DE10225277B4

DE10225277B4 - Verfahren zur Ermittlung der Verlagerung von in elastischen Lagern aufgehängten Antriebsmaschinen, vorzugsweise Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE10225277B4
Application number: DE2002125277
Authority: DE
Inventors: Alexander Stahr
Original assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 2002-06-03
Filing date: 2002-06-03
Publication date: 2009-01-29
Anticipated expiration: 2022-06-04
Also published as: DE10225277A1

Abstract

Verfahren zur Ermittlung der Verlagerung von in elastischer Lagerung aufgehängten Antriebsmaschinen, vorzugsweise von Verbrennungsmotoren, deren Betriebsweise von einem Motorsteuergerät anhand einer Leistungseingabe, Betriebs- und Ausführungsparametern des Motors und verbundener Aggregate eingestellt und geregelt wird, wobei im Motorsteuergerät
– Kennlinien und Kennfelder zur Darstellung der Charakteristik der elastischen Lagerung der Antriebsmaschine für die jeweilige Lage der Antriebsmaschine in Abhängigkeit vom wirkenden Stützmoment und dessen zeitliche und betriebsbedingte Alterung abgelegt sind,
– anhand der Leistungseingabe und der Betriebsparameter ein wirkendes Motordrehmoment und das resultierende Stützmoment errechnet wird,
– über die ermittelten Betriebsparameter die in der Lagerung wirkenden Massenkräfte I. und II. Ordnung und deren resultierende Stützmomente abgelegt und auslesbar sind oder errechnet werden,
– aus der Summe aller resultierenden Stützmomente die wirkende Stützkraft und anhand derer und im Vergleich mit der Charakteristik der elastischen Lagerung die Verlagerung der Antriebsmaschine ermittelt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ermittlung der Verlagerung von in elastischen Lagern aufgehängten Antriebsmaschinen, das insbesondere bei Verbrennungsmotoren anwendbar ist.
Bei der Lagerung von Verbrennungsmaschinen besteht das Problem, die Übertragung der aufgrund der unterschiedlichen Drehmomentabgabe durch die Verbrennungsmaschine auftretenden unvermeidlichen Drehschwingungen durch eine in Drehrichtung der Antriebsmaschine weichere Lagerung zu verhindern. Bekannte Lösungen sehen zum Beispiel schräggestellte Gummilager vor, die in der Umfangsrichtung der Drehbewegung der Antriebsmaschine um deren Hauptträgheitsachse weich sind. Die Lager sind dabei mit mechanischen Anschlägen versehen, die jeweils bei entsprechenden Laständerungen die Drehbewegung des Motors begrenzen. Bei Überschreitung einer durch die Lagercharakteristik definierten Laständerung schlägt der Motor hart an den jeweiligen Anschlag an und federt anschließend wieder aus. Dieser Vorgang wiederholt sich mit steigendem Energieüberschuss und wird Lastschlag genannt.
Vorbekannt ist aus der DE 40 02 600 A1 eine Lagerung für das Antriebsaggregat in einem Kraftfahrzeug, bei der die elastischen Lagerelemente des Motors über Gleitlager mit der Fahrzeugkarosserie verbunden sind. Dabei sind die Gleitflächen der Gleitlager in Umfangsrichtung der Drehbewegung des Antriebsaggregats um dessen Hauptträgheitsachse angeordnet. Das Antriebsaggregat kann sich weitgehend unbehindert um ihre Hauptachse drehen, wodurch eine Übertragung der Drehschwingungen des Antriebsaggregats auf die Karosserie verhindert werden soll. Ab einer bestimmten Drehzahl werden die Gleitlager arretiert, die auftretenden Momente werden dann nur über elastische Lagerelemente aufgenommen.
Weiterhin ist aus der DE 100 47 076 A1 ein Verfahren zur Dämpfung von Lastschlägen im Antriebsstrang einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem bei einem vorgesehenen Lastwechsel durch Betätigen des Gaspedals eine Drehmomentreduktion über eine Verstellung des Zündungszeitpunktes erfolgt. Eine Beeinflussung der Ver lagerung des Motors bei Laständerungen des Motors erfolgt nur anhand der plötzlichen Veränderung der Stellung des Gaspedals.
