DE10333356A1

DE10333356A1 - Bodywork for a motor vehicle has a longitudinal beam linked to a bearing bracket for an engine and a structure for absorbing vibration

Info

Publication number: DE10333356A1
Application number: DE2003133356
Authority: DE
Inventors: Stefan Hilgenberg
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2003-07-23
Filing date: 2003-07-23
Publication date: 2005-02-24

Abstract

A structure for absorbing vibration includes a discoid piezoelectric stacking actuator (PSA) (5,6) integrated between a longitudinal beam (LB) (1) and a bearing bracket (BB) (2) as well as a sensor (7) fastened on the BB and a control unit (8) working together with these. Linked by the LB and the BB, fastening bolts (3,4) penetrate the PSA.

Description

Die Erfindung betrifft eine Karosserie für ein Kraftfahrzeug mit einem Längsträger und einem mit dem Längsträger verbundenen Lagerarm für einen Motor sowie einer Anordnung zur Schwingungsdämpfung.The The invention relates to a body for a motor vehicle with a Side members and one connected to the side member Bearing arm for a motor and a vibration damping arrangement.

Eine Karosserie muss vielfältige Wünsche erfüllen. Mit möglichst wenig Gewicht sollen alle Fahrzeugteile stabil miteinander verbunden werden. Zudem muss sie passive Sicherheit bieten. Der überwiegende Teil moderner PKW's verfügt über eine sogenannte selbsttragende Karosserie. Diese besteht aus mehreren Hunderten verschieden vorgeformten Blechteilen, Blechhohlkörpern und -schalen.A Bodywork must be diverse Fulfill wishes. With preferably low weight, all vehicle parts are stable connected become. In addition, it must offer passive security. The predominant Part of modern cars has one so-called self-supporting body. This consists of several Hundreds of different preformed sheet metal parts, sheet metal hollow bodies and -peel.

Jedes Antriebsaggregat eines Kraftfahrzeugs ist durch mehrere Verbindungselemente an die Karosserie gebunden. Diese Verbindungselemente werden als Aggregatlager bezeichnet. Die Schwingungen, die vom Antriebsaggregat auf grund mechanischer Bewegung, Reibung usw. erzeugt werden, gehen in die Aggregatlager ein. Die Aggregatlager haben die Aufgabe, diese Schwingungen zu dämpfen, so dass nur ein Minimum an Vibrationen auf die Karosserie übertragen wird.each Drive unit of a motor vehicle is connected by a plurality of connecting elements tied to the body. These fasteners are called Specified assembly bearing. The vibrations coming from the drive unit be generated on the basis of mechanical movement, friction, etc. go into the unit bearings. The unit bearings have the task of this Dampen vibrations, so that only a minimum of vibrations are transmitted to the bodywork becomes.

Beim Motorlager erfolgt die Anbindung mittels Schrauben entweder direkt oder über einen sogenannten Lagerbock an den Längsträger der Karosserie. Durch die physikalischen Eigenschaften des Längsträgers werden die eingeleiteten Schwingungen in Form von Körperschall in die gesamte Struktur des Fahrzeugs weitergeleitet.At the Motor bearing is the connection by means of screws either directly or over a so-called bracket to the longitudinal member of the body. By the physical properties of the longitudinal member are introduced Vibrations in the form of structure-borne noise forwarded to the entire structure of the vehicle.

Um das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs und den Komfort für die Insassen zu verbessern, ist man bestrebt, die Karosserieschwingungen zu minimieren. Aus diesen Gründen werden verschiedene Karosseriekomponenten überdimensioniert, Frequenzstreben eingebracht sowie weitere Versteifungsmaßnahmen getroffen.Around the driving behavior of the motor vehicle and the comfort of the occupants To improve, one strives to minimize the body vibrations. For these reasons Different body components are oversized, frequency struts introduced and further stiffening measures taken.

Durch die DE 39 39 822 A1 zählt eine Anordnung zur Schwingungsdämfung für ein Kraftfahrzeug zum Stand der Technik. Hierbei sollen Körperschall und Luftschall dadurch gedämpft werden, dass ein piezokeramischer Aktuator eine dämpfende, phasenverschobene Gegenschwingung an einem fahrzeugeigenen Schwingköper erzeugt. Bei dem Schwingkörper kann es sich beispielsweise um die Fahrzeugbatterie handeln.By the DE 39 39 822 A1 includes an arrangement for Schwingungsdämfung for a motor vehicle to the prior art. In this case, structure-borne noise and airborne sound are to be damped by a piezoceramic actuator generating a damping, phase-shifted counteroscillation on an on-vehicle oscillating body. The oscillating body may be, for example, the vehicle battery.

