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Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einer aktiven Aggregatelagerung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren zur aktiven Aggregatelagerung.
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Bei einer solchen aktiven Aggregatelagerung kann ein zum Beispiel hydraulisch gedämpftes Aggregatelager eine elektronisch ansteuerbare Schwingungs-Aktorik aufweisen. Bei entsprechender Ansteuerung der Schwingungs-Aktorik kann eine weitgehende Schwingungskompensation der Aggregateschwingung im Fahrbetrieb erreicht werden.
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Die Ansteuerung der aktiven Aggregatelagerung erfolgt mittels eines Aggregatelager-Steuergerätes zum Beispiel in adaptiver Steuerung oder in kennfeldbasierter Steuerung. Eine adaptive Steuerung benötigt einen oder mehrere Sensoren, die die zu kompensierenden Schwingungen erfassen. In einer adaptiven Regeleinheit des Aggregatelager-Steuergerätes wird auf der Grundlage des aktuellen Sensorsignals mittels eines Algorithmus ein Stellsignal generiert, wobei in einem Adaptionsvorgang die Adaptions-Parameter in der Regeleinheit so lange anpassbar sind, bis ein von einem Fehlersensor erfasstes Fehlersignal ausreichend minimiert ist oder bei Null liegt. Die Vorteile einer solchen adaptiven Steuerung sind eine gute Schwingungskompensation sowie der Ausgleich von Veränderungen im Schwingungssystem. Nachteilig sind jedoch der relativ hohe Entwicklungsaufwand, hohe Kosten, sensible Sensorik sowie eine hohe Prozessorleistung für die Datenverarbeitung und ein entsprechend langsames Ansprechverhalten.
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Alternativ zur obigen adaptiven Steuerung kann eine kennfeldbasierte Steuerung erfolgen, bei der im Aggregatelager-Steuergerät Stellgrößen tabellarisch hinterlegt sind, die jeweils zum Beispiel Motordrehzahlen und -lasten zugeordnet sind. Die hinterlegten Stellgrößen werden in Abhängigkeit vom aktuellen Betriebszustand ausgelesen und zur Aggregatelager-Aktorik geleitet, Eine solche kennfeldbasierte Steuerung kommt ohne einen Fehlersensor sowie ohne eine Signalrückführung aus. Diese Variante ist wesentlich kostengünstiger als eine adaptive Steuerung und hat ein vergleichsweise schnelleres Ansprechverhalten. Aufgrund der einfacheren Funktionsweise kommt diese Variante mit einer reduzierten Prozessorleistung aus. Nachteilig sind jedoch eine eingeschränkte Schwingungskompensation und die fehlende Möglichkeit, Veränderungen (zum Beispiel durch Verschleiß oder Alterung) im Schwingungssystem auszugleichen.
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Ein gattungsgemäßes Fahrzeug weist eine aktive Aggregatelagerung auf, und zwar mit einer Signalverarbeitungseinheit, in der in Abhängigkeit von zumindest einem Fahrbetriebsparameter-Istwert (zum Beispiel die aktuelle Motordrehzahl und/oder -last) ein noch unverstärktes Stellsignal ermittelt wird, und mit einer Verstärkereinheit, die aus dem noch unverstärkten Stellsignal ein zur Ansteuerung eines Aggregatelager-Aktor geeignetes leistungsverstärktes Stellsignal generiert. Zudem kann das Fahrzeug ein Motor-, Getriebe-, Fahrwerkplattform- und/oder Mediasteuergerät (nachfolgend allgemein als Fahrzeugsteuergerät bezeichnet) aufweisen. In einem solchen Steuergerät ist eine Auswerteeinheit integriert, die ein Ist-Rohsignal des Fahrbetriebsparameters (das heißt Ist-Motordrehzahl und/oder -last) in einen verarbeitungsfähigen Fahrbetriebsparameter-Istwert verwandelt. Zudem weist das Steuergerät eine Signalverarbeitungseinheit auf, in der in Abhängigkeit von dem Fahrbetriebsparameter-Istwert ein noch unverstärktes Stellsignal ermittelt wird. Das noch unverstärkte Stellsignal wird in einer nachgeschalteten Verstärkereinheit leistungsverstärkt. Das somit leistungsverstärkte Stellsignal wird zur anzusteuernden Fahrzeugkomponente, etwa einem Motor, einem Getriebe oder dergleichen weitergeleitet.
