DE102017006139A1

DE102017006139A1 - Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102017006139A1
Application number: DE102017006139.4A
Authority: DE
Inventors: Oliver EICHELHARD; Elke Lieven; Arnold Boehm
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2017-06-29
Filing date: 2017-06-29
Publication date: 2019-01-03

Abstract

Eine Ausführungsform der Erfindung ist ein Kraftfahrzeug (1), umfassend eine Karosserie (2), wenigstens einen Antriebsmotor (5), insbesondere einen Verbrennungsmotor (7) und/oder Elektromotor (6), einen Innenraum (3), ein Lenkrad (14), ein Tilgersystem (19), umfassend eine Tilgermasse und ein elastisches Element mit einer Federkonstanten und die Tilgermasse mit dem elastischen Element an einem Fixierungselement des übrigen Kraftfahrzeuges (1) befestigt ist, so dass aufgrund der Eigenfrequenz des Tilgersystems (19) das Tilgersystem (19) zur Schwingungsdämpfung des Lenkrades (14) dient, wobei das elastische Element (21) dahingehend ausgebildet ist, so dass die Federkonstante des elastischen Elementes (21) veränderbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug. Zum Steuern des Kraftfahrzeuges ist ein Lenkrad erforderlich. Das Lenkrad ist an einer Lenksäule fixiert, so dass dadurch mittels des Lenkrades ein Lenkmechanismus betätigt werden kann zum Verschwenken bzw. Bewegen der Vorderräder. Aufgrund der Fixierung des Lenkrades an der Lenksäule führt das Lenkrad auch Schwingungsbewegungen des Kraftfahrzeuges mit aus. Insbesondere von einem Verbrennungs- oder Elektromotor gehen Schwingungsbewegungen aus und im Verbund mit der Lenksäule weist das Lenkrad eine Resonanzfrequenz auf. Bei einer bestimmten Anregungsfrequenz im Bereich oder in der Nähe der Resonanzfrequenz des Verbundes aus Lenkrad und Lenksäule kann es somit zu großen Amplituden der Schwingung des Lenkrades kommen, insbesondere bei einer Resonanzfrequenz, bei welcher die Anregungsfrequenz im Wesentlichen der Resonanzfrequenz des Lenkrades entspricht. Derartige große Schwingungen des Lenkrades sind jedoch nicht erwünscht, weil das negative haptische Eigenschaften des Lenkrades verursacht.
In Kraftfahrzeugen werden deshalb Schwingungstilger eingesetzt, um dadurch die Schwingung des Lenkrades zu reduzieren. Eine Tilgermasse ist dabei mittels einer Feder als ein elastisches Element an dem übrigen Kraftfahrzeug fixiert und dient dazu, Schwingungsenergie des Lenkrades aufzunehmen und dadurch die Schwingung, insbesondere die Amplitude, des Lenkrades zu reduzieren. Die Federkonstante bzw. Steifigkeit des elastischen Elementes als der Feder ist dabei konstant bzw. nicht veränderbar, so dass dadurch auch der Schwingungstilger als ein Tilgersystem eine im Wesentlichen konstante Eigenfrequenz aufweist. Die Erregerfrequenz mit der das Lenkrad von den Schwingungen des Kraftfahrzeuges angeregt wird verändert sich jedoch, insbesondere bei einer unterschiedlichen Drehzahl des Verbrennungsmotors und/oder bei einer unterschiedlichen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges. Dadurch kann in nachteiliger Weise nur bei bestimmten Erregerfrequenzen der Schwingungstilger eine sinnvolle Reduzierung der Schwingung des Lenkrades bewirken. Außerhalb eines bestimmen Frequenzbereiches der Erregerfrequenz kann der Schwingungsdämpfer dadurch in nachteiliger Weise keine oder nur eine vernachlässigbare Schwingungsdämpfung des Lenkrades bewirken.
Die DE 10 2014 007 538 A1 zeigt ein Lenkrad für einen Kraftwagen mit einem Verbindungselement zum Verbinden des Lenkrads mit einer Lenksäule, mit einem mit dem Verbindungselement verbundenen Handhabungselement für einen Fahrer des Kraftwagens, und mit einer Schwingungsdämpfungseinrichtung, welche zum Dämpfen einer Schwingung des Lenkrads wenigstens ein Piezoelement umfasst, wobei das Piezoelement an einer Stelle des Lenkrads angeordnet ist, an welcher eine mittels einer Modalanalyse ermittelte Schwingungsform bei einer Anregung mit vorgebbarer Frequenz auftritt.