In der DE 198 11 787 A1 wird ein Kraftfahrzeug mit einem Vibrationsminderungseinrichtung beschrieben. Diese ist zwischen den Längsträgern und der Querstruktureinrichtung angeordnet und umfasst Piezoaktoren, die Schwingungen und Dröhngeschräusche, die von den Querstruktureinrichtungen auf die Längsträger und umgekehrt übertragen werden, dämpfen sollen.In the DE 198 11 787 A1 a motor vehicle is described with a vibration reducing device. This is arranged between the longitudinal members and the transverse structural device and comprises piezoactuators, which are intended to dampen vibrations and drone noise transmitted from the transverse structural devices to the longitudinal members and vice versa.

Periodische Schwingungen, die vom Motor bzw. dem Motorlager kommen, können so nicht kompensiert werden. Da die Weiterleitung von Körperschall im Längsträger aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften nicht unterbunden werden und die Lagerung der Aggregate die Schwingungen des Motors nicht vollständig dämpfen können, werden diese Schwingungen an die Karosserie übertragen. Diese Schwingungen werden als unkomfortabel empfunden, so dass ein weiterer Verbesserungsbedarf besteht.periodic Vibrations coming from the engine or engine mount can do so can not be compensated. Because the forwarding of structure-borne noise in the side member due its physical properties can not be prevented and The storage of the aggregates can not completely dampen the vibrations of the engine transmit these vibrations to the body. These vibrations are perceived as uncomfortable, so another need for improvement consists.

Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zu Grunde, die Einleitung von Schwingungen aus dem Antriebsaggregat auf den Längsträger wirkungsvoll zu reduzieren und eine hinsichtlich der Schwingungsbelastung verbesserte Karosserie aufzuzeigen.Of the Invention is based on the prior art based on the object the introduction of vibrations from the drive unit on the Longitudinal beam effective to reduce and improved in terms of vibration load body show.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in einer Karosserie gemäß den Merkmalen von Patentanspruch 1.The solution This object is according to the invention in a body according to the features of Claim 1.

Kernpunkt der Erfindung bildet die Maßnahme, dass die Anordnung zur Schwingungsdämpfung zumindest einen zwischen dem Längsträger und dem Lagerarm des Motors eingegliederten piezoelektronischen Stapelaktuator umfasst, der mit einem am Lagerarm befestigten Sensor und einem Regler zusammenwirkt.crux invention forms the measure, that the arrangement for vibration damping at least one between the side member and the Bearing arm of the engine incorporated piezoelectric stack actuator comprising, with a sensor attached to the bearing arm and a Controller cooperates.

Der erfindungsgemäße Vorschlag sieht eine Entkopplung zwischen dem Motorlager bzw. dem Lagerarm, an dem der Motor aufgehängt ist, und dem Längsträger vor. Zwischen die Bauteile sind die piezoelektronischen Stapelaktuatoren geschaltet, wodurch der Körperschall im Längsträger getilgt werden kann. Der Sensor ist am Lagerarm starr befestigt und misst die Schwingungen in vertikaler Ebene (Z-Richtung). Die erfassten Daten werden an den Regler weitergeleitet. Der Regler sendet ein phasenverschobenes Signal an die piezoelektronischen Stapelaktuatoren. Die Stapelaktuatoren schwingen infolge der Anregung durch den Regler und wirken dem eingeleiteten Körperschall aus dem Motorlager entgegen, wodurch eine Kompensation der unerwünschten Schwingungen erfolgt.Of the inventive proposal sees a decoupling between the motor bearing or the bearing arm, where the engine is suspended is, and the side member in front. Between the components are the piezoelectric stack actuators switched, causing the structure-borne noise erased in the longitudinal member can be. The sensor is rigidly attached to the bearing arm and measures the vibrations in the vertical plane (Z-direction). The recorded Data is forwarded to the controller. The controller sends in phase shifted signal to the piezoelectric stack actuators. The stack actuators vibrate as a result of the excitation by the regulator and act on the introduced structure-borne sound from the engine mount, which compensates for the unwanted vibrations he follows.

Bei der erfindungsgemäßen Karosserie können Frequenzstreben schwächer ausgelegt werden. Auch eine Verringerung der Anzahl der Frequenzstreben im Fahrzeug ist möglich. Des Weiteren kann die bislang übliche Überdimensionierung von Karosseriebauteilen, um der Schwinungsbelastung entgegenzuwirken, schwächer ausfallen. Zudem können Versteifungsmaßnahmen der Karosserie entfallen. Dies führt insgesamt auch zu einer Gewichtsreduktion der Karosserie und einer Steigerung des Fahrkomforts für die Insassen.In the body according to the invention frequency braces can be designed weaker. A reduction in the number of frequency struts in the vehicle is possible. Furthermore, the usual over-dimensioning of checks seriebauteilen to counteract the Schwinungsbelastung, turn out weaker. In addition, stiffening measures of the body can be omitted. Overall, this leads to a weight reduction of the body and an increase in ride comfort for the occupants.