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Bei einem solchen Fahrzeug können in einer Mehrfachauswertung identische Fahrbetriebsparameter (das heißt aktuelle Motordrehzahl und/oder -last) in voneinander unabhängigen Bearbeitungssträngen, das heißt in separaten Steuergeräten, signaltechnisch aufwendig für eine jeweilige Ansteuerung einer Fahrzeugkomponente aufbereitet werden. Dies resultiert in einer insgesamt signaltechnisch aufwendigen Systemarchitektur.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Fahrzeug bereitzustellen, bei dem die Steuerung und der Systemaufbau einer aktiven Aggregatelagerung vereinfacht sind.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Die Erfindung beruht auf dem Sachverhalt, dass im Fahrzeug häufig mehrere Steuergeräte zur Ansteuerung unterschiedlicher Fahrzeugkomponenten vorhanden sind, die unabhängig voneinander in einer Mehrfachauswertung jeweils identische Ist-Fahrbetriebsparameter signaltechnisch zur Weiterverarbeitung aufbereiten. Vor diesem Hintergrund weist die Signalverarbeitungseinheit der aktiven Aggregatelagerung eingangsseitig eine Signalleitung auf, die mit dem Signalausgang der Auswerteeinheit des Fahrzeugsteuergerätes in Verbindung ist. Die Signalverarbeitungseinheit der Aggregatelagerung kann somit auf die bereits im Fahrzeugsteuergerät vorgenommene Signalaufbereitung zurückgreifen, das heißt den, in der Auswerteeinheit des Fahrzeugsteuergerätes erzeugten Fahrbetriebsparameter-Istwert für eine Signalweiterverarbeitung nutzen, wodurch Programmbausteine in der Systemarchitektur des Fahrzeuges weggelassen werden können.
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Zur weiteren Vereinfachung der Systemarchitektur kann die Ansteuerung der aktiven Aggregatelagerung als eine kennfeldbasierte Steuerung realisiert sein. Bei der kennfeldbasierten Steuerung ist in der Signalverarbeitungseinheit der Aggregatelagerung zumindest ein Kennfeld hinterlegt, mittels signaltechnisch einfach dem Fahrbetriebsparameter-Istwert ein noch unverstärktes Stellsignal zugeordnet wird. Das noch unverstärkte Stellsignal wird zur Eingangsseite einer Verstärkereinheit geführt und leistungsverstärkt, wodurch es zur Ansteuerung des Aggregatelager-Aktors geeignet ist.
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In einer technischen Umsetzung kann bevorzugt auf ein separates Aggregatelager-Steuergerät gänzlich verzichtet sein. Anstelle dessen kann die Signalverarbeitungseinheit der aktiven Aggregatelagerung als ein Programmbaustein unmittelbar im zusätzlich bereitgestellten Fahrzeugsteuergerät, das heißt im Motor-, Getriebe-, Fahrwerkplattform-, und/oder Media-Steuergerät integriert sein.
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In einer besonders bevorzugten Weiterentwicklung kann zudem die Verstärkereinheit der aktiven Aggregatelagerung ebenfalls nicht mehr in einem eigenständigen Aggregatelager-Steuergerät integriert sein, sondern vielmehr ein unmittelbar im Aggregatelager integrierter Bestandteil sein.
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Das Aggregatelager kann als Schwingungsaktor einen Schwingspulenaktor aufweisen, an dem eingangsseitig das Stellsignal anliegt. Das Aggregatelager ist in einer technischen Umsetzung ein Hydrauliklager, das einen, an einem Lagergehäuse angeordneten, gummielastischen Tragkörper aufweist. Dieser schließt eine Arbeitskammer ein, die wiederum über einen Hydraulikkanal mit einer Ausgleichskammer verbunden ist. Der Schwingungsaktor kann über eine, an die Arbeitskammer grenzende Membran Schwingungen erzeugen, mittels der die oben erwähnte Schwingungskompensation durchführbar ist.
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In einem gängigen Hydrauliklager kann die Ausgleichskammer an ihrer, der Arbeitskammer abgewandten Seite mit einer gehäusefest eingespannten Trennmembran begrenzt sein. Diese kann wiederum von einem Lagergehäusedeckel nach außen überdeckt sein.