Aus der DE 10 2010 006 069 A1 ist ein Schwingungsdämpfungssystem einer Lenkanordnung bekannt, das eine Sensoreinheit zur Erfassung einer Schwingung der Lenkanordnung und eine Aktuatoreinheit zur Erzeugung einer Kompensationsschwingung umfasst, wobei die Sensoreinheit und die Aktuatoreinheit an der Lenkanordnung angeordnet sind und zumindest ein piezoelektrisches Element umfassen, wobei die Sensoreinheit durch ein erstes piezoelektrisches Flächenelement und die Aktuatoreinheit durch ein zweites piezoelektrisches Flächenelement bereitgestellt wird, wobei das Schwingungsdämpfungssystem eine Regeleinrichtung umfasst, die mit dem ersten und dem zweiten piezoelektrischen Flächenelement gekoppelt ist und einen geschlossenen Regelkreis bildet, wobei die Regeleinrichtung in Abhängigkeit der von dem ersten piezoelektrischen Flächenelement erfassten Schwingung der Lenkanordnung das zweite piezoelektrische Flächenelement derart ansteuert, dass die erzeugte Kompensationsschwingung destruktiv mit der Schwingung der Lenkanordnung interferiert.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein Kraftfahrzeug zur Verfügung zu stellen, bei dem mit einem geringen technischen Aufwand eine große Schwingungsdämpfung des Lenkrades für einen großen Frequenzbereich erreicht werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Kraftfahrzeug, umfassend eine Karosserie, wenigstens einen Antriebsmotor, insbesondere einen Verbrennungsmotor und/oder Elektromotor, einen Innenraum, ein Lenkrad, ein Tilgersystem, umfassend eine Tilgermasse und ein elastisches Element mit einer Federkonstanten und die Tilgermasse mit dem elastischen Element an einem Fixierungselement des übrigen Kraftfahrzeuges befestigt ist, so dass aufgrund der Eigenfrequenz des Tilgersystems das Tilgersystem zur Schwingungsdämpfung des Lenkrades dient, wobei das elastische Element dahingehend ausgebildet ist, so dass die Federkonstante des elastischen Elementes veränderbar ist. Die Federkonstante des elastischen Elementes kann verändert werden und dadurch die Eigenfrequenz des Tilgersystems. Dadurch kann das Tilgersystem an unterschiedliche Erregerfrequenzen optimal angepasst werden, so dass dadurch in einem großen Frequenzbereich der Erregerfrequenz eine effektive Schwingungsdämpfung des Lenkrades mit dem Tilgersystem ausgeführt werden kann.
Insbesondere ist die Masse der Tilgermasse größer als 0,5 kg, 0,8 kg oder 1 kg. Eine ausreichend große Masse der Tilgermasse ist erforderlich, damit eine effektive Schwingungsdämpfung des Lenkrades gewährleistet ist.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Tilgermasse von einem Airbagmodul gebildet. Kraftfahrzeuge verfügen im Regelfall über ein Airbagmodul für den Fahrer, das in das Lenkrad integriert ist. Dieses Airbagmodul kann zusätzlich als Tilgermasse verwendet werden, so dass dadurch in vorteilhafter Weise keine zusätzliche kostenintensive Tilgermasse in das Lenkrad zu integrieren ist, welche auch zusätzlichen Bauraum benötigen würde. Dadurch können einerseits die Kosten für die Herstellung des Kraftfahrzeuges reduziert werden und Masse sowie Bauraum an dem Lenkrad für eine zusätzliche Tilgermasse eingespart werden.
In einer ergänzenden Ausführungsform umfasst das Airbagmodul einen Airbag und vorzugsweise einen Gasgenerator.
Vorzugsweise ist die Tilgermasse mit einem Reibungselement mit einem Dämpfungskoeffizienten an dem Fixierungselement befestigt.
In einer Variante ist das Reibungselement dahingehend ausgebildet ist, so dass der Dämpfungskoeffizient des Reibungselementes veränderbar.