Aus dem Stand der Technik ist kein Verfahren bekannt, mit dem eine jeweilige tatsächliche Verlagerung des Motors bei unterschiedlichen Lastbedingungen ohne entsprechende Wegaufnehmer oder Wegsensoren ermittelt werden kann. Die Größe der tatsächlich auftretenden Verlagerung des Motors ist aber hinsichtlich der Ausbildung der Lager, der Vermeidung von Lastschlägen durch Anschlagen des Motors an den Lagerendpunkten und für eine Dämpfung der Lastschläge ein wichtiger Kennwert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ermittlung der Verlagerung von in elastischen Lagern aufgehängten Antriebsmaschinen bei auftretenden Laständerungen zu schaffen, ohne Wegsensoren dafür einzusetzen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Durch die Berücksichtigung der bei der Motorlagerung auftretenden Massenkräfte der I. und II. Ordnung, die durch das jeweilige Motordrehmoment, die dabei vorhandene Drehgeschwindigkeit, die Drehbeschleunigung sowie durch die daraus resultierende Gegenbewegung des Motors entstehen, wird im Motorsteuergerät anhand mindestens einer Kennlinie der elastischen Lager der Antriebsmaschine die für die Verlagerung des Motors wirkende Stützkraft und somit die Verlagerung des Motors bei einem vorliegenden Betriebspunkt ermittelt. Damit lässt sich mit den im Steuergerät bereits vorhandenen und aufgenommenen Motorkenndaten für jeden Betriebspunkt des Motors die auftretende Verlagerung genau ermitteln. Diese Werte können weitergehend für ein Dämpfen von Lastschlägen genutzt werden.
Anhand eines Ausführungsbeispieles wird die Erfindung nachfolgend erläutert. In der dazugehörigen Zeichnung ist eine Lagerung eines Verbrennungsmotors schematisch dargestellt.
Die Lagerung eines Verbrennungsmotors 1 erfolgt gemäß dem gewählten Ausführungsbeispiel mittels eines Festlagers 2 und einem elastischen Lager 3. Entspre chend der Konstruktion des Motors 1 und dessen Lageraufhängung an der Fahrzeugkarosserie ergibt sich eine feststehende Hebellänge I₁, die den Abstand 6 zwischen Festlager 2 des Motors 1 und Lagerachse der Kurbelwelle 5, eine Hebellänge I₂, die den Abstand 7 zwischen Festlager 2 des Motors 1 und dem elastischem Lager 3 und eine Hebellänge I₃, die den Abstand 10 zwischen der Lagerachse der Kurbelwelle 5 und dem elastischem Lager 3 charakterisiert. Dabei stellt der Hebelarm I₂ den Schwenkradius des Motors 1 bei einer Laständerung um das Festlager 2 dar. Mit 9 ist der Verlagerungsweg des Motors 1 im elastischen Lager 3 gekennzeichnet. In der Figur ist mit „+" die Verlagerung 9 während des Zugbetriebes des Motors 1 und mit „–" die Verlagerung 9 während des Schubbetriebes bei der mit 4 angegebenen Fahrtrichtung dargestellt.
In einem nicht dargestellten Motorsteuergerät wird die Betriebsweise des Motors 1 anhand einer Leistungseingabe, der Betriebs- und Ausführungsparameter des Motors 1 und deren verbundener Aggregate eingestellt und geregelt. Zur Ermittlung der Verlagerung 9 des Motors 1 im elastischen Lager 3, die durch die Schwenkbewegung des Motors 1 um das Festlager 2 infolge einer eintretenden Laständerung des Motors 1 erfolgt, wird im Motorsteuergerät eine Kennlinie der elastischen Lagerung des Motors 1 für die jeweilige Lage des Motors 1 in Abhängigkeit von wirkenden Stützmomenten abgelegt. Des weiteren werden Kennlinien bzw. -felder der elastischen Lagerung abgelegt, mit denen eine zeitliche und betriebsbedingte Alterung der elastischen Lagerung berücksichtigt wird. Im Motorsteuergerät erfolgt anhand der Leistungseingabe und der Betriebsparameter des Motors 1 das Ermitteln des wirkenden Motordrehmomentes und dem daraus resultierenden Stützmoment, das durch das Lager 3 aufgenommen wird. Gleichzeitig werden über die ermittelten Betriebsparameter die in dem elastischen Lager 2 wirkenden Massenkräfte I. und II. Ordnung und deren resultierende Stützmomente errechnet und im Speicher des Motorsteuergeräts für jeden Betriebspunkt auslesbar abgelegt. Die Ermittlung der Betriebsparameter erfolgt unter Berücksichtigung der kinematischen Verhältnisse der Motoraufhängung.
