierung mittels Schwingungstilger

Info

Publication number: DE102013213800A1
Application number: DE102013213800.8A
Authority: DE
Inventors: Ralf Schmierer
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-07-15
Filing date: 2013-07-15
Publication date: 2015-01-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Reduzierung von NVH bei einer Kraftfahrzeug-Radaufhängung mittels eines Schwingungstilgers (11). Gemäß der Erfindung ist der Schwingungstilger (11) an einer Stabilisator-Koppelstange (10) angebracht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Reduzierung von NVH bei einer Kraftfahrzeug-Radaufhängung mittels eines Schwingungstilgers gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
Ein Schwingungstilger ist eine Art von Schwingungsdämpfer, der anders als gewöhnliche Schwingungsdämpfer nicht zwischen zwei Objekten befestigt ist, sondern nur an einem, und der mittels einer schwingfähigen Masse nur bestimmte Schwingfrequenzen bedämpft, während gewöhnliche Schwingungsdämpfer mehr oder weniger frequenzunabhängig arbeiten.
Es ist übliche Praxis, Schwingungstilger zur Verbesserung der Fahreigenschaften eines Fahrzeugs einzusetzen. Ein Schwingungstilger wird am Fahrzeugrahmen befestigt und so abgestimmt, dass er bei einer vorher festgelegten Frequenz mitschwingt und dadurch resonanten Fahrzeugvibrationen entgegenwirkt.
Insbesondere bei Personenwagen verwendet man Schwingungstilger auch zur Verbesserung des Fahrkomforts, welcher durch störende Geräusche und Vibrationen im Kraftfahrzeug beeinträchtigt werden kann. Diese Einflüsse werden zusammengefasst als NVH (Noise, Vibration, Harshness) bezeichnet.
Zur Verminderung von resonanten Schwingungen, die durch die Fahrbahn und/oder die Rad/Reifen-Baugruppe angeregt werden, kann man einen Schwingungstilger direkt mit einem Achsschenkel koppeln, wie aus der gattungsbildenden DE 102 32 438 B4 bekannt. Die DE 10 2011 018 751 A und die DE 10 2011 112 714 A1 offenbaren ebenfalls gattungsbildende Vorrichtungen, deren Schwingungstilger an einem Federbein angebracht ist, so dass Platz gespart wird und keine Modifizierungen an der übrigen Radaufhängung erforderlich sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine NVH-Reduzierung bei einer Kraftfahrzeug-Radaufhängung mittels eines Schwingungstilgers zu ermöglichen, der besonders leicht hergestellt, angebracht und untergebracht werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung und ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Ein Stabilisator für Kraftfahrzeuge, der auch Querstabilisator oder Wankstabilisator genannt wird, enthält eine meist U-förmige Torsionsstange, deren langgestreckte Basis parallel zu einer Radachse am Fahrzeugrahmen angelenkt ist und deren Schenkel-Enden über Koppelstangen mit einem rechten bzw. einem linken Radführungselement der rechten bzw. linken Radaufhängung verbunden sind. Der Stabilisator verbindet somit gegenüberliegende Räder derart, dass beim Einfedern eines Rades das gegenüberliegende Rad ebenfalls etwas einfedert, um bei Kurvenfahrten einem Wanken der Karosserie entgegenzuwirken.
Gemäß der Erfindung werden Stabilisator-Koppelstangen mit Schwingungstilgern versehen. Hierfür sind überhaupt keine Modifizierungen an der Radaufhängung erforderlich, nicht einmal an der Koppelstange selbst, weil man Schwingungstilger z. B. einfach durch Klemmwirkung oder Schweißen daran befestigen kann. Aber selbst wenn man die Koppelstange speziell für Befestigung des Schwingungstilgers auslegen würde, wäre dies wesentlich einfacher und gewichtssparender zu bewerkstelligen als einen Achsschenkel oder ein Federbein dafür auszulegen.
Weiterhin steht im Bereich einer Stabilisator-Koppelstange normalerweise viel Platz zur Verfügung, wo ein Schwingungstilger in keiner Weise stört, während man bei den bekannten Vorrichtungen Kompromisse eingehen muss, nämlich zwischen den Funktionalitäten des Schwingungstilgers und jenen des Bauteils, das den Schwingungstilger trägt.
Die mit einem Schwingungstilger versehene Stabilisator-Koppelstange bildet eine integrale Baugruppe, welche leicht in vielen verschiedenen Ausführungen hergestellt werden kann, die sich z. B. in ihren Resonanzfrequenzen, Gewichten und/oder Arbeitsprinzipien unterscheiden, und welche auch leicht montiert oder ausgewechselt werden kann, so dass man viele unterschiedliche Kraftfahrzeuge leicht mit einer passenden NVH-Reduzierung ausrüsten kann, ohne irgendwelche komplexen Bauteile dafür modifizieren zu müssen.