Zweckmäßig ist das elastische Element von einem magnetorheologischen Elastomer gebildet. Magnetorheologische Elastomere umfassen ein Elastomer, insbesondere eine Elastomermatrix, mit magnetische aktiven Partikel. Mittels des Anlegens eines Magnetfeldes an dem magnetorheologischen Elastomer können die Eigenschaften des magnetorheologischen Elastomers, insbesondere die viskoelastischen und/oder dynamisch-mechanischen Eigenschaften und/oder als wenigstens ein Veränderungsparameter die Federkonstante und/oder der Dämpfungskoeffizient und/oder das Elastizitätsmodul und/oder der Speichermodul und/oder das Verlustmodul verändert werden. Das Speichermodul und das Verlustmodul können in komplexen Zahlen als komplexes Schubmodul dargestellt werden. Diese gerade genannten Veränderungsparameter des magnetorheologischen Elastomers sind veränderbar und vorzugsweise steuerbar und/oder regelbar, so dass ein bestimmter gewünschter Veränderungsparameter, beispielsweise eine bestimmte Federkonstante und/oder ein bestimmter Dämpfungskoeffizient und/oder ein bestimmtes Speichermodul, des magnetorheologischen Elastomers steuerbar und/oder regelbar ist. Hierzu sind entsprechenden Daten in einer Steuerungs- und/oder Regeleinheit gespeichert, so dass aufgrund eines funktionalen Zusammenhanges zwischen dem Magnetfeld, insbesondere der Stärke des Magnetfeldes, und dem wenigstens einen Veränderungsparameter des magnetorheologischen Elastomers der wenigstens eine Veränderungsparameter gezielt steuerbar und/oder regelbar ist entsprechend den Anforderungen zur Schwingungsdämpfung des Lenkrades. Damit ist eine bestimmte gewünschte Eigenfrequenz des Tilgersystems steuerbar und/oder regelbar, weil zwischen dem wenigstens einen Veränderungsparameter und der Eigenfrequenz des Tilgersystems ein funktionaler Zusammenhang besteht.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Reibungselement von dem magnetorheologischen Elastomer gebildet.
Insbesondere ist an dem Lenkrad ein Sensor zur Erfassung der Schwingung, insbesondere der Amplitude und/oder der Frequenz der Schwingung, des Lenkrades eingebaut.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst das Kraftfahrzeug eine Steuerungs- und/oder Regeleinheit zur Steuerung und/oder Regelung der Veränderung der Federkonstante des elastischen Elementes und/oder zur Veränderung des Dämpfungskoeffizienten des Reibungselementes.
In einer ergänzenden Variante ist die Federkonstante des elastischen Elementes und/oder der Dämpfungskoeffizient des Reibungselementes in Abhängigkeit von wenigstens einem Parameter des Kraftfahrzeugs veränderbar.
In einer weiteren Variante ist der wenigstens eine Parameter die Drehzahl des wenigstens einen Antriebsmotors und/oder die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges und/oder die Stellung des Gaspedals und/oder die Schwingung des Lenkrades.
In einer weiteren Ausgestaltung sind in der Steuerungs- und/oder Regeleinheit Daten gespeichert, die den funktionalen Zusammenhang zwischen dem wenigstens einen Parameter und der Federkonstante des elastischen Elementes und/oder dem Dämpfungskoeffizienten des Reibungselementes angeben.
In einer zusätzlichen Ausgestaltung ist die Steuerungs- und/oder Regeleinheit dahingehend ausgebildet, dass von der Steuerungs- und/oder Regeleinheit die Daten selbsttätig verändert werden und die Veränderung der Daten auf die Wirkung zur Reduzierung der Schwingung, insbesondere der Amplitude, des Lenkrades überprüft werden und die veränderten Daten für eine weitere Verwendung gespeichert werden, falls die veränderten Daten eine größere Reduzierung der Schwingung des Lenkrades bewirken als die Daten vor dieser Veränderung. Die Steuerungs- und/oder Regeleinheit ist damit lernfähig, so dass dadurch zunächst aufgrund einer Veränderung der Daten deren Wirkung erfasst wird und soweit diese Veränderung der Daten eine Reduzierung der Schwingungen bewirkt, die größer ist als die Reduzierung der Schwingung vor Veränderung der Daten, diese Daten gespeichert werden und für die weitere Steuerung und/oder Regelung des Tilgersystems, d. h. der Steuerung und/oder Regelung des wenigstens einen Veränderungsparameters des Tilgersystems verwendet wird.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung umfasst das Kraftfahrzeug mehrere elastische Elemente und vorzugsweise mehrere Reibungselemente.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Kraftfahrzeug wenigstens ein elastisches Element und vorzugsweise wenigstens ein Reibungselement.
In einer zusätzlichen Ausgestaltung umfasst das Kraftfahrzeug mehrere magnetorheologische Elastomere, insbesondere als Stutzen ausgebildet.