Bei der Ermittlung der Verlagerung 9 des Motors 1 wird das Massenträgheitsmoment des Motors 1 mit berücksichtigt und als ein entsprechender Wert im Motorsteuergerät auslesbar abgelegt. Aus dem jeweilig anliegenden Motormoment und dem Massen trägheitsmoment des Motors 1 wird eine resultierende Stützkraft auf das elastische Lager 3 ermittelt. Je größer das Motormoment und je kleiner das Motormassenträgheitsmoment desto größer ist die aus dem Hebel I₁–I₂ resultierende Stützkraft auf das Lager 3. Im gedämpften Bereich der Lagerung ändert sich somit der Verlagerungsweg 9 des Motors 1 in Funktion der Lagercharakteristik zur angewendeten Lagerkraft. Unter stationären Bedingungen ergibt sich daraus ein definierbarer Lagerweg zwischen den als negativ und positiv angegebenen mechanischen Begrenzungen. Aufgrund der konzentrischen Lage von Motorhauptlager 2 und Kurbelwellendrehmittelpunkt 5 ist die Motorbewegungsrichtung der Kurbelwellendrehrichtung 8 entgegengesetzt.
Die Drehgeschwindigkeit des Motors 1 stellt auch einen Faktor bei der Ermittlung der Motorverlagerung 9 dar. Bei ihrer Drehbewegung stützt sich die Kurbelwelle ebenfalls in ihren Lagern am Kurbelgehäuse ab. Das resultierende Reibmoment führt in Abhängigkeit vom Massenträgheitsmoment des Gesamtaggregates über den Hebelarm I₃ zu einer gleichbleibenden Kraftwirkung des Zylinder-Kurbelgehäuses auf dessen Lager 3. Unter stationären Bedingungen ergibt sich daraus eine definierbare Lagerwegänderung innerhalb der Nulllage und der positiven mechanischen Begrenzung. Die Drehrichtung der Kurbelwelle ist der des Zylinder-Kurbelgehäuses gleichgerichtet.
Neben der Drehgeschwindigkeit wird auch die Drehbeschleunigung der Kurbelwelle bei der Ermittlung der Motorverlagerung 9 berücksichtigt. Bei einer Drehzahländerung stützt sich die Kurbelwelle in ihren Lagern am Kurbelgehäuse ab. Das resultierende Reibmoment führt in Abhängigkeit vom Massenträgheitsmoment des Gesamtaggregates über den Hebelarm I₃ zu einer gleichbleibenden Kraftwirkung des Zylinder-Kurbelgehäuses auf dessen Lager 3. Unter stationären Bedingungen ergibt sich daraus ebenfalls eine definierbare Lagerwegänderung innerhalb der negativen und positiven mechanischen Begrenzung. Die Drehrichtung der Kurbelwelle ist der des Zylinder-Kurbelgehäuses gleichgerichtet.
Weiterhin wird zur Ermittlung der Verlagerung 9 die resultierende Motorgegenbewegung berücksichtigt, die aus der Relativgeschwindigkeit zwischen Kurbelwelle und Kurbelgehäuse entsteht. Die Relativgeschwindigkeit zwischen Kurbelwelle und Kur belgehäuse wird dabei mittels eines Drehzahlsensors bestimmt und der entsprechende Wert im Motorsteuergerät abgelegt. Bei einer stationären Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle folgt somit jeder Motorbewegung direkt eine Änderung der Drehzahl. Dabei wirkt eine Motorbewegung in Kurbelwellendrehrichtung drehzahlreduzierend. Bewegt sich der Motor entgegen der Kurbelwellendrehrichtung, so wird eine erhöhte Drehzahl gemessen.