Eine für die Praxis besonders vorteilhafte Ausgestaltung des grundsätzlichen Erfindungsgedankens besteht nach den Merkmalen von Patentanspruch 2 darin, dass ein Stapelaktuator scheibenförmig gestaltet und von einem den Lagerarm und den Längsträger verbindenden Befestigungsbolzen durchsetzt ist. In dieser Ausgestaltung wird eine besonders effektive Schwingungskompensation erreicht. Die Weiterleitung des Körperschalls wird gezielt im Verbindungsbereich zwischen Lagerarm und Längsträger unterbrochen. Die Wirkung der Stapelaktuatoren ist dort am effektivsten. Der zwischen Lagerarm und Längsträger angeordnete Stapelaktuator gewährleistet ein schnelles Ansprechen auf die ihm zugeführten Steuersignale und eine aktive Schwingungskompensation.A for the Practice particularly advantageous embodiment of the fundamental Inventive concept consists of the features of claim 2 in that a Stapelaktuator designed disk-shaped and of a connecting the bearing arm and the longitudinal member Fastening bolt is interspersed. In this embodiment Achieved a particularly effective vibration compensation. The forwarding of structure-borne sound is selectively interrupted in the connection area between the bearing arm and side member. The effect of stack actuators is most effective there. The between Bearing arm and side member arranged Stacking actuator guaranteed a fast response to the control signals supplied to it and a active vibration compensation.

Vorzugsweise sind die Stapelaktuatoren als Faserverbundbauteil mit eingebetteten piezokeramischen Fasern und/oder Folien ausgeführt, wie dies Patentanspruch 3 vorsieht. Diese sind zu einer Art Säule aufgeschichtet. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung ändert sich die Dicke der einzelnen Scheiben und damit die Flächenpressung zwischen Längsträger und Lagerarm, wordurch den Schwingungen entgegengewirkt werden kann.Preferably are the stack actuators as fiber composite component with embedded piezoceramic fibers and / or films executed, as this claim 3 provides. These are piled up into a kind of pillar. By applying an electrical voltage changes the thickness of the individual discs and thus the surface pressure between side members and Bearing arm, thus the vibrations can be counteracted.

Bei den piezoelektronischen Stapelaktuatoren erfolgt eine Umsetzung von elektrischer Energie in mechanische Energie ohne bewegte Teile. Dies gewährleistet eine sehr schnelle Reaktion sowie eine lange Lebensdauer der Bauteile. Das Prinzip der Stapelaktuatoren beruht darauf, dass die hierin eingebetteten Kristalle ihre Form unter dem Einfluss eines elektrischen Felds ändern. Dies ermöglicht eine aktive Anregung der Aktuatoren über den Regler und die Erzeugung einer Gegen- bw. Kompensationsschwingung im Koppelbe reich zwischen Längsträger und Lagerarm. Für die Praxis sehr gute Eigenschaften bringen beispielsweise Stapelaktuatoren aus Blei-Zirkulat-Titanat-Mischkeramiken mit sich. Diese besitzen einer hohe elektromechanische Aktivität, d.h. sie besitzen ein großes relatives Längen-/Dickenänderungsvermögen bei Anlegung einer elektrischen Spannung.at the piezoelectric stack actuators is a reaction from electrical energy to mechanical energy without moving parts. This ensures a very fast reaction and a long service life of the components. The principle of stack actuators is based on that herein embedded crystals their shape under the influence of an electric Change field. this makes possible an active excitation of the actuators via the regulator and the generation a counterpart. Compensation vibration in Koppelbe rich between Side member and bearing arm. For the Practice very good properties, for example, bring stack actuators from lead-circulate titanate mixed ceramics with himself. These have high electromechanical activity, i. they have a big one Relative length / thickness change capacity at Application of an electrical voltage.

Durch den gezielten Einsatz der piezoelektronischen Stapelaktuatoren zwischen dem Längsträger und dem Lagerarm des Motorlagers ist es gelungen, die Schallabstrahlung sowie die Strukturschwingungen signifikant zu reduzieren.By the targeted use of piezoelectric stack actuators between the side member and The bearing arm of the engine mount has succeeded, the sound radiation as well as to significantly reduce the structural vibrations.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben.The Invention is described below with reference to an embodiment.