In einer zusätzlichen Ausgestaltung umfasst das Kraftfahrzeug wenigstens ein magnetorheologische Elastomer, insbesondere als Stutzen ausgebildet.
In einer ergänzenden Variante ist der wenigstens eine Veränderungsparameter des Tilgersystems in Abhängigkeit von dem wenigstens einen Parameter des Kraftfahrzeuges veränderbar.
In einer zusätzlichen Ausgestaltung ist eine, insbesondere nur eine, Tilgermasse mit einer veränderbaren Anzahl an elastischen Teilelementen an dem Fixierungselement fixiert. Zur Veränderung der Federkonstante zwischen der Tilgermasse und dem Fixierungselement kann diese dadurch verändert werden, dass die Anzahl der elastischen Teilelemente, mit der die Tilgermasse mechanisch mit dem Fixierungselement gekoppelt ist, veränderbar ist. Dadurch kann die resultierende Federkonstante als eine Gesamtfederkonstante resultierend aus den mechanisch wirksamen elastischen Teilelementen verändert werden bzw. ist veränderbar. Das elastische Element umfasst somit mehrere elastische Teilelemente.
In einer zusätzlichen Ausgestaltung ist eine, insbesondere nur eine, Tilgermasse mit einer veränderbaren Anzahl an Teilreibungselementen an dem Fixierungselement fixiert. Zur Veränderung des Dämpfungskoeffizienten zwischen der Tilgermasse und dem Fixierungselement kann dieser dadurch verändert werden, dass die Anzahl der Teilreibungselemente, mit der die Tilgermasse mechanisch mit dem Fixierungselement gekoppelt ist, veränderbar ist. Dadurch kann der resultierende Dämpfungskoeffizient als ein Gesamtdämpfungskoeffizient resultierend aus den mechanisch wirksamen Teilreibungselementen verändert werden bzw. ist veränderbar. Das Reibungselement umfasst somit mehrere Teilreibungselemente.
In einer zusätzlichen Ausgestaltung ist das wenigstens eine elastische Element als eine Feder, insbesondere eine Schraubenfeder, ausgebildet.
In einer zusätzlichen Ausgestaltung ist das Reibungselement als ein Kolben ausgebildet, der in einem Zylinder mit Hydraulikflüssigkeit gelagert ist.
Vorzugsweise ist die Tilgermasse nur an einem Objekt, nämlich dem Fixierungselement, mittelbar befestigt.
In einer weiteren Ausführungsform ist der wenigstens eine Veränderungsparameter, insbesondere die Federkonstante und/oder der Dämpfungskoeffizient und/oder das Elastizitätsmodul und/oder das Speichermodul und/oder das Verlustmodul, um wenigstens 10%, 30%, 50%, 70%, 100%, 150% oder 200% veränderbar.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Eigenfrequenz des Tilgersystems um wenigstens 10%, 30%, 50%, 70%, 100%, 150% oder 200% veränderbar.
In einer ergänzenden Variante ist die Eigenfrequenz des Tilgersystems veränderbar. Je größer die veränderbare Federkonstante des elastischen Elementes ist, desto größer ist die Eigenfrequenz des Tilgersystems.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die veränderbare Eigenfrequenz des Tilgersystems dahingehend veränderbar, so dass die Bewegungsrichtung der Tilgermasse entgegengesetzt zu der Bewegungsrichtung des übrigen Lenkrades ohne der Tilgermasse ausgerichtet ist zur Schwingungsdämpfung des Lenkrades.
In einer ergänzenden Ausgestaltung ist das Airbagmodul an dem Fixierungselement dahingehend befestigt, so dass von dem Airbagmodul Schwingungsbewegungen mit einer Amplitude ausführbar sind zur Reduzierung der Schwingung des Lenkrades.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst das Kraftfahrzeug wenigstens einen Elektromagneten und/oder wenigstens eine Spule zur Erzeugung eines Magnetfeldes an dem magnetorheologischen Elastomer. Vorzugsweise ist je einem magnetorheologischen Elastomer eine Elektromagnet und/oder eine Spule zugeordnet, so dass die Anzahl der magnetorheologischen Elastomere der Anzahl der Elektromagneten und/oder Spulen entspricht.
Vorzugsweise ist ein magnetorheologisches Elastomer ein Bauteil zur mechanischen Koppelung bzw. Verbindung der Tilgermasse mit dem Fixierungselement.