Das von dem Motor 1 abgegebene Nutzmoment wird durch eine entsprechende Modellierung im Steuergerät abgebildet oder über Sensoren ermittelt, wobei die jeweiligen Werte der erfindungsgemäßen Motorsteuergerätefunktion zugeführt und bei der Ermittlung der Motorverlagerung 9 berücksichtigt werden. Im Motorsteuergerät erfolgt das Bilden einer Summe aller wirkenden Momente zum resultierenden Stützmoment und aus den jeweiligen Hebelarmverhältnissen die Ermittlung der im elastischen Lager 3 wirkenden Stützkraft. Dabei werden die für jeden Motor spezifischen kinematischen Verhältnisse der Motoraufhängung berücksichtigt. Aus der für jede Laständerung resultierenden Stützkraft wird im Vergleich mit der Charakteristik der elastischen Lagerung die Verlagerung 9 des Motors beziehungsweise der Antriebsmaschine ermittelt.
Das für einen Verbrennungsmotor beschriebene Verfahren zur Ermittlung der Verlagerung 9 von in elastischen Lagern aufgehängten Antriebsmaschinen kann auch analog für andere Antriebsmaschinen, wie zum Beispiel Elektromotoren, angewendet werden. Bei der Ermittlung der Motorverlagerung 9 müssen dabei die für den jeweiligen Motortyp spezifischen Führungsgrößen der Drehungleichförmigkeit und der Lastdynamik berücksichtigt werden.

1: Verbrennungsmotor
2: Festlager
3: Loslager (elastisches Lager)
4: Fahrtrichtung
5: Lagerachse der Kurbelwelle
6: Abstand zwischen Festlager des Motors und Lagerachse der Kurbelwelle (I₁)
7: Abstand zwischen Festlager des Motors und elastischem Lager (I₂)
8: Kurbelwellendrehrichtung
9: Verlagerungsweg des Motors im elastischem Lager
10: Abstand zwischen Lagerachse der Kurbelwelle und elastischem Lager (I₃)

Claims

Verfahren zur Ermittlung der Verlagerung von in elastischer Lagerung aufgehängten Antriebsmaschinen, vorzugsweise von Verbrennungsmotoren, deren Betriebsweise von einem Motorsteuergerät anhand einer Leistungseingabe, Betriebs- und Ausführungsparametern des Motors und verbundener Aggregate eingestellt und geregelt wird, wobei im Motorsteuergerät – Kennlinien und Kennfelder zur Darstellung der Charakteristik der elastischen Lagerung der Antriebsmaschine für die jeweilige Lage der Antriebsmaschine in Abhängigkeit vom wirkenden Stützmoment und dessen zeitliche und betriebsbedingte Alterung abgelegt sind, – anhand der Leistungseingabe und der Betriebsparameter ein wirkendes Motordrehmoment und das resultierende Stützmoment errechnet wird, – über die ermittelten Betriebsparameter die in der Lagerung wirkenden Massenkräfte I. und II. Ordnung und deren resultierende Stützmomente abgelegt und auslesbar sind oder errechnet werden, – aus der Summe aller resultierenden Stützmomente die wirkende Stützkraft und anhand derer und im Vergleich mit der Charakteristik der elastischen Lagerung die Verlagerung der Antriebsmaschine ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung der Verlagerung das Massenträgheitsmoment des Motors berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung der Verlagerung die Drehbeschleunigungen der Antriebsmaschine berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung der Verlagerung die Drehgeschwindigkeit der Antriebsmaschine berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativgeschwindigkeit zwischen Kurbelwelle und Kurbelgehäuse aufgrund einer axialen Motorbewegung bestimmt und eben diese Lageänderung bei der Ermittlung der Verlagerung der Antriebsmaschine berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung der Verlagerung das abgegebene Nutzmoment der Antriebsmaschine berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützmoment auf das elastische Lager anhand von im Motorsteuergerät abgelegten Konstanten der jeweiligen Motoraufhängung ermittelt wird.