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In einer ersten Ausführungsvariante kann zwischen dem Lagergehäusedeckel des Aggregatelagers und der Trennmembran ein Bauraum bereitgestellt sein, in dem die Verstärkereinheit angeordnet ist. Alternativ dazu kann die Verstärkereinheit auch außenseitig am Lagergehäuse des Aggregatelagers angebaut sein, etwa am Lagergehäusedeckel oder an einer umlaufenden Gehäusewandung.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante kann der Schwingungsaktor in Kombination mit der Verstärkereinheit außenseitig am Lagergehäuse angebaut sein. Der Schwingungsaktor kann dabei zusammen mit der Verstärkereinheit in einer einteiligen Vormontage-Baueinheit zusammengefasst sein, wobei der Schwingungsaktor über einen Stößel durch Durchführungsöffnungen in Lager bis in Wirkverbindung mit der, an die Arbeitskammer grenzende Membran bringbar ist.
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Die Positionierung der Verstärkereinheit im Lagergehäusedeckel ist insofern vorteilhaft, als dort im Gegensatz zu anderen Positionen im Aggregatelager die Verstärkereinheit nicht gegenüber einem Fluid abzudichten ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Position im unteren Lagergehäusedeckel die größtmögliche Entfernung zum Aggregat aufweist und somit am wenigstens der Wärmeentwicklung zum Beispiel einer Brennkraftmaschine ausgesetzt ist. Zusätzlich sind passive Kühlelemente am Deckelelement angebracht, um gegebenenfalls entstehende Hitze möglichst gut abführen zu können.
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In den obigen Ausführungsbeispielen kann die Befestigung der Verstärkungseinheit über Kraft-, Form- oder Stoffschluss erfolgen.
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Die Erfindung hat den Vorteil, dass die Stromversorgungsleitung für den Aktor-Antrieb vergleichsweise kurz ausfallen kann und nicht durch andere Motorlagerbauteile geführt werden muss. Darüberhinaus eignet sich diese Ausführungsform insbesondere für den Einsatz in einem Aggregatelager-Baukasten mit unterschiedlichen Ausführungsvarianten (das heißt passiv, aktiv kennfeldgesteuert oder aktiv adaptiv gesteuert).
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Zusammenfassend liegen die Vorteile der Erfindung in der Einsparung eines separaten Aggregatelager-Steuergerätes, in der modularen Bauweise (Verstärker kann als Anbauteil am Aggregatelager vorhanden sein oder nicht). Zudem können die Vorteile einer kennfeldbasierten Steuerung genutzt werden. Zudem ist die Zuleitung von der Signalverarbeitungseinheit zur Verstärkereinheit mit einem kleineren Querschnitt ermöglicht, wodurch auch die EMV verbessert wird.
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Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können – außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
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Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine erfindungsgemäße Systemarchitektur in einem Fahrzeug in einem stark vereinfachten Blockschaltdiagramm; sowie
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2 bis 5 jeweils Ausführungsvarianten des Aggregatelagers mit integrierter Verstärkereinheit.
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In der 1 ist die Systemarchitektur des Fahrzeugs grob vereinfacht sowie nur insoweit dargestellt, als es für das Verständnis der Erfindung erforderlich ist. Demzufolge weist das Fahrzeug ein Motorsteuergerät 1 auf, mit dem in der 1 beispielhaft eine Brennkraftmaschine 3 ansteuerbar ist. In dem Motorsteuergerät 1 sind Bestandteile, das heißt eine später beschriebene Signalverarbeitungseinheit 7 einer aktiven Aggregatelagerung 9 als Programmbausteine integriert. Die aktive Aggregatelagerung 9 weist in der 1 ein aktives Motorlager 5 auf, wobei in einer Einbaulage die Brennkraftmaschine 3 über eine Motorstütze 11 unter Zwischenschaltung des aktiven Aggregatelagers 5 auf einer Tragstruktur 13 einer Fahrzeugkarosserie abgestützt ist.
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Das Motorsteuergerät 1 weist eine Auswerteeinheit 15 auf, die signaltechnisch in Verbindung mit einem Drehzahlsensor 17 ist, der eine Motordrehzahl als ein Ist-Rohsignal nist,roh erfasst, das beispielhaft eine nicht in den Signalverarbeitungseinheiten 7, 19 verarbeitbare Signalimpulsfolge ist. In der Auswerteeinheit 15 wird das Ist-Rohsignal nist,roh in einen verarbeitungsfähigen Istwert nist verwandelt. Der Auswerteeinheit 15 ist signaltechnisch eine Signalverarbeitungseinheit 19 nachgeschaltet, in der in Abhängigkeit vom Istwert nist ein noch unverstärktes Stellsignal SM,u ermittelt wird. Die Verstärkereinheit 21 generiert aus dem noch unverstärkten Stellsignal SM,u ein leistungsverstärktes Stellsignal SM, das zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine 3 geeignet ist. In der Signalverarbeitungseinheit 19 des Motorsteuergerätes 1 ist ein geeigneter Algorithmus hinterlegt, der auf der Grundlage der aktuellen Motordrehzahl und/oder -last sowie weiterer Fahrbetriebsparameter das Stellsignal zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine 3 generiert.