In einer zusätzlichen Ausgestaltung ist das Airbagmodul mit wenigstens einem elastischen Element und/oder mit dem wenigstens einen Reibungselement, insbesondere dem wenigstens einem magnetorheologischen Elastomer, mit dem Fixierungselement mechanisch verbunden.
In einer weiteren Ausgestaltung dient das Tilgersystem zur Schwingungsdämpfung eines Verbundes aus Lenksäule und Lenkrad.
In einer zusätzlichen Ausgestaltung ist eine Wandung des Lenkrades, insbesondere eine dem Fahrer zugewandte Wandung des Lenkrades, wenigstens teilweise von dem Airbagmodulgehäuse gebildet.
Vorzugsweise tritt auch bei einer Schwingungsbewegung des Airbagmodules kein Kontakt zwischen dem Airbagmodul und übrigen Komponenten des Lenkrades, abgesehen von dem wenigstens einem elastischen Element, auf.
Im Nachfolgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigt:

1 einen stark vereinfachten Längsschnitt eines Kraftfahrzeuges,
2 eine perspektivische Ansicht eines Lenkrades und einer Tilgermasse als Airbagmodul,
3 eine Vorderansicht des Lenkrades ohne Tilgermasse,
4 einen Schnitt A-A gemäß 3 des Lenkrades,
5 einen Schnitt der Tilgermasse als Airbagmodul,
6 eine Modell eines Tilgersystems mit Tilgermasse, elastischen Element und Reibungselement,
7 Diagramm mit an der Abszisse aufgetragenen Frequenz f und an der Ordinate aufgetragenen Amplitude y des Lenkrades.

Ein in 1 dargestelltes Kraftfahrzeug 1 als Hybrid- oder Elektrokraftfahrzeug 1 weist eine Karosserie 2 aus Metall, insbesondere Stahl und/oder Aluminium, und/oder aus Verbundwerkstoff, auf. Mittels eines Antriebsmotors 5, beispielsweise eines Elektromotors 6 und/oder eines Verbrennungsmotors 7, wird das Kraftfahrzeug 1 fortbewegt. Ein Elektrokraftfahrzeug 1 weist als Antriebsmotor 5 nur den Elektromotor 6 auf und ein Hybridkraftfahrzeug 1 weist sowohl den Elektromotor 6 als auch den Verbrennungsmotor 7 auf. Die Karosserie 2 begrenzt einen Innenraum 3 und innerhalb des Innenraumes 3 sind zwei Vordersitze 9 als Sitze 8 sowie drei Rücksitze 10 als Sitze 8 angeordnet. Die drei Rücksitze 10 sind dabei zu einer Sitzbank zusammengefasst. Die beiden Vordersitze 9 sind ein Fahrersitz 9 und ein Beifahrersitz 9. Ferner ist zwischen den Vordersitzen 9 und einer Windschutzscheibe eine Armaturentafel 4 vorhanden. Für den Fahrer auf dem Fahrersitz 9 ist ein Lenkrad 14 sowie im Fußraum ein Gaspedal, ein Bremspedal und ein optionales Kupplungspedal ausgebildet. Das Lenkrad 14 ist an einer Lenksäule 18 befestigt. Die Lenksäule 18 kann mit dem Lenkrad 14 in eine Rotations- bzw. Drehbewegung versetzt werden zum Lenken der Vorderräder des Kraftfahrzeuges 1. Kraftfahrzeuge 1 mit einem Automatikgetriebe weisen kein Kupplungspedal auf. Eine X-Richtung 11 ist eine Längsrichtung 11 des Kraftfahrzeuges 1. Eine Y-Richtung 12 ist eine Querrichtung 12 des Kraftfahrzeuges 1. Eine Z-Richtung 13 ist eine vertikale Richtung 13 des Kraftfahrzeuges 1.
Die Komponenten des Lenkrades 14 sind der äußere Lenkring des Lenkrades 14, die Speichen 15 zur Verbindung des Lenkringes des Lenkrades 14 mit einer zentrisch gelegenen Verbindungswandung 32 sowie ein Lenkradgrundträger 16. Der Lenkradgrundträger 16 ist plattenförmig ausgebildet und mit einer Schraubverbindung drehfest mit der Lenksäule 18 verbunden. In das Lenkrad 14 ist als weitere Komponente auch ein Airbagmodul 27 eingebaut oder integriert. Das Airbagmodul 27 umfasst einen Airbag 28, einen Gasgenerator 29 und ein Airbagmodulgehäuse 30. Das Airbagmodulgehäuse 30 bildet teilweise auch eine Begrenzungswandung des Lenkrades 14 in einem zentrischen Bereich zwischen den Speichen 15.