Die beigefügte Figur zeigt in einem schematischen Vertikalschnitt den Verbindungsbereich zwischen einem Längsträger 1 einer Karosserie und einem Lagerarm 2, über den der Motor mit der Karosserie angebunden ist. Der Längsträger 1 und der Lagerarm 2 sind über zwei Befestigungsbolzen 4 miteinander verbunden und verspannt.The attached figure shows a schematic vertical section of the connecting region between a side member 1 a body and a bearing arm 2 , via which the engine is connected to the bodywork. The side member 1 and the bearing arm 2 are about two fastening bolts 4 connected and braced.

Zwischen dem Lagerarm 2 und dem Längsträger 1 ist eine Anordnung zur Schwinungsdämpfung angebracht. Diese umfasst zwei scheibenförmige Stapelaktuatoren 5, 6, die jeweils zwischen dem Längsträger 1 und dem Lagerarm 2 eingegliedert sind sowie einen am Lagerarm 2 befestigten Sensor 7 und einen Regler 8, der mit den Stapelaktuatoren 5, 6 und dem Sensor 7 zusammen wirkt.Between the bearing arm 2 and the side member 1 An arrangement for vibration damping is appropriate. This includes two disk-shaped stacking actuators 5 . 6 , each between the side member 1 and the bearing arm 2 are integrated and one on the bearing arm 2 attached sensor 7 and a regulator 8th that with the stack actuators 5 . 6 and the sensor 7 works together.

Die Stapelaktuatoren 5, 6 sind scheibenförmig gestaltet und weisen eine zentrale Durchgangsöffnung 9, 10 für die Befestigungsbolzen 3, 4 auf.The stack actuators 5 . 6 are designed disc-shaped and have a central passage opening 9 . 10 for the fastening bolts 3 . 4 on.

Im Fahrbetrieb misst der Sensor 7 die in Z-Richtung (Pfeil Z) auftreteten Schwingungen und leitet die erfassten Daten an den Regler 8 weiter. Der Regler wertet die Daten aus und sendet ein phasenverschobenes Signal an die piezoelektronischen Stapelaktuatoren 5, 6. Die Stapelaktuatoren 5, 6 schwingen infolge der Anregung durch den Regler 8 und wirken so dem eingeleiteten Körperschall aus dem Motorlager entgegen. Hierdurch wird eine Kompensation der Schwingungen erreicht. Die auf die Karosserie übertragenen Schwingungen werden unterbunden, zumindest jedoch deutlich reduziert.When driving, the sensor measures 7 the vibrations occurring in the Z direction (arrow Z) and passes the acquired data to the controller 8th further. The controller evaluates the data and sends a phase-shifted signal to the piezoelectric stack actuators 5 . 6 , The stack actuators 5 . 6 swing as a result of the excitation by the regulator 8th and thus counteract the initiated structure-borne noise from the engine mount. As a result, a compensation of the vibrations is achieved. The transmitted to the body vibrations are prevented, but at least significantly reduced.

Die Spannungsversorgung für die Anordnung zur Schwingungsdämpfung ist in der Figur nicht dargestellt. Üblicherweise wird sie durch eine 12-Volt- oder 24-Volt-Spannungsquelle realisiert.The Power supply for the arrangement for vibration damping is not shown in the figure. Usually it gets through a 12 volt or 24 volt power source realized.

11: Längsträgerlongitudinal beams
22: Lagerarmbearing arm
33: Befestigungsbolzenmounting bolts
44: Befestigungsbolzenmounting bolts
55: Stapelaktuatorstack actuator
66: Stapelaktuatorstack actuator
77: Sensorsensor
88th: Reglerregulator
99: DurchgangsöffnungThrough opening
1010: DurchgangsöffnungThrough opening
Pfeil Zarrow Z: Z-RichtungZ-direction

Claims

Body for a motor vehicle with a side member ( 1 ) and one with the longitudinal member ( 1 ) associated bearing arm ( 2 ) for a motor and an arrangement for vibration damping, characterized in that the arrangement for vibration damping at least one between the longitudinal members ( 1 ) and the bearing arm ( 2 ) integrated piezoelectric stack actuator ( 5 . 6 ), one on the bearing arm ( 2 ) attached sensor ( 7 ) and a controller ( 8th ).

Bodywork according to claim 1, characterized in that the stacking actuator ( 5 . 6 ) disc-shaped and of a bearing arm and the side member ( 1 ) connecting fastening bolts ( 3 . 4 ) is interspersed.

Bodywork according to claim 1 or 2, characterized in that the stacking actuator ( 5 . 6 ) are designed as a fiber composite component with embedded piezoceramic fibers and / or films.