Aus der DE 10 2006 057 891 A1 und der DE 10 2009 037 084 A1 sind zwar Stabilisatoren bekannt, in deren Torsionsstange ein oder mehrere Rotationsdämpfer integriert sind, um Wankbewegungen des Fahrzeug-Aufbaus zu bedämpfen, doch sind derartige Dämpfer nicht für NVH-Reduzierung geeignet, weil von den Radführungselementen ausgehende, eher höherfrequente NVH-Schwingungen den Rotationsdämpfer gar nicht erreichen können, sondern sich in der verhältnismäßig langen drehelastischen Torsionsstange verlieren.
Aus der DE 42 93 010 B4 ist zwar ein Stabilisator bekannt, dessen eine Koppelstange als eine Kolben-Zylinder-Anordnung ausgebildet ist, doch dient diese Kolben-Zylinder-Anordnung nicht zur Schwingungsdämpfung, sondern zur Einstellung der Wanksteifigkeit. Und selbst wenn die Kolben-Zylinder-Anordnung auch ein wenig schwingungsdämpfend wirken würde, dann jedenfalls nicht frequenzselektiv, wie es bei einem Schwingungstilger der Fall ist, so dass auch diese Anordnung nicht gut für NVH-Reduzierung geeignet ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Schwingungstilger dafür ausgelegt, Schwingungen der Koppelstange bzw. eines damit verbundenen Radführungselements in einem oder mehreren vorbestimmten Frequenzbereichen, aber nicht bei anderen Frequenzen entgegenzuwirken. Für NVH typische Frequenzen sind z. B. einige zehn oder hundert Hz.
Die Erfindung eignet sich besonders für MacPhearson-Radaufhängungen und insbesondere MacPhearson-Vorderradaufhängungen, wobei für eine rechte und eine linke Radaufhängung je eine Koppelstange mit Schwingungstilger vorgesehen wird.
Der Schwingungstilger kann ein passiver Schwingungstilger sein, vorzugsweise entweder mit einer schwingfähigen Masse in Form einer langgestreckten elastischen Lippe oder Rippe, deren eine Längskante an der Koppelstange befestigt ist, oder in Form von einem oder mehreren länglichen Klötzen, die mittels elastischer Elemente an der Koppelstange befestigt sind.
Alternativ kann der Schwingungstilger ein aktiver, bedarfsweise ein- und ausschaltbarer Schwingungstilger sein, dessen schwingfähige Masse durch einen elektrisch betätigbaren, vorzugsweise elektromagnetischen oder piezoelektrischen Aktuator mit der Koppelstange verbunden ist.
Alternativ können auch irgendwelche anderen Methoden zur Schwingungstilgung verwendet werden.
Die in den abhängigen Vorrichtungsansprüchen angegebenen Weiterbildungen der Erfindung sind auch für das erfindungsgemäße Verfahren von Vorteil.
Es folgt eine Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Darin zeigen:
1 eine Seitenansicht einer Stabilisator-Koppelstange mit einer elastischen Lippe oder Rippe als passiver Schwingungstilger;
2 eine Seitenansicht einer Stabilisator-Koppelstange mit zwei elastisch daran angebrachten Klötzen als passiver Schwingungstilger;
3 eine Seitenansicht einer Stabilisator-Koppelstange mit einer elektromagnetisch bewegbaren Masse, wie schematisch in Schnittansicht dargestellt, als Schwingungstilger; und
4 eine Seitenansicht einer Stabilisator-Koppelstange mit einer piezoelektrisch bewegbaren Masse, wie schematisch in Schnittansicht dargestellt, als Schwingungstilger.
Die 1 bis 4 zeigen jeweils eine von zwei langgestreckten Koppelstangen eines im Kraftfahrzeugbau üblichen Stabilisators für eine rechte und eine linke Radaufhängung, welcher eine U-förmige Torsionsstange enthält, deren langgestreckte Basis parallel zu einer Radachse am Fahrzeugrahmen angelenkt ist und deren Schenkel-Enden über Koppelstangen mit einem rechten bzw. einem linken Radführungselement verbunden sind. Jede Koppelstange ist an ihren Enden jeweils mit einem Gewindebolzen zum Verbinden mit der Radaufhängung bzw. der Torsionsstange versehen und weist an ihrem Schaft jeweils einen Schwingungstilger auf, wie er nachfolgend beschrieben wird.
Die in 1 gezeigte Koppelstange 10 enthält einen der Länge nach verlaufenden Schlitz, in dem eine langgestreckte Lippe oder Rippe 11 aus Gummi befestigt ist, die als ein passiver Schwingungstilger wirkt. Der Schlitz in der Koppelstange 10 kann z. B. dadurch gebildet werden, dass der Schaft der Koppelstange 10 aus einem U-Profil hergestellt wird. Die Lippe oder Rippe 11 könnte auch aus einem steiferen Material als Gummi bestehen, z. B. einem Federblech. Die Lippe oder Rippe 11 könnte auch einstückig mit der Koppelstange 10 ausgebildet sein, indem eine Kante des Schaftes der Koppelstange 10 entsprechend verlängert und gleichzeitig verjüngt ist, um eine mehr oder weniger dünne schwingfähige Fahne auszubilden.