Das Airbagmodul 27 fungiert zusätzlich als eine Tilgermasse 20 eines Tilgersystems 19 als Schwingungstilger 19 zur Reduzierung der Schwingungen eines Verbundes aus Lenksäule 18 und Lenkrad 14. Das Tilgersystem 19 umfasst die Tilgermasse 20 und drei magnetorheologische Elastomere 23, welche als Stutzen 24 ausgebildet sind. Nur mittels der stutzenförmigen magnetorheologischen Elastomere 23 ist die Tilgermasse 20 als das Airbagmodul 27 an einem Fixierungselement 17 als dem Lenkradgrundträger 16 befestigt. Aufgrund der mechanischen, insbesondere der viskoelastischen, Eigenschaften des magnetorheologischen Elastomeres 23 fungiert dieses sowohl als elastisches Element 21 als auch als Reibungselement 22. In 6 ist ein mechanisches Modell 25 für den Stutzen 24 gebildet von dem magnetorheologischen Elastomer 23 dargestellt mit den Eigenschaften eines elastischen Elementes 21 und eines Reibungselementes 22. Im Bereich je eines der drei magnetorheologischen Elastomere 23 ist zusätzlich ein Elektromagnet 26 bzw. eine Spule 26 angeordnet. Mittels einer Bestromung des Elektromagneten 26 kann an dem magnetorheologischen Elastomer 23 ein Magnetfeld erzeugt werden, so dass aufgrund des Magnetfeldes die viskoelastischen und/oder dynamisch-mechanischen Eigenschaften des magnetorheologischen Elastomeres 23 verändert werden, insbesondere die Federkonstante c und der Dämpfungskoeffizient b des magnetorheologischen Elastomeres 23. Die Bestromung der Elektromagnete 26 wird von einer Steuerungs- und/oder Regeleinheit 31 gesteuert und/oder geregelt. Die Stärke und/oder die Dauer des Magnetfeldes sind mit der Steuerungs- und/oder Regeleinheit 31 in Abhängigkeit von wenigstens einem Parameter des Kraftfahrzeuges steuerbar und/oder regelbar. Jedem magnetorheologischen Element 23 ist je ein Elektromagnet 26 zugeordnet, so dass das Tilgersystem 19 drei Elektromagnete 26 umfasst. Die magnetorheologischen Elastomere 23 sind Bauteile oder Elemente zur mechanischen Verbindung oder Koppelung der Tilgermasse 20 mit dem Fixierungselement 17. Die magnetorheologischen Elastomere 23 sind mit je einer Verbindungsvorrichtung 34 (3) form und/oder kraftschlüssig an dem Fixierungselement 17 befestigt.
Der wenigstens eine Parameter des Kraftfahrzeuges 1 ist beispielsweise die Drehzahl des Verbrennungsmotors 7 und/oder die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges 1 und/oder die Stellung des Gaspedales oder die Schwingung, insbesondere die Frequenz und/oder die Amplitude der Schwingung, des Lenkrades 14. An dem Lenkrad 14 ist ein Sensor 33 zur Erfassung der Schwingung des Lenkrades 14 ausgebildet. In Abhängigkeit von diesem wenigstens einen Parameter wird wenigstens ein Veränderungsparameter des magnetorheologischen Elastomeres 23 verändert mittels einer Veränderung des Magnetfeldes, welches auf das magnetorheologische Elastomer 23 wirkt. Der wenigstens eine Veränderungsparameter ist insbesondere die Federkonstante c und der Dämpfungskoeffizient b des magnetorheologischen Elastomeres 23.
Die Eigenfrequenz des Tilgersystems 19 kann mittels einer Veränderung des wenigstens einen Veränderungsparameter verändert werden bzw. ist dadurch steuerbar und/oder regelbar. Bei einer Zugrundelegung des magnetorheologischen Elastomeres 23, welches in einem Modell nur die Eigenschaften des elastischen Elementes 21 aufweist, weist somit das Tilgersystem 19 eine Eigenfrequenz ω auf nach der nachfolgenden Berechnungsformel: $ω = \sqrt[2]{\frac{c}{m}}$
Je größer somit die Federkonstante c des elastischen Elementes 21 ist, desto größer ist die Eigenfrequenz ω des Tilgersystems 19 und/oder je größer die Masse m der Tilgermasse 20 ist, desto kleiner ist die Eigenfrequenz ω des Tilgersystems 19 und umgekehrt.