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In der 1 ist in einem Signalpfad zwischen der Auswerteeinheit 15 und der Signalverarbeitungseinheit 19 eine Verzweigungsstelle 23 ausgebildet, an der eine zur Signalverarbeitungseinheit 7 der aktiven Aggregatelagerung 9 führende Signalleitung 25 abzweigt. Über die Signalleitung 26 wird der signaltechnisch von der Auswerteeinheit 15 aufbereitete Istwert nist zur Signalverarbeitungseinheit 7 der aktiven Aggregatelagerung 9 geleitet. In der Signalverarbeitungseinheit 7 wird ein noch unverstärktes Stellsignal SL,u ermittelt, aus dem in einer Verstärkereinheit 27 ein leistungsverstärktes Stellsignal SL generiert und zum Schwingungsaktor 29 des aktiven Aggregatelagers 5 geleitet wird.
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In der Signalverarbeitungseinheit 7 der aktiven Aggregatelagerung 9 kann hier beispielhaft keine oben beschriebene adaptive Steuerung, sondern eine signaltechnisch wesentlich einfachere kennfeldbasierte Steuerung durchgeführt werden.
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Die Verstärkereinheit 27 der aktiven Aggregatelagerung 9 ist im Unterschied zur Signalverarbeitungseinheit 7 nicht im Motorsteuergerät 1 integriert, sondern vielmehr unmittelbar am aktiven Aggregatelager 5 angebaut, wie es nachfolgend anhand der 2 bis 5 angedeutet ist. In der 2 ist in einer Seitenansicht beispielhaft ein als Hydrauliklager ausgeführtes Aggregatelager 5 gezeigt. Demzufolge weist das Aggregatelager 5 einen, an einem Lagergehäuse 31 angeordneten, gummielastischen Tragkörper 33 auf, der eine Arbeitskammer 35 einschließt. Die Arbeitskammer 35 ist über Hydraulikkanäle 37 mit einer Ausgleichskammer 39 verbunden. Zudem ist innerhalb des Lagergehäuses 31 der Schwingungsaktor 29 angeordnet, der über eine, an die Arbeitskammer 35 grenzende Membran 41 Schwingungen in der Arbeitskammer 35 erzeugen kann. In der 2 ist die Ausgleichskammer 39 an ihrer unteren Seite mit einer gehäusefest eingespannten Trennmembran 43 begrenzt, die wiederum von einem unteren Lagergehäusedeckel 45 überdeckt ist. Zwischen dem Lagergehäusedeckel 45 und der Trennmembran 43 ist in der 2 ein Bauraum 47 bereitgestellt, in dem die Verstärkereinheit 27 angeordnet ist.
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Alternativ dazu ist in der 3 und 4 jeweils ein aktives Aggregatelager 5 gezeigt, bei dem die Verstärkereinheit 27 nicht innerhalb des Lagergehäuses 31 integriert ist, sondern vielmehr an dessen Außenseite angebaut ist. So ist die Verstärkereinheit 27 gemäß der 3 an der nach unten gewandten Bodenseite des Lagerdeckels 45 angebaut, während in der 4 die Verstärkereinheit 27 an der Außenumfangsseite des Lagergehäuses 31 angebaut ist.
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In der 5 ist nicht nur die Verstärkereinheit 27, sondern auch der Schwingungsaktor 29 außerhalb des Lagergehäuses 31 angeordnet. Der Schwingungsaktor 29 bildet dabei zusammen mit der Verstärkereinheit 27 eine Vormontageeinheit 49, die je nach Fahrzeug-Ausführung am Motorlager angebaut oder weggelassen wird. Gemäß der 5 ist der außenseitig vorgesehene Schwingungsaktor 29 mittels eines Stößels 47 in Wirkverbindung mit der Membran 41 gebracht. Der Stößel 47 ist dabei durch entsprechende Durchlässe im Lagergehäusedeckel 45 und in der Trennmembran 43 geführt.