Bei der in 2 gezeigten Koppelstange 20 sind zwei längliche Klötze 21, die Tilgermassen bilden, mittels Gummielementen 22 an der Koppelstange 20 befestigt. In dieser Darstellung liegt die Koppelstange 20 genau zwischen den beiden Klötzen 21, doch müssen die Kötze 21 nicht rotationssymmetrisch um die Koppelstange 20 herum angeordnet sein, sondern können einen kleineren Winkelabstand als 180° in Bezug auf die Längsachse der Koppelstange 20 voneinander haben und/oder in unterschiedlichen Höhen an der Koppelstange 20 angebracht sein, und sie müssen auch nicht identisch sein, sondern können z. B. unterschiedliche Gewichte haben. Auch können nur ein Klotz 21 oder mehr als zwei Klötze 21 vorgesehen sein. Somit hat man viele Möglichkeiten, einen oder mehrere vorbestimmte Frequenzbereiche einzustellen, in denen die durch die Klötze 21 und Gummielemente 22 gebildeten Schwingungstilger wirksam sind.
Die in 3 gezeigten Koppelstange 30 ist partiell von einem Gehäuse 31 umgeben, in dem sich eine Spule 32 befindet. In dem Gehäuse 31 befindet sich ein Ringmagnet 33, der die Koppelstange 30 umgibt und entlang der Koppelstange 30 beweglich gelagert ist, wobei er mittels Federn 34, 35 in eine Mittelstellung vorgespannt ist. Der Ringmagnet 33 bildet eine Tilgermasse und kann sich gegen die Federkraft nach oben oder unten bewegen, wie mit einem doppelendigen Pfeil angezeigt, wenn ein elektrischer Strom durch die Spule 32 fließt. Alternativ könnte ein durch das Gehäuse 31, die Spule 32 und den Magneten 33 gebildeter Schwingungstilger auch seitlich an der Koppelstange 30 befestigt sein.
An der in 4 gezeigten Koppelstange 40 sind mehrere stabförmige oder ein einzelner ringförmiger Piezo-Aktuator 41 befestigt, welche eine die Koppelstange 40 umgebende hohlzylindrische Tilgermasse 42 in Bezug auf die Koppelstange 40 nach oben oder unten bewegen können, wie mit einem doppelendigen Pfeil angezeigt, wenn eine elektrische Spannung daran angelegt wird.
Die elektrischen Ströme bzw. Spannungen zur Ansteuerung der Schwingungstilger von 3 und 4 können z. B. dadurch erzeugt werden, dass Bewegungen der Koppelstange oder des damit verbundenen Radführungselements abgefühlt werden und aus den Messwerten Ströme bzw. Spannungen erzeugt werden, mit denen die Tilgermassen gegenläufig bewegt werden, um die Schwingungen zu dämpfen oder zu kompensieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10232438 B4 [0005]
DE 102011018751 A [0005]
DE 102011112714 A1 [0005]
DE 102006057891 A1 [0012]
DE 102009037084 A1 [0012]
DE 4293010 B4 [0013]

Claims

Vorrichtung zur Reduzierung von NVH bei einer Kraftfahrzeug-Radaufhängung mittels eines Schwingungstilgers (11; 21, 22; 31–35; 41, 42), dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungstilger (11; 21, 22; 31–35; 41, 42) an einer Stabilisator-Koppelstange (10; 20; 30; 40) angebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungstilger (11; 21, 22; 31–35; 41, 42) dafür ausgelegt ist, Schwingungen der Koppelstange (10; 20; 30; 40) bzw. eines damit verbundenen Radführungselements in einem oder mehreren vorbestimmten Frequenzbereichen, aber nicht bei anderen Frequenzen entgegenzuwirken.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Radaufhängung eine MacPhearson-Radaufhängung und insbesondere eine MacPhearson-Vorderradaufhängung ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zwei Schwingungstilger (11; 21, 22; 31–35; 41, 42) aufweist, die jeweils an einer von zwei Koppelstangen (10; 20; 30; 40) von zwei einander gegenüberliegenden Radaufhängungen angebracht sind.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungstilger ein passiver Schwingungstilger (11; 21, 22) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungstilger schwingfähige Masse in Form einer langgestreckten elastischen Lippe oder Rippe (11) aufweist, deren eine Längskante an der Koppelstange (10) befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungstilger schwingfähige Masse in Form von einem oder mehreren länglichen Klötzen (21) aufweist, die mittels elastischer Elemente (22) an der Koppelstange (20) befestigt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungstilger ein aktiver schaltbarer Schwingungstilger (31–35) ist, dessen schwingfähige Masse (33; 42) durch einen elektrisch betätigbaren Aktuator (32; 41) mit der Koppelstange (30; 40) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator ein elektromagnetischer (32) oder piezoelektrischer (41) Aktuator ist.
Verfahren zum Reduzieren von NVH bei einer Kraftfahrzeug-Radaufhängung mittels eines Schwingungstilgers (11; 21, 22; 31–35; 41, 42), dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungstilger (11; 21, 22; 31–35; 41, 42) auf eine Stabilisator-Koppelstange (10; 20; 30; 40) wirken gelassen wird.