Das magnetorheologische Elastomer 23 kann auch mit dem in 6 dargestellten Modell 25 angenähert werden, so dass das magnetorheologische Elastomer 23 das elastische Element 21 und das Reibungselement 22 bildet. Das elastische Element 21 weist eine Federkonstante c auf und das Reibungselement 22 weist eine Dämpfungskoeffizient b auf. Die Eigenfrequenz ω dieses Tilgersystems 19 wird mit der nachfolgenden Formel beschrieben: $ω = \sqrt[2]{\frac{c}{m} - \frac{b^{2}}{4 m^{2}}}$
Die Eigenfrequenz ω des Tilgersystems 19 hängt somit zusätzlich auch von der Dämpfungskoeffizient b des Reibungselementes 22 ab.
Insgesamt betrachtet sind mit dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug 1 wesentliche Vorteile verbunden. Von der Steuerungs- und/oder Regeleinheit 31 wird wenigstens ein Veränderungsparameter des magnetorheologischen Elastomeres 23 in Abhängigkeit von wenigstens einem Parameter des Kraftfahrzeuges 1 verändert mittels einer veränderten Bestromung der Elektromagnete 26. Dadurch kann die Eigenfrequenz des Tilgersystems 19 an die sich veränderten Parameter des Kraftfahrzeuges 1 angepasst werden und dadurch die Wirkung der Schwingungsdämpfung des Tilgersystems 19 optimiert werde. In 7 ist in einer gestrichelten Linie die Amplitude eines Lenkrades 14 dargestellt für unterschiedliche Erregerfrequenzen ohne einer Schwingungsdämpfung. In der in 7 dargestellten durchgezogenen Linie sind die Amplituden des Lenkrades 14 für unterschiedliche Frequenzen dargestellt für Schwingungsdämpfung mit dem Tilgersystem 19. Dabei ist klar ersichtlich, dass bei einer erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfung des Lenkrades 14 mit dem Tilgersystem 19 wesentlich reduzierte maximale Amplituden der Schwingungen des Lenkerades 14 auftreten, so dass dadurch die Schwingungen in vorteilhafter Weise wesentlich reduziert werden können. Die Veränderbarkeit der Eigenfrequenz des Tilgersystems 19 ermöglicht nicht nur in einem kleinen Frequenzbereich eine relevante Schwingungsdämpfung des Lenkrades 14, sondern über den im Wesentlichen gesamten auftretenden Frequenzbereich des Lenkrades 14. Die Schwingungsdämpfung des Lenkrades 14, d.h. die Übertragung von Schwingungsenergie des Lenkrades 14 auf die schwingende Tilgermasse 20, wird im Wesentlichen dadurch ausgeführt, dass die Bewegungsrichtung der Schwingung der Tilgermasse 20 entgegengesetzt ausgerichtet ist zu der Bewegungsrichtung der Schwingung des Lenkrades 14 zur Reduzierung der Schwingung des Lenkrades 14.
Es wurde wenigstens ein Ausführungsbeispiel beschrieben, wobei zu beachten ist, dass eine große Anzahl an Varianten hierzu existieren. Es sollte auch wahrgenommen werden, dass das Ausführungsbeispiel oder die Ausführungsbeispiele nur Beispiele sind und damit nicht beabsichtigt ist, den Schutzumfang, die Anwendbarkeit bzw. Ausführbarkeit oder den Aufbau in irgendeiner Weise zu beschränken. Die oben stehende Beschreibung vermittelt den Fachmann mit einer geeigneten Anleitung zur Ausführung von wenigstens einem Ausführungsbeispiel. Es ist zu verstehen, dass verschiedene Veränderungen gemacht werden können in der Funktion und der Anordnung der beschriebenen Komponenten in einer beispielhaften Ausführungsform ohne vom Schutzumfang der nachstehenden Ansprüche und sowie den Äquivalenten der nachstehenden Ansprüche abzuweichen.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeug
2: Karosserie
3: Innenraum
4: Armaturentafel
5: Antriebsmotor
6: Elektromotor
7: Verbrennungsmotor
8: Sitz
9: Vordersitz
10: Rücksitz
11: X-Richtung
12: Y-Richtung
13: Z-Richtung
14: Lenkrad
15: Speiche des Lenkrades
16: Lenkradgrundträger
17: Fixierungselement
18: Lenksäule
19: Tilgersystem
20: Tilgermasse
21: Elastisches Element
22: Reibungselement
23: Magnetorheologischer Elastomer
24: Stutzen
25: Modell des magnetorheologischen Elastomers
26: Elektromagnet, Spule
27: Airbagmodul
28: Airbag
29: Gasgenerator
30: Airbagmodulgehäuse
31: Steuerungs- und/oder Regeleinheit
32: Verbindungswandung des Lenkrades
33: Sensor
34: Verbindungsvorrichtung
ω: Eigenfrequenz des Tilgersystems
m: Masse der Tilgermasse
c: Federkonstante des elastsichen Elementes
b: Dämpfungskoeffizient des Reibungselementes

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014007538 A1 [0003]
DE 102010006069 A1 [0004]

Claims

Kraftfahrzeug (1), umfassend - eine Karosserie (2), - wenigstens einen Antriebsmotor (5), insbesondere einen Verbrennungsmotor (7) und/oder Elektromotor (6), - einen Innenraum (3), - ein Lenkrad (14), - ein Tilgersystem (19), umfassend eine Tilgermasse (20) und ein elastisches Element (21) mit einer Federkonstanten und die Tilgermasse (20) mit dem elastischen Element (21) an einem Fixierungselement (17) des übrigen Kraftfahrzeuges (1) befestigt ist, so dass aufgrund der Eigenfrequenz des Tilgersystems (19) das Tilgersystem (19) zur Schwingungsdämpfung des Lenkrades (14) dient, wobei das elastische Element (21) dahingehend ausgebildet ist, so dass die Federkonstante des elastischen Elementes (21) veränderbar ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse der Tilgermasse (20) größer als 0,5 kg, 0,8 kg oder 1 kg ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Tilgermasse (20) von einem Airbagmodul (27) gebildet ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Airbagmodul (27) einen Airbag (28) und vorzugsweise einen Gasgenerator (29) umfasst.
Kraftfahrzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tilgermasse (20) mit einem Reibungselement (22) mit einem Dämpfungskoeffizienten an dem Fixierungselement (17) befestigt ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibungselement (22) dahingehend ausgebildet ist, so dass der Dämpfungskoeffizient des Reibungselementes (22) veränderbar ist.
Kraftfahrzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element (21) von einem magnetorheologischen Elastomer (23) gebildet ist.
Kraftfahrzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibungselement (22) von dem magnetorheologischen Elastomer (23) gebildet ist.
Kraftfahrzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Lenkrad (14) ein Sensor (33) zur Erfassung der Schwingung, insbesondere der Amplitude und/oder der Frequenz der Schwingung, des Lenkrades (14) eingebaut ist.
Kraftfahrzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug (1) eine Steuerungs- und/oder Regeleinheit (31) zur Steuerung und/oder Regelung der Veränderung der Federkonstante des elastischen Elementes (21) und/oder zur Veränderung des Dämpfungskoeffizienten des Reibungselementes (22) umfasst.
Kraftfahrzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkonstante des elastischen Elementes (21) und/oder der Dämpfungskoeffizient des Reibungselementes (22) in Abhängigkeit von wenigstens einem Parameter des Kraftfahrzeugs (1) veränderbar ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Parameter die Drehzahl des wenigstens einen Antriebsmotors (5) und/oder die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges (1) und/oder die Stellung des Gaspedals und/oder die Schwingung des Lenkrades (14) ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuerungs- und/oder Regeleinheit (31) Daten gespeichert sind, die den funktionalen Zusammenhang zwischen dem wenigstens einen Parameter und der Federkonstante des elastischen Elementes (21) und/oder dem Dämpfungskoeffizienten des Reibungselementes (22) angeben.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungs- und/oder Regeleinheit (31) dahingehend ausgebildet ist, dass von der Steuerungs- und/oder Regeleinheit (31) die Daten selbsttätig verändert werden und die Veränderung der Daten auf die Wirkung zur Reduzierung der Schwingung, insbesondere der Amplitude, des Lenkrades (14) überprüft werden und die veränderten Daten für eine weitere Verwendung gespeichert werden, falls die veränderten Daten eine größere Reduzierung der Schwingung des Lenkrades (14) bewirken als die Daten vor dieser Veränderung.
Kraftfahrzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug (1) mehrere elastische Elemente (21) und vorzugsweise mehrere Reibungselemente (22) umfasst.